Разработка технологии наплавки металлорежущего инструмента повышенной производительности с применением упрочнения наплавленного металла поверхностным пластическим деформированием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.06, кандидат технических наук Лаврентьев, Алексей Юрьевич

• Лаврентьев, Алексей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лаврентьев, Алексей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

1.1. Эффективность применения наплавки при изготовлении металлорежущего инструмента.

1.2. Физико-механические свойства поверхностных слоев и их влияние на эксплуатационные характеристики режущего инструмента.

1.3. Анализ возможностей совершенствования конструкции и технологии изготовления наплавленного металлорежущего инструмента.

1.4. Постановка цели и задач исследований.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ НАПЛАВКИ

НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА

2.1. Разработка технологии наплавки обеспечивающей получение металла в закаленном состоянии.

2.2. Выбор и обоснование методики оценки количества остаточного аустенита в наплавленных теплостойких сталях высокой твердости.

2.3. Изготовление экспериментальных образцов и определение количества остаточного аустенита в наплавленном металле.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ 3.1. Основные виды упрочнения поверхностным пластическим деформированием и возможности их применения для упрочнения наплавленных теплостойких сталей высокой твердости.

3.2. Разработка методики исследования шероховатости поверхности наплавленного металла после ППД.

3.3. Исследование твердости и структуры поверхностного слоя наплавленной теплостойкой стали высокой твердости после выглаживания.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБОРНОГО ОТРЕЗНОГО РЕЗЦА С ПРИМЕНЕНИЕМ НАПЛАВКИ ТЕПЛОСТОЙКИМИ СТАЛЯМИ ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТИ

4.1 Разработка конструкции сборного токарного отрезного резца с наплавленной режущей вставкой.

4.2. Разработка технологии изготовления сборного отрезного резца с наплавленной режущей вставкой.

4.3. Производственные испытания сборного отрезного токарного резца с наплавленной режущей вставкой.

4.4. Расчет экономической эффективности предлагаемого варианта

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии наплавки металлорежущего инструмента повышенной производительности с применением упрочнения наплавленного металла поверхностным пластическим деформированием»

В настоящее время в промышленности прослеживается тенденция к повышению эффективности производства за счет внедрения ресурсосберегающих технологий. Одним из направлений поиска путей снижения затрат в машиностроении является разработка конструкции и технологии изготовления металлорежущего инструмента, обеспечивающего увеличение производительности и повышение стойкости при обработке резанием.

Увеличение производительности инструмента достигается главным образом за счет совершенствования его конструкции и улучшения эксплуатационных свойств инструментальных материалов. В последнее время высоких показателей по конструктивному исполнению достиг сборный инструмент, однако, по возможностям экономии инструментальных материалов лидируют технологии изготовления составного инструмента, особенно с применением наплавки теплостойкими сталями высокой твердости.

Большое развитие в последнее время получи методы повышения эксплуатационных характеристик поверхностных слоев различных изделий. Существующие технологии упрочнения поверхности позволяют обрабатывать широкую гамму материалов включая инструментальные. у о- - и

Целью настоящей работы является разработка конструкции сборного инструмента, а также исследование и разработка технологии наплавки металлорежущего инструмента повышенной производительности с применением упрочнения наплавленных теплостойких сталей высокой твердости поверхностным пластическим деформированием i JiABA 1

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Заключение диссертации по теме «Технология и машины сварочного производства», Лаврентьев, Алексей Юрьевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исходя из условий получения наплавленного металла в закаленном состоянии без образования холодных трещин при наплавке скорость его охлаждения, в температурном интервале выделения легирующих элементов из аустенита (800.600 °С) должна составлять не менее 84. 148 °С/с, а количество остаточного аустенита превышать 50 %.

2. Для наплавки рабочих пластин отрезных токарных резцов предложены следующие режимы: сварочный ток 190.210 А; напряжение 22.24 В; скорость наплавки 6,0 м/ч; диаметр порошковой проволоки 2,0 мм; расход защитного газа 18.20 л/мин.

3. Количество остаточного аустенита в наплавленном металле после термической обработки остается недопустимо высоким (после первого отпуска - около 40 %, после второго отпуска - около 24 % после третьего отпуска - около 15 %).

4. Определены режимы обработки выглаживанием, при которых достигается минимальная шероховатость поверхности (Ra 0,08 мкм при усилии выглаживания Р = 150 Н).

5. Наибольшее упрочнение наплавленного металла достигается при выглаживании со следующими режимами: усилие выглаживания Р=250 Н; число проходов N = 2; технологическая среда - ШРУС-4.

6. Микротвердость наплавленного металла после трехкратного отпуска составляетHV0;2 792.889, после упрочнения - НУ0д 1167. 1200.

7. Микротвердость наплавленного металла после двукратного отпуска и выглаживания составляет НУ0д 1058. .1175, что превышает твердость наплавленного не упрочненного металла и позволяет отказаться от третьего отпуска.

161

8. Определена глубина упрочненного слоя (около 0,15 мм). Выявлено качественное снижение остаточного аустенита в поверхностном слое наплавленного металла после выглаживания.

9. Разработана конструкция сборного отрезного токарного резца с наплавленной режущей вставкой, обеспечивающая жесткость рабочей части на уровне стандартного инструмента.

10. Разработана технология изготовления сборного отрезного токарного резца с наплавленной режущей вставкой. Микротвердость наплавленной режущей части после упрочнения составила НУ од 1090.1140.

И.Проведены производственные испытания опытной партии резцов, показавшие их работоспособность и высокие режущие свойства. Период стойкости наплавленного инструмента выше нормативного в 2,5 раза.

12.Расчетная экономическая эффективность разработанной конструкции на каждую тысячу резцов составила:

21 159 руб. 97 коп. по сравнению с типовой конструкцией сварного резца из быстрорежущей стали.

Расчетная себестоимость корпуса резца: 7 руб. 58 коп Расчетная себестоимость режущей пластины резца: 6 руб. 70 коп.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лаврентьев, Алексей Юрьевич, 2000 год

1. Авторское свидетельство № 339364 (СССР). Способ многопроходной сварки / Авт. изобр. Н.П. Петровичев, Г.Б. Строганов, А.П. Фомин. -Заявлено 05.06.1970. Опубликовано 24.05.72. Бюллетень № 17.

2. Авторское свидетельство № 1757773. Канавочный резец / Авт. изобр. Б.О. Анмегикян, А.В. Честных. Заявлено 04. 04. 91. Опубликовано 30. 08. 92. Бюллетень № 32.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машиностроение, 19,68.

4. Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочных процессов. Киев: Вища школа, 1976. 423 с.

5. Баженов H.J1. Сорокин В.М. Упрочняющая обработка поверхностей деталей машин. Горький. 1979.

6. Баранчиков В.И., Жаринов А.В., Юдина Н.Д. и др. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.

7. Барбатько А.И. Зайцев А.Г. Теория резания металлов. Воронеж: Изд-во ВГУ.1990.

8. Бартенев И.А., Гладкий П.В. Некоторые свойства наплавленных быстрорежущих сталей. В кн.: Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавка в машиностроении и ремонте. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1985, -С. 21 29.

9. П.Беляков А. В. Исследование процесса и разработка технологии наплавки металлорежущего инструмента. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тверь: 1998. 139 с.

10. Беляков А. В., Тютяев В.А., Зубков Н.С. Выбор размеров наплавленного слоя отрезных токарных резцов. // Изготовление, восстановление и ' упрочнение металлорежущего инструмента. Сборник научных трудов. Тверь: ТГТУ, 1995. -С. 8. 16.

11. Беляков А. В., Швец В. В. Геометрия наплавленного слоя. // Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента. Сборник научных трудов. Тверь: ТГТУ, 1997- С. 25.27.

12. Бережиани В.М., Самхарадзе Д.М. Особенности производства и применения несклонных к дегазации быстрорежущих сталей типа API8. В кн.: Производство быстрорежущих и штамповых сталей. М., 1970. С. 50-53.

13. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М. 1976.

14. Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование. М.: Высшая школа, 1990.

15. Водопьянова В.П. Зубков Н.С. Наплавка быстрорежущей стали с получением наплавленного металла в закаленном состоянии. // Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента. Сборник научных трудов. Тверь: ТГТУ: 1995.

16. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М. Металлургия. 1975.

17. Геллер Ю.А., Заболоцкий В.К., Кремнев J1.C. Термическая обработка быстрорежущей стали для улучшения распределения карбидов. -МиТОМ, 1967, №9, с. 18 23.

18. Гольдштейн Я.Е., Заславский А.Я. Конструкционные стали повышенной обрабатываемости. М.: Металлургия, 1960.

19. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высшая школа, 1985.

20. Грановский Г.И., Шмаков Н.А. О природе износа резцов из быстрорежущих сталей дисперсионного твердения.//Вестник машиностроения, 1971, №11, с. 65-70.

21. Гуляев А.И., Сарманова JI.M. Технологическая пластичность быстрорежущих сталей. МиТОМ, 1969. - №7. - С. 2-9.

22. Гуляев А.П. «Металлург», 1939, № 3, с. 134-136 с ил.

23. Гуляев А.П. «Сталь», 1964, № Зс. 136-139 с ил.

24. Гуляев А.П., Малинкина К.А., Саверина С.М. Инструментальные стали; Справочник. М.: Машиностроение, 1975, 272 с.

25. Гусев С.Ф. Режущие инструменты для обработки сталей типа ШХ//Автомобильная промышленность, 1991, №4, с. 28 29.

26. Данькин А.А., Светлополянский В.И., Лифанов А.К. и др. Электрошлаковая наплавка режущего инструмента порошкообразными материалами. / Сварочное производство, №3, 1989. -С 10-12.

27. Демкин Н.Б. Физические основы трения и износа машин. Калинин: Калининский государственный университет, 1981.

28. Добрынин В. П., Бендин А. С., Миронова Т. П., Карих В. В. Наплавка режущего инструмента электродами ОЗИ-5 // Сварочное производство. 1982. № 7. -С. 17. 19.

29. Думов С. И. Технология электрической сварки плавлением. Л.: Машиностроение, 1978.

30. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1973.

31. Зубков Н.С., Лаврентьев А.Ю., Зубкова Е.Н. и др. Поверхностное упрочнение выглаживанием наплавленного металлорежущего инструмента. // Современные технологии в машиностроении. Сборник материалов научно технической конференции. Пенза: 1998. С38 39.

32. Зубков Н.С., Тютяев В.А., Зубкова Е.Н. Изготовление наплавленного металлорежущего инструмента: монография. Тверь: Изд-во Тверского гос. техн. ун-та, 1998. 124 с.

33. Зубкова Е.Н. Исследование и разработка технологии наплавки при изготовлении металлорежущего инструмента. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Липецк. 1997. 166 с.

34. Казаковцева В.А., Купалова И.К. Электронно-микроскопическое исследование превращения при отпуске стали Р6М5 // Применение в металловедении просвечивающей и растровой электронной микроскопии. М.: Металлургия, 1976. С. 117-127.

35. Калоша В.К., Лобко С.И., Чикова Т.С. Математическая обработка результатов экспериментов. Минск: Вышейшая школа, 1982. 103 С.

36. Карих В.В., Добрынин В.П., Деев Г.В. и др. Совершенствование технологии наплавки металлорежущего инструмента // Сварочное производство. 1986. № 11. С. 16. 17.

37. Клименко Ю.В., Латыпов Р.А. Электроконтактная наплавка быстрорежущих сталей Р18, Р6М5 на сталь 45 // Сварочное производство. 1979. №6, с. 36 37.

38. Клингер В.Г. Методическое руководство по обработке результатов измерений. Калинин, 1975. 52 С.

39. Космачев И.Г. Сварка и наплавка в производстве режущего инструментам.: Машгиз, 1955.

40. Костецкий Б.И. Стойкость режущих инструментов. М.: Машгиз, 1949. 252 с.

41. Кремнев А.С., Адаскин A.M., Геллер Ю.А. Об оптимальном содержании углерода в быстрорежущих сталях. Металловедение и термическая обработка металлов, 1970, №1, с. 25-30.

42. Кречмар Э. Методы испытаний наплавленного металла. В кн.: Теоретические и технологические основы наплавки. Свойства и испытания наплавленного металла. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1979. с. 3-22.

43. Купалова И.К., Степанов Е.М. Высокотемпературное рентгеноструктурное исследование стали Р6М5 в процессе отпуска // Металловедение и термическая обработка металлов. 1980. № 12. С. 38-40.

44. Лаборатория металлографии. Под редакцией Б.Г. Лившица. М.: Металлургия. 1955. С. 440.

45. Лаврентьев А.Ю., Зубков Н.С. Изменение структуры и твердости наплавленных теплостойких сталей высокой твердости в результате поверхностного пластического деформирования // Славяновские чтения: Сборник научных трудов. Липецк 1999. С. 222-224.

46. Лаврентьев А.Ю., Зубков Н.С. Поверхностное упрочнение наплавленного металла. // Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента. Сборник научных трудов.: Тверь: ТГТУ, 1997. с. 52 56.

47. Лаптев Л.Л. Разработка наплавочных материалов и технологии наплавки металлорежущего инструмента повышенной производительности. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тверь: 1998. 144 с.

48. Лебедев Т.А., Ревис Н.А., Мельников Н.Ф. Литые сверла и разверткииз стали ЭИ262. // Вестник машиностроения. 1994. №7.

49. Лоладзе Т.Н. Стружкообразование при резании металлов. М.: Машгиз, 1952.

50. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1966, 264 с.

51. Марочник сталей и сплавов. / под ред. В.Г. Сорокина. М.: Металлургия, 1990.

52. Машиностроение. Энциклопедический справочник. Т. 3. М.: Машиностроение, 1951. С. 712.

53. Мороз JI.C., Бокман Н.Н. Прочность материалов. Труды СЗПИ. Л.,1971, №16, с. 76-79.

54. Музыкант Я.А. Металлорежущий инструмент. Номенклатурный каталог. М.: Машиностроение, 1995. 410 с.

55. Новожилов Н.М. Основы дуговой сварки в газах. М.: Машиностроение, 1979. 230 с.

56. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Справочник. / Под ред. А.Д. Локтева и др. М.: Машиностроение, 1991.

57. Общемашиностроительные типовые нормы времени на изготовление резцов. М.: Экономика, 1990, 142 с.

58. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение. 1987.

59. Одинцов Л.Г. Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживанием. М. Машиностроение. 1981.

60. Ординарцев Справочник инструментальщика. Л.: Машиностроение. 1987.

61. Палей М.М. Технология производства металлорежущих инструментов. М.: Машиностроение, 1982. 254 с.

62. Патент №2078668. Способ изготовления отрезного резца. Авт.: Тютяев В.А., Зубкова Е.Н. Бюл. Изобр. №13 от 10.05.97.

63. Патон Б.Е., Воропай Н.М. Сварка активированным плавящимся электродом в защитном газе. / Автоматическая сварка, №1, 1979. С. 17, 13.

64. Пацкевич И.Р. Вибродуговая наплавка, Машгиз, 1958.

65. Петров Г.Л. Сварочные материалы. Л.: Машиностроение, 1972. 423 с.

66. Петров Г.Л., Тумараев А.С. Теория сварочных процессов. М.: Высшая школа, 1977. 399 с.

67. Петросов В.В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструментов. М.: Машиностроение, 1977. е.- 167

68. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. М.: Машиностроение, 1969, 150 с.

69. Попов А.А., Куруклис Г.Л. Подбор сталей для литого и наплавленного инструмента (Опыт Уралмашзавода). Москва-Свердловск, Машгиз, 195 5.

70. Попов С.А., Дибнер Л.Г., Каменкович А.С. Шлифование деталей и заточка режущего инструмента. М., 1975.

71. Прохоров Н.Н. Физические процессы в металлах при сварке. Т 1. М.: Металлургия, 1968. 695 с.

72. Пружанский Л.Ю. Метод определения ударной вязкости твердых наплавочных материалов//Машиноведение, 1965, №2.

73. Разиков М.И., Толстой И.А. Справочник мастера наплавочного участка. М.: Машиностроение, 1966.

74. Ревис И.А., Лебедев Т.А. Структура и свойства литого режущего инструмента. Л.: Машиностроение. 1972.

75. Розенберг A.M., Еремин А.Н. Элементы теории процесса резания металлов. М.: 1956.

76. Сахаров Г.Н., Арбузов О.Б., Боровой Ю.Л. и др. Металлорежущие инструменты. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.

77. Сварка в машиностроении: Справочник / Под ред. Н.А. Ольшанского. T.l. М.: Машиностроение, 1978.

78. Свецинский В.Г., Галинич В.И. Сварочные материалы для механизированных способов дуговой сварки. М.: Машиностроение, 1983. 102 с.

79. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. и др. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.

80. Справочник технолога машиностроителя. / под ред. А.Г. Косиловой. М.: Машиностроение, 1985.

81. Степанов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1972. 232 С.

82. Технология и оборудование сварки плавлением / Никифоров Г.Д., Бобров Г.В., Никитина В.М. и др. М.: Машиностроение, 1986. 320 с.

83. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / под ред. Б.Е. Патона. М.: Машиностроение, 1974. 768 с.

84. Тихонов И.Т. Литые молибденовые быстрорежущие стали: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. / ТПИ, Томск, 1948.

85. Тютяев В.А., Зубкова Е.Н., Водопьянова В.П. Наплавка рабочих частей отрезных токарных резцов порошковой проволокой. // Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента. Сборник научных трудов.: Тверь: ТГТУ, 1995. с. 4 8.

86. Тютяев В.А., Зубкова Е.Н., Водопьянова В.П. Теплостойкость наплавленной быстрорежущей стали. // Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента. Сборник научных трудов.: Тверь: ТГТУ, 1995. с. 30 31.

87. Фрумин И.И. Современные методы механизированной наплавки. / Сварка и специальная электрометаллургия. Киев, Наук, думка, 1984. С. 130.138.

88. Фрумин И.М. Автоматическая электродуговая наплавка. Харьков: Черная и цветная металлургия, 1961.

89. Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1975, 168 с.

90. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление, (пер. с японского) М.: Машиностроение. 1985.

91. Хворостухин Л.А. и др. Обработка металлопокрытий выглаживанием. М. Машиностроение. 1980.

92. Чистовая обработка деталей приборов и машин алмазным выглаживанием. Обзор. М. 1971.

93. Швец В.В., Беляков А.В. Механические свойства литых теплостойких сталей, полученных расплавлением порошковой проволоки дугой косвенного действия. // Литейное производство. 1998. №8. С.18.22.

94. Шехтер С.Я., Шварцер А.Я. Наплавка деталей металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1981.

95. Шустер Л.Ш. Адгезионное взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом. М.: Машиностроение, 1988. С. 96.

96. Якобсон М.О. Шероховатость, наклеп и остаточные напряжения при механической обработке. М.: Машгиз, 1956, 292 с.

97. Essers W.G., Walter R. Some aspects of the penetration mecchanism in metal-inert-gas (MIG) welding. Paper II. Arc physics and metal pool behavior. International Conference. London, 1979. Preprints, Adington. 1979. P. 289-300.

98. Fulldrahte Pulver. / Katalog OERLIKON-Schweisstechnik AG. Zurich, Schweiz, 1995.

99. Grossmann M.A., Asimov M., Urban S.F. Hardenability, its Relation to Quenching and some Quantitative Data on Hardenability of Alloy Steels. Am. Soc. Met.: Cleveland, 1939.

100. Kihara H. Welding Cracks and Notch-Toughness of Heat -Affected Zone in High-Strength Steel. Houdremont Lecture, 1968.

101. Lesnewich A. Electrod activation for inert- gas shieldid metal-arc welding. / Welding J., № 12, 1955. P. 1167-1178.

102. M.Nacken Giessereis,1954,№3,S68.

103. Rice S.R. A Path Independent Integral and the Approximate Analysis of Strain Concentration by Notches and Cracks. J. Appl. Mech., 1968. 379 p.

104. Sadowy M. Cutting Forces and Cutting Power in Orthogonal Cutting of Steel, Brass, and Plastics. Int. J. Mach. Tool Des., Res.5 (1965) 1/2, S. 81118.

105. Satoh K. u.a. JSSC Guidance Report on Determination of Safe Preheating Conditions without Weld Cracks in Steel Structures. Trans. Jap. Weld. Res. Inst. 2,1973. P. 117-126.

106. Tummers G.E. Summary Report on Stress Relaxation Data. Brit. Weld. J. 10,1963. P. 292-297.