Modelowanie fizyczne procesów zużycia noży z materiałów supertwardych

• Autorzy: Feldshtein, E.

Warianty tytułu

EN

Physical modeling of wear process of superhard material cutters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obecnie do badań procesów tarcia są wykorzystywane testery różnych konstrukcji, symulujące warunki wzajemnych oddziaływań stykających się powierzchni elementów, poprzez wielokrotne powtarzanie styków tych samych powierzchni. Jednak w procesie skrawania zużywające się powierzchnie narzędzia w każdej chwili stykają się z coraz to nowymi powierzchniami elementu i wióra. W opracowanym przyrządzie próbka poddawana tarciu wstępuje w kontakt z powierzchnią obrabianego elementu bezpośrednio po przejściu noża tokarskiego, przy czym cykl tarcia powtarza się po kolejnym przejściu noża. Poziom naprężeń normalnych na popwierzchni styku próbki z elementem przyjmowano równym poziomowi normalnych naprężeń stykowych na powierzchni przyłożenia noża, powstających podczas skrawania i na podstawie tego określano wartość siły docisku. Ustalono, że wpływ prędkości skrawania i własności materiału próbki (noża) na przebieg procesu zużycia najbardziej przejawia się w zakresie prędkości 20-40 m/min i powyżej 100 m/min. Zmiany intensywności zużycia w miarę wzrostu prędkości skrawania są dość podobne do zmian okresów trwałości noża przy toczeniu. Intensywność zużycia wzrasta w miarę wzrostu wartości siły normalnej. W zależności od poziomu prędkości tarcia przewagę mają różne rodzaje zużycia. Przy małych prędkościach tarcia zachodzi zużycie ścierne. W zakresie prędkości 20-40 m/min zachodzi kruche wykruszenie z powierzchni tarcia cząstek o dość dużych wymiarach, przy tym intensywność wykruszania kompozytu 01 jest znacznie większa w porównaniu z kompozytem 10. W całym badanym zakresie prędkości skrawania procesowi tarcia towarzyszą zjawiska sczepiania, tj. oddziaływania adhezyjne. Najlepsze warunki do zużycia adhezyjnego odpowiadają predkościom tarcia 80-120 m/min. Przy wysokich prędkościach tarcia na powierzchniach tarcia powstają mikropęknięcia, prawdopodobnie z powodu ich przegrzania, i intensywność zużycia szybko wzrasta. Analogiczny charakter zużycia powierzchni przyłożenia noża obserwuje się podczas toczenia materiału spiekanego.

EN

Now processes of friction, as a rule, are researched using machines of friction simulating conditions of machine details surfaces interaction (multiple repetitions of contact of the same surfaces). While cutting, however, tool surfaces each moment of time are contacting with new and new surfaces of a detail and a chip. In the developed device the rubbed element comes to contact with the processed surface directly after a cutter. The device works as follows. The element 1 made out from a researched tool material was fixed on a pivot 2 which have a possibility of axial moving on roll guides 3 in a holder 4. It is locked in the case of the device 5 in self-installed ball bearings 6 and bases on tensometric trapezoidal beam 8 using a corbel 7. Force Fp is put to a pivot 2. Under action of this force the element is pressed to the surface of detail 9, therefore the force of friction arises affecting through holder 4 and corbel 7 on tensometric beam 8. The signal from tensometric sensors is fixed by a tensometric amplifier and an oscillograph. To approach conditions of friction and wear process of an element to conditions of process of cutting, directly in front of an element 1 the cutter 10 is installed which removes a layer of metal, equal to depth of cutting. Thus the surface is formed which characteristics are similar to characteristics of a contact surface of a major flank of a cutter with a detail. Normal pressure on contact surface was accepted equal to a normal tension on a major flank of the cutter, and normal force on a rubbed element was calculated. It was taken into account, that contacting surfaces are not absolutely smooth, but rough. The actual area of contact between roughness surfaces is too less of nominal and actual pressure exceeds nominal pressure essentially. Processes of friction were researched for the rubbed pairs consisting on the one hand from a material, produced on the base of a powder iron, and on another hand - from superhard materials. The sintered material contains 0,20% C, 9% Cr, the rest - iron, its residual porosity is equal 4-6%. Further it was cemented to provide hardness 55-57 HRC. Turning was performed by cutters from a composite 10 with structure similar to vurcite, and the composite 01 with cubic structure was used for comparative researches. Influence of cutting speed and properties of a tool material on wear process shows itself mostly in a range of speeds 20...40 m/mines and over 100 m/mines. Changes of rubbed elements wear process intensity while speed of cutting grows closely corresponds to changes of cutters life while turning. Intensity of wear process grows according to normal force growing. Depending on a level of friction speeds various mechanisms of wear process of contact surfaces dominate. For small speeds of friction abrasive wear process is observed. In a range of speeds 20-40 m/mines large particles breaking off on friction surfaces of significant is observed, and intensity of composite 01 breaking off is much greater than a composite 10. In all investigated range of speeds process of friction is accompanied by adhesive interaction. Its optimum conditions are observed at speeds 80-120 m/mines. At high speeds of cutting on surfaces of friction there are microcracks, probably as a result of their localized overheating and wear process is sharply intensified. Such character of contact surfaces wear is similar to character of wear of major flanks of cutters. Physical modeling of friction and the wear process, which take place while cutting, allows forecasting changes in life of cutting tools just precisely.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie fizyczne; zużycie; materiał supertwardy; trwałość narzędzia

EN

physical modeling; superhard material; tool life

• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2003
• Tom: nr 5
• Strony: 39-50
• Opis fizyczny: Bibliogr.11 poz., rys.

Twórcy

autor

Feldshtein, E.

• Instytut Budowy Maszyn i Pojazdów, Uniwersytet Zielonogórski, ul. Podgórna 50, 65-246 Zielona Góra

Bibliografia

• 1. Прушак В.Я. Методы испытаний материалов на трение и износ. Вышэйшая школа, Минск, 1999.
• 2. Трение, изнашивание и смазка /Под ред. В.В. Крагельского, В.В. Алисина. Т. 1. Машиностроение, Москва, 1978.
• 3. Комбалов В.С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. Наука, Москва, 1974.
• 4. Рыжов Э.В. Контактная жесткость деталей машин. Машиностроение, Москва, 1966.
• 5. Feldshtein E. Contact forces and tensions while finish turning of hardened iron based porous materials// W: Industry. Technology. Enviroment -ITE' 2002: Conference Proceedings. MGGU „Stankin", Moskwa, 2002. -T. 2, 602-606.
• 6. Хирт Д., Лоте И.: Теория дислокаций. Атомиздат, Москва, 1972.
• 7. De Vries R.C. Cubic boron nitride: hand book of properties. General Electric. Reprint N 72CDR178.
• 8. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. Машиностроение, Москва, 1976.
• 9. Feldsztein E. Skrawalność konstrukcyjnych materiałów porowatych oraz powłok ochronnych na bazie proszku żelaza. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, Vol. 20, Nr 2, 2000, 31-39.
• 10. Найдич Ю.В., Колесниченко Г.А., Друй М.С и др. Закономерности растекания металлических расплавов по поверхности нитрида бора. Элементы, адгезионно-активные к нитриду бора. Физика и химия обработки материалов, № 1,1971, 51-54.
• 11. Бондаренко В.П., Халепа А.П. Термодинамическое исследование взаимодействия нитрида бора с переходными металлами. Синтетические алмазы, №2, 1971,7-8.