Федотьєв Андрій Миколайович

УДК 621.9.203: 669.018.25

працездатність різальних пластин із порошків твердого сплаву, регенерованих методом вібророзмелу

Спеціальність 05.03.01 – Процеси механічної обробки,
верстати та інструменти

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Кіровоград – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Конструювання машин та технологічного обладнання"
Кременчуцького державного політехнічного університетуМіністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Маслов Олександр Гаврилович,
Кременчуцький державний політехнічний університет,
завідувач кафедри "Конструювання машин та технологічного обладнання".

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Лавріненко Валерій Іванович, Інститут надтвердих матеріалів ім..Бакуля Національної академії наук України, провідний науковий співробітник;

кандидат технічних наук, доцент Чернявський Олександр Васильович, Кіровоградський державний технічний університет, доцент кафедри "Металорізальні верстати та системи".

Провідна установа:

Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, кафедра “Різання металів та різальний інструмент”, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться 11.04.2003 року о10 годині на засіданні спеціалізованої

вченої ради К .073.01 у Кіровоградському державному технічному університеті за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського державного технічного університету за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, .

Автореферат розісланий 05.03.2003 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.М. Каліч

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В сучасному машинобудуванні та інших галузях господарства України широко використовуються різальні інструменти та деталі, оснащені твердим сплавом. Найширше застосування знайшли сплави, що містять елементи (вольфрам, кобальт та інші), які не видобувають в межах України в зв’язку з відсутністю розвіданих родовищ промислового значення. Але сировину для виготовлення твердого сплаву у межах України можна отримати при використанні регенерації вже використаних виробів з твердого сплаву (відходів різальних інструментів, штампового оснащення, конверсійного лому і тощо). На даний час розроблені технології регенерації відходів твердих сплавів для подальшого використання у виробництві металорізальних інструментів потребують значних капіталовкладень, використання шкідливих речовин й інше. Крім того, використання регенерованого порошку потребує значного дошихтування (15-50%) для отримання відповідних до стандарту фізико-механічних характеристик різальних пластин.

Виходячи із сказаного, створення працездатного металорізального інструменту, оснащеного регенерованим твердим сплавом, є актуальною задачею для України.

Зв’язок роботи з науковими програмами та темами. Робота виконувалась у відповідності до державної цільової програми №062 “Програма виробництва технологічних комплексів машин та обладнання для агропромислового комплексу” на 1998-2005 рр. затвердженою постановами Кабінету Міністрів України від 30 березня 1998 р. №403 та від 11 квітня 2001 р. №350, та тематики науково-дослідних робіт кафедри “Конструювання машин та технологічного обладнання” Кременчуцького державного політехнічного університету на 1997-2000 р.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи – створення працездатних різальних пластин, виготовлених із порошків твердого сплаву, регенерованих методом розмелу у вібраційному млині, без дошихтовування.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі вирішувались наступні задачі:

–

–

–

–

–

–

Об’єкт і предмет досліджень. Об’єктом досліджень є металорізальні пластини із твердого сплаву, виготовленого з порошків, регенерованих методом вібророзмелу. Предмет досліджень – працездатність різальних пластин із порошків, регенерованих методом вібророзмелу та її залежність від параметрів процесу вібророзмелу.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводились з використанням основних положень теорії різання, теорії вібророзмелу та матеріалознавства твердих сплавів.

Експериментальні дослідження проводились з використанням математичного планування експериментів, використанням сучасної експериментальної техніки та математичної обробки результатів експериментів.

Наукова новизна одержаних результатів.

Визначена можливість використання регенерованого порошку без дошихтування для виготовлення різальних інструментів після розмелу відходів твердих сплавів у вібраційному млині, а саме:

–

–

–

–

Практичне значення одержаних результатів:

–

–

Особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів.

Автором особисто отримані наступні наукові та практичні результати:

–

–

–

–

–

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційних досліджень доповідалися на:

українській конференції “Проблемы создания новых машин и технологий”, Кременчук, КДПІ, 18 травня 1999р.;

міжнародній конференції “Проблемы создания новых машин и технологий”, Кременчук, КДПІ, 22 травня 2000р.;

міжнародній конференції “Вибротехнология-99”, Одеса, НПО “Вотум”, 25 серпня 1999р.;

міжнародній ювілейній конференції “Вибротехнология-2000”, Одеса, НПО “Вотум”, 25 серпня 2000р;

міжнародній конференції “Проблемы создания новых машин и технологий”, Кременчук, КДПУ, 21 травня 2001р;

міжнародній конференції “Вибротехнология-2002”, Одеса, НПО “Вотум”, 18 серпня 2002р.

Публікації. Основні результати досліджень опубліковано в семи друкованих працях у наукових фахових виданнях України.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, який налічує 111 найменувань, і 8 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 202 сторінки, в тому числі 56 рисунків, 24 таблиці і додатки на 27 сторінках.

основний ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульована мета і задачі досліджень, показана наукова новизна та практична цінність роботи, наведені відомості про апробацію, публікації та структуру роботи.

Перший розділ присвячено аналізу сучасних методів регенерації відходів інструментальних твердих сплавів, а також засобів механічного впливу на продукти твердосплавного виробництва. Проведено аналіз можливого впливу розмелу у вібраційному млині на якісні показники різальних пластин, що виготовляються з регенерованого порошку.

При застосуванні хімічних методів переробки необхідно застосовувати екологічно небезпечні і коштовні хімічні реагенти. Крім того, застосування хімічних методів потребує великої кількості електроенергії при тривалому циклі переробки, що у даний час скрутного становища в енергетиці України може призвести до надмірного зростання ціни на регенерований твердий сплав. Метод екстракції цинком також достатньо енергоємний і тривалий. Причому процес не можна переривати. Крім того, регенерований в такий спосіб твердий сплав не відповідає вимогам стандарту внаслідок забруднення регенерованого порошку цинком і зниження міцності регенерованого сплаву. Електрофізичні методи, хоча і мають перспективи розвитку, але продукт регенерації потребує подальшого здрібнювання механічним способом. Метод вибуху проблематично широко застосовувати на інструментальних підприємствах України з відомих причин. До того ж, крихку твердого сплаву потрібно, знову ж таки, здрібнювати механічним способом.

Відомо про широке застосування об’ємної вібраційної обробки і вібророзмелу твердих і міцних матеріалів, тощо. Вібраційні млини застосовують у порошковій металургії (для розмелу твердосплавної суміші), у гірничо-збагачувальній галузі (для подрібнення руди), у хімічній промисловості (для тонкого помелу порошків), у виробництві порошкових фарб. Процес розмелу у вібраційних млинах відзначається великою енергонасиченістю і швидкістю порівняно з іншими видами млинів, що дає передумови для використання цього способу для регенерації відходів твердого сплаву. Також відомо про можливий вплив підвищення тривалості розмелу в млинах на показники якості твердосплавної суміші й, як наслідок, на працездатність різальних пластин, виготовлених з неї (табл.1).

Однак відсутність відомостей про вплив вібраційного розмелу відходів на властивості регенерованих твердих сплавів і працездатність різальних пластин дає передумови для дослідження цих питань.

Таблиця 1

Прогнозування впливу факторів розмелу на властивості різальних пластин

Збільшення часу здрібнювання

Позитив | Негатив

-

-

-

Можливі наслідки

-

-

-

-

-

-

–

-

-

-

У другому розділі наведена загальна методика досліджень.

Для визначення працездатності різальних пластин, виготовлених із порошків твердого сплаву, регенерованих методом вібророзмелу, розроблено загальну методику проведення досліджень. Вона складається з трьох основних частин:

–

–

–

Для забезпечення виконання досліджень вібророзмелу було вдосконалено конструкцію вібромлина (рис.1).

Рис.1. Схема вібраційного млина: 1 – розмельні барабани; 2 – корпус; 3 – пружини; 4 – електродвигун; 5 – пелюсткова муфта; 6 – дебаланси; 7 – амортизатори; 8 – рама.

Продуктивність вібророзмелу визначали залежно від параметрів, що наведені в табл.2.

Прилади та засоби вимірювань параметрів вібрацій і гранулометричного складу пульпи. Вимір горизонтальної і вертикальної складових амплітуди коливань робили за допомогою вібровимірювальної апаратури ВИ-6ТН і осцилографа С 1-16. Вимір загальної маси розмельних тіл, а також вимір маси матеріалу, що завантажується, здійснювали на вагах РН-10Ц13. Визначення середньої маси розмельного тіла кожної форми здійснювали за допомогою лабораторних аналітичних ваг типу ВЛА. Гранулометричний склад вихідного матеріалу визначали за допомогою сит бронзових, латунних №№ 09 ,056, 045, 0125, 0045 за ГОСТ 6613-73 і капронового №58-61, ОСТ 17-46-82. Розміри відсіяних часток визначали за допомогою оптичного мікроскопа типу МВС, масу - на лабораторних вагах типу ВЛА.

Робили розмел відходів трьох марок твердих сплавів: ВК6, ВК15 і ВН10. Матеріал для досліджень одержували методом вибуху. Необхідне мінімальне число вимірів при дослідженні вібророзмелу дорівнює n=5.

Дослідження якості отриманого порошку, а також різальних пластин, виготовлених з нього. Порошок фракції, що пройшла сито №0045 (з розміром вічка 350меш) досліджували на предмет вмісту вільного вуглецю, кобальту та заліза за методикою, розробленою і описаною раніше. Позначимо регенерований сплав як ВК6р (індекс р - означає регенерований сплав). Для того, щоб виявити вплив тривалості розмелу на якість виробів із регенерованих твердих сплавів, була поставлена серія дослідів з розмелу відходів сплаву ВК6 із штучно завищеним до вісімдесяти годин часом розмелу. Будемо позначати цей порошок як ВК6р2.

З порошку фракції, що пройшла сито №0045, виготовляли штабики для визначення фізико-механічних характеристик отриманих експериментальних матеріалів. Пресування і спікання робили за стандартною технологією разом з іншими виробами відповідних марок твердих сплавів.

Визначення в експериментальних спечених зразках фізико-механічних властивостей: щільності, твердості, коерцитивної сили, межі міцності при поперечному згині, а також макроструктури зламу здійснювали за раніше розробленою методикою.

Таблиця 2

Змінювані параметри вібророзмелу.

Параметри вібрацій | Інші чинники

Складові амплітуди коливань | Частота коливань | н, % | M/m | Розміри і маса розмельних тіл | Марка сплаву

горизон-тальна

Ах, мм | верти-кальна

Аy, мм

n, кол/хв | 40 | 3:1 | № форми | Довжи-на, мм | Діаметр, мм | Маса, г

2,65 | 2,8 | 1450 | 50 | 4:1 | 1 | 10 | 11 | 10,6 | ВК6

2,9 | 3,1 | 725 | 60 | 5:1 | 2 | 10 | 15 | 14,6 | ВК15

4,7 | 5,0

3 | 16 | 20 | 50 | ВН10

5,6 | 6,1

Примітки: M/m - вагове співвідношення кількості розмельних тіл і подрібнюваного матеріалу;

н - ступінь заповнення обєму барабанів (у відносних одиницях).

Таблиця 3

Гранулометричний склад вихідних матеріалів

Марка сплаву | Розмір часток, мкм

- | 600100 | 1005 | 50,5

ВК6 | Вміст фракції у вихідному завантаженні, % | 90 | 6 | 4

ВК15 | 92 | 5 | 3

ВН10 | 88,5 | 6 | 5,5

Проведення стійкістних досліджень. Для визначення зносостійкості інструмента, виготовленого з регенерованого сплаву ВК6р, проводили обробку чавунних циліндричних заготівок, виготовлених із сірого чавуну СЧ25, на верстаті 1К62 на режимах різання, наведених в табл.4. Спрацювання контролювали по задній поверхні різця за допомогою інструментального мікроскопа ММИ-1. За критерій спрацювання різця була прийнята величина h3=0,5мм.

У дослідженнях використовували прохідні різці з напайною пластиною форми 02271 за ГОСТ 25395-90, при механічному закріпленні пластини. Геометрія різальної частини різців: =50, =80, =450, 1=450.

Спрацювання визначали по задній поверхні різальної пластини кожні п'ять хвилин роботи різця для регенерованих сплавів ВК6р, ВК6р2, ВК6рп (індекс рп означає полагоджений регенерований сплав, отриманий зі сплаву ВК6р2 в результаті навуглецювання в процесі спікання), а також стандартного сплаву ВК6. При обробці різцем, оснащеним пластиною зі сплаву ВК6р2, відбувалася поломка в межах 60% від стійкості стандартного сплаву внаслідок зниженої міцності. Тому подальші дослідження цього сплаву не проводилися.

Постановка факторного експерименту. Головним показником працездатності різального інструменту, виготовленого з регенерованого порошку, на даному етапі дослідження приймали хвилинну стійкость при досягненні критерію затуплення.

Як відомо, залежність стійкості від складових режиму різання та фізико-механічних характеристик оброблюваного матеріалу прийнято описувати рівнянням типу:

(1)

де Т – показник стійкості в хв.; С – постійний коефіцієнт; v – швидкість різання в м/хв.; s – подача в мм/оберт; t – глибина різання в мм; - тимчасовий опір оброблюваного матеріалу , МПа.

Таблиця 4.

Параметри режимів різання, на яких проводилися дослідження сплавів ВК6р, ВК6 та ВК6рп

Значення фіксованих параметрів | Значення змінного параметра

1 | 2 | 3 | 4

s=0,43мм/об, t=2,5мм | v, м/с

1,27 | 1,425 | 1,58 | 1,738

v=1,425м/с, t=2,5мм | s, мм/об

0,2 | 0,3 | 0,43 | 0,52

v=1,425м/с, s=0,43мм/об | t, мм

1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0

Приймемо рівняння (1) як досліджувану математичну модель і розробимо дробний факторний експеримент (ДФЕ) типу 2k. Однак отримати значення показників степені при факторах на основі плану ДФЕ цього типу не вбачається можливим. Тому проведемо перетворення залежності (1) шляхом логарифмування обох частин рівняння і деяких перетворень

, (2)

де - оцінка істинної зміни стійкості в логарифмічному мірилі; b0, b1, b2, b3 b4 – оцінки коефіцієнтів, значення яких треба визначити.

Для визначення коефіцієнтів цього рівняння можливо використати ДФЕ типу 24. Перетворення незалежних перемінних до безрозмірних перемінних проводиться за допомогою рівняння перетворення, де за одиницю нового масштабу прийнято вираз

(3)

Коефіцієнти регресії визначаємо на основі реалізації експериментів за допомогою програми Statgraphics Plus 3.0.

Необхідне мінімальне число вимірів при дослідженні особливостей спрацювання різальних пластин дорівнює n=3. Математична обробка результатів експериментів проводиться за стандартною методикою.

У третьому розділі наведене прогнозування працездатності металорізального інструменту з регенерованих твердих сплавів з урахуванням проведених досліджень особливостей вібророзмелу та властивостей різальних пластин, виготовлених з регенерованого порошку.

Дослідження особливостей вібраційного розмелу відходів твердих сплавів.

Аналіз результатів експериментальних досліджень показав, що характер здрібнювання відходів сплавів різноманітних марок носить подібний характер, і відрізняється незначно для різноманітних умов розмелу. Сплави ВК6 і ВН10 здрібнюються більш інтенсивно на початку розмелу, тоді як сплав ВК15 - наприкінці розмелу.

Результати експериментів показують, що зміна всіх досліджуваних параметрів розмелу в більшу сторону, крім розмірів розмельних тіл, призводить у тією або іншою мірою до збільшення продуктивності. Тому при виборі режимів варто притримуватися максимально припустимих міцністю млина значень параметрів розмелу.

Проведений математичний аналіз залежності середнього розміру подрібнюваних часток у часі показав, що емпірична формула має такий вигляд:

, (4)

, ,

де k1с - коефіцієнт тріщиностійкості подрібнюваного матеріалу (МПа?м1/2); Ах, Аy - горизонтальна і вертикальна складові амплітуди коливань (мм); n - частота коливань (Гц); н - ступінь заповнення об’єму барабанів (у відносних одиницях); m - маса розмельного тіла, (г); d - середній діаметр розмельного тіла, (мм); S? - сумарна площа поверхні розмельних тіл, (м2); кф - коефіцієнт форми розмельного тіла, (для першої та третьої форми кф=1, для другої - кф=2,35); кс - коефіцієнт, що враховує вагове співвідношення кількості розмельних тіл і подрібнюваного матеріалу (кс=1 для співвідношення 13, кс=0,75 для співвідношення 14, кс=0,6 для співвідношення 15).

Наведена емпірична залежність (5) дозволяє запропонувати алгоритм знаходження оптимальних режимів розмелу для різноманітних марок твердих сплавів.

Рис.2. Гістограми відсоткового вмісту подрібнених часток у регенерованому порошку.

Гранулометричний та хімічний аналіз регенерованого порошку. Гістограми розподілу кількості часток по розмірах для кожного досліджуваного сплаву наведені на рис.2. Видно, що основна маса часток сплаву ВК6р має розмір 0,51мкм, сплаву ВК15р - 22,5мкм, сплаву ВН10р - 11,5мкм (індекс р - означає регенерований сплав).

Для того, щоб виявити вплив тривалості розмелу на якість виробів із регенерованих твердих сплавів, була поставлена серія дослідів з розмелу відходів сплаву ВК6 із штучно завищеним до вісімдесяти годин часом розмелу.

Після контролю гранулометричного складу проводили дослідження регенерованого порошку різних серій на вміст вільного вуглецю, заліза і кобальту (табл.5). Аналіз цих даних показує на деяку недостатню кількість вуглецю в сплаві ВК6р2, що розмелювали 80 годин.

Металографічний контроль сплавів показав, що зразки, отримані зі сплаву ВК6р2, мають більш дрібнозернисту структуру, ніж зразки зі сплаву ВК6р. Отримані зразки сплавів показали повну відповідність вимогам стандарту, крім сплаву ВК6р2, який має у своїй структурі дефекти у виді 1-фази, що знижує міцність сплаву. У сукупності з більш дрібнозернистою структурою це можна розглядати як побічний доказ того, що в результаті тривалого розмелу мала місце втрата вуглецю в сплаві.

Для визначення фізико-механічних характеристик регенерованих сплавів проводили дослідження на твердість, міцність, а також визначали коерцитивну силу (табл.6).

Регенеровані сплави показали досить задовільні показники міцності (ненабагато менше за стандартні сплави). При цьому твердість їх має вищі значення порівняно зі стандартними сплавами за рахунок більш мілкозернистої структури. Але зі збільшенням часу розмелу фізико-механічні характеристики регенерованих сплавів знижуються.

Таблиця 5

Результати хімічного аналізу регенерованих порошків

Марка порошку | Масова доля загального вуглецю, % | Масова доля заліза, % | Масова доля кобальту, %

ВК6р | 6,09 | 0,1 | 6,15

ВК6р2 | 6,04 | 0,8 | 6,32

ВК15р | 6,08 | 0,2 | 15,24

Таблиця 6

Металографічний і фізико-механічний аналіз регенерованих різальних пластин

№ зразка | Об'ємний вміст пір, % | Об'ємний вміст вільного вуглецю,% | Розподіл зерен за класами зернистості, % | Форма і характер розподілу фази 1 | Розподіл

-фази, (звязки) | Макс. розмір окремих великих зерен WC,мкм

Клас зернистості карбіду вольфраму, мкм

ВК6р | 1 | 2 | 3 | 4 | 5

1

2

3 | А0,02

А0,02

А0,04 | С0,1

С0,2

С0,1 | 90

92

87 | 6

7

9 | 4

1

4 | -

-

- | -

-

- | від-сутня | рівно-мірне | 3,5

3,0

2,8

ВК6р2

1

2

3 | А0,04

А0,04

А0,02 | С0,1

С0,1

С0,1 | 90

92

89 | 9,5

7,6

9,7 | 0,5

0,3

0,8 | -

0,1

0,5 | у вигляді мережив і островків | рівно-мірне | 2,8

2,6

3,1

Марка сплаву | Межа міцності при згині, Н/мм2, | Щільність, г/см3, | Коерцитивна сила, Ерстед, | Твердість, HRA,

ВК6р | 1640 (1650) | 14,72 (14,615,0) | 195210 (150170) | 90,3 (88,5)

ВК6р2 | 1519 (1650) | 14,02 (14,6ч 15,0) | 210ч 235 (150ч 170) | 90,5 (88,5)

Відновлений сплав ВК6рп

Об'ємний вміст пір, % | Об'ємний вміст вільного вуглецю,% | Розподіл зерен за класами зернистості, % | Форма і характер розподілу фази 1 | Розподіл -фази, (звязки) | Макс. розмір окремих великих зерен WC, мкм

Клас зернистості карбіду вольфраму, мкм

1 | 2 | 3 | 4

А0,04 | С0,1 | 89 | 10 | 1 | - | відсутня | рівномірне | 3,5

Межа міцності при згині, Н/мм2, | Щільність, г/см3, | Коерцитивна сила, Ерстед, | Твердість, HRA,

1600 (1650) | 14,62 (14,6ч15,0) | 200ч210 (150ч170) | 88,3 (88,5)

(для стандартного сплаву)

Прогнозування працездатності металорізального інструменту з регенерованого твердого сплаву. Підґрунтям для створення залежності хвилинної стійкості різця при врахуванні зношування за рахунок адгезії були данні Т.Н. Лоладзе. В результаті аналітичного аналізу і математичних перетворень цих та інших даних отримаємо вираз хвилинної стійкості різця при врахуванні зношування за рахунок адгезії:

, (5)

де С1 – постійна; - величина спрацювання інструменту по головній задній поверхні; , - відповідно головний задній кут та головний передній кут різця; b – ширина зрізу; - твердість оброблюваного матеріалу, HV; - твердість інструментального матеріалу, HV; - міцність твердого сплаву з урахуванням об’єму матеріалу, що руйнується; - середня глибина зрізаних або вирваних часток; - швидкість різання; - шорсткість головної задньої поверхні різця; - опір деформації оброблюваного матеріалу; - товщина зрізу.

Сумарне спрацювання інструменту на різних швидкостях різання не буде складатись з арифметичної суми кількості металу, що переноситься з однієї поверхні на іншу за рахунок адгезії М та дифузії Мдиф. Співвідношення вкладень у сумарний знос від дифузії і адгезії буде змінюватись на користь першого зі зростанням температури різання.

Взагалі формула (5) дає змогу стверджувати, що стійкість регенерованого сплаву буде дещо вищою порівняно зі стандартним. Це може бути спричинено меншим розміром часток карбіду вольфраму, що призведе до підвищення щільності, твердості та мікроміцності регенерованого сплаву. Також це дасть можливість отримати поверхні різця з меншою шорсткістю.

В четвертому розділі приведені результати стійкістних випробувань різців, оснащених пластинами з регенерованих твердих сплавів і зі стандартного сплаву.

Сплав ВК6р, регенерований на оптимальних режимах розмелу, має показники стійкості на рівні стандартного сплаву ВК6 і вищі сплаву ВК6рп незалежно від режимів різання, окрім випадку із обробкою заготовки при великому значенні глибини різання (t=3мм), коли регенерований сплав ВК6р показав трохи гірші стійкістні показники порівняно зі стандартним сплавом (рис.3). Такий факт, разом із більшою твердістю і меншим розміром зерна, що дає змогу отримати гостріші різальні кромки регенерованого сплаву, дає можливість рекомендувати використовування регенерованого сплаву при чистовій обробці чавунів із малими значеннями глибини різання.

Далі було розроблено модель для визначення раціональних режимів різання при точінні чавунних деталей різцями з регенерованого твердого сплаву.

Після аналізу даних дробного факторного експерименту і розрахунку коефіцієнтів регресії отримали залежність хвилинної стійкості від швидкості різання (v, м/с), подачі інструменту (s, мм/об), глибини різання (t, мм) та тимчасового опору сірого чавуну уз (МПа):

. (6)

Рис.3. Спрацювання різців з пластинами із досліджуваних твердих сплавів при точінні чавуна в залежності від глибини різання.

Аналіз літературних джерел і проведені дослідження динаміки спрацювання різців, виготовлених з порошку, регенерованого методом вібророзмелу, дозволили ввести в емпіричну модель залежності хвилинної стійкості різця значення допустимого спрацювання по задній грані інструменту hз. Після відповідних перетворювань математична емпірична модель буде мати такий вигляд:

. (7)

Користуючись залежністю (7), можна провадити розрахунок режимів різання сірих чавунів при точінні різцями, виготовленими з регенерованого порошку сплаву ВК6.

У першу чергу задають допустиме спрацювання hз по задній грані в мм. Загалом відомо про глибину різання на переході і про потрібну стійкість різця. Тому далі треба визначити подачу і швидкість різання.

Величина основного машинного часу на операції визначається як , (де Lр.х. – довжина робочого ходу супорту, мм; s – подача різця, мм/об; п – кількість обертів шпинделя верстата, об./хв.). А кількість обертів шпинделя – як (де v – швидкість різання, м/хв.; d – діаметр оброблюваної заготівки, мм). Після відповідних перетворень отримаємо залежність

, (8)

де С – константа для конкретного процесу різання ().

Для досягнення максимальної продуктивності на переході треба, щоб величина основного машинного часу була мінімальною, тобто коли добуток vЧs прямує до нескінченності.

Залежність від добутку vЧs фактично є залежністю тільки від s тому, що при даному процесі різання (тобто при фіксованих значеннях hз, Т, t, уз) залежність швидкості різання v, що має наступний вигляд

(9)

буде залежати тільки від подачі s.

Тепер залежність від добутку vЧs можна записати у вигляді залежності від s

. (10)

Тобто при заданій глибині різання t в мм, стійкості Т у хвилинах різання і значенні тимчасового опору уз оброблюваного матеріалу в МПа призначають максимальну подачу в мм/об, що допускає міцність приводу подачі верстата і таку, щоб розрахована за формулою (9) швидкість різання в м/с була раціональною для даного виду різального матеріалу.

У п’ятому розділі оцінювали економічну ефективність методу регенерації відходів твердого сплаву та промислові випробовування різців, оснащених пластинами із регенерованого твердого сплаву ВК6.

Економічну ефективність використання різальних пластин, виготовлених із регенерованого твердого сплаву, можна оцінити, підраховуючи собівартість виготовлення різальних пластин із регенерованого порошку.

Технологія отримання різальних пластин методами порошкової металургії буде практично однакова як для стандартного сплаву, так і для регенерованого. Тому економічну ефективність використання регенерованих різальних пластин будемо оцінювати за допомогою порівняння собівартості виготовлення одного кілограма регенерованого порошку і ринкової ціни на 1кг твердосплавної суміші відповідної марки.

Собівартість регенерованого порошку твердого сплаву дорівнює 84,213грн. за кілограм. Закупівельна ціна твердосплавної суміші марки ВК6 дорівнює 130145грн. Значить, регенерований порошок на 54,472,2% дешевше стандартного. При цьому регенерований порошок уже не потрібно розмелювати перед безпосереднім виробництвом твердосплавної продукції тому, що розподіл частинок кобальту в порошку вже достатньо рівномірний. Використання різального інструменту, оснащеного різальними пластинами з регенерованого твердосплавного порошку без дошихтовування, є ефективним, оскільки при збереженні стійкості, витрати на матеріал, з якого виготовляються різальні пластини, зменшуються на 54,472,2%.

Результати промислових випробовувань на підприємстві ОАО НПО “Етал” (м. Олександрія) показали, що експлуатаційні властивості регенерованого сплаву ВК6 вищі, ніж у стандартного сплаву ВК6, на 3-5% при режимах різання, на яких проводились випробовування.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на ДІЦТС “Світкермет”, м. Світловодськ.

Загальні ВИСНОВКИ

У результаті проведення досліджень була встановлена доцільність використання порошків твердого сплаву, регенерованих методом розмелу у вібраційному млині, для створення працездатних різальних пластин без дошихтовування.

1

2

3

4

5

6

7

8

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Федотьев А.Н. Влияние размеров мелющих тел на производительность вибрационного размола // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. – Кіровоград: КДТУ. – 1999. – Вип. 5. – С. 27-33.

2. Шаповал А.Н., Федотьев А.Н., Федотьев Н.А. Новый метод переработки твердосплавных отходов // Науковий вісник національної гірничої академії України. Науковий журнал. – Дніпропетровськ: НГАУ. – 1999. – №2. – С. 103-105.

3. Маслов А.Г., Федотьев А.Н. Сравнение размалываемости отходов твердого сплава различных марок // Обработка дисперсных материалов и сред. Периодический сборник научных трудов. Теория, исследования, технологии, оборудование. – Одесса: НПО “Вотум”. – 1999. – Выпуск №9. – С. 58-61.

4. Федотьєв А.М., Маслов О.Г. Дослідження якості регенерованого порошку і різального інструмента, виготовленого з нього // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды Кременчугского государственного политехнического института. – Кременчуг: КГПИ. – 2000. – Выпуск 1. – С. 243-246.

5. Федотьев А.Н. Влияние некоторых параметров виброразмола отходов твердого сплава на производительность и интенсивность процесса // Обработка дисперсных материалов и сред. Периодический сборник научных трудов. Теория, исследования, технологии, оборудование. – Одесса: НПО “Вотум”. – 2000. – Выпуск №10. – С. 45-48.

6. Федотьєв А.М. Факторне дослідження різальних властивостей інструмента, виготовленого з порошку, регенерованого методом вібраційного розмелу // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды Кременчугского государственного политехнического университета. – Кременчуг: КГПУ. – 2000. – Выпуск 1. – С. 231-236.

7. Федотьев А.Н. Свойства режущих пластин, регенерированных методом виброразмола // Обработка дисперсных материалов и сред. Периодический сборник научных трудов. Теория, исследования, технологии, оборудование. – Одесса: НПО “Вотум”. – 2002. – Выпуск №12. – С. 161-169.

АНОТАЦІЯ

Федотьєв Андрій Миколайович. Працездатність різальних пластин із порошків твердого сплаву, регенерованих методом вібророзмелу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – “Процеси механічної обробки, верстати та інструменти”. Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 2003 р.

Дисертація присвячена визначенню працездатності різальних пластин, виготовлених із порошків твердого сплаву, регенерованих методом розмелу у вібраційному млині. Теоретичним дослідженням закономірностей процесу спрацювання твердосплавних різців при зношуванні по головній задній поверхні за рахунок адгезії, результатами хімічного, металографічного та фізико-механічного аналізів, стійкістними дослідженнями різців, оснащених регенерованими твердими сплавами встановлено, що використання різального інструменту, оснащеного різальними пластинами з регенерованого твердосплавного порошку, є ефективним, оскільки стійкість цього інструменту знаходиться на рівні стандартного, а витрати на матеріал, з якого виготовляються різальні пластини, зменшуються на 54,472,2%. Результати досліджень покладено в основу моделі для визначення раціональних режимів різання при точінні заготовок із сірих чавунів різцями, що оснащені різальними пластинами із регенерованого твердосплавного порошку. На основі результатів дослідження вібраційного розмелу відходів твердого сплаву запропонована методика розрахунку раціональних режимів розмелу для отримання найвищої продуктивності процесу при збереженні фізико-механічних та хімічних показників регенерованого твердого сплаву в межах стандартів.

Ключові слова: працездатність, стійкість, різальна пластина, порошок твердого сплаву, регенерація, вібраційний розмел.

THE SUMMARY

Fedotiev Andrey Nikolayevich. Serviceability of cutting tips made of cemented carbide dust regenerated by vibrogrinding. – Manuscript.

Thesis for the competition for a scientific degree of the candidate of engineering science in specialty 05.03.01 – “Machining processes, machine tools and instruments”. The Kirovograd State Technical University, Kirovograd, 2003.

The thesis deals with the determining of the serviceability of cutting tips made of cemented carbide dust regenerated by vibrogrinding in a vibratory mill. By the analysis of the regularities of carbide-tipped tool deterioration along with the deterioration of the major flank due to adhesion, by the results of chemical, metallographic and physical-mechanical analysis, by the investigation of durability of the cutting tools coated wits cemented carbides, it was ascertained that the use of a cutting tool equipped with tips made of regenerated cemented carbide dust is efficient as the material expenditure for cutting tools production decrease by 54.4 to 72.2%, durability increases by 3 to 5% (depending on the number of the machined parts). The results of the investigation were taken as the basis for a model determining rational cutting conditions during the turning of blanks made of gray cast iron with the help of cutting tools equipped with tips made of regenerated carbide dust. Methods of calculation of rational grinding conditions to obtain the best process output and preserve physic-mechanical and chemical characteristics of the regenerated cemented carbide complying with standards are offered on the basis of the results of the investigation of vibration grinding of cemented carbide waste.

Keywords: serviceability, durability, cutting tip, cemented carbide dust, regeneration, vibration grinding.

АННОТАЦИЯ

Федотьев Андрей Николаевич. Работоспособность режущих пластин из порошков твердого сплава, регенерированных методом виброразмола. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 – “Процессы механической обработки, станки и инструменты”. Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 2003 г.

Диссертация посвящена определению работоспособности режущих пластин, изготовленных из порошков твердого сплава, регенерированных методом размола в вибрационной мельнице, без дошихтовки.

Анализ выполненных исследований показал, что проблема получения работоспособных режущих пластин из регенерированных твердосплавных порошков без дошихтовки станков изучена недостаточно полно. Разработанные на данный час технологии регенерации отходов твердых сплавов требуют значительных капиталовложений, использование вредных веществ и др.. Кроме этого использование регенерированного порошка требует значительной дошихтовки (15-50%) для того, чтобы получить режущие пластины с соответствующими стандарту физико-механическими характеристиками.

Экспериментальными исследованиями вибрационного размола отходов твердых сплавов и металлографическими и физико-механическими анализами установлено, что при использовании рациональных режимов размола, получаются плотные, мелкозернистые и без дефектов режущие пластины из сплава ВК6. Увеличение времени размола приводит к появлению дефектов в структуре регенерированного сплава в виде повышенной пористости и появлению ?1-фазы. Как следствие снижаются прочность режущих пластин и их работоспособность.

На основе результатов исследования вибрационного размола отходов твердого сплава предложена методика расчета рациональных режимов регулируемого размола для получения наибольшей производительности процесса при сохранении физико-механических и химических показателей регенерированного твердого сплава в пределах стандартов.

На основе теоретического исследования закономерностей процесса изнашивания твердосплавных резцов предложена формула для определения минутной стойкости резца, при износе по главной задней поверхности за счет адгезии. Это, вместе с металлографическим и физико-механическим анализами, дало предпосылку оценки работоспособности регенерированных режущих пластин экспериментальным путем.

Экспериментальными исследованиями режущих пластин, изготовленных из регенерированных порошков без дошихтовки, в сравнении со стандартным сплавом, установлено, что работоспособность регенерированных и стандартных пластин находится приблизительно на одном уровне. В результате проведения дробного факторного эксперимента разработана модель для определения рациональных режимов резания при точении заготовок из серых чугунов резцами, оснащенными режущими пластинами из регенерированного твердосплавного порошка.

Проведенными исследованиями установлено, что использование режущего инструмента, оснащенного режущими пластинами из регенерированного твердосплавного порошка является эффективным, так как стойкость этого инструмента находится на уровне стандартного, а затраты на материал, из которого