CC BY
67
3. ТЕХНОЛОГИЯ ТА УСТАТКУВАННЯ
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
@ El Correspondence author I. M. Honchar [email protected]
В. М. Голубець, I. М. Гончар, Ю. С. Шпуляр
Нацюнальний лкотехтчний утверситет Украши, м. Львiв, Украта
П1ДВИЩЕННЯ СТ1ЙКОСТ1 МЕТАЛО- I ДЕРЕВОР1ЗАЛЬНОГО 1НСТРУМЕНТУ
НАНЕСЕНИЯМ ЕЛЕКТРО1СКРОВИХ ПОКРИТЬ
Пpоaиaлiзовaио характеристики MaTepiariB, що використовують для виготовлення рiзального ÍHCTpyMeHry. Встановлено, що важливою характеристикою для iнстpумeнтaльних сталей е 1х пpогapтовувaнiсть. Але якщо робоча температура в зош контакту шструмент-деталь перевищуе температуру вдауску, то твердють iнстpумeнту понижуеться через розпад мартенситу та укрупнення частинок карбдао! фази, i iнстpумeнт буде затуплюватись. Тому важливою прикладною задачею тдви-щення стiйкостi piзaльного iнстpумeнту е поверхневе зм1цнення леза. Проведено дослщження щодо поверхневого зм1цнення метало- i дepeвоpiзaльного iнстpумeнту з використанням нових комбшованих eлeктpодiв для нанесення електроюкрового покриття (Е1П) методом eлeктpоiскpового легування (Е1Л). У розроблених комбiновaниx електродах використано вiдомi твepдi сплави ТК, ВК, порошковий дpiт ПД 80Х20Р3Т з додаванням до них компоненту "К". Виконано експериментальш дослiджeння процесу свердлшня зpaзкiв iз wmi 40Х, загартовано! до твepдостi HRC 38-40. За шструмент взято свердла марки HSS (аналог швидю^зальна легована сталь Р6М5) швейцарсько! фipми IRWIN. Свердлшня здшснено цими свердла-ми незмщненими, змшненими твердими сплавами ТК i ВК, порошковим дротом ПД 80Х20Р3Т, а також порошковим дротом ПД 80Х20Р3Т з додаванням до них компоненту "К". Встановлено, що стшюсть свердел, змщнених порошковим дротом ЦД80Х20Р3Т+"К", по^вняно зi сepiйним незмшненим збшьшилась майже у 7 paзiв. Проведено також поверхневе змщнення Е1Л зубщв стpiчковоl пилки iз стaлi D6A (аналог 50ХГФМА) для пиляння деревинних мaтepiaлiв, з використанням електро-ду Т15К6+"К". Поpiвняльнi дослiджeння проведено тд час розпилювання деревини ясеня. За результатами дослщжень встановлено, що ресурс роботи с^чково! пилки, змщнено! Е1Л, збшьшився у 2 рази т^вняно з незмшненими пилками. На тд-стaвi отриманих peзультaтiв можна стверджувати, що внaслiдок змiни структури поверхневого шару металу пiдвищуеться його твердють, а завдяки високiй юшзацп мiжeлeктpодного простору - виникають сприятлиы умови для перебггу peaкцiй, яю зумовлюють змшу його xiмiчного складу. Однак для пояснення мexaнiзму процесу змщнення наведет твердження пот-ребують детальних мeтaлогpaфiчниx дослiджeнь.
Krnuoei слова: покриття електроюкрове; легування електроюкрове; свердло; пилка ^iHro^a; електрод; сплав твердий; дpiт порошковий; стiйкiсть; змiцнeння поверхневе.
Вступ. Основною вимогою до сталей, що використовують для виготовлення piзaльного шструменту, е висок1 значения твердосп, зносостiйкостi, теплос-тiйкостi, мiциостi та в'язкостi. Зaзнaчeнi характеристики взаемозв'язаш мiж собою. Так, iз збiльшeнням твер-достi стaлi, яка залежить вiд термооброблення, збшь-шуеться зносостiйкiсть. Мiцнiстнi характеристики iнстpумeнту зумовлеш мexaиiчними, фiзико-xiмiчними, режимними, тепловими та шшими процесами, що ввд-буваються в зонi контакту з оброблювальним виробом пiд час piзaння. Важливою характеристикою для шструментальних сталей е !х пpогapтовувaиiсть (здат-нiсть гартуватися на певну глибину). У процеа роботи piзaльного iнстpумeнту працюе дуже тонка смужка металу - лезо, яке залежно вiд питомого навантаження i
1нформащя про aBTopiB:
Голубець Володимир Михайлович, д-р техн. наук, професор, завiдувач кафедри технологи матерiалiв i машинобудування.
Email: [email protected] Гончар 1ван Миколайович, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри технологи матерiалiв i машинобудування. Email: [email protected]
Шпуляр Юрм Степанович, шженер I кат. кафедри технологи матерiалiв i машинобудування. Email: [email protected] Цитування за ДСТУ: Голубець В. М., Гончар I. М., Шпуляр Ю. С. Пщвищення стiйкостi метало- i дереворiзального шструменту
нанесенням електроiскрових покрить. Науковий вкник НЛТУ УкраТни. 2018, т. 28, № 2. С. 111-114. Citation APA: Golubets, V. M., Honchar, I. M., & Shpulyar, Yu. S. (2018). Increase of Resistance of Metal and Woodcutting Tools with Applying of Electrosparking Coating. Scientific Bulletin of UNFU, 28(2), 111-114. https://doi.org/10.15421/40280220
Науковий вкник НЛТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua
https://doi.org/10.15421/40280220 Article received 02.03.2018 р. Article accepted 29.03.2018 р.
УДК 016:621.789.1
швидкосп рiзання на^ваеться. Якщо робоча температура в зош контакту перевищуе температуру вщпуску, твердеть шструменту буде понижуватися через розпад мартенситу й укрупнення частинок карбщно! фази, а шструмент буде затуплюватись. Тому для тдвищення стшкосп рiзального леза шструменту проти зношуван-ня потрiбна висока твердiсть, що перевищуе твердеть оброблюваного матерiалу, а у разi поверхневого змщ-нення шару металу необхщна i висока адгезiя.
У табл. 1 подано приклади деяких груп шструмен-тальних сталей i твердих сплавiв з даними про Тх характеристики i можливють виготовлення конкретних iнструментiв або оброблення матерiалiв (Diachenko, et а1., 2007; Югук, 1999; Guliaev, 1977).
Табл. 1. Матерiали для шструменмв
№ з/п Група Приклад марок Прогарто-вувашсть Теплос-тiйкiсть Дiаметр шстру-мента, мм Термiчnе оброблення, твердость Структура Допустима швидюсть рь зання, м/хв Вид шструменгу або оброблення
1 Вуглеце-вi У7-У13, У7А-У13А невелика нетеплос-тшю (150-200°С) <25 гартування + низький ввд-пуск HRC60-63 мартенсит вдауску + цементит 10-15 керни, викрутки, стамески, плашки, шабери, калбри та iнше
2 Леговаш Х, 11Х, 9ХС, 9ХФ, ХВГ, ХВСГ тдвищена висока нетеплос-тiйкi (250-260°С) <30 <35 <45 <100 гартування + низький ввд-пуск HRC61-65 мартенсит вдауску + карбщи 20-25 свердла, зенкери, розвертки, протяжки, ножiвки, пили для металу i деревини
мартенсит вдауску + спецiальni карбщи
Х12, 7Х3 пiдвищеnа натвтеп-лостiйкi (350-380°С) <100
3 Швидко-рiзальнi (високо-леговаш) Р6, Р9, Р18, Р6М5 висока теплостшю (620°С) необме-жений гартування (1050-1080 °С) + трикратний вiдпуск 570 °С, HRC63-68 мартенсит вдауску + спецiальni карбщи 80 рiзцi та iншi види рiзального шструменту для оброблення металу i де-ревини
Р6М5К5, Р9М4К8 висока теплостiйкi (640°С)
4 Метало-керамiч-ni твердi сплави групи ВК: ВК2, ВК6, ВК8, ВК6М (900-1000°С) розмiри необме-жеш HRC87-90 WC, Co 800 оброблення чаву-ну, кольорових сплавiв, пластмас, плит ДСП i ДВП, деревини
групи ТК: Т5К10, Т15К10, Т15К6 та in. HRC90-92 TiC, Co, WC оброблення сталей та iнших в'яз-ких матерiалiв
групи ТТК: ТТ7К12 HRC91-93 WC, TiC, TaC, Co оброблення жаро-мщних сталей
Виклад основного матерiалу досл1дження. Важли-вою прикладною задачею тдвищення стiйкостi рiзаль-ного iнструменту е поверхневе змщнення леза ^заль-но! крайки). Широкого розповсюдження у промисло-востi набула технолопя електроiскрового легування (Е1Л), завдяки переносу на змiцнювану поверхню рь зально! крайки будь-яких струмопровiдних шструмен-тiв, висок1й мiцностi та адгезп змiцненого поверхневого шару з основою металу iнструменту, локальному нане-сенш електроiскрового покриття (Е1П) без помггно! де-формацп iнструменту, вiдсутностi названия рiзальноl частини, низько! енергоемностi. Важливим у викорис-таннi Е1Л е розроблення й освоення нових електродних матерiалiв, у разi яких застосовують переважно твердi сплави групи ТК i ВК, графiт, а в окремих випадках хром, бiлий чавун та iн. Вiдновлення розмiрiв шстру-менту здiйснюють також Е1Л в основному електродами з матерiалу, близького за фiзико-механiчними власти-востями до матерiалу iнструменту.
Завдання ще! роботи полягало в тому, щоб перевiри-ти ефективнiсть використання для поверхневого змщнення метало- i дереворiзального iнструменту нового комбiнованого електроду для нанесення Е1П методом Е1Л. У розроблених комбшованих електродах викорис-товували вiдомi твердi сплави ТК, ВК, порошковий дрiт ПД 80Х20Р3Т з додаванням до них компонента "К" (ав-тори залишають за собою право не подавати даш про компонент "К" у зв'язку з тдготовкою заявки на отри-мання охоронного документу). Дiаметр електродiв до-рiвнював 6 мм, довжина - 30 мм.
Дослвдження проводили на установщ для Е1Л "Елгг-рон-20" виробництва дослiдного заводу 1ПФ АН Мол-дови, яка складаеться з генератора i ручного вiбратора, на дев'ятому режимi легування (режим емносп - 3, режим напруги - 3, емнiсть батаре! накопичення конден-
caTopiB 630 мкФ, амплпуда iмпульсiв напруги накопи-чувальних конденсаторах 58 В, робочий струм 9 А, частота iмпульсiв 100 Гц).
Процес електроюкрового легування базуеться на ви-користаннi явищ, що супроводжують раптове вившь-нення електрично! енергп, i характеризуеться високою температурою каналу юкри та iонiзацiею мгжелектрод-ного простору. У зв'язку з тим, що при цьому процеа протжають коротк за часом iмпульси електричного струму тривалiстю вiд 10-3 до 10-5 с, ввдшд тепла на електродах вщ мiсця розряду до оброблювано! поверхнi не забезпечуеться теплопровiднiстю металу. Тому малi об'еми поверхневих шарiв металу пiддаються рiзким перепадам температури - вiд температури китння металу в електродах до температури в дешлька десятшв градусiв (Ivanov, 1961).
Проведено модельний експеримент процесу свер-длiння зразшв розмiром 112*32*11 мм iз сталi 40Х, за-гартовано! до твердосп HRC 38-40. За iнструмент брали свердла марки HSS (аналог швидкорiзальна легована сталь Р6М5) дiаметром 8,0 мм з кутом загострення 118° швейцарсько! фiрми IRWIN. Е1Л здiйснювали зазначе-ним свердлом незмiцненим, змiцненим твердими сплавами ТК i ВК, порошковим дротом ПД 80Х20Р3Т, а також порошковим дротом ПД 80Х20Р3Т з додаванням до них компоненту "К". Результати дослвджень наведено в табл. 2.
Встановлено, що стшшсть свердла, змщненого порошковим дротом ПД80Х20Р3Т+"К", порiвняно зi се-ршним незмiцненим збiльшилося майже у 7 разiв. Зас-луговуе на увагу Е1Л свердел твердим сплавом Т15К6+"К", внаслвдок чого стiйкiсть змiцненого свердла збшьшилась порiвняно iз сершним бiльш як у 3 рази (Lazarenko, 1976; Samsonov, et al., 1976).
Табл. 2. Результати експериментальних дослвджень
Проведено також поверхневе змiцнення Е1Л зубщв с^чково! пилки, виготовлено! в "Технолк ПП" (м. Львiв) iз ст^ D6A (аналог 50ХГФМА) для пиляння деревинних матерiалiв, з використанням електроду Т15К6+"К". Дослiдно-промислову перевiрку змiцнених пилок проводили на фiрмi "Агробуд" (с. Давидiв Пусто-митiвського р-ну Львiвськоl обл.) на пилорамi ВСГ 1000. Порiвняльнi дослвдження з незмiцненими пилками проводили тд час розпилювання ясеня (натвзамо-роженого, поверхня крита болотом i пiском, трап-ляеться камiння). Натяг пилки становив 220 кг/см2, хвд пилки - плавно регульований вiд 0 до 20 м/хв, швид-к1сть руху пилки - 40 м/с. За результатами дослвджень встановлено, що ресурс роботи стрiчковоl пилки, змщ-нено! Е1Л, становив 39 порiзок. Ресурс пилки з незмщ-неними зубами - 19 порiзiв. Це свiдчить про збшьшен-ня стiйкостi пилки у 2 рази.
Висновок. На пiдставi отриманих результатiв досль джень щодо пiдвищення стiйкостi iнструменту пiсля Е1Л можна стверджувати, що внаслвдок змши структу-
ри поверхневого шару металу пiдвищуeться твердiсть металiчних поверхонь, а завдяки висок1й ютзацд м1же-лектродного простору - створення сприятливих умов для перебиу на метaлiчнiй поверхш хiмiчних реaкцiй, як1 зумовлюють 3Mi^ складу поверхневих шaрiв мета-лу. Пiд час Е1Л у повиряному середовищi в поверхневих шарах металу завжди е зв'язaнi азот i кисень. Окрiм цього, тд впливом електричного поля та електродина-мiчних сил, що виникають, об'ем металу розм'як-шуеться i переноситься з аноду (електроду) на катод Тому фiзико-мехaнiчнi влaстивостi шару Е1П здебiльшого можуть бути близькими до властивостей мaтерiaлу анода (Lazarenko, 1976; Samsonov, et al., 1976). Однак для пояснення мехaнiзму процесу змщ-нення нaведенi твердження потребують детальних ме-тaлогрaфiчних дослвджень.
Стосовно практичних рекомендaцiй, можна пере-конливо стверджувати про можливкть впровадження технологи Е1Л за розробленими режимами у виробниц-тво.
Перелш використаних джерел
Diachenko, S. S. (Ed.), Doshchechkina, I. V., Movlian, A. O., & Ples-hakov, E. I. (2007). Materialoznavstvo. Kharkiv: KhNADU. 440 p. [in Ukrainian].
Guliaev, A. P. (l977). Metallovedenie. (5th ed.). Moscow: Metallur-
giia. 648 p. [in Russian]. Ivanov, G. P. (1961). Tekhnologiia elektroiskrovogo uprochneniia instrumentov i detalei mashin. Moscow: Mashgiz. 302 p. [in Russian].
Kiryk, M. D. (1999). Instrument dlia obroblennia derevyny ta de-
revnykh materialiv. Lviv: Kolomyia. 190 p. [in Ukrainian]. Lazarenko, N. I. (1976). Elektoiskrovoe legirovanie melallicheskikh
poverkhnostei. Moscow: Mashinostroenie. 45 p. [in Russian]. Samsonov, G. V., et al. (1976). Elektroiskrovoe legirovanie metallic-heskikh poverkhnostei. Kyiv: Naukova dumka. 219 p. [in Russian].
процесу свердлшня
Кшьюсть
№ з/п Свердло Оброблюва-ний матерiал просвер-длених от-ворiв зав-глибшки 11 мм
1 Свердло HSS (незмшнене) 4
2 Змщнене сплавом Т15К6+"К" 14
3 Змщнене сплавом ВК8+"К" Сталь 40Х, HRC 38-40 2
4 Змщнене порошковим дротом ПД80Х20Р3Т 2
5 Змщнене порошковим дротом ПД80Х20Р3Т+"К" 27
В. М. Голубец, И. М. Гончар, Ю. С. Шпуляр
Национальный лесотехнический университет Украины, г. Львов, Украина
ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛО- И ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
НАНЕСЕНИЕМ ЭЛЕКТРОИСКРОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Проанализированы характеристики материалов, используемых для изготовления режущего инструмента. Установлено, что важной характеристикой для инструментальных сталей является их прокаливаемость. Но если рабочая температура в зоне контакта инструмент-деталь превышает температуру отпуска, то твердость инструмента снижается в связи с распадом мартенсита, а также укрупнением частиц карбидной фазы, и инструмент будет затупляться. Поэтому важной прикладной задачей повышения стойкости режущего инструмента является поверхностное упрочнение режущего лезвия. Проведены исследования поверхностного упрочнения металло- и дереворежущего инструмента с использованием новых комбинированных электродов для нанесения электроискрового покрытия (ЭИП) методом электроискрового легирования (ЭИЛ). В разработанных комбинированных электродах использовались известные твердые сплавы ТК, ВК, порошковая проволока ПД 80Х20Р3Т с добавлением к ним компонента "К". Проведены экспериментальные исследованы процесса сверления образцов из стали 40Х закаленной до твердости HRC 38-40. В качестве инструмента принимали сверла марки HSS (аналог быстрорежущая легированная сталь Р6М5) швейцарской фирмы IRWIN. Сверление осуществлено указанными сверлами неупрочненными, упрочненными твердыми сплавами ТК и ВК, порошковой проволокой ПД 80Х20Р3Т, а также порошковой проволокой ПД 80Х20Р3Т с добавлением компонента "К". Установлено, что стойкость сверл, упрочненных порошковой проволокой ПД80Х20Р3Т+"К", по сравнению с серийными неупрочненными увеличилась почти в семь раз. Проведено также поверхностное упрочнение ЭИЛ зубцов ленточной пилы из стали D6A (аналог 50ХГФМА) для пиления древесных материалов, с использованием электрода Т15К6+"К". Сравнительные исследования проведены при распиловке древесины ясеня. По результатам исследований установлено, что ресурс работы ленточной пилы, упрочненной ЭИЛ, увеличился в 2 раза по сравнению с неупрочненными пилами. На основании полученных результатов можно утверждать, что за счет изменения структуры поверхностного слоя металла повышается его твердость, а благодаря высокой ионизации межэлектродного пространства - возникают благоприятные условия для протекания реакций, которые изменяют его химический состав. Однако для объяснения механизма процесса упрочнения приведенные утверждения требуют детальных металлографических исследований.
Ключевые слова: покрытие электроискровое; легирование электроискровое; сверло; пила ленточная; электрод; сплав твердый; проволока порошковая; стойкость; упрочнение поверхностное.
V. M. Golubets, I. M. Honchar, Yu. S. Shpulyar
Ukrainian National Forestry University, Lviv, Ukraine
INCREASE OF RESISTANCE OF METAL AND WOODCUTTING TOOLS WITH APPLYING OF ELECTROSPARKING COATING
The authors have analysed the characteristics of materials used for cutting tool manufacture. An important characteristic for tool steels is defined to be their warpability. But if the operating temperature in the contact area of the tool-part exceeds the release temperature, the hardness of the tool is reduced due to martensite collapse and the aggregation of the carbide phase particles so the tool will blunt. Therefore, an important application problem of cutting tool stability improvement is the blade surface hardening. The research was carried out on the surface hardening of the metal and woodcutting tool with the use of new combined electrodes for application of the electrospark coating (ESC) by the method of electrospark doping (ESD). In the developed composite electrodes known solid alloys TC, VK as well as powder wire PD 80X20P3T were used with addition of component "K" to them. Experimental researches of the drilling process of samples from steel 40X hardened to HRC 38-40 hardness have been carried out. Drills of HSS brand of the Swiss company IRWIN (analog of high-speed R6M5 compound steel) were used as a tool. Drilling was carried out by the specified not hardened drills as well as by the drills hardened by solid alloys TC and VK, powder wire PD 80X20P3T and powder wire PDX 80X20P3T with addition of component "K" to them. It was established that the stability of the drill hardened with powder wire PD80X20P3T+"K" in comparison with the serial unshielded drills has increased almost seven times. Case-hardening of EIL teeth of a saw blade made of D6A steel (50XGFMA analogue) was also carried out for sawing of wood materials using T15K6+"K" electrode. Comparative studies were carried out by ash wood sawing up. According to the research results it has been established that work lifetime of the band-saw strengthened with EIL has increased 2 times in comparison with the unstrenghtened saws. On the basis of the results obtained, one could argue that due to change in the structure of metal surface layer its hardness increases, and due to the high ionization of the intercolectrode space, favorable conditions arise for the occurrence of reactions that cause changes in its chemical composition. However, in order to explain the mechanism of the strengthening process, the above allegations require detailed metallographic studies.
Keywords: electrosparking coating; electrosparking doping; drill; band saw; electrode; solid alloy; flux-cored wire; resistance; surface hardening.
