Повышение долговечности деформирующего инструмента применением износостойких покрытий Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2. Никитин, А. Н. Энергопоглощающие элементы в конструкции лонжеронов современных автомобилей / А. Н. Никитин, А. Ш. Хусаинов // Труды межд. конф. «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе». -

Пермь : ПНИПУ, 2012.-С. 338-341.

3. Хусаинов, А. Ш. Пассивная безопасность автомобиля : учеб. пособие / А. Ш. Хусаинов, Ю. А. Кузьмин. - Ульяновск: УлГТУ, 2011. -91 с.

Хусаинов Альберт Шамилевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили» УяГТУ. Ведёт исследования в области активной и пассивной безопасности автомобилей. Никитин Александр Николаевичу аспирант 2-го года обучения, инженер-конструктор ОАО «УАЗ». Ведёт исследования в области пассивной безопасности автомобилей.

УДК 621.7 В. А. АДАКИН

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИМЕНЕНИЕМ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ

Для повышения долговечности накатных роликов из стали Р6М5, используемых при холодном пластическом деформировании шлицевых профилей на валах, на рабочие поверхности ролика нанесены однослойные износостойкие покрытия. Приведены результаты лабораторных исследований этих покрытий и опытно-промышленных испытаний накатных роликов.

Ключевые слова: деформирование, износостойкость, момент трения, накатной ролик.

Пластическое деформирование шлицевых профилей на валах в холодном состоянии как окончательная операция имеет ряд преимуществ перед обработкой резанием: резко уменьшается время на обработку шлицев (в 10... 12 раз), снижается отход металла в стружку (на 20...30 %), твёрдость поверхности шлицевых профилей повышается на 30...40 % [1], повышается изгибная прочность и увеличивается износостойкость сопряжений Однако широкое внедрение этого метода в производство сдерживается низкой точностью накатываемых профилей и низкой стойкостью инструмента. Использование для изготовления накатных роликов сложнолегирован-ных дорогостоящих штамповых сталей 5ХНМ, ХВГ, Х12М, 5ХВС, 18ХНВА, инструментальных сталей Р6М5, Р9, Р18 и других материалов ожидаемого результата не дало [2]. На основе изучения механизма изнашивания роликов на операции накатывания шлицев на карданных валах автомобилей УАЗ была разработана технология ковки роликов из стали Р6М5, обеспечившая повышение средней стойкости накатных роликов на 20...30 % [3]. Дальнейшее увеличение стойкости шлиценакатных роликов из стали

2) Адакин В. А., 2012

Р6М5 связано с нанесением на их рабочие поверхности износостойких покрытий.

По рекомендациям работ [4, 5] для повышения износостойкости накатных роликов был выбран метод нанесения износостойких покрытий 77Ж ТгС1V, Т\2гЫ на рабочие поверхности накатных роликов путём конденсации вещества покрытия ионным бомбардированием (КИБ).

Исследовали влияние указанных покрытий на износостойкость накатных роликов.

Исследования проводили на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «колодка-ролик». Машина оборудована датчиками, регистрирующими усилие прижатия колодки к ролику Р (Н). частоту вращения ролика п (мин1), момент трения М (Н-м), температуру колодки.

При проведении триботехнических испытаний в зону трения капельно подавали масло индустриальное И-20А.

Образцы для испытаний изготавливали из материалов, аналогичных материалам накатных роликов и шлицевых валов, термообработанных до требуемой твёрдости.

«Ролики» с внешним диаметром 30 мм изготавливали из стали 45, а «колодки» диаметром 8 мм с контактной поверхностью в виде сферы диаметром 16 мм - из стали Р6М5, с различными покрытиями и без покрытия.

Твёрдость «ролика» изменяли в диапазоне НВ 156... 207, твёрдость «колодки» -НКС 58...62. Скорость относительного скольжения У= 0,042...0,678 м/с, усилие прижатия Р = 80... 1400 Н.

Показания снимали при установившемся моменте трения и при стабилизированной температуре.

Площадь пятна износа оценивали на микроскопе ММИ-2.

Из графиков, представленных на рис. 1, следует, что момент трения образцов изменяется незначительно при изменении скорости их перемещения. При этом момент трения в паре «колодка» без покрытия - «ролик» больше, чем в паре «колодка» с покрытием - «ролик». Наименьший момент трения во всём диапазоне скоростей зафиксирован при «колодках» с покрытием из ТИг'Ы, а моменты трения при «колодках» с покрытиями ЛЫ и 77С7У сопоставимы при всех значениях скоростей V.

Момент трения М практически не изменяется при нагрузках до 300 Н, а при дальнейшем увеличении Р начинает возрастать (рис. 2). Следует отметить, что моменты трения при всех покрытиях «колодки» в диапазоне Р от 100 до 300 Н практически одинаковы, а в диапазоне от 300 до 1300 Н начинают различаться. При использовании «колодок» с покрытием TiZvN момент трения на 30% меньше, чем при других покрытиях.

Моменты трения «колодок» без покрытия и с покрытием НИ в паре с роликом имеют максимальные значения при самой низкой (НВ 163) и самой высокой твёрдости «ролика» (НВ 197), а минимальные значения М соответствуют твёрдости НВ 183 (рис. 3). Зафиксированы иные закономерности изменения момента трения при «колодках» с покрытием Ti.CN в зависимости от твёрдости «ролика»: момент трения максимален при НВ 183 и минимален при НВ 167 и 197. Это

м.

II м

0.5

0.4

0.2

0.1

0

О 0.1 0.2 03 0.4 0,5 0.6 V. м с

Рис. I. Влияние скорости скольжения на момент

трения в паре «ролик-колодка»: Р = 320 Н; твёрдость «ролика» НВ 156... 172

обусловлено разной твёрдостью покрытий: при «колодках» с покрытием момент трения

возрастает на всём участке повышения твёрдости и имеет минимальное значение при НВ 163.

Как следует из рис. 4, а, при твёрдости «ролика»///? 152... 172 интенсивность изнашивания покрытий 77/V и ЛСЫ практически одинакова при всех значениях твёрдостей и во всём диапазоне усилий прижатая. При твёрдости «ролика» НВ 173...189 (рис. 4, б) покрытие изнашивается меньше, чем покрытия Г/ТУ и 77 СИ. При твёрдости НВ 190...207 (рис. 4, в) интенсивность изнашивания образцов с покрытием ТИгМ сопоставима со скоростью изнашивания покрытий Ж и ЛСМ

Из сравнения интенсивности изнашивания «колодок» с покрытиями в зависимости от твёрдости «ролика» при Р = 320 Н и V = 0,042 м/с (рис. 4, г), можно сделать следующий вывод -интенсивность изнашивания «колодок» с покрытиями ИМ и TiCN максимальна при твёрдости «ролика» НВ 179; при дальнейшем возрастании твёрдости «ролика» интенсивность изнашивания «колодок» снижается, а работоспособность накатных роликов возрастает. У «колодок» с покрытием Л2гИ наблюдается линейное изменение интенсивности изнашивания с увеличением твёрдости «ролика» в диапазоне НВ 163... 187.

Таким образом, на основе результатов проведения лабораторных исследований для повышения долговечности деформирующего инструмента следует рекомендовать наносить на его рабочие поверхности износостойкие покрытия Т\2гЫ. Эти покрытия в 1,2 и в 1,4 раза меньше скорости изнашивания покрытий ЛИ и ТгСИ соответственно.

М. Н-м 1>4

К2 КО 0.8 0.6 0.4 0.2 О

О 200 400 600 800 ] 000 1200 Р. И

Рис. 2. Влияние усилия прижатия Г на момент трения Мъ паре «ролик-колодка»: У = 0,042 м/с; твердость «ролика» НВ 190...207

M.

И M 0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

О 15

0.10

0.05

О

А-

\ ft ^

щ--&

jS Ч /

Vя

Р*М5 Щ ~ riC.'N ïïZrN ~

Рис. 3. Влияние твёрдости «ролика» на момент трения в паре «ролик-колодка»: V = 0,042 м/с;

/•" = 320 Н

150 160 170 180 190 200 НЕ

J,

ММ'

мин 0.1 8

0,16

ОД 4

0.12

0.1 о 0.08 0.06 0.04 0.02

О

а) J,

ММ'

мин 0.18

0.16

0.14

О J 2 0.10 0,08 0.06 0.04 0.02

В)

, 11 —'

* -»-TÎN

fc—TiCN

—-TiZIN J--L_

О 200 400 600 800 10001200 R H

о

с Ur

V

ж \ S

f—TiN t—TiCN T> »9 %

- 1U.UN ! 1

Iâiï I л 0 170 180 100 ">00 ИР

Г)

Рис. 4. Влияние усилия прижатия Т7 и твёрдости «ролика» НВ на интенсивность его изнашивания J: а)НВ 152... 172; V = 0,042 м/с; б) НВ 173... 189; У= 0,042 м/с; в) НВ 190...207; К =0,042 м/с;

г^=320 Н; V=0,042 м/с

J м

мин

0.18

0.1 6 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02

О

б) J ММ2

мин

É3É

0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01

•TiN

TiCN

TiZtN

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Упрочнение прямобочных шлицев на валах при многопроходном холодном пластическом деформировании накатной головкой / Г. Д. Федотов, В. П. Табаков, В. А. Адакин, М. М. Бады-ков // Упрочняющие технологии и покрытия. -

2011. -№ 7. - С. 18-20.

2. Кобелькова, С. Ф. Исследование стойкости роликов при продольном накатывании шлицев на валах многороликовыми головками. Дисс. ...

канд. техн. наук: 05.03.05. - Минск, 1978. - 183 с.

3. Федотов, Г. Д. Совершенствование технологии ковки шлиценакатных роликов для холодного пластического деформирования шлицевых профилей на валах / Г. Д. Федотов, В. А. Адакин // Материалы II Между народ, науч .-практ. конф. «Актуальные вопросы аграрной науки и образования». T. V. - Ульяновск : ГСХА, 2010. —

С. 158 - 163.

4. Верещака, А. С. Физические основы процесса резания и изнашивания режущего инструмента с износостойкими покрытиями : учебное пособие / А. С. Верещака, В. П. Табаков. - Ульяновск : УлГТУ, 1998. - 144 с.

5. Табаков, В. П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента / В. П. Табаков. - М. : Машиностроение, 2008. - 311 с.

Адакин Вячеслав Александрович, ассистент кафедры «Материаловедение и технология машиностроения»> Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина.