ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Применение алмазных шлифовальных кругов на металлической связке для шлифования быстрорежущих сталей большинством литературных источников рекомендовано с помощью электрофизических, электрохимических или комбинированных методов обработки. Одновременно рекомендуется ограничить область применения окончательным круглым шлифованием в силу появления на обработанной поверхности дефектного слоя либо снизить технологические режимы обработки. К его сигнальным признакам относятся систематические сколы вдоль режущей кромки и микросколы на передней поверхности образцов, размеры карбидных частиц, отдельные кратеры или лунки на передней поверхности, снижение твердости, увеличение высоты микронеровностей профиля. Статья посвящена определению таких технологических режимов комбинированной электроалмазной обработки инструмента из быстрорежущей стали Р6М5, при шлифовании на которых отсутствовали бы сигнальные признаки дефектного слоя. Если решить эту задачу, то возможно расширить область применения алмазных шлифовальных кругов на металлической связке при обработке инструментальных сталей. Предмет исследования: пластины из быстрорежущей стали для металлорежущего инструмента; объект исследования: технологический процесс комбинированной электроалмазной обработки. Цель работы: изучение влияния технологических режимов комбинированной электроалмазной обработки на качество поверхностного слоя инструмента из быстрорежущей стали. Методы исследования. Операция шлифования проводилась на универсально-заточном станке модели 3Д642Е, модернизированном под технологию комбинированной электроалмазной обработки. Применялся шлифовальный алмазный чашечный круг на металлической связке: АС6 80/63 М1 100 %. Электрические параметры исследовались в диапазоне: i_пр=0,17…0,25 А/см²; i_тр = 3,125…9,375 А/см² соответственно. Механические параметры исследовались в диапазоне: V=17–35 м/сек; t=0,01–0,03 мм/дв.ход; S = 1,5 м/мин. Шлифование велось с применением электролита: NaNO₃ – 3 %, NaNO₂ – 1 %, Na₂CO₃ – 0,5 %, остальное вода. Микроструктурные исследования проводили на микрошлифах образцов после травления. Качество поверхности оценивали с помощью растровой электронной микроскопии (Carl Zeiss EVO50 XVP); методом световой микроскопии (МЕТАМ ЛВ-42); шероховатость определялась с помощью профилограф-профилометра (Абрис-ПМ7); твердость HRC определялась с помощью твердомера Роквелла (600 MRD). Результаты и обсуждение. Установлено, что наилучшим сочетанием технологических режимов, при обработке на которых отсутствуют признаки дефектного слоя и сохраняется высокое качество металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали, следует считать следующие: V = 35 м/сек; S=1,5 м/мин; t = 0,02 мм/дв.ход; i_пр = 0,25 А/см²; i_тр = 6,25 А/см². Выявлено, что при обработке на рекомендуемых режимах режущая кромка ровная, с неглубокими зазубринами, размер карбидных частиц составляет в среднем 2…5 мкм. Установленные режимы позволяют получить шероховатость передней поверхности R_a = 0,070 мкм. Обнаружено, что полученная твердость на 6 % превышает исходную твердость и составляет 67…70 HRC.

1. Янюшкин А.С., Шоркин В.С. Контактные процессы при электроалмазном шлифовании. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 230 с. – ISBN 5-94275-092-0.

2. Popov V.Y., Yanyushkin A.S. Adhesion-diffusion interaction of contact surfaces with the treatment diamond grinding wheels // Eastern European Scientific Journal. – 2014. – N 2. – P. 301–310. – doi: 10.12851/EESJ201404ART46.

3. Badger J., Murphy S., O’Donnell G.E. Loading in grinding: chemical reactions in steels and stainless steels // Advanced Materials Research. – 2010. – Vol. 126–128. – P. 597–602. – doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.126-128.597.

4. Handbook of machining with grinding wheels / I.D. Marinescu, M.P. Hitchiner, E. Uhlmann, W.B. Rowe, I. Inasaki. – 2nd ed. – Boca Raton: CRC Press, 2016. – 724 p. – ISBN: 978-1482206685.

5. Grzesik W., Kruszynski B., Ruszaj A. Surface integrity of machined surfaces // Surface integrity in machining / ed. by J. Davim. – London: Springer, 2010. – P. 143–179.

6. The impact of grinding on surface integrity of powder-metallurgy high-speed steel (S390) / S.H. Mu, S.L. Cao, X.L. Zhang, Z. Xiang, X. Mao // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 442. – P. 52–57. – doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.442.52.

7. Influence of pulsed magnetic treatment on microstructures and mechanical properties of M42 high speed steel tool / L. Ma, Z. Liang, X. Wang, W. Zhao, L. Jiao, Z. Liu // Acta Metall. – 2015. – Vol. 51 (3). – P. 307–314. – doi: 10.11900/0412.1961.2014.00295.

8. Chaus A.S. Structural and phase changes in carbides of the high-speed steel upon heat treatment // The Physics of Metals and Metallography. – 2016. – Vol. 117 (7). – P. 684–692. – doi: 10.1134/S0031918X16070048.

9. Morphology and microstructure of M₂C carbide formed at different cooling rates in AISI M2 high speed steel / X.F. Zhou, F. Fang, F. Li, J.Q. Jiang // Journal of Materials Science. – 2011. – Vol. 46 (5). – P. 1196–1202. – doi: 10.1007/s10853-010-4895-4.

10. Microstructural characterization of carbides in a cast high-speed steel using different metallographic techniques / S. Gümüs, S.H. Atapek, S. Polat, E. Erisir, A. Alkan // Praktische Metallographie. – 2012. – Vol. 49 (12). – P. 767–781. – doi: 10.3139/147.110202.

11. Particularities of grinding high speed steel punching tools / P. Krajnik, R. Drazumeric, J. Badger, J. Kopac, C. Nicolescu // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 325. – P. 177–182. – doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.325.177.

12. Lao Q.C., Shang Z.Y. Experimental study on cooling-air grinding of high speed steel // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 288. – P. 308–312. – doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.288.308.

13. Morphology, microstructure and decomposition behavior of M₂C carbides in high speed steel / X. Zhou, D. Liu, W.-l. Zhu, F. Fang, Y.-y. Tu, J.-g. Jiang // Journal of Iron and Steel Research. – 2017. – Vol. 24 (1). – P. 43–49. – doi: 10.1016/S1006-706X(17)30007-9.

14. Phase transformation study of a high speed steel powder by high temperature X-ray diffraction / M. Wiessner, M. Leisch, H. Emminger, A. Kulmburg // Materials Characterization. – 2008. – Vol. 59 (7). – P. 937–943. – doi: 10.1016/j.matchar.2007.08.002.

15. Bosheh S.S., Mativenga P. White layer formation in hard turning of H13 tool steel at high cutting speeds using CBN tooling // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2006. – Vol. 46 (2). – P. 225–233. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2005.04.009.

16. Simulation study on high-speed grinding with single CBN grain / J. Zhang, Q. Wang, J. Guo, Y. Wang // Diamond and Abrasives Engineering. – 2017. – Vool. 37 (4). – P. 1–5. – doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2017.4.0001.

17. Ungureanu C., Ibanescu R. Experimental investigation on AECM of high speed steel // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 657. – P. 221–225. – doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.657.221.

18. Vijayan K., Gouthaman N., Rathinam T. A study on the parameters in hard turning of high speed steel // International Journal of Materials Forming and Machining Processes. – 2018. – Vol. 5 (2). – P. 1–12. – doi: 10.4018/IJMFMP.2018070101.

19. Повышение эффективности алмазного инструмента на металлической связке при шлифовании высокопрочных материалов / А.С. Янюшкин, Д.В. Лобанов, В.Ю. Скиба, В.А. Гартфельдер, Л.С. Секлетина // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 3 (76). – С. 17–27. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-3-17-27.

20. Popov V.Yu., Arkhipov P.V., Rychkov D.A. Adhesive wear mechanism under combined electric diamond grinding // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01002. – doi: 10.1051/matecconf/201712901002.

21. Медведева О.И., Янюшкин А.С., Попов В.Ю. Влияние параметров электроалмазного шлифования твердых сплавов на величину растворенного слоя // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 3 (64). – С. 68–75.