Фрактальный подход к процессу изнашивания твердосплавного инструмента

• Автор: Кириченко, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 107 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Виды инструментальных режущих материалов

1.2. Механизмы изнашивания режущего инструмента

1.3. Методы повышения работоспособности твердых сплавов

1.3.1. Упрочнение поверхностных слоев инструмента твердыми покрытиями

1.3.2. Разработка новых составов спеченых твердых сплавов

1.3.3. Алмазная обработка спеченых твердых сплавов

1.3.4. Упрочнения твердых сплавов высококонцентрированными источниками энергии

1.3. Выводы

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Методика проведения стойкостных испытаний для исследования износа твердосплавного инструмента при точении
2.2. Методики электронно-микроскопического исследования поверхностей износа и разрушения
2.3. Мультифрактальная параметризация контактных поверхностей твердых сплавов и деформированных слоев обрабатываемых материалов
2.3.1 Основные понятия о фракталах
2.3.2 Фрактальная размерность
2.3.3. Методология мультифрактальной параметризации структур
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
3.1.Влияние структуры твердых сплавов на износостойкость инструмента
3.2. Исследование изнашивания твердых сплавов с покрытием
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. ФРАКТАЛЬНЫЙ ПОДХОД К ПРОЦЕССАМ ТРЕНИЯ И ИЗНАШИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ПРИ РЕЗАНИИ
4.1. Алгоритмы оценки фрактальной размерности, показателей Ляпунова и информационной энтропии по временной реализации
4.2. Исследование контактного взаимодействия при внешнем трении инструментального и обрабатываемого материалов на основе теории фракталов
4.3. Мультифрактальная параметризация подошв нароста и прирезцовых слоев обрабатываемого материала
4.4. Фрактальный подход к исследованию контактного взаимодействия и изнашивания инструмента при резании
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. УПРАВЛЕНИЕ КОНТАКТНЫМИ ПРОЦЕССАМИ И ИЗНОСОМ ИНСТРУМЕНТА ПРИ РЕЗАНИИ
5.1.Влияние размера зерна твердых покрытий на износостойкость режущего инструмента
5.2. Влияние фрактальных свойств твердых сплавов и
покрытий на их износостойкость
5.3. Нейронносетевая модель управления контактными
процессами при резании
5.4. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Механическая обработка материалов резанием сопровождается трением и изнашиванием режущего инструмента. Спечённые твёрдые сплавы широко используются для оснащения инструмента в виде многогранных неперетачиваемых пластин.
Интенсивность изнашивания твёрдосплавного инструмента существенно определяется коэффициентом трения, контактными напряжениями, температурой резания, свойствами обрабатываемого и инструментального материалов и т.д. Низкая стойкость режущего инструмента снижает производительность металлообрабатывающего оборудования, особенно на станках с ЧПУ и в условиях гибкого автоматизированного производства.
Решение задачи повышения износостойкости твердосплавного инструмента возможно лишь при углубленном изучении физических процессов, сопровождающих трение при резании, на основе фундаментальных подходов. К числу фундаментальных подходов следует отнести синергетику -теорию самоорганизации термодинамически неравновесных открытых систем.
В этой связи, систему резания необходимо рассматривать как неравновесную открытую систему. В системе резания, с позиций теории синергетики, находящейся вдали от термодинамического равновесия и получающей энергию от внешнего трения на контактных поверхностях инструмента и стружки возникают кинетически неустойчивые (хаотические), либо устойчивые структуры, вследствие ее самоорганизации. Такие структуры называют диссипативными. В свою очередь, кинетическую устойчивость таких вторичных структур, определяющих интенсивность изнашивания инструмента можно оценивать с позиций теории фракталов - фрактальной размерностью.
Поэтому установление взаимосвязи, образующихся на контактных поверхностях вторичных структур, с их фрактальной размерностью и

и Ьл по передней поверхности инструмента являются немонотонными. Минимальное значение Ьл наблюдается в зоне скоростей V ~ 35...40 м/мин, в этом же диапазоне скоростей наблюдается уменьшение износа и по задней поверхности.
На рис.3.2 -3.3 представлены микрофотографии поверхностей износа разных скоростей резания после пути резания 1000м.
Г; ?С"; к.» *
- 5 £ г* *- г Л,
Рис.3.2. Микрофоторгафия поверхности изнашивания твердого сплава ВК8: а) V — 10 м/мин (х5000); б) V = 15м/мин (х5000)1
1 .•

Рис. 3.3. Микрофотографии поверхности изнашивания твердого сплава ВК8: (а) -У=35 м/мин; (б) — У=75 м/мин (х5000)
Анализ микрофотографий показывает, что в зависимости от скорости резания характер износа изменяется. При V = 10 м/мин, наблюдается в основном отрыв отдельных зерен карбидов. При V = 15 м/мин на микрофотографиях уже видны более значительные размеры вырывов, т.е. происходит