4.5 Обработка вольфрама в газовых технологических

средах

Применение традиционных технологических сред — смазочно-охлаждающих жидкостей в ряде случаев оказывается неприемлемым. В первую очередь это относится к обработке вольфрама, осажденного из парогазовой фазы на графитовую основу (ВГФ). Гигроскопичность графита и возможность его взаимодействия с химически активными присадками предопределяют полную невозможность применения смазочно-охлаждающих жидкостей. В связи с этим были проведены эксперименты по исследованию возможности применения газовых технологических сред при обработке ВГФ.

Исследование и отработка технологии механической обработки ВГФ проводились на образцах, которые представляли собой медные трубки диаметром 10—25 и длиной до 200 мм с нанесенным па наружную поверхность слоем вольфрама толщиной 1—3 мм.

Образцы диаметром до 16 мм были получены для исследований при следующих параметрах процесса осаждения вольфрама: температура 540—560° С; отношение H₂/WF₆ 10—12 (по объему); скорость движения смеси 0,3 м/с. При изготовлении образцов диаметром 25 мм дополнительно использовали вращение подложки (трубы) с частотой 60—80 об/мин с целью получения равномерного осадка вольфрама. Вольфрамовое покрытие имело плотность 19,16—19,2 г/см³ и твердость 480— 521 кгс/мм².

Исследования проводили при точении резцами, имеющими механическое крепление четырехгранных пластин твердого сплава по ГОСТ 21151-75. В качестве инструментального материала был выбран твердый сплав марки ВК60М.

Резцы имели следующую геометрию: γ=13°; α=10°; φ=45°; r=0,5 мм; f=0,1 мм.

В качестве исследуемых газовых технологических сред испытывали: химически активный кислород и углекислый газ (как известно, при температуре 550—570° С углекислый газ разлагается на части с образованием свободного кислорода и углерода), химически нейтральные газы аргон и азот.

Для подвода газовых технологических сред была спроектирована и создана экспериментальная установка. Подача газа осуществлялась от стандартных 40-литровых баллонов. Установка позволяла контролировать расход и давление подводимой, технологической среды. Газ подводили в зону резания снизу под режущую кромку резца с помощью цилиндрического соплового насадка диаметром 3 мм.

Сопловой насадок устанавливали так, чтобы угол поворота его оси относительно плоскости резания составлял 3°, а расстояние от среза насадка до режущей кромки резца было 8 мм. При таком положении насадка газовая технологическая среда поступала в зону резания без примеси атмосферного воздуха, т. е. была химически чистой. Давление на срезе сопла было равно 1,89 кгс/см². Испытания проводились при постоянных подаче и глубине резания (S = 0,1 мм/об; t=0,3 мм). Скорость резания изменялась в пределах 10—40 м/мин.

В результате испытаний было установлено существенное влияние газовых сред на стойкость режущего инструмента. Так, обдув зоны резания химически нейтральным газом (аргоном) позволил резко уменьшить интенсивность износа. Стойкость резцов при этом увеличилась в среднем в 2,2—2,5 раза. Подвод в зону резания химически активных газовых сред (например, кислорода, углекислого газа) способствовал ускорению износа инструмента. В табл. 23 приведена стойкость резцов в различных газовых средах в зависимости от скорости резания. При возрастании скорости резания эффективность действия газовых сред усиливалась.

Таблица 23

Газовая технологическая среда	Скорость резания м/мин
	10	20	40
Воздух Аргон Углекислый газ Кислород	2,7 6.0 2,0 1,9	1,85 4,1 1,6 1,2	1,15 2,8 1,1 -

Таблица 24

Газовая технологическая среда	Скорость резания м/мин	Pz, кг	Kpz
Воздух Аргон Углекислый газ Кислород	10 20 40 10 20 40 10 20 40 10 20	15,6 12,6 11,8 14,3 12,5 11,4 19,3 16,0 12,8 23,6 18,1	1 1 1 0,92 0,99 0,97 1,24 1,27 1,07 1.5 1,44

Влияние газовых сред на энергонапряженность процесса резания ВГФ оценивали по изменению сил резания в зависимости от состава подводимой среды. С этой целью осуществлялось динамометрирование соответствующих сил резания с помощью универсального динамометра УДМ-300.

В табл. 24 приведены результаты определения влияния различных газовых сред на силу резания Рz.

Из приведённых данных следует, что применение химически активных газовых сред по сравнению с обработкой в обычной атмосферной среде приводит к возрастанию силы резания, при этом более интенсивное ее увеличение наблюдали при применении кислорода (в 1,25—1,5 раза). При подаче в зону резания нейтральной среды (например, аргона) имело место некоторое уменьшение силы резания.

Качество поверхности при обработке ВГФ в различных газовых средах оценивалось по величине шероховатости обработанной поверхности. С этой целью с обработанной поверхности снимали слепки, которые затем исследовали на микроскопе МИС-11. В результате проведенных экспериментов не было выявлено существенного влияния характера подводимой газовой технологической среды на шероховатость обработанной поверхности. Для всех сред в пределах исследуемого диапазона скоростей резания (10—40 м/мин) параметр шероховатости поверхности Rа=1,25÷2,5 мкм.

Заключение

Рассмотрение теоретических основ обработки вольфрамовых сплавов позволяет технологам более целенаправленно подходить к проблеме их обработки с рациональными режимами резания. В данном учебном пособии с единых позиций изложены вопросы, изучение которых позволяет приобрести знания, необходимые для глубокого понимания теоретических и практических задач, решаемых при обработке вольфрамовых сплавов.

Последовательность изложения учебного материала от объекта исследования к общим законам анализа точности обработки должно способствовать глубокому усвоению студентами дисциплины «Резание материалов». Применение рассматриваемых алгоритмов к конкретным объектам обработки позволяет на конкретных примерах изучить основные существующие закономерности анализа и прогнозирования точности обработки.

Данная работа существенно восполнит имеющийся пробел в учебной литературе по резанию материалов. Она важна студентам специальности «Металлообрабатывающие станки и комплексы» при изучении лекционного материала, аспирантам, преподавателям, и инженерно-техническим работникам, занятым проектированием процессов обработки вольфрамовых сплавов.

Литература

1. Артамонов А. Л. О некоторых особенностях электрической обработки тугоплавких металлов.—«Электронная обработка материалов», 1966, № 4,. с. 17—27.

2. Бовенко В. Н., Полунин В. И. Апериодический датчик для регистрации акустических сигналов. «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки», 1976, № 15. авт. св. 512602.

3. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М., «Высшая школа», 1968. 512 с.

4. Бутягин П. Ю. Первичные активные центры в механических реакциях.— «Журнал Всесоюзного хим. общ. нм. Д. И. Менделеева», 1973, № 1, т. 18, . с. 90—98.

5. Васько А. Г. Электрохимия вольфрама. Киев, «Наухова думка», 1969. 103 с.

6. Влияние режимов механической обработки на образование дефектов при фрезеровании деталей из вольфрама.—«Известия вузов. Машиностроение», 1977, № 3, с. 125—126. Авт.: В. Н. Подураев, А. А. Суворов, Т. В. Ползикова и др.

7. Высокотемпературные материалы. Часть II. Получение и свойства высокотемпературных материалов. М., «Металлургия», 1973. 464 с. Авт.: В. II Елютин. В. И. Костиков. Б, С. Лысов и др.

8. Горячев Н. С, Чергештов В. М. Ультразвуковая обработка тугоплавких материалов. - В кн.: Обработка резанием труднообрабатываемых материалов. МДНТП, 1969, До 2. с. 15-18.

9. Данислян М. А., Бобрик П. И., Гуревич Я. Л. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов. М., «Машиностроение»,: 1965. 308 с.

10. Золотых Б. Н. .Марчук А. И., Сенькина М. С. Исследование поверхности монокристаллов вольфрама после электроэрозионной обработки.—«Физика и химия обработки материалов», 1972. № 1, с. 145—150.

11. Зорев Н. Н., Фетистова 3. М. Обработка резанием тугоплавких сплавов. М., «Машиностроение», 1966. 228 с.

12. Исследования процесса резания методом акустической эмиссии.— «Известия вузов. Машиностроение», 1976, № 12, с. 160—163. Авт.: В. II. Подураев, А. А. Суворов, А. А. Барзов и др.

13. Исследование влияния кремнннорганнческой технологической среды на образование дефектов при резании металлов. — «Известия вузов. Машиностроение», 1976, Мг 8, с. 158-161. Авт.: В. II. Подурасв, А. А. Суворов, И. А. Тутнов и др.

14. Исследование процесса резания методом акустической эмиссии. — «Известия вузов. Машиностроение». 1976, № 1, с. 158-161. Авт.: В. II. Подураев, А. А. Суворов, А. А. Барзов и др.

15. Каленов В. Н. Алмазное шлифование вольфрама и сплава на его основе.— «Алмазы и сверхтвердые материалы». 1973, М 5, с. 12—16.

16. Качество поверхности вольфрама после механической обработки.—«Известия вузов. Машиностроение», 1976, Л? 9, с. 160—162. Авт.: К). И. Демкнн, Г. В. Ползикова, А. И. Сенип, А. А. Суворов, Г. В. Фетисов.

17. Климов К. М. Новиков И. И., Шнырев Г. Д. Электропластичность тугоплавких металлов и сплавов при прокатке проволоки в ленту.— В кн.: Физико-механические и теплофизические свойства металлов и сплавов. М., «Наука», 1976, с. 183-189.

18. Клушин М. И. Резание металлов. М., «Машиностроение», 1958. 454 с.

19. Копылов В. Д. Исследование электроискровой обработки вольфрама.— «Труды ВЗМИ», т. 2, 1973, с. 193—200.

20. Крагельский И. В. Трение и износ. М., Машгиз, 1962. 283 с.

21. Кривоухов В. А., Чубаров А. Д. Обработка резанием титановых сплавов, М., «Машиностроение». 1970. 180 с,

22. Крупиц А. В., Соловьев В. Я. Пластическая деформация тугоплавких металлов. М., «Металлургия», 1970. 352 с.

23. Латышев В. Н. Повышение эффективности (ЮЖ. М., «Машиностроение», 1975. 84 с.

24. Львов В. И., Сафронов В. Г., Дуров Э. В. Алмазное электрохимическое шлифование вольфрама н его сплавоз.—«Алмазы и сверхтвердые материалы», 1976. № I, с. 17—20.

25. Мальцев В. М. Металлография тугоплавких, редких и радиоактивных металлов и сила вое М., «Металлургия», 1971. 488 с.

26. Марков А. И. Резание труднообрабатываемых материалов М., «Машиностроение». 1968. 367 с.

27. Металлы н сплавы для электровакуумных приборов. Под ред. Шохина А. И. М.. «Энергия». 1969. 600 с."Авт.: А. С. Гладков. В. М. Амосов, И. В. Конецкий. А. М. Левин.

28. Наружное и внутреннее шлифование вольфрама и его сплавов.— В кн.: Экономичность и точность абразивно-алмазной обработки, МДИТП, № 2. с. 29—35. Авт.: II. Г. Пструха, В. Н. Каленов, Ю. И. Мишин, Т. Г. Суворова.

29. Некрасов С. С. Сопротивление хрупких материалов резанию. М., «Машиностроение». 1971. 184 с.

30. Нерубай М. С. Резание жаропрочных и титановых сплавов с помощью ультразвука. Куйбышев. Куйбышевское книжное изд-во, 1963. 44 с.

31. Никифоров А. Н. Анодно-мехаиическая обработка тугоплавких сплавов.— В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки, 1972, № 8, с. 16—19.

.32. Особенности шлифования вольфрама и сплавов на его основе.—«Алмазы и сверхтвердые материалы». 1976, № 8, с. 19—20. Авт.: В. Н. Подураев, А. А. Суворов, Т. В. Ползикова, В. Н. Каленов.

33. Подурасв В Н. Обработка резанием с вибрациями. М., «Машиностроение». 1970. 350 с.

34. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М., «Высшая школа», 1974. .587 с.

35. Подураев В. Н., Пастунов В. А. Исследование эффективности действия смазочно-охлаждающих жидкостей при вибрационном сверлении.—«Вестник машиностроения», 1966. № II, с. 41—43.

36. Подураев В .Н., Суворов А. А., Овсепян Г. С. Улучшение охлаждающих

свойств СОЖ при возбуждении ультразвуковых колебаний.—«Станки и инструмент». 1975, № 6, с. 31.

37. Подурасв В. Н„ Суворов А. А., Ползикова Т. В. Резание труднообрабатываемых материалов в металлических расплавах.—«Вестник машиностроении». 1974, Ле 4, с. 79—80.

38. Производство изделий из тугоплавких металлов. Под ред. Н. И. Корне-ева, Б. Г. Арабея. Л!.. «Мир». 1968. 434 с.

39. Разрушение, т. 2. Под ред. Г. Лнбовнц, М., «-Мир», 1975. 763 с.

40. Ребиндер П .А., Щукин Е. Д. Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения.—«Успехи физических наук». Т. 108. 1972. № 1, с. 101—137.

41.Резников А. Н. Теплофизика резания. М.,«.Машиностроение», 1969, 288 с.

42. Резников А. Н., Тальнов Ю. Н. Особенности смазывающего н охлаждающего действия поверхностно-активных металлов при резании.— В кн.: Вопросы теории действия смазочно-охлаждающих технологических средств в процессах обработки металлов резанием. Горьковский политехнический ин-т, 1975. с. 162—169.

43. Рекомендации по применению алмазных кругов на органических связках в режиме электрохимического шлифования. ВНИИалмаз, 1975, с. 17.

44. Романов К. Ф.. Бычков Е. П. Обрабатываемость резанием тугоплавких материалов на основе вольфрама, молибдена, ниобии и тантала. — «Передовой научно-технический и производственный опыт». Л* 6—63—300/42. ГОСИНТИ, 1963. 205 с.

45. Самсонов Г. В.. Витрянкж В. К., Чаплыгин Ф. И. Карбиды вольфрама. Киев. «Наукова думка». 1974. 175 с.

46. Саксельцев В. Г., Плотников Ю. П., Столяров Л. А. Осаждение из газовой фалы как метел формообразования изделий из .вольфрама.— В кн.: Электрофизические и электрохимические .методы обработки. Вып. 4, НМИЛиШ. 1973,. с .14—18.

47. Седыкин Ф. В. Температурные факторы при электроалмазном шлифовании торцовых поверхностей. —«Электрофизические и электрохимические методы обработки», выи. 11, 1972, с. 6—9.

48. Сенерденко В. П. Прокатка и волочение с ультразвуком. Минск, «Наука и техника». 1970. 288 с.

49. Сверление некоторых труднообрабатываемых материалов в присутствии жидкой эвтектики олово—цинк.—«Физика и химия обработки материалов». 1973. № 3, с. 90—95. Авт.: Е. Д. Щукин, Г. Г. Яшин, Ю. Н. Таль-нов и др.

50. Смазочно-охлаждающие жндкометаллнческне среды при резании труднообрабатываемых металлов.—«Известия вузов. Машиностроение», 1975.. ,\ё 7. с. 146—149. Авт.: В. Н. Подураев, А. А. Суворов, Т. В. Ползикова. В. А. Пастухов.

51. Стефеис Дж. Влияние состояния поверхности на пластичность вольфрама.- В кн.: «Некоторые проблемы тугоплавких металлов и сплавов», М., ИЛ. 1963, с. 364.

52. Суворова Т. Г., Каленов В. Н. Эффективность применения ультразвука при точении и шлифовании вольфрама и сплавов на его основе.— В кн.: Применение ультразвука в машиностроении. М., МДНТН 1972, с. 99—102.

53. Сулима А. М Евстигнеев М. Е. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М., «Машиностроение», 1974. 254 с.

54. Тейлор А. Рентгеновская металлография. М., «Металлургия», 1965. с. 387, 443—446.

55. Тугоплавкие металлы в новой технике. Под ред. К. И. Портного и Б. Г. Арабея. М., «Мир», 196У. 400 с.

56. Тугоплавкие металлические материалы для космической техники. Пор. с англ. М., «Мир», 1969. 420 с.

57. Тугоплавкие материалы в машиностроении. Под ред. А. Т. Туманова и; К. И. Портного. М., «Машиностроение», 1967. 392с.

58. Чергештов В. М., Соломатина Г. Г. Технологические характеристики процесса ультразвуковой обработки тугоплавких металлов.— В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. МДНТП. 1968, № 2, с. 127-134.

59. Юдин В. И.. Делимбетова Л. И. О локализации процесса размерной электрохимической обработки вольфрама.—«Известия вузов. .Машиностроение». 1975, № 8, с. 97—101.

Оглавление

Введение Свойства, методы получения и области применения вольфрама и его сплавов Основные физические свойства и области применения Методы изготовления полуфабрикатов и заготовок из вольфрама и его сплавов Физические особенности процесса резания вольфрама и его сплавов Некоторые особенности обработки резанием хрупких материалов Особенности кинематики процесса резания с воздействием вынужденных колебаний Особенности трения при резании вольфрама Физико-химическое воздействие технологических сред при обработке резанием Рациональные условия выполнения некоторых операций обработки вольфрама Обрабатываемость резанием тугоплавких материалов Шлифование сплавов вольфрама Новые методы обработки при изготовлении деталей из вольфрама и его сплавов Влияние ультразвуковых колебаний на эффективность действия жидких технологических сред Влияние тангенциальных колебаний на процесс резания вольфрама Использование легкоплавких металлов для интенсификации процессов механической обработки Электрофизические методы изготовления деталей из вольфрама Обработка вольфрама в газовых технологических средах Заключение Литература Оглавление

3 5 5 18 37 37 49 64 76 92 92 103 124 124 135 150 168 179 182 183 189

Учебное издание

Жачкин Сергей Юрьевич

ОБРАБОТКА РЕЗАНИЕМ

ВОЛЬФРАМОВЫХ СПЛАВОВ

В авторской редакции

Компьютерный набор С.Ю. Жачкина

Подписано к изданию 24.02.10.

Усл. печ. л. 11,9. Уч.-изд. л. 11,7 .

ГОУВПО Воронежский государственный

технический университет