ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ УПРОЧНЕНИИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЕ

В статье приведены результаты экспериментального исследования тепловых процессов при упрочнении металлорежущего инструмента в низкотемпературной плазме комбинированного разряда на установке «Хром».

На первом и втором этапах исследования было определено влияние подводимой в зону обработки СВЧ-мощности на прохождение температурного фронта в системе «плазма – инструмент – держатель» в ходе процессов нагрева и охлаждения инструмента и формирование значений температуры в корпусе держателя инструмента вне зоны плазменного воздействия, т. е. лаговой температуры.

Результаты выполнения первого этапа позволили установить, что приращение лаговой температуры определяется степенью протекания амбиполярных процессов как вблизи нижней границы плазмы (на низких уровнях подводимой СВЧ-мощности), так и во всем дрейфовом пространстве (на высоких уровнях подводимой СВЧ-мощности).

Результаты выполнения второго этапа показали, что преобладание в начальной стадии нагрева тенденции распространения больших потоков тепла, подводимого из плазмы, в объем инструмента может привести к перегреву и отпуску инструментальной матрицы. Причиной является «запирание» тепла в зоне нагрева, поскольку к этому моменту еще не сформировался канал его отвода через конвективное излучение и на массивные теплоемкие элементы (держатель и хвостовик инструмента), скорость распространения которого значительно выше скорости распространения фронта температуры.

На третьем этапе при исследовании влияния скорости изменения температуры на физико-механические свойства инструмента, сформированные в процессе его изготовления, было установлено, что изменение скорости роста температуры и времени отключения плазмы может существенно изменить эксплуатационную надежность инструмента.

В целом результаты исследования позволили показать, что для получения воспроизводимых результатов упрочнения, удовлетворяющих критериям создания на поверхности рабочей части инструмента слоя с заданными структурой и физико-механическими свойствами, процессом распространения потока тепла в зоне плазменной обработки необходимо управлять.