Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблемы повышения эффективности режущего инструмента из режущей керамики 11
1.1. Анализ исследований по проблемам применения токарного инструмента из режущей керамики для различных условий обработки 11
1.2. Анализ основных тенденций совершенствования основных свойств режущей керамики как инструментального материала 12
1.2.1. Повышение различных свойств режущей керамики путем легирования 17
1.2.2. Повышение различных свойств режущей керамики путем дополнительного энергетического воздействия 21
1.3. Повышение эксплуатационных характеристик СМП из режущей керамики путём модификации их рабочих поверхностей 24
І.З.І.Упрочненеие СМП путём воздействия высококонцентрированными источниками энергии 24
1.3.2. Повышение режущей способности токарного инструмента, оснащённого СМП из режущей керамики путем нанесения модифицирующих покрытий 25
1.4. Анализ литературных данных, обзора, постановка целей и задач
проводимого исследования 29
ГЛАВА 2. Разработка методики исследований 33
2.1. Анализ основных параметров, оказывающих влияние на надежность токарного инструмента из режущей керамики 33
2.2. Методология выбора состава и формирования модифицирующих покрытий 37
2.2.1.Анализ особенностей формирования модифицирующих покрытий на
рабочих поверхностях токарного инструмента из керамики 37
2.2.1.2. Выбор процесса осаждения модифицирующих покрытий на токарный режущий инструмент 42
2.2.1.3. Методика выбора состава и архитектуры покрытий, формируемых на субстратах из керамики 44
2.3.Методика проведения исследований 47
2.3.1. Технология формирования модифицирующих покрытий 48
2.3.2. Методика контроля качества формируемых покрытий 51
2.3.2.1. Контроль адгезионной прочности модифицирующего покрытия по отношению к субстрату из режущей керамики 52
2.3.2.2. Контроль толщины покрытия 53
2.3.2.3. Контроль микротвердости покрытия 55
2.3.2.4. Контроль морфологии (шероховатости) 56
2.3.2.5. Контроль химического состава 58
2.4. Мето дика исследований параметров функционирования токарного инструмента, оснащенного СМП из режущей керамики 58
2.4.1. Режущий инструмент 58
2.4.2.Обрабатываемый материал и станочное оборудование 59
2.4.3. Мето дика обработки экспериментальных данных 62
2.4.3.1. Статистическая обработка экспериментальных данных 62
2.4.3.2. Исключение резко выделяющихся результатов 67
ГЛАВА 3. Исследование надежности лезвийного инструмента из режущей керамики 68
3.1.Анализ основных видов разрушения СМП из керамики при точении 68
3.2. Определение основных критериев надежности токарного режущего инструмента 74
3.3. Исследования структуры отказов токарного режущего инструмента 80
3.3.1 Влияние степени изнашивания СМП из керамики на интенсивность
отказов токарных резцов 80
3.3.1.1. Исследование влияния изнашивания керамических СМП на
вероятность отказов 80
3.3.2. Исследование влияния этапов обработки на интенсивность отказов 89
3.4. Разработка программы по определению основных показателей надежности 93
Выводы по главе 3 98
ГЛАВА 4. Исследование параметров надежности резцов оснащенных смп с покрытиями многослойной архитектуры при чистовом точении закаленных сталей 99
4.1. Предпосылки 99
4.2.Исследование параметров модифицирующих покрытий СМП из керамики для токарных резцов предназначенных для чистовой обработки термообработанных сталей 101
4.2.1. Исследования характеристик двухкомпонентных систем Cr-CrN и Zr ZrN на керамических субстратах из А12Оз-ТіС (ВОК-71) 101
4.2.1.1. Предпосылки 101
4.2.1.2. Исследования адгезионной прочности модифицирующих покрытий, осаждаемых на СМП из ВОК-71 105
4.2.1.3. Исследование толщины модифицирующих покрытий на субстратах из смешанной керамики ВОК-71 109
4.2.1.4. Исследование параметров поверхностного слоя образцов СМП из керамики ВОК-71 с модифицирующими покрытиями 109
4.2.1.4. Исследование кристаллохимических свойств двухкомпонентных модифицирующих покрытий, осажденных на керамические субстраты 114
4.4. Исследование параметров функционирования процесса резания инструментом, оснащенным СМП из ВОК-71 с разработанными наноструктурированными многослойными модифицирующими покрытиями 116
4.4.1. Исследование сил резания при использовании керамического инструмента в условиях точения 116
4.4.2. Исследование механизма изнашивания токарных СМП из ВОК-71 с нанодисперсным многослойным покрытием Cr-CrN 118
4.5. Исследование влияния изнашивания задней поверхности СМП из керамики с разработанными наноструктурируемыми многослойно-композиционными покрытиями на показатели надежности при точении закаленных сталей 122
4.6. Исследования показателей надежности токарных резцов с разработанными многослойными покрытиями 125
Выводы по главе 4 130
ГЛАВА 5. Исследование надежности токарных резцов оснащенных смп из керамики в условиях демпфирования 132
5.1. Разработка конструкции демпфирующего устройства, как способа повышения динамических характеристик при точении закаленных сталей. 135
5.2. Определение уровня надежности токарных резцов при обработке в условиях демпфирования 141
5.3. Исследование показателей надежности токарных резцов оснащенных керамическими СМП с покрытием в условиях повышения динамических характеристик 147
5.4. Исследования параметров надежности разработанного токарного керамического инструмента с наноструктурированными многослойными покрытиями в производственных условиях 154
Выводы по главе 5 157
Основные выводы и результаты по работе 158
Список используемой литературы
- Анализ основных тенденций совершенствования основных свойств режущей керамики как инструментального материала
- Методика выбора состава и архитектуры покрытий, формируемых на субстратах из керамики
- Исследования структуры отказов токарного режущего инструмента
- Исследование толщины модифицирующих покрытий на субстратах из смешанной керамики ВОК-71
Анализ основных тенденций совершенствования основных свойств режущей керамики как инструментального материала
Керамические инструментальные материалы обладают рядом высоких физико-механических свойств. Основные достоинства заключаются в высокой химической пассивностью и повышенной твёрдостью, теплостойкостью и, соответственно, повышенной износостойкостью. Это обеспечивает высокую производительность процесса резания при использовании керамического инструмента. Лезвийные инструменты из режущей керамики (РК) находят всё большое применение на операциях токарной обработки таких материалов, как ковкий чугун, конструкционные, улучшенные и закаленные стали. Дополнительным аргументом в пользу применения инструмента из режущей керамики является отсутствие в составе РК дефицитных и очень дорогостоящих элементов, что снижает затраты на инструмент при обработке резанием [1].
Следует также отметить, что инструменты из РК могут быть использованы на высоких скоростях резания, а имея повышенную красностойкость не требуют применения смазочно- охлаждающих жидкостей (СОЖ), что значительно снижает отрицательное негативное воздействие на окружающую среду и соответствует экологическим требованиям к современным технологическим процессам.
Помимо больших достоинств РК обладает и рядом недостатков, к которым можно отнести относительно низкую сопротивляемость разрушению керамического материала при воздействии переменных термических и механических нагрузок, а также низкий запас пластической прочности (вязкому разрушению) и повышенную трещиностойкость [1, 2, 3]. В настоящее время накоплены обширные знания в области работоспособности лезвийных режущих инструментов из быстрорежущей стали и твердых сплавов, которые практически невозможно использовать при анализе работоспособности инструментов из керамических материалов. Область применения керамических инструментальных материалов также сильно отличается от областей применения лезвийных режущих инструментов из быстрорежущей стали и твердых сплавов. В основном специфическая область применения лезвийных инструментов из режущей керамики определяется сильным различием физико-механических и теплофизических свойств режущей керамики и традиционных инструментальных материалов, а также особенностями физико-химического взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов. В частности, расширение области применения РК требует улучшения характеристик вязкости и трещиностойкости [1, 2, 4].
Результаты исследований, посвященных проблемам повышения различных свойств режущей керамики [5-10], позволяют получать новые классы инструментальных материалов из РК, обладающие повышенными показателями трещиностойкости, прочности, вязкости, (нитридокремниевая, легированная, армированная РК), позволяют прогнозировать значительное расширение области применения РК в металлообрабатывающей промышленности. Стоит отметить, что надежность инструмента в высокой степени влияет на экономическую составляющую применения РК. Применение высококачественных режущих инструментов приводит к сокращению технологического времени, позволяет не только повысить показатель производительности, но и уменьшить затраты на приобретение инструмента.
Указанное объясняется уникальным сочетанием физико-механических и теплофизических свойств РК и отсутствием дефицитных элементов, входящих в состав её исходного сырья. Создание современных керамических материалов отвечающих требованиям повышенной работоспособности, позволяют обеспечивать получение материалов с высокой изгибающей прочностью (до 1200-1400 МПа) [11].
Широкое применение лезвийных инструментов из режущей керамики, не содержащей в своём составе дефицитных компонентов, приводит к значительному экономическому эффекту обработки [6, 7, 12].
Высокая износостойкость инструмента из РК позволяет внедрять новые технологии обработки твердых материалов повышенной точности на тяжелых и мощных станках, в том числе оснащенных системой ЧПУ. Кроме того, токарная обработка с применением РК обеспечивает высокие размерные и геометрические точности обработанных деталей. В некоторых случаях эффект замены твердосплавного инструмента на керамический позволяет снижать расходы на механическую обработку до 70-75 % [11].
В автоматизированном производстве надёжность инструмента является главным фактором, определяющим эффективность технологической системы и ее работоспособности в целом, так как отказ инструмента из РК вследствие хрупкого скола ведёт к полному отказу технологической системы.
Несмотря на заметное различие свойств (см. рис. 1.1 и табл. 1.1, 1.2) РК характеризуется относительно низкой ударной вязкостью и прочностью при изгибе, повышенной хрупкостью, что не позволяет ее использование в серийном производстве. Инструменты оснащенные РК обладают высоким коэффициентом линейного расширения (так, коэффициент линейного теплового расширения для нитридной керамики составляет примерно (3,5-10 6)/К, у оксидной керамики составляет (8,5-10 6) /К.[1] .Поэтому инструменты из РК достаточно чувствительны к термоциклическому нагружению и склонны к хрупкому микроразрушению при условии контактных нормальных напряжениях, больших 1,2 ГПа, [7, 15].
Лезвийные инструменты из РК, армированные нитевидными кристаллами SiC, имеют повышенную прочность, поэтому рекомендуются для применения на чистовых режимах обработки труднообрабатываемых материалов (например, при обработке жаропрочных никелевых сталей). [16].
Нитридная керамика на основе Si3N4 имеет существенно более высокую прочность, что расширяет область ее применения. Инструмент из РК на основе SisN4 используют при черновой получистовом обработке чугунных отливок. Достаточно высокие результаты нитридная керамика показывает при чистовой обработке сложнолегированных сталей с высокой твердостью.
Методика выбора состава и архитектуры покрытий, формируемых на субстратах из керамики
Так как смешанная режущая керамика по своей природе является материалом с низкой электропроводностью, то нанесение покрытий осуществляется при использовании модернизированной технологии ФКВДО, обеспечивающей высокую адгезию покрытия относительно керамики. Следует отметить, что адгезионная прочность модифицирующего покрытия является одним из определяющих параметров успешного применения керамического инструмента с разработанными покрытиями для лезвийной обработки.
Оценку прочности адгезионной связи в системе «покрытие-керамика» производили скрайбированием на специальном приборе, получившим название «скрайбометр» («Scratchester») (рис 2.6). Особенность методики состояла в использовании «царапания» поверхности керамического материала с покрытием при ступенчатом увеличении нагрузки, которая прикладывалась к «сцарапывающему» алмазному индентору. Испытания прекращали при достижении критической нагрузки, при которой происходило разрушение (отслаивание) покрытия вдоль царапины, соответствующей процессу разрушения покрытия, что сопровождалось «всплеском» акусто-эммисионного сигнала максимальной величины (рис.2.7). При проведении исследований проводили также визуальную оценку характера разрушения покрытия вдоль царапины.
Схема фиксирования момента разрушения (отслаивания) покрытия вдоль царапины, наносимой алмазным индентором
При проведении эксперимента использовали пошаговое нагружение с величиной 0,5 кг. Минимально приложенная нагрузка на индентор составляла 49,1 Н (5 кг), а максимальная величина - 98,1 Н (10 кг).
Одним из основных параметров работоспособности инструмента является толщина наносимого покрытия. Она не является однозначным параметром и ввиду этого подлежит обязательному контролю. Повышающиеся физико-механические свойства с ростом толщины покрытия позволяют увеличить износостойкость РК. С другой стороны, увеличение количества дефектов в структуре покрытия и приповерхностных слоев инструментального материала приводит к повышению коэффициента вариации и вероятности внезапного отказа инструмента. В связи с этим необходимо подбирать оптимальные значения толщины покрытия, наносимого на инструмент в зависимости от свойств обрабатываемого материала.
Толщину покрытия контролировали с использованием сферического шлифа по методике, получившей название «калотест» (Kalotest) (рис.2.7).
Исследования производили с использованием стального шарика диаметром 20 мм и мелкозернистой алмазной пасты. При вращении шарика соскабливается покрытие с поверхности субстрата.
При удалении определенного объема композиционного материала образца «покрытие-керамика» образуется сферическая лунка, глубина которой должна превышать толщину покрытия и достигать материала керамического субстрата (см. рис. 2.8). Полученный в процессе использования калотеста отпечаток диаметра сферического шлифа позволяет произвести замеры под микроскопом с ценой деления 005-0,01 мм. Толщину покрытия вычисляют по формуле:
Микротвердость покрытия в значительной степени определяет Микротвердость наносимого покрытия также является важной составляющей исследования. При оценке микротвердости использовали прибор «POLYVARMET», оснащённый приставкой «MICRO-DUROMAT 4000», позволяющей измерять твердость нанесенного покрытия на СМП с высокой точностью. Алмазным индентором при исследовании микротвёрдости покрытий использовали нагрузку 25-50 г, которую выдерживали в течение 10 секунд. Образованный ромбический отпечаток подвергали замерам по диагоналям, (см. рис. 2.8).
Исследование морфологии поверхности режущих пластин с покрытием проводилось на растровом электронном микроскопе DSM 950 фирмы ZEISS и оптическом микроскопе с блоком оцифровки изображения фирмы MicroMaterialsLtd.
Контроль шероховатости поверхности образцов пластин с покрытием производили с использованием прибора для измерения шероховатости Hommelester ТІ000 фирмы HommelwerkeGmbH. Для экспресс измерений шероховатости использовали также прибор SJ-201 фирмы «Mitutoyo» (Япония), настройку которого осуществляли по прецизионному образцу с шероховатостью Ra = 0,305 мкм. Приборы для измерения шероховатости и основные измеряемые величины шероховатости представлены на рис. 2.10,2.11.
Объектом исследования служили СМП квадратной формы по ГОСТ 19049-80, ISO SNGN 120408 (03111-120408) из смешанной керамики (А1203-ТІС) ВОК-60, ВОК-71, ВОК-200 представленные в табл. 2.4. Таблица 2.4 Основные свойства нитридной керамики, применяемой в экспериментах
Исследования проводились на токарно-винторезных станках мод. JET GH-20120 ZH DRO RFS (автомат).(Германия) и мод. 16К20. Использование обширного парка станков должно способствовать обеспечению более достоверных результатов исследований применения инструмента для определения и повышения его надежности для широкого диапазона изменения режимов резания (п, t, S, Т). Станок мод. 16К20 был оснащён частотным преобразователем, позволяющим обеспечивать скорость резания на постоянном уровне при изменении диаметра заготовки. По точности и жесткости оборудование соответствует регламентам ГОСТ 8-82, ГОСТ 18097 (рис. 2.13а, б). Линейная скорость резания контролировалась тахометром Т410-Р (ГОСТ 21339-82).
Исследования структуры отказов токарного режущего инструмента
Для выполнения указанных функций модифицирующими покрытиями, осаждаемыми на рабочие поверхности керамического инструмента, необходимо, чтобы элементы модифицирующего покрытия полностью поддерживали эти функции. В частности, составы, параметры и свойства модифицирующих покрытий для керамического инструмента формировали на основе нитридов тугоплавких переходных металлов IV-VI групп Периодической системы элементов, составы, параметры и свойства которых соответствовали конфигурационному строению со «СВАСКами» типа sp , s2p6 и d5 с различными типами связей кристаллической решётки (см. главу 2, раздел 2.2.1.3). При формировании двухкомпонентного покрытия среди металлов IV-VI групп Периодической системы Ті, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo, W их нитридов были выбраны следующие элементы, в наибольшей степени удовлетворяющие двойственной природе покрытия на рабочих поверхностях режущих инструментов из режущей керамики. В качестве адгезионного подслоя (слой 2, см рис.2.3) были выбраны Zr и Сг, имеющие кристаллохимическое сродство с кристаллическим строением смешанной керамики А12Оз-ТіС и полное соответствие правилу 15% Юм-Розери (отличие атомных радиусов элементов слоя 2 и элементов керамического субстрата составляет не более 15%). Кроме того, для систем «Сг-А12Оз», «Zr-А12Оз» в соответствии с термодинамическим критерием оценки адгезии между двумя твердыми телами, разность изобарного потенциала реакцииДСт
0 (кДж), протекающая в двухмерном пограничном слое систем «Сг-А12Оз», «Zr-Al203», имеет отрицательное значение. Указанное означает, что адгезии соприкасающейся системы «Сг-А12Оз», «Zr-АЬОз» имеют высокую склонность к прочной адгезионной связи.
В качестве наружного модифицирующего слоя двухкомпонентного покрытия (слой 1, см. рис. 2.3) были выбраны нитриды CrN и ZrN. Подобный наружный слой обеспечивает минимизацию склонности к адгезионному взаимодействию с закаленной сталью, так как: соединения «Сг-А12Оз», «Zr-АІгОз» не соответствует правилу 15% Юм-Розери из-за достаточно большого различия атомных радиусов с радиусами структурных элементов закаленной стали (типа стали 45); разность изобарного потенциала реакции соединений «Сг-А12Оз», «Zr-А12Оз» и структурных элементов закаленной стали имеет положительное значение AGj 0 (кДж), что в соответствии с термодинамическим критерием означает низкую склонность к адгезионному взаимодействию.
Для формирования высококачественного керамического инструмента с покрытием для чистовой обработки закаленных сталей необходимо выполнить следующие условия.
Модифицирующее покрытие должно максимально снизить склонность к адгезионному взаимодействию между керамическим материалом и обрабатываемым материалом. В качестве критерия оценки склонности к адгезии можно использовать термодинамический критерий, при котором изобарный потенциал реакции, протекающей в двухмерном пространстве контактного слоя между материалами покрытия и заготовки, должен иметь положительное значение AGf 0.
При разработке модифицирующего покрытия в зависимости от условий процесса резания необходимо: произвести выбор рациональных значений таких параметров покрытия, как общая толщина, соотношение толщин слоев покрытия, микротвердость, фазовый состав, структура; обеспечить максимально возможную прочность адгезии между материалами покрытия и инструмента, при этом материал покрытия и инструмента не должны образовывать хрупких интерметаллидов при термомеханических нагрузках, возникающих при резании, что достигается при отрицательном значении изобарного потенциала AGT 0; - методология выбора архитектуры покрытия и состава его компонентов на основе модели адгезионно-усталостного изнашивания должна В соответствии с методикой оценки параметров покрытий, представленной в главе 2, проведены исследования, результаты которых представлены ниже.
Методика проведения исследований представлена в главе 2 (раздел 2.3.2). Ниже будут показаны результаты исследований прочности модифицирующего покрытия относительно керамического субстрата.
Оценка прочности адгезионной связи в системе «покрытие-керамика» производили методом скрайбирования (царапания) на специальной установке «скрайбометре» (см. рис.2.6, 2.7). Нагрузку на царапающий индентор изменяли ступенчато до момента начала отслаивания покрытия вдоль царапины или «пикового» (критического) значения, фиксируемого в процессе царапания акусто-эмиссионного сигнала (см. рис.2.7).
При проведении экспериментов регистрировали также силу трения, характер изменения которой идентичен изменению акусто-эмиссионного сигнала - она увеличивается пропорционально приложенной нагрузке.
После проведения эксперимента были рассчитаны количественные значения таких характеристик, как сила и коэффициент трения, с помощью которых можно оценить трибологическое состояние технологической системы СПИД, соответствующей выполняемому процессу резания.
По результатам проведенных исследований были отобраны образцы из партии СМП из ВОК-71 с максимальной адгезией модифицирующего покрытия относительно керамического субстрата, пригодные для дальнейшего исследования параметров надежности при обработке заготовок из закаленных сталей.
На рисунке 4.1 представлены данные исследований адгезионной прочности покрытия Cr-CrN, полученного в различных условиях осаждения на СМП из смешанной керамики ВОК-71.
Худшие результаты при оценке адгезионной прочности продемонстрировали двухкомпонентные покрытия Сг-СгМ,осажденные на субстрат ВОК-71 при неоптимальных значениях параметров процесса ФКВДО/а=70 А; С/и= 30 В;рн=0,65 Па; г0=30 мин; Г =330 С (см.рис. 4.1 А).
Худшие результаты показали, что покрытия, осажденные на керамический субстрат в неоптимальных условиях процесса осаждения ФКВДО, имели худшую прочность адгезионной связи с керамическим субстратом. Неравномерные царапины, формируемые на поверхности образца с Cr-CrN покрытием при перемещении алмазного индентора, свидетельствуют о разрушении сплошности покрытия вдоль царапины. Сколы и разрушения локальных объемов покрытия распространяются за границы области, к которой была приложена нагрузка. Это означает, что прочность адгезии между керамикой и покрытием намного меньше прочности когезии между слоями самого покрытия
Исследование толщины модифицирующих покрытий на субстратах из смешанной керамики ВОК-71
Для установления влияния разработанных наноструктурированных многослойно-композиционных покрытий на основные показатели надежности использовали методику, представленную в главе 2. Результаты исследований представлены в настоящей главе.
Исследования проведены при следующих значениях режимных параметров чистовой обработки закаленных сталей: v = 600 м/мин, S = 0,1 мм/об, t = 0,25 мм, при использовании которых обеспечивали шероховатость обработанной поверхности порядкаRa= 0,8-0,6 мкм.
На основе методики проведения исследований, представленной в главе 3, получены вариационные ряды наработки на отказ (время, с):
Используя пособие [78,79], по методам оценки эксплуатационной надежности определили: размах вариации, величину частного интервала, шкалу интервалов интервального вариационного ряда, частоту попадания случайной величины в частный интервал, частоту попадания г, случайной величины в частный интервал, рассчитана частость попадания pj случайной величины в частный интервал, рассчитана накопленная частость SQjj). По полученным данным определена средняя наработка на отказ, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации.
В результате исследований коэффициент вариации ВОК-71 - (Cr-CrN) составил 0,39, а коэффициент вариации ВОК-71- (Zr-ZrN) - 0,45. Из теории надежности известно, что если коэффициент вариации отказов инструмента составляет менее 0,5, то полученный после проведения эксперимента вариационный ряд значений отказа будет подчиняться закону распределения Вейбулла - Гнеденко [116-118]. Этот закон используют при определении уровня надежности изделий в период приработки и установлении наработки на отказ неремонтируемых изделий [79].Это позволяет говорить о том, что процесс изнашивания режущих пластин переходит от стадии внезапного разрушения в произвольный момент времени к стадии прогнозируемого, предсказуемого разрушения.
Распределение Вейбулла - Гнеденко используют для описания закономерностей отказов под действием износа и старения, отказов последовательно соединенных и дублированных элементов. Особенно часто распределение Вейбулла применяют тогда, когда поток отказов не стационарен и интенсивность отказов меняется с течением времени. Распределение Вейбулла двухпараметрическое. Параметр № определяет масштаб. Параметр а - асимметрию. С помощью его достаточно точно можно прогнозировать надежность исследуемого минералокерамического режущего инструмента при наличии параметра наработки на отказ.
С помощью параметра а удобно подбирать аналитическое описание для различных экспериментальных зависимостей. При а=1 распределение Вейбулла становится экспоненциальным. При значениях параметра а 1 интенсивность отказов монотонно убывает с течением времени, а при а 1 монотонно возрастает. Подбирая значения а, можно добиться приближения аналитической функции распределения к опытным данным.
Применив формулы по расчету основных параметров надежности распределения Вейбулла - Гнеденко, определяем численные значения, заносим в таблицы 4.4 и 4.5 и строим графические зависимости (рис. 4.12— 4.15).
Сравнительная характеристика основных параметров надежности инструмента из режущей керамики ВОК-71 и ВОК 71с применением покрытий на основе Cr-CrN и Zr-ZrN при обработке стали У8 с t = 0,2 мм; S = 0,1мм/об; v = 600 м/мин. (а - вероятность безотказной работы, б - вероятность отказов, в - потока отказов, г - интенсивность отказов от времени)
Исследование данных рис. 4.14-4.17 показало, что повышение основных параметров надежности токарных пластин из BOK-71-(Cr-CrN) и BOK-71-(Zr-ZrN), по сравнению с соответствующими параметрами для ВОК-71, позволяют считать, что нанесение наноструктурированных многослойных покрытий повышает параметры надежности инструмента из керамики. [119] Как показывает практика, использование базовых инструментов с нанесенным на их поверхность одного покрытия при предварительной обработке деталей достаточно неэффективно, так как они неспособны в должной мере предотвратить опасность скола, возникшего под действием силовой или тепловой нагрузки. Это является следствием повышенных скоростей резания, переменных припусков на обработку, неоднородности поверхностного слоя после термической обработки. Существующие покрытия не всегда способны «перенести тепловой удар». Так как, наибольшее влияние на характер разрушения керамического режущего инструмента оказывают условия их силового и теплового нагружения, которые определяются не только видом и режимом резания, но и основными свойствами обрабатываемого изделия. Особенно опасно применение инструмента из смешанной керамики в условиях прерывистого точения. Но в период устойчивой работы на достаточно большой длине обработки покрытие принимает более прогнозируемые значения. Если же обработка происходит циклично (прерывисто), то действие термоциклических напряжений приводит к обильному появлению на поверхности токарных пластин трещин, количество которых нарастает с увеличением числа воздействий. Также не стоит исключать заводские дефекты инструмента, которые имеют поры, трещины, слабые дислокационные границы [120].
Кроме этого, стоит отметить, что использование СМП из смешанной керамики приводит к неодинаковому поведению в одних и тех же условиях обработки, а детали, изготовленные при постоянных режимах резания, имеют различные показатели степени точности [80].