Введение к работе
Актуальность темы. Нанесение износостойких покрытий методом конденсации вещества в вакууме с ионной бомбардировкой (КИБ) позволяет существенно повысить работоспособность режущего инструмента (РИ). Наибольшее применение в настоящее время находят износостойкие покрытия (ИП) на основе нитрида титана, в том числе многослойные (МП). Несмотря на определенные успехи, достигнутые в области разработки ИП, остаются нерешенными вопросы, связанные с влиянием покрытий на работоспособность РИ, работающего в условиях стесненного резания, в частности на операциях отрезки заготовок и прорезки канавок. Не раскрыт механизм влияния ИП на контактные процессы, тепловое и напряженное состояние режущего клина и изнашивание токарного РИ. Не разработана методика оценки теплового состояния РИ, учитывающая как особенности стесненных условий резания, так и процессы, протекающие на контактных площадках инструмента. Отсутствуют рекомендации по конструированию МП для РИ, работающего в условиях стесненного резания: составу, толщинам слоев и их взаимному расположению, общей толщине многослойного покрытия.
В связи с этим тема диссертационной работы, посвященной дальнейшему повышению работоспособности РИ, работающего в условиях стесненного резания, путем совершенствования ИП является актуальной.
Автор защищает: 1. Результаты теоретико-экспериментальных исследований токарных отрезных резцов с различными покрытиями на операциях отрезки заготовок и прорезки канавок, в частности методику расчета тепловых полей в режущем клине РИ, закономерности влияния состава ИП на контактные процессы, тепловое и напряженное состояние режущего клина токарных отрезных резцов.
2. Результаты экспериментальных исследований влияния конструкции
МП на их структурные параметры, механические свойства и изнашивание РИ.
Технологические режимы нанесения МП на токарные резцы, работающие в условиях стесненного резания.
Результаты экспериментальных исследований работоспособности РИ с разработанными МП при обработке резанием заготовок из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей и результаты опытно-промышленных испытаний.
Цель работы: повышение работоспособности РИ, работающего в стесненных условиях резания, путем совершенствования ИП на примере токарных отрезных резцов.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1) Разработана методика расчета тепловых полей в режущем клине токарного отрезного резца, учитывающая стесненные условия резания. 2) Установлено влияние различных ИП на контактные процессы, тепловое и напряженное состояния клина РИ на операциях отрезки заготовок. 3) На основе результатов анализа теплового и напряженного состояния режущего клина РИ предложены принципы формирования и конструкции МП для РИ, работающего в стесненных условиях ре-
зания. 4) На основе выявленных взаимосвязей структурных параметров, механических свойств и изнашивания РИ с конструктивными параметрами МП разработаны рациональные конструкции многослойных покрытий. 5) Разработаны технологические режимы нанесения МП на рабочие поверхности РИ. 6) Выявлена работоспособность РИ с разработанными МП в условиях действующего производства.
Научная новизна:
Разработана методика расчета температурных полей в режущем клине РИ, учитывающая стесненные условия процесса резания, а также процессы, протекающие на контактных площадках режущего инструмента.
Выявлены закономерности влияния состава ИП на контактные процессы, тепловое и напряженное состояние режущего клина токарных отрезных резцов.
Развиты представления о механизме изнашивания отрезного РИ с МП с позиции теплового и напряженного состояния режущего клина инструмента.
Предложены эмпирические зависимости структурных параметров, механических свойств и интенсивности износа РИ от конструктивных параметров МП.
Разработаны на уровне изобретений способы нанесения МП для токарных резцов, работающих в условиях стесненного резания.
Практическая ценность и реализация работы:
Разработаны новые конструкции МП, обеспечивающие высокую работоспособность токарных отрезных резцов.
Разработаны технологические рекомендации по составам слоев, общей толщине и соотношению толщин слоев МП, предназначенных для токарных отрезных резцов, работающих в стесненных условиях резания.
Разработаны технологические параметры нанесения МП.
Опытно-промышленные испытания, выполненные в производственных условиях ООО «УАЗ-Техинструмент» (г. Ульяновск), подтвердили высокую работоспособность РИ с разработанными МП. Технологические рекомендации по нанесению покрытий переданы 000 «УАЗ-Техинструмент» для использования в производстве. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный курс и лабораторный практикум подготовки специалистов по магистерской программе 552901 - «Технология машиностроения».
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях (НТК) УлГТУ в 2006, 2007, 2008, 2009 гг.; всероссийской заочной молодежной НТК «Молодежь Поволжья - науке будущего», г. Ульяновск, 2004 г., 4-ой международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов конструкций», г. Москва, 2005 г., всероссийской НТК «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений», Рыбинск, 2009 г.; на научно-технических семинарах кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» УлГТУ в 2010 гг.; на заседании научно-технического совета машиностроительного факультета УлГТУ в 2010 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 статьи в изданиях из перечня ВАК, получено 4 патента на изобретения и 5 на полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (164 наименования) и приложений (19 страниц), включает 215 страниц машинописного текста, 87 рисунков и 38 таблиц.
