Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОС ГОЯЇІИЯ ПРОБЛЕМЫ.
ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Механизм жнатгшвания инструмента из быстрорежущих
сталей и основные причины его отказа
-
Повышение работоспособности быстрорежущего инструмента методами поверхностнойч модифицирующей обработки и нанесением износостойких покрытий,.
-
Анализ данных литературного обзора. Постановка цели и задач исследовании
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2Л. Методика определения режущих спойств инстру
мента .,.,.. >..,,- .........
-
Обрабатынаемые материалы
-
Станки и приспособления
-
Режу ший инструмент
2ЛЛ. Методика стойкостных испытаний
2.2, Методика вакуумно-нлазменной поверхностной обра
ботки инструмента
23. Методика металлографических и металлофшических
исследований
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРО
ВАНИЯ И СВОЙСТВ ИЗНОСОСТОЙКОГО СЛОЯ ПРИ ОБРА
БОТКЕ ИНСТРУМЕНТА В ПЛАЗМЕ ВАКУ УМНО-ДУГОВОГО
РАЗРЯДА
3.1. Физические принципы и особенности двухступенчатого
вакуумпо-дугового разряда _
3.2. Формирование азотированного слоя при обработке
инструмента в плазме двухступенчатого вакуумно-дугового
разряда
3.2.1, Исследование влияния состава азотосодержашей
атмосферы на структуру азотированного слоя быстрорежущей
стали 69
3.2.2. Исследование влияния технологических режимов на
микротвердость и глубину азотированного слоя быстрорежущей
счал и S3
3.3. Оптимизация процесса комбинированное вакуумно-
плазменной обработки быстрорежущего инструмента 86
4. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ИЗНАШИВАНИЯ
ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ С
ВАКУУМІ ГО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКОЙ 99
5. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ БЫСТРО
РЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ С ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННОЙ
1ІОВІІРХНОСТ1ЇОЙ ОБРАБОТКОЙ И ОЦЕНКА ЕГО
ЭФФЕКТИВНОСТИ 120
-
Критерии эффективности процесса резания инструментом с вакуумно-плазменной обработкой 120
-
Выбор вила математической модели для описания процесса резания 121
5J. Построение математических моделей процессов точения
и фрезерования быс і ро режущим инструментом с вакуумно-
плазменной обработкой 124
5.4. Определение оптимального режима эксплуатации
инструмента с вакуум і ю-плазм ей ной обработкой 129
5.5. Эффективность, достигаемая в результате применения
инструмента с вакуумпо-плазменной поверхностной обработ
кой 130
6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 132
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ [34
Введение к работе
Анализ перспектив развития металлообрабатывающего производств показывает, что обработка резанием остается наиболее предпочтительной для окончательного формирования размеров деталей, несмотря на значительный прогресс в развитии таких альтернативных методов, как* точное литье, штамповка и электрофизическая обработка. Такая тенденция обусловлена возрастающими требованиями к точности размеров и качеству обработанных деталей, что в спою очередь, предопределяет совершенствование технологии обработки резанием в направлении интенсификации скорости резания и снижении снимаемого припуска.
В настоящее время развитие металлообрабатывающего производства связано как с созданием нового, так и с совершенствованием имеющегося станочного оборудования, режущего и вспомогательного инструментов.
Режущий инструмент является особым объектом технологии металлообработки. Разнообразные условия эксплуатации и, следовательно. иагружения его режущей части вызывают многообразные виды повреждений и отказов технологической системы, а скорости изнашивания инструмента значительно выше, чем скорости изнашивания деталей и узлов станка. Поэтому работоспособность технологической системы в целом в первую очередь зависит от качества применяемого режущего инструмента.
Несмотря на возрастающее с каждым годом потребление инструмента из твердых сплавов, режущей керамики и сверхтвердых материалов, объем быстрорежущих сталей, использующихся при изготовлении металлообрабатывающего инструмента, нисколько но уменьшается. Сегодня в машиностроительных отраслях промышленности широко используется инструмент из быстрорежущих сталей с различными вариантами износостойких покрытий на основе нитридов, карбидов и карбоиитридов тугоплавких металлов. Однако эти покрытия, обладающие отличными служебными характеристиками - высокой микротвердостыо, низким коэффициентом трения и инертностью по отношению к обрабатываемому, материалу, зачастую лреж де времен но разрушаются, особенно под воздействием циклических терм о механических нагрузок, возникающих в процессе прерывистого резания, что резко снижает эффект or применения инструмента с покрытием,
В большинстве случаев разрушение системы покрытие-подложка начинается с пластической деформации подложки вблизи границы раздела, когда эта система подвергается достаточно высокому нагружению гг таким образом, сопротивление нагрузке существенно зависит от поверхностных свойств подложки Формирование па поверхности быстрорежущее основы перед нанесением покрытия диффузионного слоя, обладающего иысокой твёрдостью и теплостойкостью, будет увеличивать СОЕірО! инлеиие режущего клшш юрмомеханнческим нагрузкам. Создание іакою слоя методом ионною азотирования с последующим нанесением более твердого покрытия вакуумно-дуго ]!ым способом яиляется одним из вариантов комбинированной вакуушю-плазменной обработки и позволяет получить слоистый композит с уникальной комбинацией свойств.
Первые исследования по созданию таких комбинаций, начались в нашей стране более двадцати лет назад на кафедре «Резание материалов» МГТУ-«СТЛПКИМ» под руководством л,тлі., проф. Верещака Л.С. и показали высокую эффективность быстрорежущего инструмента с такой обработкой- Главной преградой для широкого производственного освоения разработанных принципов комбинированной обработки, была высокая себестоимость процесса из-за необходимости проведения дпух последовательных технологических циклов вакуумно-плазменной обработки на разном оборудовании, что делало использование такой технологи экономически нецелесообразным.
К настоящему моменту в России на основе вакуум но-дуговых источников плазмы созданы и успешно эксплуатируются образцы современного многофункционального оборудования, позволяющего в одном технологическом цикле, без перезагрузки обрабатываемых изделий производить все этапы комбинированной обработки: нагрев и очистку инструмента, ионное азотирование и нанесение вакуушю-шшменпых покрытий,
В связи с этим оптимизация процесса вакуумно-плазме і той обработки с целью формирования на поверхности быстрорежущего инструмента ело», обеспечивающего минимальную интенсивность изнашивания инструмента, а также определение условий рациональной эксплуатации инструмента с вакуумно-плазменной обработкой, снова-представляется чрезвычайно актуальным
На основании изложенного была сфор/^улировэна основная цель работы, которая заключается в повышении стойкости быстрорежущего инструмента на двух различных по характеру нагрузок процессов резания - непрерывного (точения) и прерывистого (фрезерования) із счет вакуумно-плазмеиной поверхностной обработки, включающей процессы азотирования и нанесения износостойкого покрытия. ./
Насюніцан работа является продолжением ряда работ, выполненных в Московском государственным тех нол отческом университете «СТАНКИН»,
Научная новизна работы заключается: в установлении влияния содержания аргона в газовой среде на структуру поверхностного слоя быстрорежущей слали при азотировании в плазме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда; в математических зависимостях, учитывающих факторы времени* темпера гуры, состава газовой среды при азотировании, времени последующего процесса осаждения покрытия и их влияние на износ инструмента при непрерывном точении и прерывистом фрезеронании-
Практическая ценность работы состоит: в рекомендациях по выбору рекимов вакуум но-плазменной ^.^:#j., обработки инструмента, обеспечивающих минимальную -: интенсивность изнашивания быстрорежущего инструмент при точении и фрезеровании; в рекомендациях по назначению режимов эксплуатации быстрорежущего инструмента с вакуумно-плазменной обработкой, обеспечивающих максимальную производи гельность -инструмента на операциях точения и фрезерования.
Результаты работы были доложены на заседаниях кафедры Высокоэффективные технологии обработки МГТУ «СТАНКИН», на ' ;i Международных научно-технических конференциях «Взаимодействие ' ионов с поверхностью - 2001» в Звенигороде, «Производство, Технология. Экология - 2001» в Москве, а также были удостоены бронзовой медали и диплома 30-го Международного салона изобретений, -* повой техники и товаров (Швейцария, г. Женева, 2002 г.) и серебряной медали и диплома 11 московского международного салона инноваций и =ч- ' инвестиций (г. Москва, ВВЦ, 2002 г,),
Производственное внедрение результатов работы осуществлено в рамках коніракюв на поставку технологии и оборудования для комбинированной ионно-плазменной обработки, заключенных МГТУ «СТАНКИН» с ОАО «Комсомолі,с кое-на-Амуре авиационное производственное объединение» (20011,) и инструментальным производством ОАО «АВТОВАЗ» (2003г.)г
По теме диссчфіации опубликовано 7 печатных работ.
Автор выражает благодарность научному руководителю работы зав, кафедрой «Высокоэффективные технологии обработки» профессору, д.т.н. СлЧ. Григорьеву, а также преподавателям и сотрудникам кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» 5а помощь, оказанную при выполнении работы.
