Повышение работоспособности твердосплавного инструмента при непрерывном точении на основе разработки многослойных покрытий

• Автор: Ермолаев, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 186 с. : ил.

Список основных сокращений и обозначений

ГЛАВА 1. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПЕРАЦИЙ ТОЧЕНИЯ

ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ

1Л. Эффективность применения покрытий для режущего инструмента и современные методы их нанесения

1.2. Механизм износа режущего инструмента с покрытием

1.3. Принципы формирования многослойных покрытий на операциях механической обработки

1.4. Цель и задачи работы

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА ИЗНАШИВАНИЯ, ТЕПЛОВОГО И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА С ПОКРЫТИЕМ НА ОПЕРАЦИЯХ ТОЧЕНИЯ
2Л. Исследование механизма изнашивания режущего инструмента на операциях непрерывного резания

2.2. Исследование теплового состояния режущего инструмента с покрытием

2.3. Исследование напряженного состояния режущего инструмента с покрытием

2.4. Требования, предъявляемые к покрытиям и принцип формирования многослойного покрытия для режущего инструмента
на операциях точения
2.5. Экспериментальная проверка принципа формирования многослойного покрытия
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Инструментальные и обрабатываемые материалы
3.2. Оборудование для нанесения покрытий
3.3. Исследование параметров структуры и механических свойств покрытий
3.4. Исследование влияния конструкции многослойного покрытия на работоспособность режущего инструмента
3.5. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ НА ЕГО СТРУКТУРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ИЗНОС РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ

4.1. Исследование параметров структуры многослойных покрытий ... 111 * 4.2. Исследование механических свойств многослойных покрытий
4.3. Исследование влияния конструкции многослойного покрытия на интенсивность износа режущего инструмента
4.4. Исследование эффективности перспективных конструкций многослойных покрытий
4.5. Технология нанесения многослойных покрытий
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА С МНОГОСЛОЙНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
5.1. Исследование влияния элементов режима резания на период стойкости твердосплавного режущего инструмента с многослойными покрытиями
9 5.2. Опытно-промышленные испытания режущего инструмента с
многослойными покрытиями
5.3. Экономическая эффективность применения твердосплавного режущего инструмента с многослойными покрытиями
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ

* Список основных сокращений и обозначений
ARE - реактивный ионно-плазменный метод осаждения покрытий;
Oq - остаточные напряжения, МПа;
<т/ 2 - главные нормальные напряжения, МПа;
/31п - величина полуширины рентгеновской линии, град; тР - касательные контактные напряжения, МПа;
Од, - нормальные контактные напряжения, МПа;
03 - температура на задней поверхности, °С;
&„ - температура на передней поверхности, °С; iтжв - эквивалентные напряжения, МПа; а - период кристаллической решетки, А; ф Су- полная длина контакта стружки по передней поверхности, мм;
Сл - длина лунки износа по передней поверхности, мм;
С„ - длина полочки на передней поверхности, мм;
Ни - микротвердость, ГПа;
hy-величина опускания вершины режущего клина, мкм; h3 - фаска износа по задней поверхности, мм;
h,„ - фаска износа по задней поверхности у вершины инструмента, мм; hJn - фаска износа по задней поверхности у поверхности заготовки, мм;
/г., - глубина лунки износа по передней поверхности, мм;
hn - износ инструмента в направлении передней поверхности, мм;
/г„ „. - опускание поверхности полочки, мм;
hm - глубина усов износа на передней поверхности инструмента, мм;
J - интенсивность износа по задней поверхности, мм/м;
* 7///J2оо - параметр текстуры покрытия;
KL - коэффициент укорочения стружки;
Кпт - коэффициент повышения запаса пластической прочности;
Ко - коэффициент отслоения;
Рг - главная составляющая силы резания, Н;
Q - мощность итогового теплового потока в режущий инструмент, Вт; qd - интенсивность источника теплоты деформации, Вт/м2; q3 - интенсивность источника теплоты со стороны задней поверхности, Вт/м2;
<23 - мощность теплового потока со стороны задней поверхности, Вт; qn - интенсивность источника теплоты со стороны передней поверхности, Вт/м2;
* Qn- мощность теплового потока со стороны передней поверхности, Вт;

Таблица 2
Влияние покрытия на температуру на границе «покрытие -инструментальный материал»
Режим резания Температура надрез-цовой поверхности стружки <9С, °С Температура на поверхности инструментальной основы 0По,°С
Без П TiN TiCN
V = 160 м/мин, S = 0,3 мм/об, t = 1 мм 1217,753 1217,753 1215,586 1215,718
V = 200 м/мин, S = 0,3 мм/об, t = 1 мм 1385,507 1385,507 1383,173 1383,384
Таблица 2
Теплофизические свойства тугоплавких соединений, и твердых сплавов[118 - 120]
Материал Плотность p, кг/м3 Удельная теплоемкость С, Дж/кг-К Теплопроводность Л, Вт/м К
Массивный образец П, полученное методом ФОП
TiN 544 580 12,6
TiCN 520 440 13 - 17,6 36,5
(Ti,Al)N
BK6 1480 163 62,8
BK8 50,2
T5K10 20,9
T15K6 21,0 -25,2
Для определения температур на контактных площадках РИ по методике [7, 111] необходимы экспериментальные данные по силам резания и контактным характеристикам (длина контакта стружки с передней поверхностью РИ и коэффициент укорочения стружки). С целью нахождения указанных параметров были проведены экспериментальные исследования при токарной обработке заготовок из стали 30ХГСА РИ оснащенным твердосплавными пластинами МК8 с покрытиями TiN, TiCN, (Ti,Zr)N и (Ti,Zr)CN на двух режимах резания: V = 160 м/мин, S = 0,3 мм/об, t = 1 мм и V = 200 м/мин, S = 0,3 мм/об, t = 1 мм. Результаты исследований представлены в табл. 2.4 и на рис. 2.8. Полученные данные подтверждают результаты работ [34, 49, 52, 56]. Как видно, нанесение П на РИ существенно изме-