Повышение стойкости быстрорежущего инструмента за счет вакуумно-плазменной поверхностной обработки

• Автор: Волосова, Марина Александровна
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Механизм изнашивания инструмента из быстрорежущих сталей и основные причины его отказа
1.2. Повышение работоспособности быстрорежущего инструмента методами поверхностной модифицирующей обработки и нанесением износостойких покрытий
1.3. Анализ данных литературного обзора. Постановка цели
и задач исследований
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Методика определения режущих свойств инструмента
2.1.1. Обрабатываемые материалы
2.1.2. Станки и приспособления
2.1.3. Режущий инструмент
2.1.4. Методика стойкостных испытаний
2.2. Методика вакуумно-плазменной поверхностной обработки инструмента
2.3. Методика металлографических и металлофизических исследований
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВ ИЗНОСОСТОЙКОГО СЛОЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ИНСТРУМЕНТА В ПЛАЗМЕ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РАЗРЯДА
3.1. Физические принципы и особенности двухступенчатого вакуумно-дугового разряда
3.2. Формирование азотированного слоя при обработке инструмента в плазме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда

3.2.1. Исследование влияния состава азотосодержащей атмосферы на структуру азотированного слоя быстрорежущей стали
3.2.2. Исследование влияния технологических режимов на микротвердость и глубину азотированного слоя быстрорежущей стали
3.3. Оптимизация процесса комбинированной вакуумноплазменной обработки быстрорежущего инструмента
4. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ИЗНАШИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ С ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКОЙ
5. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ БЫСТРОРЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ С ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКОЙ И ОЦЕНКА ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ
5.1. Критерии эффективности процесса резания инструментом с вакуумно-плазменной обработкой
5.2. Выбор вида математической модели для описания процесса резания
5.3. Построение математических моделей процессов точения и фрезерования быстрорежущим инструментом с вакуумноплазменной обработкой
5.4. Определение оптимального режима эксплуатации инструмента с вакуумно-плазменной обработкой
5.5. Эффективность, достигаемая в результате применения инструмента с вакуумно-плазменной поверхностной обработкой
6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Анализ перспектив развития металлообрабатывающего производства 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 свою очередь, предопределяет совершенствование технологии обработки резанием в направлении интенсификации скорости резания и снижения 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, нагружения 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 не уменьшается. Сегодня в машиностроительных отраслях промышленности широко используется инструмент из быстрорежущих сталей с различными вариантами износостойких покрытий на основе нитридов, карбидов и карбонитридов тугоплавких металлов. Однако эти покрытия, обладающие

состоянии и являющиеся зародышами химических соединений на подложке.
За счет изменения парциального давления газового компонента можно регулировать отношение металл/металлоид в покрытии. Наличие плазмы обеспечивает более полное использование газа-реагента, что позволяет получить высшие химически соединения при низком парциальном давлении газа. Метод АРИ обеспечивает достаточно высокие скорости осаждения покрытий (от 20 до 200 мкм/ч).
Методом АРИ получают следующие соединения: А120з, У203, НС, ггС, №>С, Та2С, ТаС, УС, У2С, ШС, НИМ, УС-НС, ТЮ-№, ТлЫ, СихМо658, Сих8, окислы титана и др. В качестве реакционного газа предпочтительнее использовать метан (СН4) и этилен (С2Н4), чем ацетилен (С2Н2).
Покрытия из ПС, ЛИ, А120з и Н (Л, осажденные методом АРИ на инструмент из быстрорежущей стали, позволяют повысить их стойкость при точении до 4 раз, а при сверлении до 6.
В нашей стране для реализации процесса АРИ в промышленных условиях создана последняя модель установки УВНЭИП-17/4-001 с применением ВЧ-индуктора и электронно-лучевого испарителя мощностью 10 кВт. Ионизация испаряемого вещества осуществляется в высокочастотном электромагнитном поле, создаваемом ВЧ-индуктором, подсоединенным к ВЧ-генератору через систему согласования. Процесс ВЧ-ионизации обеспечивает значительную энергию ионов (Е>100 эВ). Увеличение энергии ионов, бомбардирующих подложку, возможно за счет подачи на нее постоянного напряжения или высокочастотного смещения (напряжение 0-3 кВ, ток смещения - до 1 А). Питание ВЧ-контура и цепи ВЧ-смещения осуществляется от одного ганератора ВЧД-2,5 с частотой 13,56 МГц.
Оборудование для ионного осаждения с электронно-лучевым испарением и ионной активацией пара при наличии термоэмиттера используется для азотирования поверхности инструмента в плазме низкого