Диссертация (1173087), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Нанесение дискретного покрытия системы Ме-МеО и МеОО2 путем осаждения заряженных ионов кислорода током коронного разрядаувеличиваетдолговечностьинструментальногоматериала,например,быстрорежущего материала в 1,5 – 3 раза по сравнению со стехиометрическимпокрытием; твердосплавного материала в 1,8 – 2,5 раза и увеличиваетциклическую долговечность конструкционного материала, например, титановогосплава на 30 – 50%.– разработана теоретическая модель долговечности образца с дискретнымдиффузионнымпокрытием,образующимячеистуюструктурудляпрогнозирования влияния состава областей с покрытием и без покрытия намодуль упругости.–установленызакономерностидиффузионных покрытий свзаимосвязисоставадискретныхмеханическими свойствами конструкционных иинструментальных материалов. Достигнуто увеличение твердости и пределапрочностинаизгибинструментальногоматериала,напримердлябыстрорежущей стали Р6М5К5 и твердого сплава ВК10ХОМ при увеличениисодержания кислорода в покрытии.
Показана износостойкость твердосплавныхцельных фрез ВК10ХОМ с дискретным покрытием в 1,5 - 2 раза посравнению со сплошным покрытием. Доказана циклическая долговечностьконструкционногоматериала,например,длятитановыхсплавовсдискретным покрытием, которая повышает долговечность на 30 - 50%относительно других видов упрочнения.– на основе математической модели процесса нанесения дискретногодиффузионного покрытия определены оптимальные параметры (ток коронногоразряда, давление сжатого воздуха, угол наклона и время обработки),оказывающие положительное влияние на долговечность, как инструментального,так и конструкционного материала.12ГЛАВА 1.
АНАЛИЗ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НАРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ1.1 Анализ методов повышения долговечности режущего инструментапутем нанесения на него покрытияВ современном металлообрабатывающем производстве все большееприменение находит сложное автоматизированное станочное оборудование,управляемое от персонального компьютера.
Эффективное использованиетакого оборудования возможно только при достаточной надежности егофункционирования, причем среди многих причин отказов станочногооборудования главными являются отказы режущего инструмента, которыйявляется наиболее слабым звеном технологической системы СПИД. Дляповышения долговечности режущего инструмента и технологическойсистемы в целом, обычно резко снижают режимы его эксплуатации(например, уменьшают скорость резания), реализуя, таким образом, условияпри которых возрастает нестабильность стружкообразования и контактныхпроцессов, что в свою очередь увеличивает вероятность случайного отказаинструмента,например,врезультатемакро-илимикрохрупкогоразрушения.
Обычно под долговечностью режущего инструмента понимаютспособность сохранять работоспособность в течение заданного времени,причем объективным критерием, определяющим надежность режущегоинструмента, является вероятность его безотказной работы [6, 10, 11]. Приэтом отказ может оказаться внезапным (микрохрупкое или вязкоеразрушение режущей части режущего инструмента) или постепенным(микроразрушениеконтактныхплощадок).Приизвестномзаконераспределения времени наработки на отказ объективными критерияминадежности режущего инструмента может служить среднеарифметическоезначение времени наработки на отказ и коэффициент вариации этого времени13[10, 11].
Наибольшее влияние на долговечность режущего инструментаоказывают его физико-механические свойства [6, 11,12].Наиболее эффективным путем формирования требуемых свойствприповерхностных слоев инструментального материала является применениесовременных методов механического, физико-химического упрочнения,нанесенияизносостойкихпокрытийикомплекснойповерхностнойобработки.В настоящее время, более 45% в России и 25%-30% в экономическиразвитых странах, режущего инструмента изготовляют из быстрорежущейстали, несмотря на то, что режущий инструмент из твердого сплава,керамики и сверхтвердых синтетических инструментальных материаловобеспечивает более высокую производительность резания.
Это связано как созначительно большей технологичностью быстрорежущих сталей, которыехорошо обрабатываются в отожженном состоянии, так и возможностьюизготовлениясложнопрофильногоикрупногабаритногорежущегоинструмента.Поэтому сложнопрофильный инструмент (сверла, зенкеры, развертки,концевые и зуборезные фрезы, протяжки и т.д.) производят почтиисключительно из быстрорежущей стали [1]. В связи свыше изложеннымматериалом в настоящей работе рассматривается проблема повышениядолговечностисложнопрофильногорежущегоинструментаизбыстрорежущей стали, твердого сплава.Анализосновныхнаправленийинструментапозволяетотметить,совершенствования,связанныссовершенствованиячтоглавныеростомрежущеготенденциитвердости,такоготеплостойкости,износостойкости при некотором снижении прочностных характеристик,вязкости и трещиностойкости [13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20]Решение«идеальными»проблемысвойствамисозданиядолжноинструментальногобытьсвязаноматериалассразработкойкомпозиционного инструментального материала, у которого высокие14значения поверхностной твердости, теплостойкости, физико-химическойинертности сочеталось бы с достаточными значениями прочности приизгибе, ударной вязкости, предела выносливости.В последние годы, как за рубежом, так и в странах СНГ имели местозначительные изменения в производимых марках режущего инструмента,такая тенденция связана как с повышением требований к режущемуинструменту, так и с совершенствованием методов термической обработки итехнологии производства.1.2 Классификация методов нанесения износостойких покрытий взависимости от условий их примененияВ мировой практике все большее применение находят методыповышения долговечности инструмента путем нанесения износостойкихпокрытий.Режущийинструментспокрытиемобладаетвысокойпроизводительностью, высокой износостойкостью в сочетании с достаточноудовлетворительнойпрочностьюприизгибе,ударнойвязкостью,выносливостью, трещиностойкостью, универсальностью, экономичностью.Появляется возможность управления условиями формирования и свойствамипокрытий, а также свойствами композиции покрытие — инструментальныйматериал.
Инструментальный материал с износостойким покрытием являетсяновымматериаломкомпозиционноготипа,вкоторомоптимальносочетаются свойства поверхностного слоя (высокие значения твердости,теплостойкости, пассивности по отношению к обрабатываемому материалу ит. д.) и свойства, проявляющиеся в объеме тела инструмента (прочность,ударная вязкость, трещиностойкость и т. д.).Такимпокрытиемобразом,поидеализированногоинструментальныесвоимсвойстваминструментальногоматериалысизносостойкимприближаютсяматериала,касвойстваминструмент,изготовленный из такого материала, обладает удовлетворительным запасом15жесткости и прочности одновременно, что увеличивает его долговечность,особенноприиспользованиинасложномавтоматизированномоборудовании.Средимногообразияразличныхметодовосажденияпокрытийнаносимых на режущий инструмент, наибольшее распространение получилиодно и многослойные покрытия.
При нанесении покрытия происходятсложные физические и химические процессы, и, выбор состава покрытиязависит от условий обработки [1].Проведен сравнительныйанализ способов формирования качестваповерхностного слоя при полном и локальном нанесении износостойкихпокрытий на режущий инструмент [7, 8, 19].Каждый метод нанесения покрытий обладает преимуществом инедостатками, имеет специфическую область применения, которая зависит оттехнологическихособенностейметода,степениавтоматизации,экономических затрат на процесс нанесения покрытия.1.2.1 Метод химического осаждения покрытийЭтотметодоснованнагетерогенныххимическихреакцияхвпарогазовой среде, окружающий инструмент, в результате которыхобразуютсяпокрытия.Исходнымипродуктамислужатгазообразныегалогениды, при взаимодействии которых с другими составляющими смесей(водородом, аммиаком, окисью углерода) образуется покрытие. Разложениегалогенида происходит вследствие термической химической реакции притемпературе 1000-1100С [1].Покрытие формируетсяадсорбцией, с последующей диффузией,углерода в титановое покрытие или хемосорбцией с образованиемтугоплавкого соединения.
Наиболее вероятен интегральный механизмформирования покрытия, включающий оба процесса – хемосорбцию сосаждением соединения и адсорбцию с последующей диффузией.16Метод химического осаждения покрытий из парогазовой фазы (CVD)широко используется при массовом производстве (5÷10тыс.) твердосплавныхпластин и цельно твердосплавного инструмента. Этот метод имеетподгруппы:газотермическийметод(ГТ),лицензионныетехнологиишведской фирмы «Сандвик Коромант» (технология GM) и австрийскойфирмы «Планзее» (технология GС), методы термодиффузионного насыщения(ТДН), к которым относится метод диффузионная термообработка (методДТ) [1, 2].В основе метода лежат высокотемпературные гетерофазные реакции, воснове которых используют галогениды металлов, газовостановитель (Н2) иреакционные газы.
На свойства и параметры покрытия (микротвердость,толщина,фазовыйсостав,структуру)оказываютвлияниереагентыпарогазовой смеси, давление смеси и скорость подачи.Недостатки этого метода заключаются в следующем:1. выделение активных реагентов приводит к охрупчиванию покрытия,снижению адгезии с твердым сплавом, изменению физико-механическихсвойств и теплофизических свойств;2. упрочненный режущий инструмент методом химического осажденияпокрытий не используют в следующих технологических операциях резания:- резание труднообрабатываемых материалов;- черновое фрезерование;- нарезание широкоходной резьбы для газовых труб.1.2.2 Метод физического осаждения покрытийМетодыиспарениифизическоговеществавосаждениявакуумноепокрытияпространство(PVD)основаныкамерыснаподачейреакционного газа (азот, кислород, метан и др.).
Различие методовфизического осаждения покрытия состоит в принципах физическогоиспарения вещества, различной степени ионизации пароионного потока,конструктивных особенностях установок. Среди методов физического17осаждения покрытия наибольшее распространение получили: конденсациявещества из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой(технология КИБ) и его разновидность «Ion Bond» - США (технология КИБ);магнитронно-ионное распыление (метод МИР), используемое фирмой«Бальцерс» - Швейцария и его разновидность МИРР (Россия); ионноеплакирование и его разновидность (методARE), разработанный вКалифорнийском университете США.Все эти технологии универсальны, поскольку можно варьироватьтемпературой в зонах нанесения покрытий [1, 2].Значительный вклад в развитие универсальных (физических) методовполучения покрытий на рабочих поверхностях режущего инструмента внеслиотечественные разработчики: Л.С.
Саблев, И.И. Аксенов, А.А. Андреев, В.Г.Падалка (ФТИ АН УР), А.К. Синельщиков, В.П. Жедь (ВНИИ), А.И.Григоров(НИИТАВТОПРОМ), И.П. Третьяков, А.С. Верещака, С.В. Касьянов С.Н.Григорьев (МГТУ «Станкин»), Ю.Н. Внуков (Укрниистецсталь), Ю.Г. Кабалдин(Комсомольск-на-Амуре, Технический университет).Покрытие можно рассматривать как некоторую промежуточнуютехнологическую среду между инструментальным и обрабатываемымматериалами, с помощью которой можно достаточно эффективно управлятьсвойствами основы: твердость, теплостойкость, трещиностойкость, физикохимическая пассивность по отношению к обрабатываемому материалу.Функциональными параметрами процесса резания: уровень деформированиясрезаемогослоя,силырезания,температуры,термомеханическиенапряжения и т.д. и интенсивностью изнашивания инструмента [6].Как показано в работах [7, 8, 19, 21, 22, 23, 24] наиболее эффективносвойствам режущего инструмента с покрытием, можно управлять за счетварьирования химическим составом покрытия, его структурой и типом связис инструментальным материалом.
В свою очередь, указанные параметрыбудут сильно зависеть от метода нанесения покрытия и технологическихусловий формирования исходных свойств. В частности, влияние на18структуру и дефектность покрытия, тип связи с инструментальной матрицейможет оказать субструктура, загрязненность и дефекты приповерхностныхслоев [1, 2, 9, 22, 25, 26].Синтез покрытий осуществляется за счет электродугового испарителя, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
