автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение эффективности резания закаленных сталей путём применения высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями

На правах рукописи

СОТОВА ЕКАТЕРИНА СЕРГЕЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗАНИЯ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ ПУТЁМ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОЙ КОМПОЗИЦИОННОЙ КЕРАМИКИ С МНОГОСЛОЙНО-КОМПОЗИЦИОННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-

технической обработки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 НОЙ 20VI

Москва 2011

005003640

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Верещака Анатолий Степанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузин Валерий Викторович кандидат технических наук, доцент Пини Борис Евгеньевич

Ведущая организация: ФГУП «Всероссийский научно-технический и

исследовательский институт тугоплавких металлов и твердых сплавов» (ФГУП ВНИИТС), г. Москва

Защита состоится « М» 20. // г. в «

Со

» часов на

заседании диссертационного совета Д 212.142.01 в ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» по адресу: 127994, Москва, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения (организации) просим высылать по указанному адресу в диссертационный совет Д 212.142.01.

Автореферат разослан «

Ученый секретарь ¿я

диссертационного совета у^/ /р

кандидат технических наук —у^м.К. Волосова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В современных металлообрабатывающих производствах все большее применение получают операции чистовой лезвийной обработки закаленных сталей взамен традиционного шлифования, так как лезвийная обработка обеспечивает существенное повышение производительности, качества и точности обработки, снижает затраты и негативное техногенное воздействие на окружающую среду и здоровье персонала.

Обычно чистовую обработку лезвийным инструментом закаленных сталей с твердостью порядка НЯС 55-60 производят при повышенных скоростях резания, что предъявляет особые требования к инструментальному материалу (ИМ). Таким требованиям в наибольшей степени отвечает режущая керамика (РК), обладающая уникальным сочетанием физико-механических и теплофизических свойств существенно превышающие соответствующие свойства твердых сплавов (ТС) при полном отсутствии в своем составе дефицитных элементов. Вместе с тем для инструмента из РК характерна высокая вероятность хрупкого разрушения (внезапный отказ), что сдерживает его широкое применение, особенно в автоматизируемом производстве. В этой связи создание отечественного керамического инструмента повышенной прочности, имеющего высокую эксплуатационную надежность при минимизации вероятности внезапного отказа является актуальной научно-практической задачей.

Актуальность темы диссертации подтверждается ее соответствием тематике проектов № 2.1.2/4385 «Разработка методологии создания нано-структурированной высокопрочной композиционной керамики с многофункциональным покрытием для широкого применения в машиностроении» и № 2.1.2/13646 «Разработка научной методологии создания высокопрочной композиционной керамики с функциональным многослойно-композиционным покрытием синтезируемым на основе многокомпонентных высокоэнтропийных нанодисперсных систем с высокотемпературной стабильностью состава,

структуры и свойств», выполняемых в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)».

Цель и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности резания закаленных сталей путем применения высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями.

Указанная цель может быть достигнута при решении следующих задач:

1. Разработать рациональные состав и свойства высокопрочной композиционной керамики.

2. Разработать составы многослойно-композиционных покрытий для высокопрочной композиционной керамики, обеспечивающие направленную трансформацию контактных процессов при резании закаленных сталей и провести аттестационные испытания изготовленных сменных многогранных пластин (СМП).

3. Исследовать параметры функционирования резания СМП из высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями.

4. Исследовать работоспособность режущего инструмента, оснащенного СМП из высокопрочной композиционной керамики, с многослойно-композиционными покрытиями, при резании.

5. Оценить эффективность режущего инструмента, оснащенного СМП из высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями, при резании.

Методы исследования. Работа выполнена на основе использования фундаментальных положений теории резания материалов и физики твердого тела, методов статистического анализа результатов экспериментальных исследований, математического и компьютерного моделирования. Изучение состава и свойств многослойно-композиционных покрытий выполняли на основе современных методов металлографического и металлофизического

анализов с использованием методик электронно-сканирующей микроскопии, микрозондового рентгенографического анализа (EDS).

Научная новизна работы состоит в:

• установленной роли покрытия на контактных площадках керамического режущего инструмента, как промежуточной технологической среды, позволяющей управлять контактными процессами путем увеличения адгезии с обрабатываемым материалом и длины полного контакта стружки с передней поверхностью, снижения удельных термомеханических напряжений и улучшения теплоотвода из зоны резания;

• математических моделях процесса резания закаленной стали, устанавливающих зависимости стойкости инструмента, оснащенного СМП из высокопрочной композиционной керамики без покрытия и с покрытиями различного состава, его износа по задней поверхности, а также мощности резания и шероховатости обработанной поверхности от режимов резания;

• методике определения численных значений длины полного контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента и коэффициента трения на передней поверхности при точении закаленных сталей, исходя из реализованных в эксперименте значений тангенциальной, радиальной и осевой составляющих силы резания при известных физико-механических свойствах обрабатываемого материала (ОМ), геометрии режущего инструмента и режимов резания;

• расчетных моделях распределения контактных напряжений на передней поверхности режущего инструмента, оснащенного СМП из высокопрочной композиционной керамики без покрытия и с покрытиями различного состава, при точении закаленной стали, позволяющих рекомендовать, в первом приближении, рациональный состав покрытия.

Практическая ценность работы заключается в:

• изготовленных СМП из высокопрочной композиционной керамики с покрытием, состоящих из трех функциональных слоев: субстрата (слоя 1) на основе твердого сплава - TiC-(Ni,Mo), керамического слоя 2 на основе системы

(А1203-А1М) и многослойно-композиционного покрытия (слоя 3) (Т1,А1)М-СП,Сг)1М-(Т1,Сг,А1)^

• рекомендации по применению СМП из высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями (Т1,А1)1М-(Т1,Сг)М-("П,Сг,А1)Ы при точении высокотвердых закаленных сталей;

• усовершенствованной методике определения термонапряженного состояния режущего инструмента (РИ) при точении без проведения широкомасштабных экспериментальных исследований.

Реализация работы. На НПК «Фирма ЭКОТЕК» внедрены положения о роли многослойно-композиционного покрытия (МКП) на СМП из оксидной и смешанной керамики, а также из высокопрочной композиционной керамики (ВКК).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинаре «Современные технологии в горном машиностроении» (Москва, 2011 г.), Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ "МАМИ" (Москва, 2010), межвузовских семинарах «Физика, химия и механика трибосистем» (Иваново, 2010 и 2004 гг.), международных конференциях: «Производство, технология, экология - ПРОТЭК» (Москва, 2004 и 2002 гг.), XIII международном научно-техническом семинаре «Высокие технологии в машиностроении - ИНТЕРПАРТНЕР-2003» (Алушта, 2003).

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на заседании кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 работ, в том числе три статьи в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы (80 наименований). Работа изложена на 148 страницах, содержит 67 рисунков и 47 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, отражены научная новизна и практическая ценность диссертации.

В первой главе проанализированы перспективы и проблемы применения РИ, оснащенных СМП из РК.

В главе приведен обзор основных работ по следующим направлениям: особенности применения РК в качестве ИМ, состав и физико-механические свойства РК, а также основные тенденции совершенствования РК. Существенный вклад в развитие этих научных направлений внесли В.Н. Аникин, Г.В. Боровский, А.С. Верещака, A.M. Вульф, Г.Г. Гнесин, В.П. Жедь, Ю.Г. Кабалдин, О.М. Кириллова, В.В. Кузин, В.К. Старков, B.C. Фадеев.

На основе результатов аналитического обзора сформулирована цель диссертационной работы и определены задачи исследования.

Таким образом, решение задач диссертационной работы позволит создать высокоэффективный керамический РИ с покрытием, позволяющим управлять контактными процессами и перейти из области хрупкого разрушения в область нормального изнашивания.

Во второй главе проведен анализ особенностей контактных процессов и механизмов изнашивания РК, на основании которого построены рабочие гипотезы, устанавливающие особенности трансформации контактных процессов при нанесении покрытий, разработаны функциональные требования к МКП для РИ из ВКК, рассмотрена методология выбора состава и формирования архитектуры МКП, а также представлены методики осаждения МКП.

Для создания надежного механизма прогнозирования эксплуатационных показателей РИ из РК в главе рассмотрены основные особенности и закономерности контактных процессов.

Согласно М.Ф. Полетика, нормальные напряжения на передней поверхности инструмента распределяются по закону:

РгЮ = Ргтах-®П, (1)

где п - показатель степени.

По мере приближения к режущей кромке контактное давление возрастает и достигает у режущей кромки максимального значения Рг . Полная длина контакта С разделяется на два участка, характерных для наиболее распространенных условий резания: участок внутреннего скольжения (зона заторможения или застойная зона) - зона плотного (пластического) контакта (длиною С;); участок внешнего трения - зона упругого (вязкого) контакта.

Установлено, что около 90% всей нормальной и касательной нагрузки на переднюю поверхность инструмента приходится на участок ОВ внутреннего скольжения, поэтому весьма важно знать пути влияния различных параметров резания на протяженность данного участка.

Большое значение для анализа явлений на передней поверхности РИ имеет относительная длина к участка пластического контакта

Очевидно, что уменьшение к ухудшает работоспособность режущей кромки, так как меньший участок, примыкающий к передней поверхности РИ, будет воспринимать практически всю нагрузку, действующую на переднюю поверхность. Это является фактором, способствующим появлению сколов, выкрашиваний и прочих дефектов режущей кромки и снижающим надежность инструмента, особенно если РИ изготовлен из высокотвердых, но относительно малопрочных ИМ (РК, ТС с содержанием кобальта менее 6% и т.д.). Таким образом, увеличение к улучшит условия работы режущей кромки.

Из выражения (2) следует, что на к наибольшее влияние оказывает коэффициент р упрочнения адгезионных связей. При увеличении коэффициента (3 (при прочих равных условиях) к должен повышаться. Таким образом, можно утверждать, что любые мероприятия, уменьшающие адгезионное взаимодействие ИМ и ОМ приводят к увеличению нагруженности области, примыкающей к режущей кромке инструмента.

Формирование на рабочих поверхностях РИ покрытия существенно изменяет характер взаимодействия ОМ с инструментом.

(2)

Как показали исследования A.C. Верещака, параметры покрытий оказывают значительное влияние на характеристики контактных процессов и стружкообразование. Значения длины полного контакта по передней поверхности Су, длины пластичного контакта Су/, угла сдвига Ф, усадки стружки составляющих сил резания Pz и Ру зависят не только от состава покрытия, но и от его структуры.

На рисунке 1 показаны результаты исследования влияния состава двухэлементного покрытия (Ti-Cr)N на характеристики стружкообразования и контактных процессов при свободном точении сплава ХН77ТЮР, которые свидетельствуют о возможности управления контактными процессами и стружкообразованием путем варьирования состава покрытий многоэлементного типа (однослойных, многослойных).

iß

Рис.1. Влияние содержания Т1 и Сг в двухзлементом покрытии ("П - Сг)Ы, наносимом на сплаве ВК6, на характеристики контактных процессов и стружкообразования при точении сплава ХН77ТЮР (К= 24 м/мин; а = 0,14 мм; (= 1 мм) 1 — Ст; 2 — 4; 3-^4-0:5-0,1.

У S9 7S ?S

'.'.т иитриИй www?

Влияние состава покрытия на £ Рг, Ру будет проявляться в результате изменения физико-химической активности ИМ по отношению к ОМ, причем указанный фактор определяет условия протекания граничного адгезионного взаимодействия и диффузии между ними. В свою очередь, граничная адгезия и диффузия оказывают значительное влияние на формирование контактной области и ее поведение.

На основании вышеизложенного сформулированы рабочие гипотезы исследований настоящей работы.

1. Для повышения объемной прочности СМП для возможности работы всех ее режущих кромок необходимо использовать высокопрочную компози-

ционную керамику (с нанесением керамического слоя на твердосплавную пластину).

2. Для предотвращения внезапного выхода керамического РИ из работоспособного состояния в виде хрупкого разрушения (обеспечив отказ инструмента в виде нормального изнашивания) необходимо управлять процессами контактного взаимодействия ИМ и ОМ путем нанесения на рабочие поверхности инструмента МКП, состав и структура которых позволит увеличить адгезию с ОМ, увеличив длину полного контакта стружки с передней поверхностью РИ, улучшить теплоотвод из зоны резания, повысив теплопроводность ИМ, тем самым снизить удельные термомеханические нагрузки на режущую кромку керамического инструмента.

Разработаны концептуальные требования к МКП для ВКК (рис. 2).

Покрытие ж—-

Требования, связанные с необходимостью обеспечения высокой прочности адгезии МКП с субстратом •максимальное подобие кристаллохимических параметров по отношению к параметрам керамического слоя ВКК;

•минимальное отличие физико-механических и тепло-физических свойств по отношению к аналогичным свойствам керамического слоя ВКК,

•минимальная вероятность протекания твердофазных диффузионных реакций в системе «покрытие — керамический слой ВКК» при температурах резания.

Общие функциональные требования к МКП

•устойчивость против коррозии и окисления при повышенных температурах, возникающих при резании: •максимально сохранение физико-механических и теп-лофизических свойств при температурах резания, воз-ми кающих во всем диапазоне условий применения РИ из ВКК:

•минимальное количество дефектов (поры, включения, искажения кристаллической структуры и т.д.), способных привести к его преждевременному разрушению; •высокий предел выносливости.

Требования к МКП для РИизВКК

•максимальное снижение нормальных контактных напряжений на передней поверхности НИ и концентрацию тепловых напряжений на режущей кромке РИ из ВКК путем формирования состава, структуры. кристаллохими-ческих параметров и свойств МКП, обеспечивающих такое снижение.

•минимально возможную склонность к диффузионному растворению в ОМ.

Рис. 2. Концептуальные требования к МКП для ВКК.

В таблице 1 представлены рекомендуемые составы и требования к основным слоям МКП, предназначенных для нанесения на РИ из ВКК.

1. Рекомендации по выбору предпочтительных составов слоев МКП _для обработки различных материалов._

Верхний износостойкий слой «1» Переходный (барьерный) слой «2» Адгезионный подслой «3»

Гекомендуемые составы Соединения (карбиды, нитриды, карбошприды, бориды): CrN>CrC>VN>ZrN>ZrC> >TiN>TiC>(Zr,Cr)>(Ti,Cr)>> (Ti,Mo)>(Ti,Al)>(Ti,Zr)> >(Zr,Nb)>(Ti,Nb,Cr)> >(Ti,Cr,Al)>(Ti,Zr,Al)> >CrB>ZrB>TiB2>HfB2 Соединения (карбиды, нитриды, окиды, карбо-нитриды, оксинитриды, оксикарбиды): Ш№>2.г№--Ш> >ШЧ>Сг№> >(Т1,А1)Ы, (ТьггЖ (*П,Сг)К Металлические подслои: гг>Сг>У>Т1; Металлические композиты: 2г-Сг >'П-Сг > 1ьУ>1|МЬ Соединения (карбиды, нитриды, карбо-нитриды): ггы > (Т1,гг)ы > (Т1,Сг)Ы > > 'ПМ > (Т|',У)К

Важнейшие требования 1. AGT°>0 для пар ОМ-«1», при ЭТОМ AGt°(OM-«1») < AGt° (om-pk) 2. Ма -» min 3. Мах. значения параметров; HV, сть, Kic, при этом HV(<i» < HVpk 1. Д0т°>0 для пар «2»-ОМ 2. Д0т°<0 для пар «2»-«1»; «2»-«3»; 3. Необходимость соблюдения правила «Юм-Розери» для пар: «2»-«1», «2»-«3» 1. А0т°<0 для пар «3»-ВКК, «3»-«2», 2. Необходимость соблюдения правила «Юм-Розери» для пар: «3»-ВКК, «3»-«2»

"■Примечание. Авт0 - изобарный потенциал реакции при температуре эксплуатации режущего инструмента; Юм-Розери - правило растворимости двух элементов друг в друге (разница в их атомных диаметрах не должна превышать 15%); ПВ1 > НЁВ2 >'ПС >... -предпочтительный ряд соединений для различных элементов МКП (по мере возрастания).

В главе 2 также представлены методика осаждения МКП на СМП из ВКК с описанием используемого оборудования и технологии нанесения покрытий, а также методика обработки экспериментальных данных.

Архитектура основных составов МКП, наносимых на рабочие поверхности СМП из ВКК для исследовательских испытаний представлена в таблице 2.

Длительность цикла синтеза покрытия определялась необходимостью получения толщины покрытия. При длительности цикла осаждения порядка 2532 мин толщина покрытия составляла = 3-4 мкм.

В третьей главе представлена методика формирования ВКК с МКП, а также проведена аттестация исследуемых СМП из ВКК с МКП.

2. Архитектура покрытий, используемых в исследовательских испытаниях

Архитектура покрытия Функциональные слои покрытия Время осаждения, мин Архитектура покрытия Функциональные слои покрытия Время осаждения, мин

нмннмш! -'ПИ Ч(ТС,А1)К 4 ТС 4 Субстрат (ВКК) 2 40 2 : |' 1' 1' 1' 1 'III т~ -(ТС,А1)К -ТС - Субстрат (ВКК) 40 2

-Сп,А1,гг,:мь,сг)ы -тс ^Субстрат (ВКК) 90 2 «3 |-(Т1,Сг,А1)Ы !-(тс,сг)ы Ч(ТС,А1)М '4 Субстрат (ВКК) 20 20 10

.ЛЛЛЛЛЛЛЛ.Г 1 ¡111111;

::: * 1Ш ж

С учетом повышенных термомеханических напряжений, действующих на систему резания с использованием керамического РИ, разработана концепция ИМ с повышенными физико-механическими и режущими свойствами на основе композиционно-слоистой системы, состоящей из трех основных элементов с градиентом свойств в объеме геометрического тела РИ (рис. 3).

1 - многослойно-композиционное покрытие обеспечивает:

• благоприятную трансформацию контактных напряжений при резании;

• «залечивание» поверхностных дефектов керамического слоя;

• повышает сопротивление изнашиванию керамического слоя

2 - керамический слой обеспечивает повышенную износостойкость композита за счет:

• высокой твердости;

• повышенной теплостойкости;

• высокой - сопротивляемости термодиффузии, коррозии и высокотемпературному окислению

3 - субстрат из твердого сплава обеспечивает:

• достаточную прочность инструмента в объеме геометрического тела;

• снижение вариационных разбросов точностных характеристик инструмента, повышение надёжности инструмента

Рис. 3. Концептуальная схема архитектуры ВВК с МКП.

Прочное сцепление керамической фазы с твердосплавной подложкой -одно из важных условий, определяющих возможность практического применения слоистых материалов. При разработке ВКК для компенсации остаточных напряжений при соединении материалов с большим различием

коэффициентов линейного расширения предпочтение отдавали технологии формирования границ раздела фаз с диффузионным слоем.

Разработку СМП для оснащения РИ из ВКК проводили на основе композиции, состоящей из керамического слоя А120з с добавками 10% масс. A1N и субстрата из безвольфрамового ТС TiC - Ni-Mo.

Технологическая схема изготовления ВКК включала следующие процессы: горячее прессование заготовки СМП толщиной 1,5..2,5 мм из керамической смеси [90%(масс.) А1203 и 10%(масс.) A1N] керамического слоя; засыпку после удаления верхнего (графитового) пуансона навески порошковой смеси из 70%(об.) TiC и 30%(об.) связки, состоящей из Ni с добавкой 10%(масс.) Mo; повторное горячее прессование слоистой композиции ВКК; шлифование полученных СМП из ВИС.

Реализация представленной технологии получения ВКК позволила получить партию СМП с размерами зерен (1,5..3,0) мкм.

В таблице 3 представлены результаты испытаний физико-механических свойств ВКК.

3. Физико-механические свойства ВКК.

Материал Плотность р • ю\ кг/м3 Микротвердость HV30, МПа Прочность при изгибе атг, МПа

Керамика на основе ЛЬО, 3,94 17100 550

Керамика на основе AI2O3- 10% AIN 3,98 18350 540

Твердый сплав TiC - Ni,Mo 6,00 HRA 88,5 1100

Полученный ВКК — — 950

Из приведенных экспериментальных данных видно, что прочность полученного ВКК значительно выше прочности РК, но незначительно уступает ТС, что позволит расширить область ее применения.

С целью предварительной аттестации СМП из ВКК с осажденным МКП контролировали толщину и микротвердость покрытий, прочности адгезии в системе «МКП - керамический слой ВКК», а также исследовали химический состав МКП и морфологию поверхности.

Показано, что МКП формируемое на субстратах из ВКК имеет структуру, обеспечивающее высокую прочность адгезии на границах сопряжения с керамическим слоем ВКК (до 70-80 Н), повышенную твердость (порядка 18001900 МПа) при практически полном отсутствии микрокапельной составляющей, которая является наиболее опасным дефектом покрытия.

Четвертая глава посвящена исследованию контактных процессов при точении закаленных сталей РИ, оснащенным СМП из ВКК.

Объектом исследования служили пластины из ВКК (состав см. выше) квадратной формы без отверстия 03111-0363 по ГОСТ 19042 без покрытия и с покрытиями различного состава.

Для эксперимента использовали резцы с механическим креплением СМП по ГОСТ 19058 производства Свердловского инструментального завода -CSSNR2516M12 (по стандарту ISO 1832). Геометрические параметры режущей части резца: у = -8°; уф = -24°; а = 8°; ср = 45°; ф, = 45°; 1 = 0.

В качестве ОМ использовали закаленную сталь ХВГ HRC 58..60 (ГОСТ

5950).

Точение осуществляли на станке мод. 16К20 ОАО «Красный пролетарий» для широкого диапазона изменения режимов резания, по точности и жесткости соответствующем регламентам ГОСТ 8-82, ГОСТ 18097.

Для получения необходимой информации о составляющих сил резания Pz, Ру и Рх использовали универсальный тензометрический динамометр конструкции ВНИИ УДМ - 600, для измерения износа по задней поверхности Из -большой инструментальный микроскоп БМИ-1Ц.

Разработана методика определения численных значений длины полного контакта стружки с передней поверхностью РИ Су и коэффициента трения на передней поверхности цу при точении закаленных сталей, исходя из реализованных в эксперименте значений тангенциальной (Pz), радиальной (Ру) и осевой (Рх) составляющих силы резания при известных физико-механических свойствах ОМ, геометрии резания и режиме резания:

(Ху = tgí arceos -, Tyg¿ - Ф + y , (4)

у У sin Ф^Р22+Ру2+Рх2/ J

где aub- толщина и ширина срезаемого слоя соответственно; Ф - угол сдвига; Ту - сопротивление пластическому деформированию по плоскости сдвига: Ту = 0,53<тв ■ 6°'6Í, где (Т„ - временное сопротивление ОМ, МПа; £ -относительное удлинение, %.

Результаты испытания пластин из ВКК без покрытия и с покрытиями различного состава при сухом точении закаленной стали ХВГ HRC 58..60 (t = 0,1 мм; 5 = 0,1 мм/об; v = 250 м/мин) представлены в таблице 4.

4. Контактные характеристики свободного продольного точения стали ХВГ

для пластин из ВКК с различными покрытиями

Инструментальный материал Су, мм Я- Ря н Л» н Рш, Н

ВКК 0,114 21,6 0,294 1,906 21,018 60,409 9,194

ВКК — Ti-(Ti,AI)N-TiN 0,120 21,3 0,310 1,933 22,124 62,135 9,194

BKK-Ti-(Ti,AJ)N 0,174 20,9 0,366 1,988 33,186 65,587 9,194

ВКК - (Ti,Al,Zr,Nb,Cr)N 0,120 21,6 0,294 1,906 22,124 60,409 6,129

ВКК - (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N 0,141 21,1 0,334 1,961 26,549 63,861 6,129

Су — длина полного контакта по передней поверхности, Ф - угол сдвига, — коэффициент трения по передней поверхности, усадка стружки, Ру и Рх - соответственно тангенциальная, радиальная и осевая составляющие силы резания.

Построены эпюры нормальных % и касательных ту контактных напряжений на передней поверхности инструмента для СМП из ВКК без покрытия и с покрытием различного состава при сухом точении закаленной стали ХВГ НИС 58...60 (рис. 4). Исследования проводились согласно методике, предложенной Ю.И. Некрасовым.

В таблице 5 представлены параметры зависимости распределения контактных напряжений на передней поверхности инструментов из ВКК без покрытия и с покрытиями различного состава при сухом точении закаленной стали ХВГ НЯС 58..60.

2500

gjvlO5, TyW \ Н/м2

S

§ I

I -

S s S. 5

I =

= a

Hi H

! «

í §

2000

1500

1000

500

\

\ IF

ft

Рис. 4. Распределение нормальных сг/у (сплошная линия) и касательных Ту (штриховая линия) контактных напряжений на передней поверхности РИ при сухом точении (ОМ - сталь ХВГ НК.С 58..60; Г = 0,1 ми; 5 = 0,1 мм/об; г = 250 м/мин; у = - 24°). 1 - СМП из ВКК без покрытия; 2 - СМП из ВКК с МКП (Т|,А1)М-(Т1,Сг)Ы-(Т1,Сг,А1)Ы

0 0,05 0,1 0,15 Сц мм

Длина контакта по передней поверхности

5. Параметры зависимости распределения контактных напряжений на передней поверхности при точении* закаленной стали ХВГ НЯС 58..60

для пластин из ВКК

Инструментальный материал Су, мм Суп, ММ т-ф-10-s, Н/м2 qr-10-5, Н/м2 qir Ю-5, Н/м2 Яимг-Ю"5, Н/м2 п

ВКК 0,114 0,0533 603 248,999 761,751 2103,165 1,639

ВКК - Ti-(Ti,Al)N-TiN 0,120 0,0542 603 243,622 739,220 2055,745 1,668

ВКК - Ti-(Ti,Al)N 0,174 0,0549 603 172,612 515,704 1454,214 1,725

ВКК - (Ti,Al,Zr,Nb,Cr)N 0,120 0,0538 603 240,130 734,616 2028,249 1,639

ВКК - (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N 0,141 0,0538 603 207,285 624,020 MM Ml 1,697

Су- длина полного контакта по передней поверхности; Суп- длина пластического (плотного) контакта по передней поверхности; гф - касательные напряжения в условной плоскости сдвига; qr — средние касательные напряжения на передней поверхности инструмента; qN — средние нормальные контактные напряжения на передней поверхности инструмента; егцтах -максимальные нормальные контактные напряжения на передней поверхности; п — показатель степени.

^Условия обработки: t = 0,1 мм; S = 0,1 мм/об; v = 250 м/мин; у = - 24°; аэкв = 0,025 мм.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что нанесение покрытий способствует росту адгезии с ОМ (о чем говорит увеличение коэффициента трения по передней поверхности цу), увеличению длины полного контакта стружки с передней поверхностью инструмента Су, улучшает теплоотвод из зоны резания, повысив теплопроводность поверхностных слоев ИМ (об этом свидетельствует увеличение длины пластического контакта Суп), тем самым снизить удельные термомеханические нагрузки на режущую кромку

керамического РИ, т.е. более благоприятно распределить контактные напряжения на передней поверхности инструмента.

Построены стохастические динамические математические модели резания при точении закаленной стали ХВГ резцами, оснащенными СМП из ВКК без покрытия и с покрытием различного состава, устанавливающие зависимости параметров резания (износ по задней поверхности h3, тангенциальная составляющая силы резания Рг) от режима резания (сечения среза Sxt, скорости резания v, времени резания Т):

•а) резцами, оснащенными ^ _ 2 454. jg-4 . ¿1,128^0,098у1,723^0,591 мм.

СМП из ВКК без покрытия. Рг = 12,189 ■ t0.968SU6Si;-0^577.0.116j .¿и- (6)

•б) резцами, оснащенными ^ _ 1<07g . to,m50,911^0,2437-0,241 мм. ^

СМП из ВКК с покрытием

р _ fi ЦДЛ ./-0,832 гО,869,,-0,323гОД22 ..и. /о\

Ti-(Ti,Al)N-TiN: - 6,944-t S v T ,кИ, (8)

•в) резцами, оснащенными ^ _ ^ jq^ . ^,714^0,497^0,201^0,455 мм. ^

СМП из ВКК с покрытием

Ti-(Ti,Al)N: Р* = °'446' t°'3695°'661i;-0'034T0-302, кН; (10)

• г) резцами, оснащенными fj _ j ^g . jq-6 . t0,853^0,740^2,838^0,409 мм. ^ СМП из ВКК с покрытием

Р — 1Л 17? . «-0,972 rl,396„-0,197-гО,213 „и. /1-)\

(Ti,Al,Zr,Nb,Cr)N: ^-16,172 t S v l ,кН, (12)

•д) резцами, оснащенными

СМП из ВКК с покрытием д _ 2 348 • Ю-3 • t°'0205°.540^0,980^0,305 МД|. (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N- 3

(TiA,Al)N: = 17559,48 •i°'9405°'161i;-1'9S1r0'237,KH. (14)

Установлено, что с увеличением времени резания увеличивается износ по рабочим поверхностям РИ, что в свою очередь ведет к увеличению температуры в зоне резания от действия фрикционного источника тепла. Увеличение режимов резания также приводит к увеличению фаски износа по задней поверхности, т.к. увеличивается контактная температура, что приводит к уменьшению сопротивления изнашиванию и значительному увеличению износа. С увеличением скорости резания тангенциальная составляющая силы резания уменьшается. Это можно объяснить тем, что с ростом скорости резания уменьшается уровень сопротивления сдвигу в зоне стружкообразования,

увеличивается угол сдвига, уменьшается длина контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента, что при постоянной ширине срезаемого слоя b приводит к уменьшению площадей 5V и So между кривыми ту = f(x) и aN = f(x) и осью абсцисс соответственно и, следовательно, к снижению касательной и нормальной сил, действующих по передней поверхности инструмента.

С увеличением подачи и глубины резания тангенциальная составляющая силы резания увеличивается за счет увеличения площади поперечного сечения срезаемого слоя.

С течением времени увеличение тангенциальной составляющей силы резания при обработке керамическими СМП с покрытием происходит более интенсивно, чем при обработке СМП без покрытия, что связано с постоянным разрушением покрытия и уменьшением длины контакта стружки с РИ, что приводит к увеличению концентрации напряжений на режущей кромке инструмента.

В пятой главе представлены результаты стойкостных испытаний СМП из ВКК без покрытия в сравнении с СМП из ВКК с МКП различного состава, исследования шероховатости обработанной поверхности, а также приводится решение задачи оптимизации режимов резания при точении закаленной стали ХВГ РИ, оснащенным СМП из ВКК.

Стойкостные испытания проводились при сухом точении закаленной стали ХВГ HRC 58..60 (ГОСТ 5950). Исследования выполнялись на кафедре ВТО ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Полученные диаграммы «износ-время» для СМП из ВКК с различными вариантами покрытий имеют характерную для таких кривых форму (рис. 5). Покрытие уменьшает интенсивность изнашивания (скорость изнашивания) в области нормального износа.

Сопоставление моделей резания при продольном точении СМП из ВКК без покрытия и с МКП показывает, что величина износа РИ с МКП при прочих равных условиях меньше, чем износ РИ без покрытия. Рост износа с течением

времени у керамических РИ с МКП происходит менее интенсивно, при этом проявляется адгезионно-усталостное изнашивание вместо традиционного макро- и микроразрушения из-за усталостного характера нагружения.

Время резания Г, мин

Рис. 5. Зависимость износа пластин по задней грани от времени точения при обработке стали ХВГ НЯС 5В..60 (Ь = 0,1 мм; 5 = 0,1 мм/об; V = 250 м/мин).

--ф— ВКК без покрытия

ВКК с покрытием ТьГГ(,А])К -й- ВКК с покрытием (Т;А1)Ы-(Т1,Сг)К-(Т1,Сг,А^

ВКК с покрытием П'1М/.г,\'Ь,Сг)К -*- ВКК с покрытием ТОДДЦИ-ТМ

!

-I-1-■■-1-1-1—--1-1-1—1-

5 6 7 8 9 10 11 12

В результате проведенных экспериментов, а также проверки адекватности полученной модели и оценки значимости коэффициентов регрессии получены выражения зависимости стойкости инструмента от режимов резания при точении закаленной стали ХВГ: • а) резцами, оснащенными СМП из ВКК без

_ _ 957,630

ПОКРЫТИЯ: ' ~~ ^ 1,850 5 0,081 ^ 1,866' мин> (15)

•б) резцами, оснащенными СМП из ВКК с

_ 0,147

покрытием ТЦ'П,А1)К-,ПМ: 1 ~ (1,об952,9оз„ш>7> мин> (16)

•в) резцами, оснащенными СМП из ВКК с

_ 1,850-Ю5

покрытием ГП-(Т1,А1)№ ' _ ¿.2,34452,1б8„з,7об> мин; (17)

•г) резцами, оснащенными СМП из ВКК с

_ 2,742-Ю14

покрытием ("Л,А1,2г,МЬ,Сг)№ 1 - ¡Гш^Ж^Ж'мин; (18)

•д) резцами, оснащенными СМП из ВКК с

_ 2Д12-107

покрытием (Б,А1)К-(Т1,Сг)М-(Т1.,Сг,А1)№ 1 ~ мин- (19)

Наилучший результат по стойкости показали пластины из ВКК с покрытием (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N.

Установлено, что с увеличением скорости резания стойкость резко снижается. При этом СМП из ВКК с МКП (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N при равной скорости показывает большую стойкость, а при равной стойкости допускает более высокую скорость резания (в 3..5 раз) по сравнению с исходным образцом без покрытия.

Таким образом, нанесение покрытия изменяет характер и уменьшает темп изнашивания пластин и повышает их стойкость.

В процессе резания наименьшие величины среднего арифметического отклонения профиля Ra были зафиксированы на поверхности заготовки, обработанной СМП из ВКК с МКП (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N. Причиной этого являются более оптимальные трибологические свойства поверхностного слоя РИ. Как было отмечено ранее, нанесение покрытия способствует снижению удельных нагрузок на РИ, что в свою очередь, возможно изменяет характер изнашивания - микрохрупкое разрушение инструмента сменяется на его истирание, при этом ввиду отсутствия сколов не происходит микровибраций радиальной составляющей силы резания Ру, резание стабилизируется и шероховатость обработанной поверхности уменьшается.

Полученные данные по шероховатости обработанной поверхности хорошо коррелируют с износом инструмента в течение времени резания. При этом кривые изменения шероховатости от времени резания в основной своей массе повторяют ход характеристики «износ-время». Для всех образцов с увеличением времени резания увеличивается шероховатость обработанной поверхности.

В настоящей работе задачу оптимизации режимов резания РИ из ВКК без покрытия и с покрытием (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N при точении формулировали следующим образом: при известной глубине резания t и подаче S, определить такие значения скорости резания vu времени резания Т, которые в условиях ограничений по шероховатости обрабатываемой поверхности

Ra < 2,5 мкм, износу по задней поверхности инструмента h3 < 0,4 мм и мощности резания NP < 7,5 кВт обеспечивают максимальную производительность инструмента:

F = ИГ3 ■S-vT = тах

Сх ■ ta"SavvauTau < [fía] (20)

С2 ■ tCL^S(lnvanTau < [h3] (21)

С3 ■ t*»5a"7-Я34 < [Wp], (22)

Для решения задачи оптимизации дополнительно построили стохастические динамические математические модели резания при точении закаленной стали ХВГ резцами, оснащенными СМП из ВКК без покрытия и с МКП различного состава, устанавливающие зависимости параметров резания (мощность резания /V,,, зависимости шероховатости обработанной поверхности fía) от режима резания (сечения среза £xí, скорости резания v, времени резания 7):

• а) резцами, оснащенными Np = 2,032 ■ Ю-3 ■ t°'96aS1'165j;0'743r0'116) кВт; (23) СМП из ВКК без покрытия: fía = 2,988 ■ t0'8735°'8S4p0'495r0'630, мкм; (24) •д) резцами, оснащенными

СМП из ВКК с покрытием Wp = 0,149 Ч1'03^0'252!;-0'348!0'226, кВт; (25)

(Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N: Ra = 2,703 ■ t°'e70SlfiWv0A6ST0AS2, мкм. (26)

Поскольку число факторов, подлежащих определению, равно двум, то задача нахождения оптимальных режимов резания решали графически.

Значения оптимальных значений скорости резания и времени резания до смены РИ и максимальных значений целевой функции приведены в табл. 6.

Таблица б.

Инструментальный материал v, м/мин Т, мин F, м2

ВКК 188,052 7,558 0,142

ВКК - (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N 331,253 11,112 0,368

Инструмент, оснащенный СМП из ВКК с покрытием (ИДОМ-СГ^Сг)]^-СП,Сг,А1)ТМ, в общем случае позволяет значительно повысить эффективность обработки по сравнению с инструментом из ВКК без покрытия (примерно в 2..2,5 раза).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Решена актуальная научно-практическая задача повышения эффективности резания закаленных сталей путем применения высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями, что позволило повысить эффективность обработки по сравнению с инструментом из керамики без покрытия в 2..2,5 раза (в роли критерия эффективности в работе выбрали площадь поверхности изделия, образуемую за время резания до смены инструмента).

2. Представлена архитектура высокопрочной композиционной керамики с покрытием, состоящая из трех функциональных слоев: субстрат (слой 1) на основе твердого сплава - Т1С-(№,Мо), обеспечивающий объемную прочность инструмента, керамический слой 2 на основе системы (А1203-А1М), обеспечивающий повышенную износостойкость инструмента, и слой 3 в виде многослойно-композиционного покрытия (Т1,А1)№(Т1,Сг)№(Т1,Сг,А1)М, позволяющий благоприятно трансформировать контактные напряжения при резании, а также рассмотрена технология изготовления высокопрочной композиционной керамики указанного состава.

3. Разработана методология формирования многослойно-композиционного покрытия на керамическом слое высокопрочной композиционной керамики (А1203-А1Ы) на основе формирования двух-, трехэлементных и многокомпонентных систем. Такие покрытия включают функциональный слой, который способствует направленному регулированию контактных процессов при резании таким инструментом, что позволяет прогнозировать более благоприятное сбалансированное его изнашивание взамен макро- и микрохрупкого разрушения, характерного для керамического инструмента.

4. Проведены исследования основных параметров ВКК, включая параметры многослойно-композиционных покрытий, формируемых с использованием процесса фильтруемого вакуумно-дугового осаждения на установке ВИТ-2. Показано, что МКП формируемое на субстратах из ВКК имеет структуру, обеспечивающее высокую прочность адгезии на границах сопряжения с

керамическим слоем ВКК (до 70-80 Н), повышенную твердость (порядка 18001900 МПа) при практически полном отсутствии микрокапельной составляющей, которая является наиболее опасным дефектом покрытия.

5. Установлена роль покрытия на контактных площадках режущего керамического инструмента, как промежуточной технологической среды, позволяющей управлять контактными процессами путем увеличения адгезии с обрабатываемым материалом и длины полного контакта стружки с передней поверхностью, снижения удельных термомеханических напряжений и улучшения теплоотвода из зоны резания.

6. Разработана методика определения численных значений длины полного контакта стружки с передней поверхностью инструмента и коэффициента трения на передней поверхности при точении закаленных сталей, исходя из реализованных в эксперименте значений тангенциальной, радиальной и осевой составляющих силы резания при известных физико-механических свойствах обрабатываемого материала, геометрии и режимов резания.

7. Построены эпюры распределения контактных напряжений на передней поверхности инструмента, оснащенного сменными многогранными пластинами из высокопрочной композиционной керамики без покрытия и с покрытиями различного состава, при точении высокотвердой стали, что позволяет рекомендовать, в первом приближении, рациональный состав покрытия.

8. Построены стохастические динамические математические модели процесса резания закаленной стали, устанавливающие зависимости стойкости инструмента, оснащенного СМП из ВКК без покрытия и с покрытиями различного состава, его износа по задней поверхности, а также мощности резания и шероховатости обработанной поверхности от режимов резания.

9. Положения о роли многослойно-композиционных покрытий на сменных многогранных пластинах из оксидной и смешанной керамики, а также из высокопрочной композиционной керамики внедрены на НПК «Фирма ЭКОТЕК».

ПУБЛИКАЦИИ

1. Верещака, A.C. Разработка и исследование изготовления инструмента из композиционной режущей керамики с функциональным покрытием /

A.C. Верещака, Е.С. Сотова, М.Н. Лазарева// Семинар «Современные технологии в горном машиностроении»: Сборник научных трудов. - М.: издательство МГГУ, 2011.-с. 292-297.

2. Сотова, Е.С. Управление контактными процессами при резании путем нанесения функциональных покрытий на керамический инструмент / Е.С. Сотова, A.C. Верещака // Вестник МГТУ «Станкин»: научный рецензируемый журнал, №2(14). -М: МГТУ «Станкин», 2011.-е. 61 - 67.

3. Сотова, Е.С. Разработка высокопрочной композиционной керамики с наноструктурированным покрытием для экологически дружественной сухой высокоскоростной обработки / Е.С. Сотова, А.К. Кириллов, A.C. Верещака // Физика, химия и механика трибосистем: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 9 / Под ред.

B.Н. Латышева. - Иваново: Иван. Гос. Ун-т, 2010. - с. 69 - 78.

4. Сотова, Е.С. Градиентная керамика с нанодисперсным покрытием для широкой области применения / Е.С. Сотова, A.C. Верещака, И.В. Блинков, В.Н. Аникин // Материалы Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ "МАМИ". Книга 8. - М.: МГТУ «МАМИ», 2010. - с. 108 -120.

5. Верещака, A.C. Применение высокопрочной композиционный керамики с наноструктурированным покрытием в технологиях экологически дружественной сухой обработки резанием с компенсацией физических функций СОТС / A.C. Верещака, А.К. Кириллов, Е.С. Сотова, A.B. Дачева. // СТИН №7,2010.-е. 38-40.

6. Верещака, A.C. Применение высокопрочной композиционный керамики с наноструктурированным покрытием в технологиях экологически дружественной сухой обработки резанием с компенсацией физических

функций СОТС / A.C. Верещака, А.К. Кириллов, Е.С. Сотова, A.B. Дачева. // СТИН№6, 2010.-с. 32-37.

7. Верещака, A.C. Инструмент из высокопрочной слоистой керамики с покрытием / A.C. Верещака, Е.С. Сотова // Физика, химия и механика трибо-систем: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 3 / Под ред. В.Н. Латышева. - Иваново: Иван. Гос. Ун-т, 2004.-с. 68-73.

8. Сотова Е.С. Разработка математических моделей резания материалов повышенной твердости инструментом из высокопрочной слоистой керамики с покрытием // Производство. Технология. Экология. «ПРОТЭК-2004» в 3-х тт. Том 2: Труды междунар. конференции, 15-17 сент. 2004 г.; г. Москва / Под ред. член-корр. РАН Ю.М. Соломенцева и проф. Л.Э. Шварцбурга. - М.: «Янус-К», 2004.-с. 442-452.

9. Аникин, В.Н. Слоистая керамика с многофункциональным покрытием для высокоэффективной лезвийной обработки / В.Н. Аникин, И.В. Блинков, A.C. Верещака, A.B. Елютин, A.A. Максимов, Ю.Н. Прилукова, Е.С. Сотова // Высокие технологии, тенденции развития: Материалы XIII междунар. науч.-техн. семинара. - Харьков-Алушта: НТУ «ХПИ», 2003. - с. 14 - 19.

Ю.Власов, В.И. Управление процессами ионно-плазменной обработки инструмента / В.И. Власов, Е.А. Романова, Е.С. Сотова // Сборник трудов Международной научно-практической конференции. -М.: Научный бюллетень МГТУ «СТАНКИН» ПРОТЭК'2002, 2002.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сотова Екатерина Сергеевна

Повышение эффективности резания закаленных сталей путём применения высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями

Подписано в печать 0 8.11.2011. Формат 60 90 1/16. Бумага 80 г. Усл. печ. л. 2,00. Тираж 110 экз. Заказ 182.

Отпечатано в Издательском центре ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин» 127055, Москва, Вадковский пер., За Тел.: 8(499) 973-31-93

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ проблемы повышения эффективности режущего инструмента из режущей керамики.

1.1. Анализ особенностей применения режущей керамики в качестве инструментального материала.

1.2. Анализ физико-механических свойств режущей керамики и областей применения керамического инструмента.

1.3. Основные тенденции совершенствования режущей керамики.

1.4. Повышение эксплуатационных характеристик керамических пластин методами термической обработки.

1.4.1. Отжиг в вакууме или окислительной среде керамических режущих пластин.

1.4.2. Повышение эксплуатационных характеристик керамических пластин путем модификации ее поверхностных слоев. 26.

1.4.3.Повышение работоспособности керамических пластин путем нанесения покрытий.

1.5. Анализ данных литературного обзора, постановка цели и задач исследования.

2. Разработка рабочих гипотез и методики исследования.

2.1. Особенности контактных процессов и механизмов изнашивания керамики, построение рабочих гипотез, устанавливающих особенности трансформации контактных процессов при нанесении покрытий.

2.2. Разработка функциональных требований к покрытиям для режущего инструмента из высокопрочной композиционной керамики.

2.3. Методология выбора состава и формирования архитектуры МКП.

2.4. Методика проведения исследований.

2.4.1. Методика получения многофункциональных покрытий.

2.4.1.1. Оборудование.

2.4.1.2. Технология нанесения покрытий.

2.4.2. Методика обработки экспериментальных данных.

2.4.2.1. Статистическая обработка экспериментальных данных.

2.4.2.2. Исключение резко выделяющихся результатов.

Выводы по главе 2.

3. Разработка архитектуры и исследование свойств высокопрочной градиентной режущей керамики.

3.1. Разработка концепции архитектуры высокопрочной композиционной керамики для режущего инструмента.

3.1.1. Разработка технологии получения керамического слоя ВКК.

3.1.1.1. Технология приготовления керамической смеси.

3.1.1.2. Технология горячего прессования керамического слоя.

3.1.1.3. Технология механической обработки образцов.

3.1.1.4. Результаты испытания образцов.

3.1.2. Технология изготовления ВКК.

3.2. Методология формирования многослойно-композиционных покрытий на керамическом слое ВКК.

3.2.1. Исследование состава и свойств СМП из ВКК с МКП.

3.2.1.1. Контроль толщины покрытия.

3.2.1.2. Контроль микротвердости покрытия.

3.2.1.3. Исследование прочности адгезии в системе «МКП - керамический слой ВКК».

3.2.1.4. Исследования химического состава МКП и морфологии поверхности.

Выводы по главе 3.

4. Исследование влияния функциональных покрытий, осаждаемых на СМП из ВКК, на контактные процессы при резании.

4.1. Определение длины контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента.

4.2. Определение коэффициента трения по передней поверхности режущего инструмента.

4.3. Исследование термонапряженного состояния режущего инструмента из ВКК.

4.4. Определение сопротивления изнашиванию режущего инструмента и напряжения трения.

4.4.1. Построение математической модели резания.

4.4.2. Аналитический метод определения сопротивления изнашиванию режущего инструмента и напряжения трения.

Выводы по главе 4.

5. Исследование работоспособности СМП из ВКК.

5.1. Стойкостные испытания СМП из ВКК.

5.2. Исследование шероховатости обработанной поверхности.

5.3. Определение оптимальных режимов резания при точении стали ХВГ режущим инструментом, оснащенным СМП из ВКК.

Выводы по главе 5.

В современном машиностроении постоянно растет использование высоконагруженных деталей, изготовленных из закаленных сталей. Помимо традиционной обработки шлифованием возрастает роль обработки закаленных деталей точением.

Точение сталей повышенной твердости по сравнению с обычным точением предъявляет повышенные требования к оборудованию, инструментам, а также к инструментальным материалам. Так как такая обработка производится при высоких скоростях и твердость обрабатываемого материала составляет, в основном, НЫС 55-60, то необходимым условием, для проведения успешной обработки является наличие определенных свойств у инструментального материала.

Для этого все большее применение находят инструменты, оснащенные режущей керамикой (РК). Это объясняется уникальным сочетанием физико-механических и теплофизических свойств керамических материалов (повышенной твердостью и износостойкостью, химической инертностью, а также высокой термостойкостью (1200 — 1450 °С) в сравнении с твердыми сплавами) и относительной недефицитностью исходного сырья.

РК не имеет связующей фазы, что снижает вероятность ее 'разупрочнения при нагреве и делает возможным ее применение при обработке материалов на высоких и сверхвысоких скоростях резания без применения жидких СОТС, которые невозможно достичь при использовании стандартного инструмента из твердых сплавов.

Несмотря на заметное различие свойств представленных типов керамики, все они характеризуются повышенной хрупкостью, низкой теплопроводностью, а также достаточно большим коэффициентом линейного расширения. Поэтому керамический режущий инструмент весьма чувствителен к термоциклическому нагружению и склонен к хрупкому микроразрушению.

Традиционный подход к проблеме повышения эффективности керамического инструмента направлен на увеличение вязкости и трещиностойкости керамического материала за счет легирования ТЮ (смешанная керамика) [2, 3, 27], использованием упрочняющих компонентов типа 7гОг [3, 27, 42, 58], упрочнением керамики пучками высокоэнергетических ионов Т1, Ъх, Сг [44], армированием структуры керамики нитевидными кристаллами БЮ [11]. Однако ни один из вышеупомянутых подходов не привел к кардинальному изменению важнейших свойств керамики — прочности, трещиностойкости, вязкости, теплопроводности керамики и существенному расширению области ее технологического применения (см. табл. 1.1 стр. 13 и табл. 1.4 стр. 20 настоящей работы).

Поэтому в настоящее время применение инструмента из РК чрезвычайно ограничено из-за сравнительно низкой прочности и вязкости, повышенной хрупкости, плохой сопротивляемости разрушению при приложении термомеханических напряжений циклического характера [4-6, 47, 58, 63, 71]. Высокая вероятность непрогнозируемого разрушения инструмента из РК (внезапный отказ) сдерживает его широкое применение в промышленности, особенно в автоматизируемом производстве при использовании станков с ЧПУ, автоматизированных станочных систем и обрабатывающих комплексов. В этой связи создание отечественного высокопроизводительного высокопрочного керамического инструмента для автоматизированного производства, обеспечение его надежной эксплуатации с минимизацией вероятности его внезапного отказа является весьма актуальной и востребованной научно-практической задачей настоящего и ближайшего будущего.

Наиболее эффективным путем, решения данной задачи является повышение физико-механических' и эксплуатационных свойств РК путем создания, слоистых материалов - соединения высокотвердой керамики- и высокопрочного субстрата из твердого сплава. Вместе с тем, следует иметь в виду, что-рабочий поверхностный слой в таком градиентом материале остается весьма чувствительным к поверхностным дефектам, возникающим при ее изготовлении, особенно при шлифовании рабочих поверхностей. Кроме того, сохраняется'основная»особенность контактных процессов, возникающая при резании керамическим инструментом, связанная- с высоким уровнем нормальных контактных напряжений и концентрацией тепловых напряжений вблизи режущей кромки, что является причиной ее деструкции [58].

Поэтому при разработке концепции высокопрочной композиционной керамики (ВКК) использовали рабочую гипотезу о снижении уровня нормальных контактных и тепловых напряжений на контактных площадках инструмента из такой керамики путем нанесения специальных многогослойно-композиционных покрытий [9, 28].

В настоящее время методы физического осаждения (конденсации) покрытий (процессы РУЭ) на различные изделия, в том числе режущий инструмент, получают все большее применение из-за высокой надежности, универсальности, возможности получения покрытий практически любой архитектуры, состава, структуры с обеспечением экологической чистоты процессов при производстве инструмента в сравнении с методами и процессами химического осаждения покрытий (методы С\Ш). Поэтому в работе в качестве основного метода получения покрытий использованы процессы вакуумно-дугового синтеза покрытий, получившие в мировой практике наименование MEVVA (Metal Vapor Vacuum Arc) или КИБ (конденсация с ионной бомбардировкой) - в странах СНГ.

Настоящая работа выполнена в Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН» при финансовой поддержке и в соответствии с программой проектов № 2.1.2/4385 «Разработка методологии создания наноструктурированной высокопрочной композиционной керамики с многофункциональным покрытием для широкого применения в машиностроении» и № 2.1.2/13646 «Разработка научной методологии создания высокопрочной композиционной керамики с функциональным многослойно-композиционным покрытием синтезируемым на основе многокомпонентных высокоэнтропийных нанодисперсных систем с высокотемпературной стабильностью состава, структуры и свойств», выполняемых в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей школы.(2009-2011 годы)».

В'работе разработаны методические положения,- проведен -ряд экспериментов, который определил роль функциональных покрытий при-резании'закаленной стали инструментом из ВКК в управлении контактными- процессами. Установлено, что нанесение на рабочие поверхности инструмента из ВКК многогослойно-композиционных покрытий, различных по составу и структуре, позволяет управлять процессами контактного взаимодействия инструментального (ИМ) и обрабатываемого (ОМ) материалов, увеличивая длину полного контакта стружки с передней поверхностью инструмента благодаря росту адгезии с ОМ, снижению нормальных контактных напряжений и вероятности макрохруп-кого разрушения-режущей кромки инструмента из ВКК.

Научная новизна работы состоит в:

• установленной роли покрытия на контактных площадках керамического режущего инструмента, как промежуточной технологической среды, позволяющей управлять контактными процессами путем увеличения» адгезии с обрабатываемым материалом и длины полного контакта стружки с передней поверхностью, снижения удельных термомеханических напряжений и улучшения теплоотвода из зоны резания;

• математических моделях процесса резания закаленной стали, устанавливающих зависимости стойкости инструмента, оснащенного сменными многогранными пластинами (СМП) из высокопрочной композиционной керамики без покрытия и с покрытиями различного состава, его износа по задней поверхности, а также мощности резания и шероховатости обработанной поверхности от режимов резания;

• методике определения численных значений длины полного контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента и коэффициента трения на передней поверхности при точении закаленных сталей, исходя из реализованных в эксперименте значений тангенциальной, радиальной и осевой составляющих силы резания при известных физико-механических свойствах обрабатываемого материала, геометрии режущего инструмента и режимов резания;

• расчетных моделях распределения контактных напряжений на передней поверхности режущего инструмента, оснащенного СМП из высокопрочной композиционной- керамики без покрытия и с покрытиями различного состава, при точении закаленной стали, позволяющих рекомендовать, в первом приближении, рациональный состав покрытия.

Работа выполнена на основе использования фундаментальных положений теории резания материалов и физики твердого тела, методов статистического анализа результатов экспериментальных исследований, математического и- компьютерного моделирования. Изучение состава и свойств многофункциональных покрытий выполняли на основе современных методов металлографического и металлофизического анализов с использованием методик электронно-сканирующей микроскопии, микрозондового-рентгенографического анализа (EDS).

Практическая ценность работы заключается в:

• изготовленных СМП из высокопрочной композиционной керамики с покрытием, состоящих из трех функциональных слоев: субстрата (слоя 1) на основе твердого сплава — TiC-(Ni,Mo), керамического слоя'2 на основе системы (AI2O3-AIN) и многослойно-композиционного покрытия (слоя-3) (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N;

• рекомендации по применению СМП'из высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N при точении высокотвердых.закаленных сталей;

• усовершенствованной методике определения термонапряженного состояния режущего инструмента (РИ) при точении без проведения широкомасштабных экспериментальных исследований.

Основные положения и результаты работы доложены на всероссийских и региональных конференциях. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ.

Автор считает своим долгом выразить благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору A.C. Верещака, а также инженеру кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» МГТУ «СТАНКИН» В.Ф. Севостьянову за помощь в проведении экспериментальной части настоящей работы, преподавателю кафедры ВТО кандидату технических наук, профессору В.И. Власову за помощь в построении математических моделей резания.

1. Анализшроблемы повышения эффективности режущего инструмента из режущей керамики.

Международные тенденциии стратегия ведущих стран мира по созданию технологий механической обработки будущего связаны с резким увеличением интенсивности процессов обработки до уровня высоких и сверхвысоких скоростей резания и полным отказом от применения жидких ООТС при проектировании новых производств из-за большого влияния назагрязненность окружающей среды, особенно при использовании COTG, содержащих опасные для окружающей среды ингредиенты. В г связи; с этим- в мировой практике металлообработки все большее применение находят инструменты, оснащенные режущей керамикой [20, 29, 44]. Это объясняется < уникальным сочетанием физико-механических- и теплофизических свойств керамических материалов и относительной недефицитностью исходного сырья. Керамика» обладает высокими' твердостью, износостойкостью, химической; стойкостью, в том числе и при высоких температурах: Создание новых керамических материалов и совершенствование технологии изготовления; изделий из керамики обеспечивщот получение, высокой-; прочности на изгиб (до 1200 -1400 МПа) [58]. "■■.'

По оценкам ведущих зарубежных.и отечественных экспертов широкое применение керамического инструмента, не содержащего в своем составе дефицитных компонентов^ в, технологиях лезвийной формообразующей обработки будущего приведет к значительным экономическим и экологическим эффектам [20, 29, 44].

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ: л

1. Решена актуальная научно-практическая задача повышения эффективности резания закаленных сталей путем применения высокопрочной композиционной керамики с многослойно-композиционными покрытиями, что позволило повысить эффективность обработки по сравнению с инструментом из керамики без покрытия в 2.2,5 раза (в роли критерия эффективности в работе выбрали площадь поверхности изделия, образуемую за время резания до смены инструмента).

2. Представлена архитектура высокопрочной композиционной керамики с покрытием, состоящая из трех, функциональных слоев: субстрат (слой 1) на основе твердого сплава - TiC-(Ni,Mo), обеспечивающий объемную прочность инструмента, керамический, слой 2 на основе системы (AI2O3-AIN),- обеспечивающий повышенную износостойкость инструмента, и слой 3 в виде многослойно-композиционного покрытия (Ti,Al)N-(Ti,Cr)N-(Ti,Cr,Al)N, позволяющий благоприятно трансформировать контактные напряжения- при резании, а также рассмотрена технология^ изготовления высокопрочной композиционной керамики указанного состава.

3. Разработана методология формирования многослойно-композиционного покрытия на керамическом слое высокопрочной, композиционной керамики. (AI2O3-AIN) на основе формирования двух-, трехэлементных и многокомпонентных систем. Такие покрытия > включают функциональный слой, который способствует направленному регулированию контактных процессов при резанит таким инструментом,- что позволяет прогнозировать более благоприятное сбалансированное его изнашивание взамен макро- и микрохрупкого разрушения, характерного для керамического инструмента.

4. Проведены исследования основных параметров ВКК, включая, параметры многослойно-композиционных покрытий, формируемых с использованием процесса фильтруемого вакуумно-дугового осаждения на установке ВИТ-2. Показано, что МКП формируемое на субстратах из ВКК имеет структуру, обеспечивающее высокую прочность адгезии на границах сопряжения с керамическим слоем ВКК (до 70-80 Н), повышенную твердость (порядка 1800-1900 МПа) при практически полном отсутствии микрокапельной составляющей, которая является наиболее опасным дефектом покрытия.

5. Установлена роль покрытия на контактных площадках режущего керамического инструмента, как промежуточной технологической среды, позволяющей управлять контактными процессами путем увеличения адгезии с обрабатываемым материалом и длины полного контакта стружки с передней поверхностью, снижения удельных термомеханических напряжений и улучшения теплоотвода из зоны резания.

6. Разработана методика определения численных значений длины полного контакта стружки с передней поверхностью инструмента и коэффициента трения на передней поверхности при точении закаленных сталей, исходя из реализованных в эксперименте значений тангенциальной, радиальной и осевой составляющих силы резания при известных физико-механических свойствах обрабатываемого материала, геометрии и режимов резания.

7. Построены эпюры распределения контактных напряжений на передней поверхности инструмента, оснащенного сменными многогранными пластинами из высокопрочной композиционной керамики без покрытия и с покрытиями различного состава, при точении высокотвердой стали, что позволяет рекомендовать, в первом приближении, рациональный состав покрытия.

8. Построены стохастические динамические математические модели процесса резания закаленной стали, устанавливающие зависимости стойкости инструмента, оснащенного СМП из ВКК без покрытия и с покрытиями различного состава, его износа по задней поверхности, а также мощности резания и шероховатости обработанной поверхности от режимов резания.

9. Положения о роли многослойно-композиционных покрытий на сменных многогранных пластинах из оксидной и смешанной керамики, а также из высокопрочной композиционной керамики внедрены на НПК «Фирма ЭКОТЕК».

1. Абуладзе Н.Г. Определение длины контакта сливной стружки с передней поверхностью инструмента // Тр. Грузин, политехи, ин-та, 1969. №3 (131). Тбилиси: Сабчота Сакартвело. — с. 131 — 137.

2. Агте, К. Минералокерамические режущие материалы / К. Агте, Р. Колерманн, Э. Хеймел. Перевод с немецкого инж. Ладогина^A.M. M.: Государственное научно-техническое изд-во машиностроительной литературы, 1962. — 192 е.: ил.

3. Адаскин, A.M. Материаловедение: Учеб. для учрежд. средн. профессион. образования / A.M. Адаскин, Ю.Е. Седов, А.К. Онегина, В.Н. Климов; под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Высш. шк., 2005. — 456 е.: ил.

4. Аксенов, И.И. Покрытия, получаемые конденсацией потоков в вакууме (способ конденсации с ионной бомбардировкой). / И.И. Аксенов, А.А Андреев. // УФЖ, 24, 4, 1979.-515 с.

5. Аксенов, И.И. Устройство: для очистки плазмы вакуумной дуги от макрочастиц. / И.И. Аксенов, В.А. Белоус, В.Г. Падалка, В.'М. Хороших // ПТЭ, № 5, 1978. с. 236-242.

6. Аксенов, И.И. Формирование потоков металлической плазмы / И.И. Аксенов, В.Г. Падалка, В.М. Хороших // Обзор. М.: ЦНИИатоминформ. - 1984. - 83 с.

7. Аникеев, А.И. Пути повышения работоспособности режущего интрумента за счет нанесения покрытий. / А.И? Аникеев, В.Н. Аникин, B.C. Торопченов. // Современный твердосплавный инструмент и рациональное его использование. — JL: ЛДНТП, 1980. — с. 40-44.

8. Бетанели А.И. Прочность и надежность режущего инструмента. Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1973. - 302 с.

9. Васин, С.А. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. ВУЗов / С.А. Васин, A.C. Верещака, B.C. Кушнер М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001. - 488 е.: ил.

10. Верещака A.A. Повышение режущих свойств твердосплавного инструмента путем рационального выбора состава, структуры и свойств наноразмерных износостойких комплексов: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — М: ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2010.-254 с.

11. Верещака, A.C. Расширение области применения высокопрочной композиционной керамики / A.C. Верещака, А.К. Кириллов, Ю.Н. Прилукова // Надежность режущего инструмента: Сб. науч. трудов, №2. Краматорск, изд-во КТУ, 2002.-е. 48-54.

12. Верещака A.C. Основные аспекты применения и совершенствования режущих инструментов с износостойкими покрытиями. // СТИН. 2000. № 9. - с. 33-40.

13. Верещака, A.C. Повышение эффективности инструмента путем управления составом, структурой и свойствами покрытий. / A.C. Верещака, A.A. Верещака // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005, № 9. с. 9-19.

14. Верещака A.C. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. — М.: Машиностроение, 1993, 336 с.

15. Власов, В.И. Сопротивление инструмента изнашиванию / В.И. Власов, O.A. Шарипов // Вестник машиностроения. — 2005. № 9. — с. 17-18.

16. Власов, В.И. Управление процессами ионно-плазменной обработки инструмента / В.И. Власов, Е.А. Романова, Е.С. Сотова // Сборник трудов Международной научно-практической конференции. М.: Научный бюллетень МГТУ «СТАНКИН» ПРОТЭК'2002, 2002.

17. Волосова М.А. Технологические принципы нанесения износостойких вакуумно-плазменных покрытий на режущий инструмент из керамики // Справочник. Инженерный журнал №8, 2005. — с. 46 — 47.

18. Вульф A.M. Резание металлов. Изд. 2-е. J1.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1973.-496 с.

19. Гардфельдер В.А. Физико-технологические особенности процесса точения конструкционных материалов инструмента из СТМ: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Куйбышев, 1990. — 156 с.

20. Гнесин, Г.Г. Керамические инструментальные материалы / Г.Г. Гнесин, И.И. Осипова, Г.Д. Ронталь и др.; под ред. д-ра техн. наук Г.Г. Гнесина. К.: Тэхника, 1991.-388 с.

21. Жедь, В.П. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник / В.П. Жедь, Г.В. Боровский, Я.А. Музыкант, Г.М. Ипполитов М.: Машиностроение, 1987. - 320 е.: ил.

22. Зорев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. -367 с.

23. Информационный листок №291-85 / Московский городской территориальный центр научно-технической информации и пропаганды. М., 1985.

24. Каталог ВНИИТС. Режущая керамика. М.: Изд-во ВНИИТС, 1998.

25. Кирюшин, Д.Е. Напряжённо-деформированное состояние при высокоскоростной обработке титановых сплавов / Д.Е. Кирюшин, Т.Г. Насад // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. / СГТУ. — Саратов, 2006.-е. 101-105.

26. Клушин М.И. Резание металлов. Элементы теории пластического деформирования срезаемого слоя / Изд. 2-е. — М., Машгиз, 1958. — 454 с.

27. Кузин В.В. Инструменты с керамическими режущими пластинами. М.: Янус-К, 2006.-160 с.

28. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. — М.: Машиностроение, 1982. 320 е.: ил.

29. Маргулес А.У. Керметы. — М.: Машиностроение, 1976. 216 с.

30. Маркелов П.А. Резание металлов инструментами с керамическими пластинками. — М.: Государственное научно-техническое изд-во «ОБОРОНГИЗ», 1960. -286 е.: ил.

31. Моисеев, В.Ф. Инструментальные материалы. Издание второе. Монография / В.Ф. Моисеев, С.Н. Григорьев. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», Янус-К, 2005. - 248 с.

32. Некрасов Ю.И. Разработка методологии управления обработкой при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ: Дис. на соиск. уч: степ. докт. .техн. наук. -Тюмень, 2010.-295 с.

33. Осипова, И.И. Режущая керамика. 1985 1990 гг. / И.И. Осипова, E.JL Шведков // Порошковая металлургия, №9, 1992. - с. 31 -45.

34. Отчет по проекту № 130129 «Создание научно-технологических основ производства высокопрочной градиентно-композиционной керамики с многофункциональным покрытием для высокоэффективной лезвийной обработки».

35. Палатник, JI.C. Механизмы образования и структура конденсированных пленок. / JI.C. Палатник, М.Я. Фукс, В.М. Косевич. М.: Наука, 1972. - 368 с.

36. Панов, A.A. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / A.A. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; Под общ. ред. Панова A.A. М.: Машиностроение, 1988. - 736 е.: ил.

37. Платонов, Г.Л. Изучение роста износостойких слоев из карбида титана на твердых сплавах / Г.Л. Платонов, В.Н. Аникин, А.И. Аникеев и др. // Порошковая металлургия, № 8, 1980: с. 48-52.

38. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструментов.- М.: Машгиз, 1962. 150 с.

39. Попов А. И. Повышение работоспособности минералокерамических режущих пластин путем ионной модификации их рабочих поверхностей: Дис. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук. Санкт-Петербург: СПГТУ, 2003. - 149 с.

40. Пронин А.И. Повышение работоспособности инструмента, оснащенного режущей керамикой и свехтвердыми материалами: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 1995. - 20 с.

41. Рабочие процессы высоких технологий в машиностроении: Учеб. пособие / Под ред. проф. Грабченко А.Н. Харьков, ХДПУ, 1999. - 436 с.

42. Рыжкин, A.A. Обработка металлов резанием: учебное пособие / A.A. Рыжкин, К.Г. Шучев, М.М. Климов. Ростов-на-Дону: Феникс, 2008. - 411 е.- (Высшее образование).

43. Самсонов, Г.В. Тугоплавкие покрытия. / Г.В. Самсонов, А.П. Эпик. М.: Металлургия, 1973. - 397 с.

44. Силин С.С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979.- 152 с.

45. Сладков Д. В. Повышение производительности твердосплавных инструментов с покрытием на основе (Ti,Al)N для точения: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — М: МГТУ «Станкин», 2004.

46. Старков, В.К. Повышение эксплуатационных характеристик изделий из керамических материалов методами механической и термической обработки. Обзорная информация / В.К. Старков, В.В. Кузин, В.Ф. Попов, P.P. Исходжанов M.: ВНИИТЭМР, 1989, вып. 4.

47. Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента. М.: Машиностроение, 2008. 311 с.

48. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. — 240 с.

49. Трефилов, В.И. Физические основы прочности тугоплавких металлов / В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман, С.А. Фирстов. — Киев: «Наукова думка», 1975. 315 с.

50. Хаустова О.Ю. Повышение работоспособности твердосплавного инструмента и качества обработанных поверхностей при сухом резании различных конструкционных материалов: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М: ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2004.- 181 с.

51. Хокингс, М. Металлические и керамические покрытия: Получение, Свойства и применение: Пер. с англ. / М. Хокингс, В. Васантари, П. Сидки. М.: Мир, 2000. - 518 с.

52. Шарипов O.A. Повышение эффективности и обеспечение надежности резания инструментом из твердого сплава с износостойким покрытием: Дис. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук. М.: МГТУ «Станкин», 1992. -198 с.

53. Шустер JIM. Адгезионное взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом. М.: Машиностроение, 1988. - 96 е.: ил.

54. Byrne, G. Advancing Cutting Technology. / G.Byrne, D.Dornfeld, В. Denkena. // CIRP Annals. Vol 52/2/2003. (In English).

55. Carius A. PCBN turns the hard stuff // CUTTING TOOL ENGINEERING, June 1995, Volume 47, Number 4.

56. Cobine, J. 1980 Introduction to Vacuum Arcs Vacuum Arcs: Theory and Application. // Edition J. M. Lafferty (1980) (New York: Wiley). p. 1-18. (In English).2002. (In German).

57. Holleck, H. Basic principles of specific application of ceramic materials as protective layers. // Surface and coatings Tecnnology, 43/44 (1990). p. 245-258.

58. Horst-Dieter Tietz. Technische keramik.VDI Verlag GmbH. Düsseldorf, 1994.364 s.

59. Huddle D. Turning to hard turning // Manufacturing engineering, Tooling&Production, October 2001.

60. Lierat F, Vereschaka А/ The Main Trends of Vakuum ARC Technology Synthesis of Multilayer Coatings for Cutting Tool Perfection. IX Internationals Productionstechnisches Kolloquium PTK - 98. - Berlin, 1998. - p. 211-225 (in English).

61. Mehrotra P.K. Applications of ceramic cutting tools // Key Engineering Materials Vols. 138- 140, 1998. pp. 1 - 24 (in English).

62. Moll, E. Hard coatings by plasma-assisted PVD technologies: industrial practice. / E. Moll, E. Bergmann. // Surface and Coating Technology, 37 (1989). p. 483- 509. (In English).

63. Scherbarth, S. Moderne Scheidstoffe und Werkzeuge-Wege zur gesteigerten Productivitat. Sandvik Dusseldorf. Warkzeugtagung, 2002. (In German).

64. Vereshchaka, A. High Precision / A. Vereshchaka, W.Y. Lee // High Speed Machining Technologies. Edition of HRDI, S.Korea, Cheonan, 2002. 393 p. (In English).

65. Vetter, J. The architecture and performance of compositionally gradient and multilayer PVD coating. / J. Vetter, W. Burgmer, H. Dederichs, A. Perry. // Material Science Forum Vols. 163 165 (1994). - p. 527-532 (In English). '

66. Westphal, Y. Dearbeitung Schwerspanbarer Werkstoffe. Widia Essen. Warkzeugtagung 2002. (In German)80. www.techceram.ru/production/smp Сайт завода технической керамики.