автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Научные основы обеспечения качества процесса низкотемпературной плазменной модификации рабочей части металлорежущего инструмента

На правах рукописи

Зинина Елена Петровна

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ РАБОЧЕЙ ЧАСТИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Саратов - 2014

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский

государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Мартынов Владимир Васильевич

Официальные онноненты: Волков Дмитрий Иванович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва», заведующий кафедрой «Резание материалов, станки и инструменты имени С.С. Силина»

Смоленцев Владислав Павлович, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», профессор кафедры «Технология машиностроения»

Бутенко Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, институт радиотехнических систем и управления ФГАОУ ВО «Южный Федеральный университет», профессор кафедры механики

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Донской государственный

технический университет» (г. Ростов-на-Дону)

Защита состоится «24» декабря 2014 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет (СГТУ) имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корпус 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке СГТУ имени Гагарина Ю.А. и на сайте www.sstu.ru.

Автореферат разослан «¿-3» ¿2*7 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ОДС----------А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Современное станочное оборудование - это многофункциональные 5- и 6-координатные обрабатывающие центры, выполняющие сложные операции с использованием большой номенклатуры режущего инструмента. Время изготовления одной детали на таких центрах может достигать десятков и сотен минут рабочего времени. По этой причине на первый план выступает надежность (причем не только по критерию износостойкости, но и отказоустойчивости) всего применяемого при обработке металлорежущего инструмента. В настоящее время эти вопросы решаются путем улучшения геометрической формы инструмента и нанесения износостойких покрытий. При этом все чаще применяется твердосплавный инструмент, изготовленный горячим прессованием ультра- (0,3-0,5 мкм) и особомелкозернистых (0,5-0,9 мкм) порошковых инструментальных материалов. Работа таким инструментом после потери его рабочими поверхностями защитного покрытия вызывает интенсивное изнашивание последнего, что может привести не только к браку изготавливаемых деталей, но и к поломке инструмента. В этой связи на первый план выступают вопросы создания на инструменте поверхностного слоя, в котором формируются структуры, способные рассеивать энергию, идущую на развитие и поддержку процесса изнашивания (диссипативные структуры). Однако создать такой слой существующими методами (нанесение покрытий, а также поверхностная модификация воздействием сильноточными ионными и электронными пучками) на сегодняшний день не представляется возможным, поскольку слой должен обладать одновременно высокой твердостью и подвижностью, обеспечивающими его устойчивость в условиях температурно-силового воздействия. Это означает, что повышение эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента на основе формирования в поверхностном слое его рабочей части диссипативных структур представляет собой крупную научную проблему, имеющую важное значение для теории и практики современного производства.

Сформировать диссипативные структуры можно с помощью модификации рабочей части инструмента воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда. Накопленный и обобщенный в данной области опыт позволил установить основные закономерности протекания процесса низкотемпературной плазменной модификации и зафиксировать его результаты в виде изменения физико-механических свойств модифицированного слоя, но не дал возможности раскрыть определяющие их механизмы. В связи с этим являются актуальными исследования, направленные на научное обоснование условий формирования модифицированного слоя, обеспечивающих создание диссипативной среды на границе системы «инструмент - заготовка» при их взаимодействии, т.е., по сути, обеспечения качества процесса модификации, и последующую разработку средств технической, технологической и методологической поддержки для практической реализации этих условий.

Цель работы: создание научных основ обеспечения качества процесса модификации рабочей части металлорежущего инструмента воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда.

Объект исследования: поверхностный слой рабочей части металлорежущего инструмента.

Предмет исследования: поиск условий, обеспечивающих качество процесса модификации поверхностного слоя по критерию повышения эксплуатационной надежности (износостойкости и отказоустойчивости) металлорежущего инструмента.

Методы и средства исследования. Работа представляет собой комплекс исследований, направленных на решение проблемы повышения эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента на основе модификации его рабочей части воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда, выполненных с применением соответствующих разделов теорий резания, прочности, вероятностей и математической статистики, катастроф, структурной устойчивости, графов, химической кинетики, положений физики плазмы, термодинамики, технологии машиностроения и материаловедения, а также стандартной измерительной аппаратуры. Экспериментальные исследования проведены с использованием инструмента различного целевого назначения в лабораторных условиях и условиях реального производства.

Научная новизна работы состоит в постановке и решении проблемы повышения эксплуатационной надежности рабочей части металлорежущего инструмента за счет создания научных основ ее модификации воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда, существо которого составили следующие наиболее крупные результаты:

1. Показано, что основным направлением повышения эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента является формирование в поверхностном слое его рабочей части нанодисперсно-упрочненной аморфной фазы (композитной структуры), которая образуется в процессе воздействия на инструмент низкотемпературной плазмой комбинированного разряда и выполняет роль дис-сипативной структуры при взаимодействии с обрабатываемой заготовкой.

2. По результатам математического описания и исследования процессов формирования и воздействия низкотемпературной плазмы на поверхность рабочей части инструмента установлены их причинно-следственные механизмы и сформулированы условия, выполнение которых способствует формированию в модифицированном слое композитной структуры, обладающей дисси-пативными свойствами.

3. Показано, что для выполнения условий формирования композитной диссипативной структуры процесс модификации необходимо рассматривать как совокупность двух последовательных фаз:

- нагрева рабочей части скомпенсированным потоком плазмы до температур формирования тонкого слоя расплава на поверхностях элементов ее структуры в результате эффективной передачи энергии поверхностным атомам при протекании процессов трехчастичной рекомбинации адсорбированных ионов;

- охлаждения инструмента при пониженном давлении для фиксации сформированного расплава.

Продолжительность процесса в общем случае является величиной переменной и определяется в пространстве его вход/выходных параметров согласованием их значений между собой по критерию обеспечения целенаправленного распространения потока тепла в поверхностном слое.

4. Обосновано положение о том, что наиболее объективной характеристикой качества процесса модификации является уплотнение структуры поверхностного слоя, и разработана методология оценивания качества, основанная на измерениях микротвердости, вычислении показателей степени уплотнения и статистической проверке гипотез об их воспроизводимости и значимости с использованием непараметрических методов дисперсионного анализа.

5. Доказано, что модифицированная поверхность обладает способностями самоорганизации, механизм которой связан с работой композитной диссипативной структуры в условиях температурно-силового воздействия на модифицированный слой при его контактных взаимодействиях с заготовкой при резании. Результатом становится формирование устойчивой обтекаемой формы режущей кромки, обеспечивающей снижение действия сил трения и, как следствие, тепловыделения в процессе резания. Наибольшая эффективность процесса самоорганизации достигается в условиях, когда композитная структура выполняет работу, связанную с локальной деформацией модифицированного слоя по передней поверхности в направлении от главной режущей кромки. Условием выполнения работы является резание на увеличенной рабочей подаче, основным следствием становится распределение образующихся дефектов по всей ширине контактной площадки, уменьшающее удельное давление на режущие кромки и, как следствие, обеспечивающее сохранение на них модифицированного слоя и/или подслоя в течение всего времени эксплуатации инструмента и повышающее его износостойкость.

6. Показано, что если воздействие низкотемпературной плазмы распространяется не только на модифицированный слой, но и затрагивает инструментальную матрицу, вызывая изменение ее химического состава и размеров зеренной структуры, то это становится фактором дополнительного повышения надежности модифицированного металлорежущего инструмента за счет выполнения модифицированным граничным слоем матрицы диссипативных функций там, где модифицированный слой перестает их выполнять.

Практическая ценность работы состоит в создании оборудования и технологии модификации металлорежущего инструмента в низкотемпературной плазме комбинированного разряда, повышающей его износостойкость, а также методического обеспечения для анализа результатов плазменной модификации и эксплуатации модифицированного инструмента с целью разработки рекомендаций по повышению его отказоустойчивости.

Реализация работы была осуществлена в лаборатории кафедры «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», а также в производственных условиях следующих предприятий: ФГУП «НПП «Контакт» (г. Саратов), ОАО «Сара-

5

товский подшипниковый завод», ЗАО «Контакт-Салют» (г. Саратов), ОАО «КАМАЗ» (г. Набережные Челны), ОАО «Саратовский агрегатный завод», вагоноремонтное депо ВЧД-5 (станция «Сортировочная-Фарфоровская» Октябрьской ж/д) при изготовлении деталей из сталей Ст.З, 45, 45ГСФ, ХВГ, ШХ15, 10864-ВИ, 12Х18Н10Т, 42ХМФА, 40Х, 20X13, 15ХФ, 40ХН2МА, ЗОХГСА, 35ХГСЛ, меди МОб, алюминиевого сплава Д16Т, чугуна ЧВГ, стеклотекстолита фольгированно-го модифицированным инструментом различного назначения в количестве более 100 единиц (фрезы, резцы, сверла, метчики) из твердых сплавов ВК60М, Т15К6, СТ35М, ВК8, Т14К8 и RX-10, в том числе с защитными покрытиями, и быстрорежущих сталей Р6М5 и РМ23 на универсальном токарном, настольном и вертикальном сверлильном станках, колесотокарном станке, автоматических линиях, а также токарных, токарно-фрезерных, многоцелевых, агрегатно-вертикальных станках с ЧПУ, и позволила зафиксировать многократное (до 5,0 раз) увеличение износостойкости инструмента. Достигнуто также улучшение, в среднем в 2 раза, микропрофиля обработанных поверхностей по параметру Ra.

В целом материалы реализации позволили не только подтвердить достоверность основных научных положений и выводов диссертации, но и разработать рекомендации по повышению эффективности использования модифицированного инструмента.

Представленные результаты являются составной частью фундаментальных научных исследований, выполнявшихся кафедрами «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» и «Проектирование технических и технологических комплексов» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) по проектам в рамках задания Министерства образования и науки РФ на проведение научных исследований в 2010 г., государственного задания на оказание услуг (выполнение работ) в 2012-2013 гг., Программы стратегического развития СГТУ имени Гагарина Ю.А. на 2012-2016 гг. и при поддержке гранта РФФИ №14-08-00396.

Апробация работы. Основные положения работы в течение 1999-2014 гт. были доложены и обсуждены на 33 научно-технических конференциях различного уровня: III сессии научно-технического совещания «Получение, исследование и применение плазмы в СВЧ полях» (Иркутск, 1989), научно-технической конференции «Перспективы развития электроники и вакуумной техники на период 2001-2006 гг.» (Саратов, 2001), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-

2004)» (Саратов, 2004), X Международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития транспортного машиностроения» (Пенза,

2005), Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиноведения и высоких технологий» (Ростов-на-Дону, 2005), 6-й Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (Брянск, 2008), 65-й Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» Международного научного симпозиума «Ав-6

тотракторостроение - 2009» (Москва, 2009), четвертом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2009), Международной научно-технической конференции «Оптимизация процессов резания, разработка и эксплуатация мехатронных станочных систем» (Уфа, 2009), Всероссийской научно-технической конференции «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» (Саратов, 2009), девятой Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010), пятом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2010), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Нанотехнологии в производстве авиационных газотурбинных двигателей летательных аппаратов и энергетических установок» (Рыбинск, 2010), Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении» (Курган, 2010), Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы обработки материалов и заготовительных производств» Международного симпозиума «Образование, наука и производство: проблемы, достижения и перспективы» (Комсомольск-на-Амуре, 2010), 3-й Международной научно-технической конференции «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011)» (Брянск, 2011), VII mi?dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania síi nauk^ i technikami» (Пшемысль, Польша, 2011), VIII Международной научно-технической конференции «Efektivní nástroje modemich véd -2012» (Прага, Чехия, 2012), 8-a Международна научна практична конференция «Новини на научния прогрес - 2012» (София, Болгария, 2012), VIII miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Nauka: teoría i praktyka - 2012» (Пшемысль, Польша, 2012), седьмом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2012), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, производстве и образова-нии'2012» (Одесса, Украина, 2012), IV Международной научно-технической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении и авиадвигателе-строении (ТМ-2012)» (Рыбинск, 2012), IX Международной научно-технической конференции «Véda a vznik - 2012/2013» (Прага, Чехия, 2012), V Международной научно-технической конференции «Машиностроение - основа технологического развития России (ТМ-2013)» (Курск, 2013), Международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование, материалы - 2013» (Казань, 2013), Международной научно-практической конференции «Наука и образование в XXI веке» (Тамбов, 2013), Международной научно-практической конференции «Наукоёмкие комбинированные и виброволновые технологии обработки материалов» (Дивноморское, 2013), I Международной заочной научно-технической конференции «Технологическое обеспечение машиностроительных производств» (Челябинск, 2013), восьмом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2013), Всероссийской научной конференции с международным участием «Проблемы критических ситуаций в точной механике и управлении» (Саратов, 2013),

7

Международном технологическом форуме «Инновации. Технологии. Производство» (Рыбинск, 2014), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2014)» (Саратов, 2014), заседаниях НТС ФГУП «НПП «Контакт» в 2000-2005 гг., а также заседаниях кафедр «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» и «Проектирование технических и технологических комплексов» СГТУ имени Гагарина Ю.А. в 1996-2014 гг.

В 2009, 2010 и 2012 гг. результаты работы экспонировались на IV, V и VII Саратовских салонах инноваций, изобретений и инвестиций, где были удостоены двух золотых медалей, двух дипломов I и одного диплома III степени. В 2014 г. проект, подготовленный по материалам работы, участвовал в экспозиции Министерства образования и науки Российской Федерации на Парижском салоне L'Etudiant.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 65 печатных трудах, втом числе 3 монографиях, 17 статьях в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, 3 статьях в изданиях, индексируемых в базе данных SCOPUS,

7 статьях в зарубежных изданиях и 4 патентах РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 364 страницах, списка литературы из 200 наименований, 190 рисунков, 24 таблиц и 4 приложений. Общий объем диссертации составляет 492 страницы.

На защиту выносятся следующие научные положения работы, определяющие новизну решенных в ней задач:

1. Математическая модель процесса и условия формирования низкотемпературной плазмы комбинированного разряда вокруг поверхности рабочей части металлорежущего инструмента.

2. Математическое описание процесса воздействия низкотемпературной плазмы на поверхность рабочей части металлорежущего инструмента и условия формирования композитной структуры в модифицированном поверхностном слое.

3. Результаты исследования условий формирования и воздействия низкотемпературной плазмы на рабочую часть металлорежущего инструмента.

4. Методология оценивания качества процесса модификации (показатель качества, методическое, математическое и алгоритмическое обеспечение).

5. Результаты исследования поведения и условия проявления композитной структурой диссипативных свойств в модифицированном поверхностном слое при резании.

6. Принципы конструирования оборудования и технология низкотемпературной плазменной модификации металлорежущего инструмента.

7. Результаты испытаний и опытно-промышленной эксплуатации модифицированного металлорежущего инструмента.

8. Рекомендации по повышению эффективности использования модифицированного инструмента.

8

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность диссертационной работы, приведены цель, объект и предмет исследования, научная новизна и практическая ценность, а также изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена проблеме повышения эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента. Анализ работ, выполняемых ведущими научными коллективами вузов Волгограда, Воронежа, Москвы, Ульяновска, Рыбинска, Комсомольска-на-Амуре, Костромы, Курска, Орла, Перми, Ростова-на-Дону, Санкт-Петербурга, Саратова, Томска, Уфы и др.) и учеными (В .И. Бу-тенко, A.C. Верещакой, В.И. Волковым, В.А. Гречишниковым, С.Н. Григорьевым, А.Е. Древалем, A.B. Киричиком, В.Ф. Макаровым, М.Ш. Миграновым, Б.Я. Мокрицким, В.М. Петровым, В.В. Постновым, A.A. Рыжкиным, В.П. Смо-ленцевым, В.Г. Солоненко, В.К. Старковым, Ю.С. Степановым, В.П. Табаковым и др.), показал, что наиболее перспективным является направление, связанное с разработкой методов, которые позволяют формировать в поверхностных слоях рабочей части инструмента диссипативные структуры, способные к проявлению самоорганизации. В качестве этих структур могут выступать специальные защитные покрытия, однако работы по их созданию в большинстве случаев находятся на стадии лабораторных испытаний. Кроме этого, структура покрытий может оказаться неидентичной, поскольку формируется в различных диапазонах рабочих температур. Использование для создания диссипативных структур обычных покрытий или аморфных металлических сплавов не представляется возможным в связи с тем, что работа диссипации представляет собой работу по необратимому локальному перемещению минимального количества частиц минимального размера (в данном случае группы атомов) за минимальное время без передачи импульса. При этом группа должна обладать определенной свободой в своих перемещениях в некотором объеме, оставаясь при этом твердым телом, т.е. иметь высокую прочность. Только в этом случае работа диссипации будет максимально эффективной. В обычных покрытиях атомы такой свободой не обладают, поэтому в них любое смещение приводит к образованию трещин на поверхности и дефектов кристаллической решетки, вызывающих разрушение и отслаивание покрытия. Аморфные же сплавы имеют недостаточную прочность вследствие возникновения так называемого ротационного эффекта (проскальзывания по межзеренным границам).

Изложенное означает, что преобразование рабочей части режущего инструмента в направлении формирования в ее поверхностных слоях диссипативных структур, обладающих высокой твердостью и устойчивостью в условиях темпе-ратурно-силового воздействия и на этой основе обеспечивающих повышение эксплуатационной надежности, представляет собой крупную научную проблему, имеющую важное значение для теории и практики современного производства.

Возможностями формирования диссипативных структур обладают способы поверхностной модификации, в частности плазменные. Однако их практическая реализация связана с необходимостью создания плазменного объема, который затем трансформируется и доставляется до обрабатываемой поверх-

ности. При этом большая часть потребляемой энергии затрачивается на создание плазмы, поддержание условий ее генерации и доставки активных частиц плазмы с заданной энергией до объекта обработки с последующим сканированием их по поверхности. На протекание же самого процесса модификации затрачивается всего лишь несколько процентов общего энерговклада. Кроме этого, при помощи большинства методов, создающих направленное движение заряженных частиц за счет применения различных ионных источников и ускорительных систем, не удается модифицировать металлорежущий инструмент, т.к. они имеют ограничения по профилю обрабатываемой поверхности (плоские и/или цилиндрические без выступающих элементов). Наконец, методы высокозатратны, имеют длительные циклы обработки, могут вызвать появление дефектов в виде трещин, коробления, повышения шероховатости поверхности, что требует дополнительной финишной обработки.

Отмеченных недостатков лишен способ модификации рабочей части инструмента воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда пониженного давления, который позволяет создавать плазменный объем непосредственно у обрабатываемой поверхности, локализуясь на режущих кромках инструмента, является эффективным, малозатратным, экологически чистым. Данный способ разработан в ФГУП «НПП «Контакт» (г. Саратов) совместно с СГТУ имени Гагарина Ю.А. Модификация по данному способу позволяет выполнять преобразование исходной структуры поверхностного слоя инструментального материала, имеющей размеры капельной фазы -1,2-1,5 мкм, в композитную структуру, состоящую из наноструктур (поверхностей раздела), имеющих размеры < 100 нм и высокую прочность, и аморфной прослойки того же химического состава, играющей роль связки (рисунок 1).

Рисунок 1 - Структура рабочей части металлорежущею инструмента: 1- модифицированный слой; 2 - матрица; 3 - нанокластеры в аморфной связке

Материалы исследований по изучению воздействия низкотемпературной плазмы на поверхность режущего инструмента на принципиальном уровне позволили сформировать физическую модель процесса модификации режущего инструмента в низкотемпературной плазме комбинированного разряда. Модель позволила установить основные закономерности протекания процесса модификации, но не дала возможности раскрыть и объяснить механизмы, лежащие в основе получения его результатов, имеющих отношение к составу и строению модифицированного слоя, выполняющего функции диссипации энергии в процессе резания, а также условиям его формирования и эффективной работы, обеспечивающим повышение износостойкости и отказоустойчивости инструмента, с целью разработки средств технической и технологической поддержки для выполнения этих условий. В связи этим решение проблемы повышения эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента методом низкотемпературной плазменной модификации может быть найдено только в направлении создания научных основ обеспечения качества процесса модификации по результатам решения следующих наиболее крупных задач:

1. Исследование процесса формирования низкотемпературной плазмы комбинированного разряда на рабочей части инструмента.

2. Исследование процесса воздействия низкотемпературной плазмы на рабочую часть инструмента.

3. Исследование процессов, приводящих к формированию композитно-модифицированного поверхностного слоя рабочей части инструмента.

4. Разработка методологии оценивания качества процесса модификации.

5. Исследование поведения композитной структуры в модифицированном поверхностном слое при резании.

6. Формирование принципов конструирования технологического оборудования для модификации.

7. Создание технологии модификации рабочей части инструмента в низкотемпературной плазме комбинированного разряда.

Анализ условий формирования аморфных и наноструктур позволил сделать вывод о том, что основная задача изменения исходных свойств поверхностного слоя металлорежущего инструмента при низкотемпературной плазменной обработке заключается в создании условий, вызывающих регулируемое изменение его структуры в направлении уменьшения размеров зерен, но таким образом, чтобы, приобретая диссипирующие способности, структура в процессе резания сохраняла свою работоспособность в условиях температурно-силового воздействия. Именно с этих позиций во второй главе решались первые 3 задачи, позволившие установить, что определяющую роль в образовании композитной структуры при модификации играют ионизационно-рекомбинационные объемные процессы, процессы амбиполярной диффузии и процессы трехчас-тичной поверхностной рекомбинации.

Ионизационно-рекомбинационные процессы и процессы амбиполярной диффузии происходят в дрейфовом пространстве плазмы (рисунок 2, поз. 3), которое разбивается на две зоны: в первой в диапазоне от г„ до ;•/ наблюдается свободный независимый дрейф электронов и ионов; во второй в диапазоне от г, до г0 кулоновское взаимодействие заряженных частиц приводит к формированию скомпенсированного потока их связанного совместного движения.

1 - область темной плазмы;

2 - скин-слой;

3 - область ускорения электронов;

4 - область воздействия плазмы

на поверхность инструмента; О - атомы и молекулы; ф- ионы; О ~ возбужденные атомы и молекулы; —— силовые линии электростатического поля; ф- электроны

Обрабатываемый инструмент

Рисунок 2 - Физическая модель формирования низкотемпературной плазмы комбинированного разряда вокруг обрабатываемой поверхности металлорежущего инструмента

Результаты математического описания ионизационно-рекомбинационных процессов и процессов амбиполярной диффузии позволили получить математическую модель формирования низкотемпературной плазмы:

Г(гО= 2в <Хт

Плвхр [ 71пехр »1

(п0, + >.'„, n.,)eДrp-/'«^,"', + (п'о, +

Л , . (п- + п+\

при п < г < г„

(1)

< г < г.

в которой Е„ = Е+ + Ё - поле пространственного скомпенсированного заряда, возникшее в результате кулоновского взаимодействия между ионами и электронами; — подвижность ионов и электронов при их совместном движении в квазинейтральном пространстве; п" - концентрация отрицательно заряженных частиц (ионов и электронов) и п+- концентрация положительных ионов, участвующих в кулоновском взаимодействии, в слое толщиной (//■ на границе между зонами; г0 - координата положения обрабатываемой поверхности; г„ - координата положения внешней границы плазмы; г, - переменная, являющаяся точкой сопряжения уравнений системы, пр\, пР7 ~ концентрации ионов в потоке; а\, сц - коэффициенты объемной

ионизации; и0ь " оь "сь " 02. «с2 - концентрации электронов в объемном катоде и скин-слое.

Основным результатом исследования модели стали условия, выполнение которых гарантированно обеспечит формирование низкотемпературной плазмы вокруг рабочей части металлорежущего инструмента:

- эффективный энерговклад в ионизационные процессы при пробое в газе ионизирующего электромагнитного поля и собирающего электростатического поля путем снижения пробойных напряжений за счет рабочего давления и легко ионизирующихся добавок;

- формирование в дрейфовом пространстве низкоэнергетичного скомпенсированного потока заряженных частиц, возникающего в результате ку-лоновского взаимодействия между заряженными частицами в квазинейтральном пространстве и препятствующего разделению зарядов при их совместном связанном движении с одинаковыми скоростями в направлении к поверхности инструмента;

- управление энергией электронов в потоке плазмы, осуществляемое путем изменения ускоряющих полей как за счет подводимой мощности электромагнитного поля, расположения обрабатываемого инструмента в камере обработки, так и величины положительного потенциала, подаваемого на инструмент, поскольку два первых параметра отвечают за концентрацию заряженных частиц на внешней границе плазмы, третий - за формирование скомпенсированного потока в квазинейтральном пространстве.

В ходе процессов трехчаспгчной поверхностной рекомбинации (рисунок 3) происходит нейтрализация носителей заряда путем соединения разноименно заряженных носителей в нейтральные молекулы на поверхности инструмента. В отличие от ионизации рекомбинация происходит с выделением энергии при сколь угодно малой кинетической энергии взаимодействующих частиц.

Рисунок 3 - Схема передачи импульса поверхностному атому, участвующему в трехчастнчной рекомбинации

Математически процесс выделения энергии при трехчастичной поверхностной рекомбинации описывается следующими соотношениями:

, + -»Л?г .

/знис л »

Ьгр

^ = у УР1 <и1 + + ПеПР1^гУР+г<и) + ' (3)

в которых /1ИИС есть эмитированный скомпенсированный поток, состоящий из низкоэнергетичных электронов (/„), однозарядных ионов (/р+, /р+, / г) частиц сорта р1гр2 и отрицательных ионов попадающий на единичную поверхность инструмента; + ¿/а) и (¿/; + Уд) - усредненные энергии, переданные поверхностным атомам на площади в процессе рекомбинации положительных и отрицательных однозарядных ионов. Величина + IIа) больше или равна потенциалу ионизации атомов сорта р,, а Щ + иа) - больше или равна энергии образования отрицательного и положительного ионов.

Материалы математического описания и исследования процесса воздействия низкотемпературной плазмы на рабочую часть инструмента позволяют констатировать, что воздействие изменяет структуру, химический состав и однородность поверхностного слоя его рабочей части. Однако для того, чтобы изменения способствовали формированию композитной структуры, необходимо совместное выполнение комплекса условий, к числу которых относятся:

- протекание процессов поверхностной трехчастичной рекомбинации, в ходе которых имеет место эффективный энергообмен между частицами, участвующими в рекомбинации, и атомами вещества;

- пропорциональность скорости нагрева поверхности инструмента концентрации рекомбинируемых на ней ионов;

- выполнение критерия Линдемана;

- наличие неустойчивых элементов и форм частиц для возникновения процесса локального плавления при температурах ниже температуры плавления массивного вещества с преобладанием в жидкой фазе (расплаве) металла плотных кластеров;

- резкое охлаждение жидкой фазы с целью фиксации образованной композитной структуры.

Достоверность сформированных условий была подтверждена проведением в третьей главе исследований их работоспособности, включавших: исследование эмиссионных спектров низкотемпературной плазмы; исследование взаимосвязи спектров с параметрами состояния процесса модификации (током смещения и лаговой температурой); исследование взаимосвязи спектров с входными параметрами процесса модификации (потенциалом смещения и подводимой СВЧ-мощностью); электронно-микроскопические исследования модифицированной поверхности; исследование химического состава модифицированной поверхности; исследование физико-механических свойств модифицированной поверхности.

Исследование эмиссионных спектров плазмы выполнялось по результатам их регистрации, а также регистрации тока смещения и температуры в системе «плазма - инструмент - держатель».

Изучение распределения корреляций интенсивностей спектральных линий в зависимости от изменения уровня подводимой СВЧ-мощности, идентификация химического состава газов, участвующих в плазмообразовании, анализ распределения интенсивностей спектральных линий в зависимости от подводимой СВЧ-мощности и сопоставление спектров с литературными данными позволили сделать следующие выводы:

- вблизи нижней границы плазмы присутствует узкий слой, в котором в результате процессов ионизации происходит образование многозарядных ионов в смеси газов сложного состава. При этом максимальная энергия налетающих электронов, участвующих в ионизации, не превышает 42 эВ;

- многозарядные ионы участвуют в процессах рекомбинации;

- изменение внешних условий (прежде всего уровня подводимой СВЧ-мощности) влечет за собой изменение концентрации электронов и их температуры, что сопровождается изменением неидеальности плазмы (соотношением электронной и ионной температур);

- появление куполообразных характеристик в спектре плазмы отражает протекание процессов трехчастичной рекомбинации в условиях амбиполярной диффузии;

- интенсивность протекания объемных рекомбинационных процессов будет влиять на эмиссионные процессы, протекающие на нижней границе плазмы, и доставку заряженных частиц к обрабатываемой поверхности инструмента, что, в свою очередь, отразится в процессах тепломассопереноса, а также в поведении тока смещения, подтвердив, тем самым, работоспособность условий, необходимых для формирования низкотемпературной плазмы вокруг поверхности инструмента.

Исследование взаимосвязи эмиссионных спектров плазмы с параметрами состояния процесса модификации, а также имитационный эксперимент, проведенный с целью определения особенностей прохождения температурного фронта в системе «плазма - инструмент - держатель», позволили установить, во-первых, что определяющая роль ионизационно-рекомбинационных объемных процессов, процессов амбиполярной диффузии и процессов трехчастичной поверхностной рекомбинации состоит в формировании ими потока тепла в зоне плазменной обработки, во-вторых, что распространением и воздействием потока на рабочую часть инструмента необходимо управлять, поскольку это гарантирует получение воспроизводимых результатов модификации, удовлетворяющих критериям создания слоя с заданными структурой и физико-механическими свойствами.

Исследование взаимосвязи спектров с входными (технологическими) параметрами модификации - подводимая СВЧ-мощность и потенциал смещения -показало ее сложный характер и при сопоставительном анализе позволило установить, что роль потенциала смещения заключается в управлении энергией электронов в дрейфовом пространстве до уровня, соответствующего энергиям

неупругих элементарных процессов в плазме. При этом пространство дрейфа, где происходят столкновения, разбивается на зоны, соответствующие уровню достигнутой электроном энергии и, соответственно, количеству теплоты, передаваемому поверхностному слою через процессы поверхностной рекомбинации: 1 -я зона - зона образования однозарядных ионов; 2-я зона - зона образования многозарядных ионов. В чисто практическом аспекте из этого следует, что 1-я зона (низкого энерговыделения) более эффективна для обработки закаленных инструментальных сталей, чувствительных к отпуску, 2-я зона (высокого энерговыделения) более эффективна для твердосплавного инструмента, при модификации которого требуется получение температур порядка (0,7-0,8) температуры плавления твердого сплава.

Исследование структуры модифицированного слоя показало, что воздействие плазмы приводит к образованию наноразмерных кластеров, соединенных в единое целое аморфной связкой (клеем), состоящей из более мелких элементов исходного материала (рисунок 1). На ровных поверхностях следы от воздействия плазмы представляют собой сплошные практически неразличимые однородные зоны. На рельефных же поверхностях модификация сопровождается рядом структурных изменений, которые можно классифицировать по степени их воздействия: расслаивание потока на капли, зоны оплавления, глухие отверстия, охрупчивание и проседание поверхности.

Исследование изменений химического состава модифицированной поверхности при различных режимах модификации подтвердило протекание процессов трехчастичной рекомбинации, сопровождающихся внедрением адсорбированных атомов в поверхность и формированием областей с измененным химическим составом.

Исследования физико-механических свойств модифицированной поверхности выполнялись перед применением инструмента по назначению, в связи с чем основным требованием к применяемым для этого методам являлось нераз-рушающее воздействие на исследуемую поверхность. Исходя из этого, были выбраны следующие методы: количественное и полуколичественное измерение и оценка шероховатости поверхности, а также исследование ее твердости. Результаты позволили установить, что модификация улучшает качество поверхности по параметру Ra у инструмента из быстрорежущей стали, в среднем, в 2,93 раза, у твердосплавного инструмента - в среднем, в 1,4 раза. Эти изменения связаны с трансформацией структуры выступающих микродефектов в структуру плоских дефектов.

Исследование твердости выполнялось методом наноиндентирования модифицированного слоя. В качестве объекта исследования использовалась пластина из твердого сплава RX-10 фирмы ISCAR. Результаты исследования позволили констатировать, что, во-первых, наиболее твердой является часть модифицированного слоя, расположенная у поверхности, т.е. в месте непосредственного воздействия плазмы, во-вторых, существуют локальные области, обладающие высокой упругостью, характерной для аморфных материалов.

Одним из важных этапов обеспечения эксплуатационной надежности изделий различного целевого назначения является объективная оценка качества

поверхностного слоя. В связи с этим необходимо сказать, что оно тесным образом связано с методом и спецификой предварительного технологического воздействия на поверхность, изменяющего ее свойства, прежде всего, физико-механические. При этом методики оценивания качества поверхностного слоя с учетом наследственности неразрушающим способом практически отсутствуют, что затрудняет поиск и реализацию условий, обеспечивающих получение требуемого качества, что и определило необходимость решения 4-й задачи диссертационного исследования, результаты которого представлены в четвертой главе.

Наиболее простым, быстрым и достаточно чувствительным способом оценивания физико-механических свойств материалов является измерение твердости. При этом в данном случае необходимо использование такого метода, который позволил бы оценивать не ее обобщенную характеристику под действием фиксированной нагрузки, а распределение в сформированной при модификации структуре, толщина которой составляет ~3,0 мкм. Такие тонкие исследования количественной оценки степени изменений физико-механических свойств поверхностного слоя позволяет выполнить измерение микротвердости (патент РФ №2439533) по методу Виккерса.

Вероятностный анализ результатов измерений позволил установить, что обработку полученных данных необходимо проводить в направлении определения для каждой глубины отпечатка коэффициента вариации с целью проверки гипотезы о значимости разброса измеренных значений микротвердости относительно их средних значений. Если по результатам проверки коэффициент вариации не превысит 33%, то это даст основание считать оценку среднего значения несмещенной, поскольку систематические погрешности в ней в этом случае отсутствуют, и использовать ее для отображения распределения микротвердости по глубине модифицированного слоя.

Апробация предложенной методики анализа и схемы обработки его данных проводилась на сменных ромбических твердосплавных пластинах фирмы 18СА11 и включала измерение микротвердости до и после процедуры их плазменной модификации с целью определения величины и направления структурных изменений в поверхностном слое.

Результаты вычислений показали, что оценки средних значений микротвердости во всех случаях оказались несмещенными, поэтому были использованы для отображения распределения микротвердости по глубине модифицированного слоя. Однако анализ распределений показал, что они имеют не только качественные, но и количественные различия. Из этого следует, что сама по себе микротвердость не может быть показателем качества процесса модификации ни в абсолютном (например, ее максимум), ни в относительном (разность между значениями максимумов модифицированной и исходной поверхностей) выражении, поскольку в первом случае будет характеризовать изменение свойств материала лишь в определенной (локальной) области измененной структуры поверхностного слоя, во втором его вычисление будет некорректным, поскольку максимумы у исходной и модифицированной поверхностях, вероятнее всего, будут располагаться на различной глубине.

Вместе с тем анализ графиков позволил установить, что после модификации во всех случаях имеет место эффект смещения распределений в направлении к началу координат по оси глубин отпечатков (т.е. к поверхности), а разброс значений микротвердости в распределениях относительно их среднего, рассчитанного по всем измерениям (т.е. по всей глубине модифицированного слоя), уменьшился. Это дало основание сделать вывод о том, что основным результатом модификации является уплотнение структуры материала, и предложить процедуру его количественной оценки, в которой показатель, представляющий собой сумму приращений плотности по глубине поверхностного слоя и характеризующий не только уплотнение, но и изменение химического состава поверхностного слоя, может трактоваться как интегральный показатель качества процесса модификации. При этом, поскольку распределение приращений плотности не является нормальным, для поиска условий получения требуемого качества процесса модификации необходимо использовать процедуры, предназначенные для решения задач обработки данных по приращению плотности непараметрическими методами, в частности дисперсионного анализа, основанными на вычислении статистик Крускала-Уоллиса или Фридмана. Тогда обеспечение качества процесса модификации сведется к поиску условий, обеспечивающих воспроизводимость приращений и значимость их суммы.

Рассмотрение полученных материалов в целом позволило сделать вывод о том, что они представляют собой систему организации и построения теоретической и практической деятельности, обеспечивающую получение однозначных и достоверных результатов, поэтому могут рассматриваться как методология оценивания качества процесса модификации.

Экспериментальное подтверждение достоверности этого вывода было получено в ОАО «Саратовский агрегатный завод» по результатам стойкостных испытаний трех пальцевых фрез из твердого сплава ЮС-10, модифицированных на различных сочетаниях режимных параметров, при торцовом фрезеровании с различными сочетаниями параметров технологического режима. Результаты испытаний позволили установить, что форма режущего клина фрез изменилась незначительно, что свидетельствует об устойчивости модифицированных кромок. Наименьшие изменения произошли у фрезы, имевшей максимальное значение суммарного приращения плотности, но работавшей в наиболее неблагоприятных условиях. Таким образом, результаты проверки подтвердили достоверность положения разработанной методологии о том, что модифицированный слой будет замедлять скорость изнашивания тем в большей степени, чем в большей степени будет повышена по результатам модификации его прочность за счет уплотнения исходной структуры. Результаты же решения 4-й задачи в целом, во-первых, подтвердили положение о том, что плазма, формируясь и воздействуя на поверхность рабочей части инструмента в соответствии с условиями, сформулированными во второй главе, изменяет физико-механические свойства модифицированного слоя, во-вторых, показали, что надежность модифицированного инструмента зависит от условий эксплуатации. Другими словами, изменение свойств модифицированной рабочей части будет вносить изменения и в ее контактные взаимодействия с заготовкой при резании. Поэтому представляет интерес исследование характера этих изменений, направленное на поиск условий, в которых сформированная композитная структура будет выполнять дисси-

пативные функции, обеспечивающие устойчивость процесса резания, т.е. решение 5-й задачи диссертационного исследования.

С этой целью в пятой главе были последовательно выполнены экспериментальное, физико-статистическое и математическое исследования поведения композитной структуры в модифицированном поверхностном слое твердосплавных пластин при резании, результаты которых на принципиальном уровне позволили установить следующее:

- модификация приводит к повышению прочности поверхности на отрыв и в ситуации наростообразования поверхность может выдерживать пиковые нагрузки до 1000 кг без существенных разрушений;

- в ситуации отсутствия наростообразования дефекты на задней поверхности пластин представляют собой проточины; застойной зоны и/или нароста на передней поверхности в зоне врезания пластин на радиусе округления не возникает; модифицированный слой на передней поверхности пластин сохраняется;

- в процессе резания воздействия отделяемого материала и стружки на приповерхностные слои материала пластин вызывают сложные ответные реакции, связанные как с локальным растяжением поверхности, так и с ее локальным сжатием, причем процессы растяжения сконцентрированы в микронных поверхностных слоях и могут иметь различные локальные направления, определяемые направлением движения отделяемого материала и стружки (углом ее схода). Говоря иначе, модифицированный слой проявляет способность к самоорганизации, механизм которой связан с локальной трансформацией поверхностных микрообъемов материала в результате контактных процессов взаимодействия композитной структуры с пластичным отделяемым материалом под действием и в направлении действия внешних сил и температуры на режущей кромке. Результатом становятся локальные изменения геометрии режущей кромки, приводящие к формированию ее устойчивой обтекаемой формы (рисунок 4, а), и, как следствие, стабилизации состояния модифицированного слоя;

- основу стабилизации состояния модифицированного слоя, как показали результаты топологического моделирования, составляет изменение механизма изнашивания инструмента, в котором доминирующую роль приобретает истирание передней и задней поверхностей до состояния потери устойчивости режущей кромки (рисунок 4, б).

Рисунок 4 - Состояние модифицированной режущей кромки: а - устойчивое; б - неустойчивое (локальное разрушение)

В результате происходят образование поверхностных (плоских) дефектов и постепенный рост нормальной нагрузки. Если он приходится на переднюю поверхность инструмента (при изменениях скорости резания и уменьшении подачи), то в системе резания формируется положительная обратная связь, усиливающая неравномерность распределения нагрузки не только в модифицированном слое, но и в подслое, и дефекты переходят в объем матрицы; если же рост происходит на задней поверхности (при увеличении подачи), то формируется выравнивающая его отрицательная обратная связь и дефекты остаются на поверхности.

Достоверность данных положений была подтверждена в ходе производственных испытаний модифицированных сменных твердосплавных пластин из сплава Т15К6 с покрытием "ПЫ в ОАО «Саратовский подшипниковый завод». Результаты показали (рисунок 5), что увеличение подачи гарантирует обеспечение практически стабильной размерной точности изготовленных деталей, что означает повышение надежности процесса механической обработки. Изучение состояния изношенных поверхностей пластин показало, что диссипативные функции, приводящие к самоорганизации профиля режущей кромки, выполняются композитной структурой по многоступенчатой схеме, поскольку при потере устойчивости наноструктурами размером -200 нм структуры размером порядка 40-70 нм сохраняют связь с аморфной связкой, пластичность, способность к миграции и трансформации даже при наличии дефектов.

5 0,6

га

о. ©

3 °>5 й а 01 X

х 04

х о с

I

0,3

ООО«* ОоООО

г*

I н

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Машинное время, с

Рисунок 5 - Реализации процессов изготовления деталей из стали ШХ15 на автоматическом токарном станке 16К20ФЗ без учета подиаладок с подачами 0,3 мм/об (1) и 0,38 мм/об (2): Т - допуск на размер, в круге - результаты обработки при увеличении скорости резания

По результатам испытаний было также установлено, что выполнение диссипативных функций невозможно без активного участия матрицы как основы, способной поддержать процесс локального деформирования композитной структуры модифицированного слоя образованием подслоя из своих сращенных при модификации зерен (рисунок 6, а). В противном случае неизбежен процесс образования макродефектов вплоть до сколов, поскольку имеет место смещение зерен в микропустотах (рисунок 6, б). При формировании

подслоя зёрна граничного слоя матрицы должны претерпевать изменения, аналогичные изменениям, протекающим в поверхностном слое, т.е. изменения формы. В этих условиях оплавленный поверхностный слой зерна способен растекаться и заполнять микропустоты, а последующее охлаждение зафиксирует новую измененную форму, играющую роль связки для неоплав-ленных зерен. Кроме этого, растворение в процессе модификации карбида вольфрама в карбиде титана приводит к образованию сложного карбида Тг\¥С, который выполняет функцию связки для зерен карбида вольфрама.

Рисунок 6 - Состояние изношенной матрицы: а - с подслоем; б - без подслоя

Повышение надежности модифицированного инструмента, особенно из инструментальных сталей, невозможно без соблюдения требований к геометрическим и конструктивным параметрам, а также требований ГОСТ по химическому составу и карбидной неоднородности. Поскольку модификация позволяет при растворении карбидной фазы повысить более чем в 3 раза концентрацию в поверхностном слое легирующих элементов, результаты воздействия плазмы будут в значительной степени определяться исходным содержанием карбидов, их размерной однородностью, а также равномерностью распределения в поверхностном слое.

Исследование морфологии модифицированной поверхности сверл, выполненное в шестой главе, позволило установить, что воздействие плазмы сопровождается образованием равномерно распределенных, проплавленных зон размером примерно 50-70 нм, наноразмерных структур размером порядка 60-70 нм, растворением карбидных фаз с отделением наноразмерных фрагментов от материнского зерна. Все это позволяет сделать вывод о том, что отклонение инструмента от требований ГОСТ может не обеспечить воспроизводимость физико-механических результатов плазменной модификации, и, соответственно, не повысить время его стойкости в полной мере.

Достоверность этого вывода была подтверждена стойкостными испытаниями метчиков и сверл из быстрорежущей стали Р6М5 в ОАО «КАМАЗ»: условия эксплуатации инструмента после его плазменной модификации в ходе испытаний не изменялись. Результаты испытаний показали, что в ряде случаев инструмент терял работоспособность вследствие сколов или поло-

мок, что определило целесообразность проведения анализа для установления причин, которые привели к возникновению подобных ситуаций. Материалы анализа позволили сделать вывод о том, что основной их причиной стали погрешности конструктивных параметров инструмента и дефекты на его рабочей части, возникающие как при изготовлении и переточке, так и в процессе эксплуатации, особенно если ее условия не соответствовали оптимальным. По материалам анализа были разработаны и переданы на предприятие рекомендации, выполнение которых позволяет прогнозировать повышение износостойкости модифицированного инструмента в 1,5-3 раза.

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований легли в основу разработки представленных в седьмой главе оборудования и технологии модификации, завершающих решение проблемы повышения эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда.

Проектирование и конструирование оборудования для модификации (патент РФ №2277763) осуществлялись с позиций обеспечения возможностей гарантированного получения комбинированного разряда и воспроизводимости результатов модификации рабочей части инструмента. Высокая эффективность энерговклада СВЧ-энергии в разряд при работе на малых уровнях СВЧ-мощности позволила упростить СВЧ-тракт и не устанавливать дополнительные элементы защиты магнетрона от отраженной мощности. Энергопотребление оборудования в целом не превышает 2 кВт. Положительные результаты его опытно-промышленной эксплуатации позволили сформировать принципы конструирования, которые без потери общности распространяются на оборудование как для одно-, так и для многопозиционной обработки, и составляют результат решения 6-й задачи диссертационного исследования.

При решении 7-й задачи - разработки технологии модификации (патент РФ №2428521) - была собрана и проанализирована база данных по модификации 500 единиц инструментов различного назначения (сверл 00,7-11,0 мм, метчиков М2-М10, пальчиковых и пазовых фрез, резцов, сменных многогранных твердосплавных пластин), включающая массу и длину инструмента, площадь обработанной в плазме поверхности, входные и выходные параметры обработки: координаты положения инструмента в рабочей камере, подводимая СВЧ-мощность, давление, потенциал и ток смещения, температура, время обработки. Результаты анализа позволили решить комплекс вопросов, связанных с созданием идентичных условий воздействия плазмы на поверхность режущего инструмента.

Результаты практической апробации модифицированного инструмента позволили сделать вывод о том, что качество процесса модификации может не только служить критерием стабильности условий эксплуатации инструмента, но и определять характер их изменений, формирующих физическую картину и основные закономерности протекания процесса резания. В связи с этим представляет интерес установление данных закономерностей, что позволит наметить направления дальнейших исследований по проблеме обеспечения и повышения эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы. С этой целью был проведен эксперимент, в ходе которого выполнялось продольное точение стальной заготовки твердосплавными пластинами и регист-22

рировались вибросигналы о колебаниях динамической системы станка, а после каждого прохода определялись величины размерного износа пластин.

Обработка вибросигналов о колебаниях осуществлялась частотными методами. Анализ результатов обработки позволил установить, что в наибольшей степени изменение условий резания проявляется при точении модифицированной пластиной ростом касательной составляющей колебаний (рисунок 7, а), что является благоприятным фактором, так как колебания, у которых ориентация траектории доминирует в направлении вдоль плоскости резания, носят характер осциллирующего движения по отношению к поверхности обработки, приводящего к снижению сил резания. С увеличением частоты вращения шпинделя это перераспределение возрастает, что также является фактором благоприятным.

Рост касательной составляющей является следствием перераспределения энергии колебаний между ней и радиальной составляющей (рисунок 7, б): при увеличении частоты вращения шпинделя в условиях точения обычной пластиной (кривая 1) перераспределение происходит в меньшей степени, чем при точении модифицированной пластиной (кривая 2). Основным результатом этого процесса стало сохранение практически неизменным начального состояния модифицированной пластины даже в нестабильных условиях резания.

0,9 0,8 0,7 0,6 0.5 0.4 0.3

1 _ 1 . _ . _

___

з

__ ^

4

800 1000 1250

частота орашетпм шгпшлеля

а

1600

Рисунок 7 - Изменение коэффициента детерминированной составляющей колебаний (а): 1,2- при точении обычной пластиной п радиальном и касательном направленных; 3, 4 - при точении модифицированной пластиной в радиальном и касательном направлениях и динамика перераспределения составляющих колебаний (б) при обработке обычной (1) и модифицированной (2) пластинами

Другими словами, формирование в модифицированном поверхностном слое рабочей части композитной структуры действительно позволяет создавать диссипативную среду на границе системы «инструмент - заготовка», что не только способствует повышению эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента, но и делает возможным нахождение условий, в которых повышение будет максимальным. Это дало основание сделать следующие принципиальные выводы:

1. Поставленная в работе проблема может считаться решенной, поскольку достоверность разработанных в ее теоретической части научных основ обеспечения качества процесса низкотемпературной плазменной модификации рабочей части металлорежущего инструмента подтверждена не

только экспериментально, но и практически, в том числе созданием работоспособного оборудования и эффективной технологии.

2. Работа имеет дальнейшее продолжение, связанное с установлением взаимосвязей между диссипативными свойствами, физико-механическими и химическими характеристиками, а также условиями модификации и эксплуатации модифицированного инструмента и решением на этой основе задач оптимизации: значений конструктивных и геометрических параметров рабочей части инструмента по критерию замедления процесса ее разрушения; процесса модификации по критерию обеспечения равномерности плазменной обработки инструмента; процесса резания по критерию целенаправленного изменения его энергетической картины.

В методологическом плане перечисленные направления можно рассматривать как обязательное, необходимое и достаточное условия, выполнение которых позволит обеспечивать и повышать эксплуатационную надежность (как по критерию износостойкости, так и отказоустойчивости) металлорежущего инструмента по результатам низкотемпературной плазменной модификации его рабочей части гарантированно. С позиций результатов выполненных в работе исследований можно утверждать, что все необходимые теоретические предпосылки и практические возможности для этого теперь имеются.

ОСНОВНЫЕ выводы

1. Формирование в поверхностных слоях рабочей части металлорежущего инструмента диссипативных структур, способных к проявлению самоорганизации в условиях температурно-силового воздействия при резании, является наиболее перспективным направлением повышения его эксплуатационной надежности. Для создания структур, обладающих диссипативными свойствами, в настоящее время применяются различные методы, которые, однако:

- находятся на стадии лабораторных испытаний и не позволяют формировать полностью идентичные структуры, обеспечивающие устойчивость инструментальной поверхности в процессе резания:

- не позволяют формировать структуры, обладающие необходимой подвижностью или прочностью;

- имеют высокое энергопотребление, длительные циклы обработки, могут вызывать появление дефектов в виде трещин, коробления, повышения шероховатости поверхности, что требует дополнительной финишной обработки;

- не позволяют обрабатывать металлорежущий инструмент, т.к. имеют ограничения по профилю обрабатываемой поверхности (плоские и/или цилиндрические без выступающих элементов).

Таким образом, преобразование рабочей части режущего инструмента в направлении формирования в ее поверхностных слоях диссипативных структур, обладающих высокой устойчивостью в условиях температурно-силового воздействия и на этой основе обеспечивающих повышение эксплуатационной надежности, представляет собой крупную научную проблему, имеющую важное значение для теории и практики современного производства.

2. Создать диссипативную структуру можно воздействием на рабочую часть инструмента низкотемпературной плазмы комбинированного разряда, позволяющим модифицировать исходную структуру поверхностного слоя инструментального материала, имеющую размеры капельной фазы -1,2-1,5 мкм, в композитную структуру, состоящую из наноструктур (поверхностей раздела), имеющих размеры < 100 нм, и высокую прочность, и аморфной прослойки того же химического состава, играющей роль связки. Однако для этого необходима разработка научных основ обеспечения качества процесса модификации.

3. Содержательным началом научных основ являются условия, сформулированные по результатам математического описания и анализа процессов формирования, воздействия низкотемпературной плазмы на поверхность рабочей части и взаимодействия модифицированного слоя с заготовкой при резании и отображающие причинно-следственные механизмы повышения эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента, а работоспособность условий служит критерием адекватности выполненных теоретических исследований.

4. Определяющую роль в образовании композитной структуры при модификации играют ионизационно-рекомбинационные объемные процессы, процессы амбиполярной диффузии и процессы трехчастичной поверхностной рекомбинации, формирующие поток тепла в зоне плазменной обработки, распространением и воздействием которого на поверхностный слой необходимо управлять, поскольку в противном случае структура будет менее однородной с точки зрения физико-механических свойств, определяющих ее прочность.

5. Качество процесса модификации целесообразно оценивать степенью уплотнения материала инструмента, суммируя приращения плотности по глубине модифицированной части поверхностного слоя и применяя процедуры непараметрического дисперсионного анализа для поиска условий, обеспечивающих воспроизводимость приращений и значимость их суммы.

6. Определяющую роль в выполнении композитной структурой диссипа-тивных функций при взаимодействии модифицированного слоя с заготовкой играют процессы локального деформирования структуры, приводящие к самоорганизации процесса резания и изменяющие механизм изнашивания инструмента в направлении постепенного истирания передней и задней поверхностей за счет послойного смещения кромочных микрообъемов модифицированного материала. В результате происходят образование поверхностных (плоских) дефектов и постепенный рост нормальной нагрузки. Если он приходится на переднюю поверхность инструмента, то в системе резания формируется положительная обратная связь, усиливающая неравномерность распределения нагрузки не только в модифицированном слое, но и в подслое, и дефекты переходят в объем, достигая матрицы; если же рост происходит на задней поверхности, то формируется выравнивающая его отрицательная обратная связь и дефекты остаются на поверхности, замедляя скорость изменения состояния рабочей части инструмента.

7. Для режущего инструмента, подвергающегося плазменной модификации, целесообразно ужесточать до 2 раз основные размерные параметры и требования к качеству рабочих поверхностей, включая дополнительные тре-

бования к качеству защитного покрытия. Кроме этого необходим контроль, как при изготовлении или поступлении инструмента на производство и после переточки (входной контроль основных конструктивных и геометрических параметров), так и в процессе эксплуатации (контроль статистических параметров, характеризующих стойкость). Практически это позволяет по результатам модификации прогнозировать повышение износостойкости инструмента в 1,5-3 раза.

8. Выполнение модифицированным слоем диссипативных функций невозможно без активного участия матрицы как основы, способной поддержать процесс локального деформирования композитной структуры модифицированного слоя образованием подслоя из своих сращенных при модификации зерен. В противном случае неизбежен процесс образования макродефектов вплоть до выкрашиваний и сколов вследствие смещения зерен в микропустотах матрицы. Формирование подслоя должно идти в направлении изменения формы зерен граничного слоя матрицы, чтобы их оплавленный поверхностный слой растекался и заполнял микропустоты, выполняя после охлаждения роль связки для неоплавленных зерен.

9. Формирование с помощью композитной структуры диссипативной среды на границе системы «инструмент - заготовка» трансформирует традиционные представления о закономерностях протекания процесса резания вследствие существенного изменения его энергетической картины, приводящего к перераспределению сил трения между передней и задней поверхностями инструмента и изменяющего механизм изнашивания инструмента. В результате среднее повышение времени стойкости у инструмента из быстрорежущей стали составляет 3,13 раза, у инструмента из твердого сплава - 2,35 раза; максимальное повышение времени стойкости у инструмента обоих видов достигает 5,0 раз.

10. Использование основных положений разработанных научных основ при создании оборудования и технологии низкотемпературной плазменной модификации рабочей части металлорежущего инструмента и положительные результаты их опытно-промышленной эксплуатации позволили:

- сформировать принципы конструирования технологического оборудования, в том числе автоматизированного, которые без потери общности распространяются на оборудование как для одно-, так и для многопозиционной обработки;

- определить основные направления дальнейших работ в области технологии с целью перехода от традиционного способа задания режимных параметров процесса модификации для диапазонов значений какого-либо геометрического параметра инструмента к их заданию для любого значения этого параметра, причем заданными становятся не только входные (подводимая СВЧ-мощность, потенциал смещения, положение в камере обработки), но и выходные (ток смещения, время достижения заданной температуры обработки) параметры, по которым можно осуществлять оперативный контроль хода процесса модификации.

Основное содержание работы изложено в следующих 65 публикациях:

Монографии

1. Зинина Е.П. Упрочнение режущего инструмента воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина. - Саратов: СГТУ, 2009. - 176 с.

2. Зинина Е.П. Прогрессивные направления повышения эффективности использования металлорежущего инструмента / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, O.A. Захаров и др. - Старый Оскол: Изд-во ООО «Тонкие наукоемкие технологии», 2013. - 256 с.

3. Зинина Е.П. Интегральное оценивание качества процесса плазменной модификации рабочей части металлорежущего инструмента / Б.М. Бржозовский, С.Б. Вениг, В.В. Галушка и др. - Саратов: Издательский дом «Райт-Экспо», 2014. - 160 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

4. Зинина Е.П. Упрочнение режущего инструмента в плазме комбинированного разряда пониженного давления / Е.П. Зинина, В.В. Мартынов И СТИН. - 2007. - № 6. - С. 18-20.

5. Зинина Е.П. Технология и оборудование получения режущего инструмента с наноструктурированной поверхностью режущей кромки / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2009. - №3(41). Вып. 2. - С. 53-55.

6. Зинина Е.П. Влияние шероховатости модифицированной поверхности режущего инструмента на его износостойкость / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2009. - № 4(42). Вып. 1.-С. 39-47.

7. Зинина Е.П. Повышение эксплуатационной надежности режущего инструмента на основе наноструктурирования его рабочих поверхностей и оптимизации процесса резания / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, М.Б. Бровкова, Е.П. Зинина // Вестник РГАТА им. П.А. Соловьева. - 2010. - № 3(18). - С. 121-128.

8. Зинина Е.П. Исследование характеристик режущего инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2010. - №4(16). -С. 151-158.

9. Зинина Е.П. Математическое обеспечение процесса формирования наноструктурированной режущей части инструмента в низкотемпературной плазме комбинированного разряда / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - №1(53). Вып. 2. - С. 7-14.

10. Зинина Е.П. Исходные предпосылки для экспериментального исследования процесса плазменной модификации рабочей части режущего инструмента / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, В.О. Стариннова // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - №3(58). Вып. 2. - С. 20-24.

11. Зинина Е.П. Повышение эффективности механической обработки деталей на основе применения инструмента с модифицированными рабочими поверхностями и оптимизации процесса резания / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, М.Б. Бровкова, Е.П. Зинина // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2012.- № 1. - С. 3-10.

12. Зинина Е.П. Повышение прочности режущего инструмента на основе модификации его рабочих поверхностей в низкотемпературной плазме / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, В.О. Самодельных // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2012. -№ 5. - С. 79-84.

13. Зинина Е.П. Обоснование математического обеспечения и разработка алгоритма оценки результатов плазменной модификации рабочих поверхностей металлорежущего инструмента / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, В.О. Стариннова // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2013. - № 5. - С. 41-48.

14. Зинина Е.П. Анализ результатов эксплуатации металлорежущего инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, В.О. Стариннова // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2013. - № 8. - С. 35-39.

15. Зинина Е.П. Анализ структуры и состояния поверхностного слоя металлорежущего инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Упрочняющие технологии и покрытия. -2013. -№ 10.-С. 42-47.

16. Зинина Е.П. Сравнительный анализ характеристик твердости инструментальных материалов / Б.М. Бржозовский, Е.П. Зинина, В.В. Мартынов, Е.С. Плешакова // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2014. - №3. - С. 3-7.

17. Зинина Е.П. Автоматизированное оценивание состояния модифицированного режущего инструмента по параметрам дефектов рабочей части / Б.М. Бржозовский, Е.П. Зинина, В.В. Мартынов, Е.С. Плешакова // Автоматизация и современные технологии. - 2014. - №4. - С. 12-17.

18. Зинина Е.П. Надежность режущего инструмента с модифицированной рабочей частью / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, Е.С. Плешакова // СТИН. -2014.-№ 5.-С. 8-11.

19. Зинина Е.П. Определение параметров дефектов инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы / Б.М. Бржозовский, Е.П. Зинина, В.В. Мартынов, Е.С. Плешакова // Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении. Вып. 11: меж-вуз. сб. науч. ст. - Волгоград: ВолгГТУ, 2014. - №8. - С. 13-16.

20. Зинина Е.П. Основные предпосылки формирования диссипативных структур при модификации режущего инструмента в низкотемпературной плазме / Е.П. Зинина II Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении. Вып. 11: межвуз. сб. науч. ст. - Волгоград: ВолгГТУ, 2014. - №8. - С. 23-25.

Публикации в изданиях, индексируемых в базе данных SCOPUS

21. Zinina E.P. Cutter Hardening in Reduced-Pressure Combined-Discharge Plasma / E.P. Zinina, V.V. Martynov // Russian Engineering Research. - 2007. - Vol. 27. - № 9. - P. 644-646.

22. Zinina E.P. Tool Strengthening by Surface Modification in Low-Temperature Plasma / B.M. Brzhozovskii, V.V. Martynov, E.P. Zinina, V.O. Samodel'nykh //Journal of Machinery Manufacture and Reliability. -2012.-Vol. 41,-№ 5. - P. 413-416.

23. Зинина Е.П. Воздействие низкотемпературной плазмы на поверхности сложного профиля (физические и математические аспекты) / Б.М. Бржозовский, Е.П. Зинина, В.В. Мартынов II Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2014): материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, 2014. - С.244-250.

Публикации в зарубежных изданиях

24. Зинина Е.П. Повышение эффективности высокоскоростной механической обработки на основе применения модифицированного инструмента и оптимизации процесса резания / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, М.Б. Бровкова, Е.П. Зинина // Perspektywiczne opracowania sq паиЦ i technikami: materialy VII miçdzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji. Vol. 55. Techniczne nauki. - Przemysl: Nauka i studia, 2011. - S. 6-8.

25. Зинина Е.П. Пошаговое измерение микротвердости, как способ выявления технологической наследственности поверхностных слоев материалов и изделий / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, В.О. Самодельных // Efektivnl nâstroje modemtch vëd -2012: materiély VIII mezinàrodni vèdecko-praktickà konference. Dil 32. Technické vëdy. Têlovychova a sport. - Praha: Publishing House «Education and Science» s.r.o., 2012. - S. 39-43.

26. Зинина Е.П. Анализ прочностных характеристик режущего инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, В.О. Стариннова //. Современные проблемы и пути их решения в науке,

производстве и образовании'2012: сб. науч. тр. SWorld: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Вып. 4. - Т. 5. - Одесса: Издательство Куприенко C.B., 2012. - С. 13-17.

27. Зинина Е.П. Прогрессивные направления повышения эффективности использования металлорежущего инструмента / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, О.В. Захаров, Е.П. Зинина // Новини на научния прогрес - 2012: материали за 8-а международна научна практична конференция. Том 10. Технологии. Физика. Физическа култура и спорт. - София: «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2012. - С. 46-50.

28. Зинина Е.П. Экспериментальное обоснование оптимизации процесса резания инструментом с модифицированной рабочей частью / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Nauka: teoría i praktyka - 2012: materialy VIII miçdzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji. Vol. 12. Techniczne nauki: Przemyál: Nauka i studia, 2012. -S. 64-68.

29. Зинина Е.П. Регрессионный анализ результатов процесса плазменной модификации металлорежущего инструмента / В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, В.О. Старинно-ва // Vëda a vznik - 2012/2013: materiály IX mezinárodní vëdecko-praktickà konference. Dil 35. Technické vêdy. - Praha: Publishing House «Education and Science» s.r.o., 2012 -S. 80-82.

30. Zinina E.P. Analysis strength properties of the cutting tool modified by affecting of low-temperature plasma / B.M. Brzhozovsky, V.V. Martynov, E.P. Zinina, V.O. Starinnova // Modem scientific research and their practical application: Research Bulletin SWorld. - 2013. -Vol. J11307.-P. 59-64.

Публикации в других изданиях

31. Зинина Е.П. Разработка плазмохимического оборудования с использованием СВЧ-разряда / А.И. Господчиков В.М. Плющенко, Е.П. Зинина и др. // Получение, исследование и применение плазмы в СВЧ полях: сб. тез. докл. Ш сессии науч.-техн. совещания. - Иркутск, 1989. - С. 56-58.

32. Зинина Е.П. Повышение износостойкости режущего инструмента при обработке в азсгтосодержащей плазме СВЧ-разряда / H.A. Самаркина, A.B. Кошелев, Е.П. Зинина и др. // Восстановление и повышение износостойкости деталей машин: межвуз. науч. сб. -Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1990. - С. 45-48.

33. Зинина Е.П. Обработка режущего инструмента в неокислительной плазме СВЧ-разряда и ионно-лучевым методом для повышения его износостойкости / Б.М. Бржозовский, Е.П. Зинина // Исследования станков и инструментов для обработки сложных и точных поверхностей: межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 1997.-С. 102-107.

34. Зинина Е.П. Упрочнение режущего инструмента в микроволновой плазме / Е.П. Зинина//Электронная промышленность. Наука. Технология. Изделия. - 1999. - №4. - С. 27.

35. Зинина Е.П. Создание приповерхностных барьерных зон как путь повышения работоспособности режущего инструмента / Е.П. Зинина // Исследование станков и инструментов для обработки сложных и точных поверхностей: межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2000. - С. 119-120.

36. Зинина Е.П. Эффективность использования СВЧ-энергии малых мощностей для упрочняющих технологий / Е.П. Зинина // Перспективы развития электроники и вакуумной техники на период 2001-2006 гг.: материалы науч.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, 2001. - С. 193-198.

37. Зинина Е.П. Упрочнение режущего инструмента в плазме комбинированного разряда пониженного давления / Е.П. Зинина // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2004): материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Саратов: СГТУ, 2004.-С.481-489.

38. Зинина Е.П. Повышение износостойкости сложнопрофильного режущего инструмента в плазме комбинированного разряда / В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Современные тенденции развития транспортного машиностроения: сб. статей X Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: ПГУ, 2005. - С. 84-86.

39. Зинина Е.П. Упрочнение режущего инструмента в плазме комбинированного разряда пониженного давления / В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Современные проблемы

машиноведения и высоких технологий: тр. Междунар. науч.-техн. конф.: в 3 т. - Ростов н/Д: ДГТУ, 2005. - Т. 1.-С. 145-150.

40. Зинина Е.П. Упрочнение режущего инструмента воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда / Б.М. Бржозовский, Е.П. Зинина, В.В. Мартынов // Проблемы качества машин и их конкурентоспособности: материалы 6-й Междунар. науч.-техн. конф. / под общ. ред. А.Г. Суслова. - Брянск: БГТУ, 2008. - С. 7-8.

41. Зинина Е.П. Технология упрочнения деталей машин на основе нанострукту-рирования их рабочих поверхностей воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Материалы 65-й Междунар. науч.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров «Приоритеты развития оуечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» Междунар. науч. симпозиума «Автотракторостроение - 2009». Кн. 8. -М.: МГТУ «МАМИ», 2009. - С. 1-3.

42. Зинина Е.П. Технология и оборудование получения металлообрабатывающего инструмента с наноструктурированной поверхностью режущей кромки / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Четвертый Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 3 ч. - 4.2: Машиностроение, энергетика, строительство, биотехнологии, сельское хозяйство, IT-технологии, образование. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2009. - С. 4-5.

43. Зинина Е.П. Влияние шероховатости модифицированной поверхности режущих кромок на износостойкость инструмента / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Оптимизация процессов резания, разработка и эксплуатация мехатронных станочных систем: межвуз. науч. сб. - Уфа: УГАТУ, 2009. - С. 121-124.

44. Зинина Е.П. Упрочнение режущего инструмента в плазме комбинированного разряда: особенности технологии и свойств обработанной поверхности / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: сб. тр. девятой Междунар. науч.-практ. конф.: в 4 т. Т. 3. Высокие технологии, исследование, применение / под ред. А.П. Кудинова. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - С. 223-231.

45. Зинина Е.П. Металлообрабатывающий инструмент нового поколения с наноструктурированной режущей кромкой / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Пятый Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч. - Саратов: СГТУ, 2010.-Ч.1.-С. 145-147.

46. Зинина Е.П. Повышение прочности режущего инструмента на основе модификации его рабочих поверхностей в низкотемпературной плазме / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. - Курган: КГУ, 2010.-С. 169-172.

47. Зинина Е.П. Повышение эксплуатационной надежности режущего инструмента на основе наноструктурирования его рабочих поверхностей воздействием низкотемпературной плазмы / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Нанотехно-логии в производстве авиационных газотурбинных двигателей летательных аппаратов и энергетических установок: сб.тр. Всерос. конф. с элементами научной школы для молодежи. - Рыбинск: РГАТА, 2010. - С. 39-41.

48. Зинина Е.П. Повышение эффективности использования твердосплавных пластин из сплава Т15К6, модифицированных в низкотемпературной плазме комбинированного разряда / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Проблемы и перспективы обработки материалов и заготовительных производств: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Междунар. симпозиума «Образование, наука и производство: проблемы, достижения и перспективы»: в 5 т. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУ ВПО КнаГТУ, 2010. - Т. 2. - С. 108-114.

49. Зинина Е.П. Перспективы повышения износостойкости рабочих частей металлорежущего, прессового и деревообрабатывающего инструмента из углеродистых и ле-

тированных сталей / Е.П. Зинина, В.В. Мартынов, В.О. Самодельных, М.А. Царенко // Исследование сложных технологических систем: межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2011.-С. 24-32.

50. Зинина Е.П. Технология модификации поверхностных слоев деталей машин воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда / Б.М. Бржоэов-ский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-20П): сб. тр. 3-й Меж-дунар. науч.-техн. конф. - Брянск: Изд-во БГТУ, 2011. - С.177-178.

51. Зинина Е.П. «Рубашка» для сверла / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Инновации + Паблисити. - 2011. - №4. - С. 27-29.

52. Зинина Е.П. Технология и оборудование получения металлообрабатывающего инструмента с наноструктурированной поверхностью режущей кромки / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Седьмой Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2012. - С. 75-76.

53. Зинина Е.П. Исследование эксплуатационных свойств инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина и др. // Наукоемкие технологии в машиностроении и авиадвигателестроении (ТМ-2012): материалы IV Междунар. науч.-техн. конф. - Рыбинск: РГАТУ имени П.А. Соловьева, 2012. - С. 322-325.

54. Зинина Е.П. Опыт производственной эксплуатации модифицированного на-ноструктурированного режущего инструмента / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Восьмой Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций. -Саратов: СГТУ, 2013. - С. 271-272.

55. Зинина Е.П. Эксплуатационные испытания инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина и др. II Машиностроение - основа технологического развития России (ТМ-2013): сб. науч. ст. V Междунар. науч.-техн. конф. - Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2013. - С. 216-219.

56. Зинина Е.П. Автоматизированное оценивание качества процесса эксплуатации модифицированного инструмента по параметрам дефектов рабочей части / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, Е.С. Плешакова II Инновационные машиностроительные технологии, оборудование, материалы - 2013: тр. Междунар. науч.-техн. конф.: в 2 ч. 4.2. - Казань: Фолиант, 2013. - С. 28-31.

57. Зинина Е.П. Экспериментальное исследование процесса нагрева режущего инструмента в низкотемпературной плазме комбинированного разряда / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина II Проблемы критических ситуаций в точной механике и управлении: сб. тр. Всерос. науч. конф. с междунар. участием. - Саратов: ООО Издательский центр «Наука», 2013. - С. 29-33.

58. Зинина Е.П. Обоснование способа оценивания состояния рабочей части модифицированного режущего инструмента / Б.М. Бржозовский, Е.П. Зинина, В.В. Мартынов, Е.С. Плешакова // Наука и образование в XXI веке: сб. науч. тр. по мат. Междунар. науч.-практ. конф.: в 34 ч. / Мин. обр. и науки РФ. Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2013. - 4.27. - С. 31-33.

59. Зинина Е.П. Экспериментальное исследование процесса механической обработки материалов инструментом с модифицированной рабочей частью / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина и др. // Наукоемкие комбинированные и виброволновые технологии обработки материалов: сб. тр. междунар. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2013. - С. 414-420.

60. Зинина Е.П. Классификация дефектов режущего инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы / Е.П. Зинина, В.В. Мартынов, Е.С. Плешакова // Технологическое обеспечение машиностроительных производств: сб. докл. I Междунар. заочн. науч.-техн. конф. - Челябинск: ЮУрГУ (НИУ), 2013. - С. 292-297.

К-1 2383

61. Зинина Е.П. Основные аспекты наноструктурирования режущего инструмента различного назначения воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда пониженного давления / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, Е.С. Плешакова // Инновации. Технологии. Производство: сб. тез. Междунар. технолог, форума. -Рыбинск: РГАТУ имени П.А. Соловьева, 2014. - С. 41-42.

Патенты

62. Патент №2251824 Россия. Сверхвысокочастотный плазмотрон / В.Д. Куэо-вой, Н.Ф. Кислицына, Е.П. Зинина, H.A. Семина // Б.И. - 2005. - №13.

63. Патент №2277763 Россия. Способ и устройство получения стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления / A.A. Сергеев, Е.П. Зинина, Н.Ф. Кислицына И Б.И. - 2006. - №16.

64. Патент №2439533 РФ. Способ измерения прозрачных материалов / А.Б. Жи-малов, В.Ф. Солинов, Е.П. Зинина, Т.В. Каплина, Н.В. Темнякова // Б.И. - 2010. - №13.

65. Патент №2428521 РФ. Способ обработки режущего инструмента в стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления / Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина // Б.И. - 2011. - №25.

ЗИНИНА Елена Петровна

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ РАБОЧЕЙ ЧАСТИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Автореферат

Корректор Л.А. Скворцова

Подписано в печать 22.09.14 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл.-печ. л. 2,0 Уч.-изд. л. 2,0

Тираж 100 экз. Заказ 140 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел. 24-95-70, 99-87-39. E-mail: izdat@sstu.ru

2014157290