автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение надежности сложнопрофильного твердосплавного инструмента на основе разработки методики оценки его качественных характеристик и нанесения износостойких покрытий

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО НАУКЕ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ.

ЬЮСКОВСКИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "СТАНККН".

На правах рукописи

шшн длшя мдашквич

УДК 621. 9.02; 669. 018. 25

ПОВШШШВ 1ЩШОСТН СЖШШРОШШШГО ТВЕРДОСПЛАВНОГО

южтрэтштд на оажвз разработки штодккн оценки его КАЧЕСТВаШЫХ ХАРАКТЕРИСТИК и нанесения ютхскшх.

тютам. ,■/;

Специальность 06.03.01. - Процессы механической и физико-технической обработки, стаяки и инструмент

Автореферат

1 -

диссертации .на соискание ученой степени > кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре "Резание материалов" Московского Государственного Технологического > Университета "СТАНКИН".

Научный руководитель: - лауреат Государственной премии СССР,

доктор технических наук, профессор А. С. Береиэка.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Е А. Гречишников;

- кандидат технических наук, с. н. с. Л, П. Меркулов.

Ведущее предприятие: - Московский инструментальный вавод

"МИЗ".

Защита состоится Я^Р-е-с^и? 1993 года в

часов на заседаний специализированного Совета К 063.42.05 в ; МГТУ "СТАНКИН" по адресу: 101472 г. Москва, К-56, Вадковский пер. , д. За

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "СТАНКИН".

Автореферат разослан " 1993г.

/у^

.Ученый' секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, доцент 1а П. Поляков

п.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЕ

Дюуаяаяос». IIa современной этапе развития в ряде отраслей (¡©талдообрабатывахвдй промышленности широкое применение находит сложнопрофилькый твердосплавной редушй инструмент (фасонные резцы, резцы для нарезания резьбы, фрезы и т.д.). При эксплуатации мкогодэавийного инструмента характерным является неравномерность изнашивания его рабочих поверхностей, которая является следствием отличия условий их нагруяения, характера контактного взаимодействия с обрабатываемым материалом и кеодкознатзс! условиями пластического деформирования. Отмеченные особенности процесса резания слоянопрофильным многолезвийным инструментом являются причиной того, что он не всегда отвечает по эксплуатационным показателя»! высоким требованиям современного автоматизированного производства

Эффективность сяозшопрофшного твердосплавного резушрго инструмента wssт быть повышена нанесением на его рабочие поверхности покрытий на парогазовой фазы {методы ГТ, Ш я ОС). Однако» при этом происходит охрупчивание приповерхностных сдоев твердосплавной основы я скжшнне прочности композиции "твердый сплав - покрытие" на 20-40Х, что является основной причиной хрупкого разрування реяупо« крошк инструмента и по-вызэния вероятности его отказов при рееаикя. ЛЬзтоыу наиболее эффективным мэтодоы нанесения износостойких покрытий на рабочие поверхности ыелкоразиерного слоякопрофильного твердосплавного режущего инструмента является метод конденсации из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ), при гспольвовании которого практически не отыечается снижения |рочности твердого сплава

Таким образок, изучение паконошриостей связи «еяду ¡оставоа и параметрами износостойких покрытия, напряженным ¡остояниеи и характером разрушения контактных плопздок с на-¡еяностьа слогнопрофгшного твердосплавного реяусего инстру-энта является актуальной научной пробленой. Решение указанной (роблеш возшгно только на основе оценки качественных харак-■еристик слоаюпрофильного тЕэрдосплавного инструмента с пок-1ыткэи.

- а -

Работа является продолжением исследований, выполненных на кафедре "Резание материалов" псковского Государственного Технологического Университета "СТАНКИН" по тема "Исследование режущих свойств инструмента с износостойким покрытием".

Цеяь работ Повышение надежности сложнопрофильного твердосплавного режувдзго Инструмента на основе разработки методики оценки его качественных характеристик н нанесеняи износостойких покрытий.

Ойцая иетодиса мссдедсшаша. В работе использованы основные положения теории резанкя материалов н стандартные методики математической статистики и теории вероятности. Исследование очагов изнашивания инструмента, определение состава и свойств композиции "инструментальный материал - износостойкое покрытие" производили на основе методов оптической и электронной микроскопии, рентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализов. Отдельные экспериментальные исследования проводили на автоматизированном стенда научных исследований для разработки систем диагностики процесса резания и инструмента (АСНИ ОР). Теоретические положения работы подтверждены данными лабораторных и производственных испытаний твердосплавных резьбонарезных пластин с разработанными составами композиционно-многослойных покрытий.

Наущая нанизма работы состоит в:

- физических закономерностях связи между составом и параметрами композиционно-многослойных покрытий, напряженным состоянием и характером разрушения контактных площадок с надежностью сложнопрофильного твердосплавного режущего инструмента ; • .

- конструкции, составе и методике формирования износостойких покрытий на сложнопрофильном твердосплавном режущем инструменте.

Практическая ценность работы состоит: ,

- в новых составах и конструкциях износостойких покрытий для режущего инструмента из твердого сплава (А.с. N 1777390 МКй С23С 14/32 и''положительное решение по заявке на А. с. N 4845049/21 МКМ С23С 14/00);

- в методике оценки основных качественных характеристик сложнопрофильного твердосплавного режущего инструмента с покрытием;

- в технологических рекомендациях по нанесению износостойких покрытий на твердосплавное резьбонарезные пластины.

¿•робаззга рлйсги. Основные положения диссертационной работы доложэкы на заседаниях кафедры "Резание материалов" МГТУ "СТАНКИН", краевой научно-технической конференции "Повышение эффективности использования автоматизированных комплексов на предприятиях Дальнего Востока" (г. Комсомольск-на-Амуре, 1089г.), Уральской зональной научно-технической конференции "Физическая оптимизация, управление и контроль процессов обработки резанием" (г.Уфа, 1991г.) и межотраслевом семинаре "Ш-вврхностный слой» точность и эксплуатационные свойства деталей шин" (г.Иэсква, ЦЦНТП, 1991г.).

0уйл@гц<2& По материалам диссертационной работы опубликовано б печатных работ, получено 2 авторских свидетельства на изобретение.

Ойьеы работ Диссертация состоят из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, зклзочащзго 72 наименования и при-ложаний. Работа иаяойэна та /т? страницах шштсписного текста, содеретг рисунков. А?.. таблиц.

Й2шшгю сскрэдкшз. Ш - гакососхоЯхое покрытие; Ш -гшструшнтаяьньй катериал; РИ - резущй инструмент; ТРП -?зэрдоеплавкая резьбонарезная пластина.

СОДЕРЙ/ШИЕ РАБОТЫ.

Но ваа^энкя содержится обоснование актуальности работы и краткое изложение основных научных полоданий, составляющих предмет защиты. '

В главе 1 приведен анализ методов осаждения износостойких покрытий СИП) на инструмент из твердого сплава н показано, что каадьй метод метод нанесения покрытий на режущй инструмент (РО обладает своими преимуществами и недостатками, и следовательно ииеет специфическую область применения. В результате проведенного анализа литературных данных бшо установлено, что донесение покрытий методом химического осаждения из парогазовой фазы (методы ХОПЭ на инструмент из твердого сплава сопровождается сниязнием прочности композиции "твердый сплав - ИЛ" иа 20-40Х. Указанное является основной причиной отказа инструмента при резании в результате хрупкого разрушения его [д-жуу.-Я

части. Вшсте о тем, на основе анализа работ Верещака А. С., Табакова Е П., Кабалдина О. Г., Этинганта А. А., Тушнова а И. показано, что при использовании методов физического осаждения покрытий (ФОП) н, в частности метода ККБ, не наблюдается снимание прочности твердого сплава ( 6*w ), а также его трещн-ностойкости ( ). Пээтому метод КИБ был выбран как наиболее предпочтительный для наяесеиия покрытий на сложнопрофашшй твердосплавной PJL Однако» как следует из литературных данных, при осаждении КП на сложнопрофильный инструмент методом КИБ существует целый ряд особенностей, которые необходимо изучать и учитывать.

Исхода на аиалкза работ, поевяаонних исследованию твердое плавного РН с 1 установлено, что его работоспособность определяемся дедш кошлекеои свойств как инструментального материала (ИМ), так и износостойкого покрытия. Поэтому возникла серьезная проблема контроля качества композиционных материалов, представляющих собой сложную композицию ИМ - ИИ В настояние время уха имеется несколько методик, позволяющих с определенной степенью достоверности оценивать качество РИ с ИИ Некоторые иг этих методик яаигн практическое применение в про-мышвшост Однако, все сувасгвущ»ё методики оценки свойств инструмента о покрытием не учитывают реальных условий эксплуатации инструмента и в большинстве своем создавались для некоторого "усредненного" инструмента.

На основе критического анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследований настоящей работы.

Указанная цель исследований может быть достигнута при решении следующих основных задач:

1. Иаучить особенности процесса изнашивания и разрушения твердосплавных резьбонарезных пластин.

2. Разработать рекомендации по повышению надежности резьбонарезного инструмента.

3. Разработать составы, конструкцию и методику формирования износостойких покрытий для сложнопрофильного твердосплавного редушго инструмента.

4. Разработать математическую модель процесса резания твердосплавным инструменте; с износостойким покрытием разработанного состава

5. Разработать методику оценки качественных характеристик

твердосплавного резьбонарезного инструмента с покрытием. S гяаээ 2 изложены общиэ методики исследований. Приведены сведения по испольвогеняому оборудованию, инструментальному и обрабатываемому материалам. В качестве инструментальных материалов использовали твердые сплавы УС 146, Ы2 221 (ТУ 48-19-308- -80) И Г5К10. ТТ10Я8-В (ГОСТ 3882-74). а в качестве обрабатываемых - конструкционные легированные стали 46 и 40X. В качество рсжуаего инструмента использовали резьбовые ( <¡4 -Ю*, у -0е) и проходные резцы ( V - % -45*, у—"А с механическим креплением твердосплавных пластин (ГССТ 26311-85).

Нанесение износостойких покрытий на режущий инструмент осуаэвствляди на установке ННЗ-6.5-И1. В качестве материала го-годов использовали титановые сплавы ВТ-1-00 ГОСТ 18887-74 н хроиовый сплав ВОЕ ТУ-1-809-1Б-83. Крош того, для нанесения покрытий композиционно-многослойного типа использовали составные катоды с содержанием хрома: 3,15,30 и 50Х по плос^дн в титановом катоде.

Перед нанесением покрытия твердосплавные пластины подвергали виброабразивной обработке на установке "Внбрннд-^ООа" с последуюещш обезжиреванием.

Контроль микроструктуры твердых сплавов выполняли по двум эбразцам из одной партии о максимальным и шштшькым значенном коэрцитивной силы йз в соответствии с ГОСТ 9391-60. Для определения коэрцетивной салы твердосплавных образцов использовали прибор "Кобальт-1" с цифровым отсчетом.

Контроль состава износостойкого покрытия на твердосплавных образцах производили с помощь» микроанализатора "Link Systems-10000" на микроскопе SEM BS-340 (Чехословакия) и Эже-спектрометра "JAiP-105" (JE0L„ Япония). Рентгенографические исследования проводили на дифрактомэтре "Geigorflex" [RIQAKU, Япония).

Ыикротвердость образцов кз твердого сплава с покрытием эпределяли на ультрамикротвердсглере "POLIVAR - &£Т" фирмы 'Reicher" (Австрия) при нагрузках 5-20 Е

В лчиеэ 3 изложены результаты исследования процесса изнашивания и разрушения твердосплавных резьбонарезных пластин (ТРП).

Анализ условий работы ТРП в производственных условиях тозволил установить, что причинами отказа инструмента являются: - износ инструмента по задней поверхности чорнового и

чистового зубьев в пределах 0.3 ш и 0.2 т соответственно;

- шкровыкрашзания н скалывания режущей кромки.

Ш результатам проведенных исследований была разработана методика проведения стойкостных испытаний ТРП в лабораторных условиях.

При проведении лабораторных стойкостных испытании резьбонарезных пластин было установлено, что наиболее интенсивное изнашивание инструмента, приводящее к его отказу, происходит по задней поверхности возле левой боковой режуизй кромки. При этоы было отмечено, что практически у всех испытаннных ТРП левая режущая кромка (выходящая) разрушется в результате микровыкрашиваний. С целью определения причин интенсивного изнашивания и разрушения левой боковой режудей кромки чернового зуба ТРП были проведены исследования по оценке степени нагружен-ности режудах кромок инструмента. Полученные результаты эксперимента обрабатывали по методике, предложенной ЕНЗоревым, что позволило определить . нормальную и касательную силы, действующие иа передней поверхности у каждой режущей кромки инструмента, средний коэффициент трения и среднее нормальное контактное напряжение, Рев/лЬхаты расчета контактных характеристик представлены в таблице 3.

Таким образом установлено, нормальные напряжения »а контактной площадке передней поверхности у левой режущей кромки в 1.5 раза выше напряжений на контактной площадке у правой кромки. Указанное является одной из причин более интенсивного изнашивания и разрушения контактных поверхностей возле левой релущей кромки инструмента

Превращение срезаемого слоя в стружку при нарезании резьбы резцом происходит в тяжелых условиях. Это связано с тем, что при радиальном врезании все режущие кромки резца участвуют в резании, срезая слои материала по всему рабочему периметру. Пересечение встречных потоков деформируемого материала, которые перемешаются по передней поверхности резца в направлениях, перпендикулярных к режувдм кромкам, увеличивают степень деформации срезаемого слоя. С точки зрения уровня деформированносги срезаемого слоя из-за стесненных условий стружкообразоБиния процесс резьбонарезания можно отнести к наиболее тяжелым случаям резания. .Наличие узлов деформаций в местах сопряжения соседних участков фасонной режущей кромки ведет к усложнению

Таблица 1. Результаты расчета контактных характеристик процесса рэаания

1 | Реяущая | кромка I 1 1<лУ 1 1 1 ■ 1 "у.1. Н ! 1 г* И 1 1 1 о . | мм 1 г 1 1 . ш Г. 1 1 | Ш1а | 1 1

| Правая 1 1 124*50' | 1 г 1 440 | 1 204 10.464 1 | 0.14 1 0.43 1 1 731 |

1 Левая 1 1 |24"30'| 1 407 | 1 185 I 10.455 1 | 0.08 1 0.41 ..........-1 1103 | 1

1 11 | Вершинная |21|? 45'| 1- . _, ____1 ______и 1 1403 | 596 1 (0.332 | 1 | 0.4 2 __________ 1 187 | .... 1

резании.

процесса струикообразотния по сравнению со свободным резанием. Это проявляется в повьтенной деформации стружи и в вынужденном направлении схода стружки.

Показано, что отклонение направления схода струкхи от перпендикуляра к оси детали на 10-15* при нарезании резьбы резцом происходит не только вследствие кинематических особенностей процесса, ко к вследствие того , что на контактной пло-адке возле левой боковой режущэй кромки возникают застойные явления£ приводящее к образованию нароста При этом было отмечено, что на контактных площадках возле других режущих кромок нароет не образуется. Образование нароста возле левой рехущэй кромки приводит к току, что скорость перенесения срезаемого левой рекув^й кройкой слоя обрабатываемого материала по передней поверхности снижается по сравнению со скоростью деформированных частиц, перамэвщадасся по передней поверхности от вершиной к правой боковой режущих кромок. Указанное является одной ш основных причин отклонения направления схода стружи от перпендикуляра к оси детали, вследствии чего на контактной площадке у левой (выходящей) рекущзй кромки инструмента возникают как сжишюдае» так и растпгквадаке напряжения, повышающие вероятность мшфовьверешвазпш « хрупкого разрушения режущэй части твердосплавного инструмента (рис. 1). Полученные результаты были использованы для разргботки принципов формирования износостойких покрытий на резьбонарезные пластины.

В работе были проведены исследования по изучению влияния фйико-ыгханнческих свойств твердого сплава и особенностей процесса осаждения покрытия на работоспособность твердосплавного резьбонарезного инструмента.

В результате проведенных металлографических исследований было установлено, что структура твердосплавных образцов одной марки твердого сплава и одной прртии отличается друг от друга, как по размерам зерен карбидных фаз, так и по степени пористости и по характеру включений $ -фазы.

С целью определения эксплуатационных свойств (подразумевается износостойкость) твердосплавных пластин с разной коэр-цетивной силой, а следовательно и структурой, были проведены стойкостные испытания. Для стойкостных испытаний были использованы' твердосплавные пластины МС 221 трехгранной формы, ГОСТ 19043-80. Все испытываемые обрчзцы были разделены на четыре

группы по величине коэрцетивной силы. Результаты испытаний представлены в таблица 2. Таким образом установлено, что такие показатели надежности Рй, как дисперсия и ксгффициент вариации стойкости у инструмента 4-ой группы (величина Но превышает допустимые техническими условиями значения) заметно отличается от аналогичных показателей инструмента остальных трех групп. Сопоставляя результаты металлографического анализа и стойкост-ных испытаний установлено, что причиной большого разброса стойкости твердосплавных пластин четвертой группы является наличие в структуре, и особенно на поверхности Рй, хрупкой % -фаза

С целью определения влияния структуры твердого сплава (по величине коэрцетивной силы) иа работоспособность твэрдосшав-ного резьбонарезного инструмента бши проведены стойкостные испытания ТРЕ Установлено, что стойкость 7РП без износостойкого покрытия имеет очень низкие значения, порядка 2-3 мин при Y-160 м/дан, Однако, прячмш отказа данного инструмента а процессе работы различны. Если у инструмента с низкой и средней величиной коэрцетивной силы отказ наступает в результате мэна-аивания и пластической деформации рэжугрго клина, то у инструмента с высоким значением коэрцетивной силы возникает вероятность отказа в результате хрупкого разрувения ¡»¡нулей кромки.

В результате проведенных стойкостных испытаний ТРП с покрытием (Ti -Сг) -(Tí -Сг)М-ТШ (КИБ) было установлено, что основной причиной отказа твердосплавного инструмента с высоким значением коэрцетивной силы является хрупкое разрушение режущих кромок и самого релуи^го клина Вследстзии этого средняя стойкость такого инструмента практически в два раза ниже средней стойкости инструмента, коэрцетивная сила которого соответствует значениям, допустимыми техническими услозиями для данной марки твердого сплава.

Таким образом, в результате проведенного эксперимента было установлено увеличение степени влияния физико-агехаиических свойств твердого сплава на стойкость и надежность изготовленного из него инструмента Это связано с особенностями процесса резьбонарезания. Как показывают полученные данные, наличке в структуре твердосплавного РИ хрупкой ^ -фазы приводит к его отказу при эксплуатации в результате хрупкого разрушения. Поэтому, нанесение ИЛ на резьбонарезной инструмент из твердого

Таблица 2. Результаты стойкостиых испытаний твердосплавных пластин с различной величиной козрцетив-!ЮЙ силы ¡с.

1— —:-------------------- I N группы 1 1----------- 1 I 2 " ....." 3 " - " —1 4 I

| Величина Не, | кА/м 9. 8-10. 5 1 I |11.2-12.2 ¡12. 9-1аб 1 1 1 14.0-14.31

| Средняя стойкость 15' 30" 1 | 12'БО" | 13' 40" 13' |

| Среднеквадраткч-| нов отклонение 2'30" | 2*30" 2'30" 5' 40" |

| Коэффициент | вариации 1 1 0.16 | 0.2 | ( 0.19 0.44 | ... 1

Рис. 2. Зависимость стойкости РИ от скорости резания. 1 - МС 221; 2 - ЫС 2215; 3 - ЫС 221 + ( Т1 -Сг) -(П -Сг) //-П N.

сплава, в структуре, и особенно на поверхности которого имеются включения хрупкой ^ -фазы, не позволяет значительно повысить его среднюю стойкость, т. к. при этом не снижается вероятность его отказа из-за хрупкого разрушения режущих кромок.

С целью изучения влияния способа осаждения покрытия на работоспособность твердосплавного инструмента, были проведены сравнительные стойкостные испытания ТРП МС 221 со следующими вариантами упрочнения: Т1С-Т1СН-ТШ (вМ) и (И-Сг)-(Т1-Сг)И-71Н (КИБ). Результаты стойкостных испытаний представлены на рис. 2. При этом установлено, что стойкость ТРП с ионно-плазменным покрытием (П-Сг)-(Г1-Сг)К-Т1Н (КИБ) в диапазоне скоростей от 105 до 240 м/мин выше стойкости аналогичного инструмента с покрытием ТЮ-ТЮИ-ПИ (6Ю. При этом у инструмента с ион-но-плазменным покрытием вероятность отказа в результате хрупкого разрушения его релуирй кромки ниже, чем у инструмента с покрытием ТЮ-ПСН-Тт (ОД.

На основании проведенных исследований разработаны требования к твердосплавному резьбонарезному инструменту с целью повышения его эффективности и надежности при эксплуатации.

В гхаве 4 изложены принципы формирования износостойких покрытий для сложнопрофильного твердосплавного РИ.

На основе анализа причин низкой эффективности сложнопро-фильного твердосплавного РИ с ИП разработана конструкция композиционно-многослойного покрытия, верхние износостойкие слои которого имеют различный фазовый состав и обеспечивают своеобразную "самонастройку". В зависимости от контактных процессов, протекающих на рабочих поверхностях сложнопрофильного инструмента, основные функции выполняет либо наружный слой 1 (рис. 3), характеризуемый низкой адгезионной активностью по отношению к обрабатываемому материалу, либо промежуточный слой 2 многослойного покрытия, который в большей степени чем слой 1 способен сопротивляться возникновению и росту трещин. Такая "самонастройка" многослойного износостойкого покрытия под условия процесса резания будет способствовать повышению работоспособности сложнопрофильного режущего инструмента с покрытием.

Для реализации разработанных конструкционных особенностей покрытия разработана методика формирования износостойких покрытий на сложнопоофильном твердосплавном РИ, предопределяюпая

TiN

( Fi - Cïï

Ti,

Cr

Tí-Cr

Co — Cr Твердый салол

ЧУ*

ш>

Рнс.2 Конструкция нзкосесгонхого поярмгки

19 iOUlOdiOUniOIOIIH

Сг,%

РксЛ Зваиышостъ склы резана от сосгаза Boapmts* ( Ti - Cj [N ( К4В I

формирование прочной адгезионной связи между покрытием и инструментальным материалом, и обеспечивающая высокие эксплуатационные показатели резьбонарезного инструмента с покрытием в целом. При разработке методики формирования ИП учитывали принцип взаимной растворимости элементов покрытия с металлами, входящим в состав твердосплавной основы и принимали во внимание основные положения феноменологической теории конфигурационной модели вещества с КМВ).

В данной работе в качестве материала износостойкого покрытия использовали тугоплавкое соединение, представляющее собой композицию (Ti-Jr)H.

В ревудьтате исследования влияние химсостава композиционного покрытия (Ti-Cr)H на характеристики процесса резания было установлено, что с увеличением содержания хрома в покрытии значения все* СССТагЛЯйцйд СНлЫ реааяия £С2р2С?апт {РИС-4) • Полученные данные свидетельствует о высокой способности покрытия TiN снижать физико-механическое взаимодействие инструментального материала с обрабатываемым. Однако, при дальнейшей резании инструментом с покрытием Tilt происходит интенсивное разрушение покрытия в результате образования и роста трещин.

Экспериментально было установлено, что наибольшую стойкость при точении конструкционной стали имеет инструмент с покрытием (XtTi-KtCr)N. Таким образом, принимая во внимание результаты проведенных исследований и учитывая ранее разработанные принципы конструирования ИП Для слоякопрсфмльного твердосплавного РИ предложено коийЗРзиционно-многослойное покрытие, состоящее из элементов IV и VI груд? Периодической системы и их тугоплавких соединений (Ti-Cr)-(Tl-Cr),4-TiN.

С целью изучения влияния режимов осадденйЯ износостойкого покрытия (Ti-Cr)N на его физико-механические свойства были проведены соответствующие исследования и установлено, что изменение величины Uon при осаждении покрытия приводит к соответствующему изменению температуры на поверхности образцов. Поэтому у каждого образца с покрытием, полученным при разных значениях Uon, такие характеристики покрытия как микротвердость, прочность сцепления покрытия с основой, структура и химсостав заметно отличаются друг от друга.

Зависимость свойств покрытия от режимов его осаждения является основной причиной, позволяющей объяснить влияние рета-

мов оеавдения ЙП на работоспособность РИ с ИП

В результате проведенных исследований установлены еависи-мости медцу стойкостью твердосплавного Рй с ИП и режимами его осаждения. На основании полученных данных разработана математическая модель процесса резания:

г- ао£^С°5и.шгтехр {опА-т -о.22г)

где I - стойкость Рй, шш; 1д - ток дуги на хромовом катоде,А; Цоя - опорное напряжение, В; С - время осаждения покрытия, шш.

В результате проведенных расчетов были установлены оптимально значения факторов: 1д-78,3 А; Ц-276 В; мин.

В гхкза 5 изложены основные положения разработанной методики оценки качественных характеристик покрытия на твердосплавном резьбонарезном инструменте.

Дш оценки свойств покрытия на твердосплавной основе использовали метод микромеханических испытаний. Образец с покрытием нагружали на приборе Роквелла и регистрировали количество импульсов воэникашзго при этом АЗ-сигнала. Ш результатам проведенных исследований показано, что число импульсов К АЭ-сигнаяа является интегральной величиной, зависящей от твердости основы и покрытия, толщины покрытия, его химсостава, а также от наличия дефектов, в покрытии.

Исходя из иш«цихся ¡методических рекомендаций и полученных ранее зависимостей, метод АЭ использовали как способ определения разноголщииности износостойкого, покрытия на рабочих поверхностях сложнопрофшьного твердосплавного РИ (рис.Б). Твердосплавная пластина 1, расположенная в приспособлении, находится в наиболее оптимальном положении относительно потока плавим при осаждении покрытия, поэтому<на ее поверхности осаждается покрытие, толщина и свойства которого являются оптимальными, Исходя из этого данную пластину с покрытием считали "эталоном", с которым сравнивали образцы 2 и 3 с покрытием. Т. к. толщина и свойства покрытия на пластинах 2 и 3 отличается от покрытия, на пластине 1, то и параметры АЭ-сигнала при аттестации каждого образца будут различными. Экспериментально было установлено, что разница д N полученных значений "Й при сравнении с эталонным образцом не должна превыпать 40Х (рис.6).

1Ь результатам проведенных исследований предложено использовать величину ¿К в качестве косвенного показателя, ха-

Рис.5. ПриппсСиилеяйС д«» крепления пластин.

Рис. 6. Зависимость стойкости ТРИ с 771 от степс-ки рагиотол-

ШИПМООТИ П

растеризующего работоспособность сложнопрофильного Рй с ПЛ.

Производственные испытания ТРП с различными вариантами ИП проводили в механообрабагывавдих цехах металлургических заводов, выпускающих обсадные трубы и муфты нефтяного сортамента (гг. Шлевской, Каменск-Уральск Свердловской области, Таганрог и Днепрепетровск). Установлено, что стойкость инструмента с разработанным износостойким покрытием (Т1 -Сг) -(и -Сг)Н-Т1Ы (КИБ) выше стойкости пластин с покрытием Т1С-ПСЫ-Т1Н (вМ), не менее чем в 1.2-1.3 раза.

По результатам проведенных проведенных лабораторных исследований и производственных испытаний разработан технологический процесс нанесения композиционно-многослойного покрытия ка ТРП, который был внедрен на Ыоскс зеком инструментальном завода н научно-производственном предприятии "Нэзатех".

осдавдш вшщ ц ршии

1. Исследованы особенности процесса изнашивания и разрушения контактны: площадок твердосплавных резьбонарезных пластин и установлены основные причры отказа инструмента при эксплуатация, что позволило разработать концепцию повышения их работоспособности путей нанесения композиционно-многослойных покрытий.

2. Установлено, что при нарезании резьбы рабочие поверхности инструмента нагружены неравномерно и нормальные напряжения на контактных площадках передней поверхности резьбонарезного инструмента у выходящей режущэй кромки превышают в 1.6 рага напряжения на контактных площадках у других кромок. Указанное является одной из причин неравномерного изнашивания контактных площадок резьбонарезной пластины при регалии.

3. Показано, что на контактной площадке у выходящей режу-В5эй кромки резьбонарезного инструмента возникают как сяимаза-щие, так н растягивающие напряжения, повышающие вероятность ыикровыкрашзания и хрупкого разрушения режущэй части твердосплавного инструмента.

4. Установлена зависимость между показателями структуры твердого сплава и надежностью инструмента, причем повышенная степень влияния физико-механических свойств на надежность твердосплавного резьбонарезного инструмента связана с особенностями процесса резьбонарезания.

- Х( -

5. На основании установленных закономерностей связи медду составом и параметрами композиционно-многослойных покрытий, напряденным состоянием и характером разрушения контактных площадок с надежностью сложнопрофильного твердосплавного режущего инструмента разработаны принципы конструирования и методика формирования износостойки покрытий на рабочих поверхностях твердосплавных резьбонарезных пластин.

6. На основе установленного влияния состава композиционного покрытия (77-Сг)Н на характеристики процесса резания при точении конструкционной стали предложено кошюзиционно-мно-гослойное покрытие, состоящее из элементов IV я VI групп Периодической системы и их тугоплавких соединений (Т1-Сг)-(Т1-Сг)Н-ПЫ.

7. Установлены закономерности связи между режимами осаждения покрытия (И-Сг)Ы, его физико-механическими свойствами и характеристиками процесса резания, на основании которых разработана математическая модель процесса резания и расчетным путем определены оптимальные режимы осаждения композиционного покрытия (Т1~Сг)И на инструмент из твердого сплава.

8. Исследовано влияние ориентированности ' резьбовых пластин в камере установки на толщину покрытия. Установлено, что оптимальное значение толщины композиционно-многослойного покрытия для резьбонарезного инструмента должно соответствовать величине порядка 6 мкм.

9. Разработана методика оценки основных качественны* характеристик покрытия на твердосплавном резьбонарезном инструменте, которая позволяет комплексно оценивать степень разно-толщинности покрытия на рабочих поверхностях инструмента, его твердость, трещиносгойкость и прочность сцепления покрытия с основой по характеру разрушения покрытия вокруг отпечатка и по числу импульсов N АЭ-сигнала, возникающего в результате внедрения индентора в образец с покрытием.

10. По результатам проведенных лабораторных исследований и производственных испытаний разработан технологический процесс нанесения композиционно-многослойного покрытия на твердосплавные резьбонарезные пластины, который внедрен на Московском инструментальном заводе и в научно-производственном предприятии "Новатех".

СКЗШЗШЗ EDJQ£S2£a диссертации опубликованы в следующих

paßiTüX:

, 1. Верецака А. С., Григорьев С. Е . Огаияи Г. В., Конкиа А. Е Разработка технологии комплексной обработки твердосплавного режущэго инструмента. Сб.: "Повышение эффективности использования ароматизированных комплексов на предприятиях Дальнего Востока". Тезисы докладов,- Комсомольск-на-Амуре, 1989, с. 67-58

2. Вере пека А. С.. Алешин С. В., Конкин А. Е Повышение работоспособности твердосплавного инструмента при точении жаропрочных сплавов путем нанесения покрытий композиционно- шю-_ Послойного типа Сб.:"Пути повышения эффективности использова- . ния оборудования о ЧПУ",- г. Оренбург, 1989, с.36-37.

. 3. Вэрещака A.C., Конкин А.Е , 4едоров С.И Твердосплавной инструмент с ионно-плазменным композиционно-многослойным покрытием. СО.: "Современна методы наплавки, упрочняюще Байтные покрытия и испольвуеше материалы". Тезисы докладов.-Харьков. 1990, с. 150-152.

4. Григорьев С. Е , Конкин А. Е Повышение работоспособности твердосплавных резьбонарезных пластин путем осакдеккз композиционных покрытий. Сб.: "Инструментальков обеспечений ' автоматизированных систем механообработки". Тезисы" докла- > • дов-Иркутск, 1990, с. 18,

5. Григорьев С. К , Нэигагн А. Е Разработка гоапозицюа-во-многослойного покрытия с целью повышения райотосиособкостц твердосплавного инструмента Сб.: "Сизическая оптимизация, управление и контроль процессов обработки резанием". Тезисы докладов. * Уфа, 1991. с. 42-43.

6. В&реадака A.c., Конкин А. Е, Стушш В.А. Оценка качества ИП на режукеы инструменте методом акустической эмиссии. Сб.: "Поверхностный слой, точность и эксплуатационные свойства деталей машин". Тезисы докладов. - Москва, 1991, с. 23.

7'. Способ нанесения износостойкого покрытия на режущий ннструч-енг: положительное реиение от 21. СЮ. 91 по заявке на A.c. N 4845049/21, ЫНИ С23С 14/00, 20.07.90, непубл. /Волин Э. iL, йзлотникоа Г. Е , Вереаака А. С., Григорьев С. Е , Конкин к Е t , 8, Способ формирования износостойкого покрытия: A.c. * N 1777390 ШШ С23С 14/32 , 27.06.91, непубл. / Григорьев С.Е , ' Верещака А. С., Волин а 11, Коккин А. Е к др.