автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение производительности прерывистого точения отливок из серых чугунов на основе разработки режущих пластин из нитридной керамики

На правах рукописи

ФЕДОРОВ СЕРГЕЙ ЮРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРЕРЫВИСТОГО ТОЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРЫХ ЧУГУНОВ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ

Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2011

1 7 МАР 2011

4840441

Работа выполнена . на кафедре «Технологическое проектирование» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет «Станкин» (ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Кузин Валерий Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Петухов Юрий Евгеньевич кандидат технических наук, гл. технолог Ляпусов Сергей Геннадьевич

Ведущая организация: ФГУП Всероссийский научно-исследовательский

институт тугоплавких соединений ВНИИТС, г. Москва

Защита состоится « 22 » марта 2011 г. в « 14.00 » часов на заседании диссертационного совета Д 212.142.01 в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» по адресу: 127994, Москва, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».

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

Автореферат разослан 21 февраля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

М.А. Волосова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Модернизация отечественных предприятий машиностроительного профиля и реализация концепции правительства РФ по развитию системы производства компонентной базы для обеспечения промышленной сборки иностранных автомобилей предполагает значительное повышение эффективности производства и обеспечение высокого качества продукции. Одним из наиболее востребованных направлений этой концепции является изготовление отливок из серых чугунов и их последующая механическая обработка на современном оборудовании в РФ.

В настоящее время для обработки серых чугунов используют инструменты из быстрорежущих сталей, твердых сплавов, керамики и сверхтвердых материалов. Особое место в ряду инструментальных материалов занимает керамика на основе нитрида кремния, имеющая благоприятный комплекс физико-механических и теплофизических свойств. Высокие значения твердости, прочности, трещиностойкости и теплостойкости нитридной керамики, а также имеющийся потенциал улучшения этих свойств позволили создать режущие пластины, многократно увеличивающие производительность операций непрерывного точения и фрезерования чугунов. Однако эти керамические режущие пластины, созданные для определенных условий эксплуатации, не способны эффективно противостоять отказам под действием другого сочетания внешних нагрузок.

Своеобразие комплекса внешних нагрузок, действующего на керамические режущие пластины при прерывистом точении, определяет их особое напряженно-деформированное состояние. В этих условиях происходит интенсивное зарождение и накопление в керамике эксплуатационных дефектов, являющихся первоисточниками трещин. Нестабильный характер силовых и тепловых нагрузок ускоряет развитие трещин, интенсифицирует процессы изнашивания и увеличивает вероятность внезапных отказов режущих пластин.

В связи с этим разработка режущих пластин из нитридной керамики, ориентированных на прерывистое точение и способных расширить гамму высокопроизводительных операций при механической обработке отливок из чугунов является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы. Повышение производительности прерывистого точения отливок из серых чугунов на основе разработки режущих пластин из нитридной керамики.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием теории резания, теории упругости, теории теплопроводности, теории прочности и разрушения. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и производственных условиях с использованием известных и усовершенствованных методик, оптической и электронно-сканирующей микроскопии. При исследовании напряженно-деформированного состояния компонентов нитридной керамики применяли автоматизированную систему термопрочностных расчетов керамических режущих пластин RKS-ST v.1.0. При обработке результатов экспериментов использовали методы математической статистики. Достоверность научных выводов обеспечена согласованием расчетных и экспериментальных данных.

Научная новизна работы состоит:

• в установленных взаимосвязях режимов прерывистого точения, свойств компонентов нитридной керамики, состава и толщины покрытия, геометрических параметров упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин с характером и интенсивностью их отказов;

• в полученных зависимостях, связавших внешние нагрузки, свойства компонентов керамики, свойства и толщину покрытия, ширкну и угол упрочняющей фаски с температурами и напряжениями в режущих пластинах;

• в созданном алгоритме целевого выбора (по критерию минимальных напряжений) компонентов нитридной керамики, состава и толщины покрытия, ширины и угла упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин для прерывистого точения отливок из чугунов;

• в построенной модели отказов разработанных режущих пластин РКС32 при прерывистом точении отливок из чугунов и обоснованном критерии их отказов.

Практическая ценность работы заключается в:

• разработанных и изготовленных режущих пластинах РКС32 для высокопроизводительного прерывистого точения отливок из серых чугунов;

• усовершенствованной методике термопрочностного расчета режущих пластин;

• оригинальной форме упрочняющей фаски на лезвии режущей пластины из нитридной керамики;

• технологических рекомендациях по назначению режимов резания резцами с разработанными режущими пластинами РКС32 в области применения К20 - КЗО.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы предложены для применения на предприятиях машиностроительного профиля и используются в учебном процессе МГТУ «Станкин» при подготовке специалистов по направлению «Машиностроительные технологии и оборудование».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских, международных и республиканских научно-технических конференциях: «Машиностроение -традиции и инновации - МТИ-2010» (Москва, 2010), «Инновации в машиностроении» (Бийск, 2010), «Конструкторско-технологическая информатика - КТИ-05» (Москва, 2005); «Производство, технология, экология -ПРОТЭК-04» (Москва, 2004), «Research and development in mechanical industry -RaDMI» (Serbia and Montenegro, 2003).

Инструменты с разработанными керамическими пластинами награждены бронзовой медалью на Международной выставке изобретателей (Китай, 2004).

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Технологическое проектирование», «Инструментальная техника и технология формообразования» и «Технология машиностроение» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ, в том числе три статьи в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (137 наименований) и приложения. Работа изложена на 145 страницах, содержит 69 рисунков и 17 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проанализирована эффективность резцов с пластинами из нитридной керамики при обработке серых чугунов.

На основе выявленных особенностей эксплуатации резцов с пластинами из нитридной керамики при обработке серых чугунов установлено, что повысить эффективность этих инструментов возможно за счет создания новых режущих пластин для заданных условий эксплуатации. Существенный вклад в

развитие этого научного направления внесли российские ученые Аникин В.Н., Боровский Г.В., Верещака A.C., Волосова М.А., Григорьев С.Н., Гречишников В.А., Гнессин Г.Г., Гогоци Ю.Г., Жедь В,П., Кабалдин Ю.Г., Кириллова О.М., Кузин В.В., Лоладзе Т.Н., Полькин И.С., Попов В.П., Рогов В.А., Синопалъников В.А., Старков В.К., Таратынов О.В., Третьяков И.П., Фадеев B.C.

Аналитический обзор научно-технической литературы показал, что создание новых режущих пластин из нитридной керамики следует базировать на системном подходе к их проектированию, изготовлению и эксплуатации. При этом необходимо учитывать условия их эксплуатации, свойства керамики и покрытия, а также ширину и угол упрочняющей фаски. К наиболее важным направлениям совершенствования режущих пластин из нитридной керамики отнесены: разработка новых составов инструментальной керамики, оптимизации технологических параметров изготовления, нанесение покрытий и оптимизация геометрии режущих пластин. В результате изучения методологии проектирования керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации показана ее перспективность для повышения производительности прерывистого точения отливок из серых чугунов.

На основе результатов аналитического обзора сформулирована цель и определены следующие задачи исследования:

1. Исследовать характер и интенсивность отказов режущих пластин из разных керамических материалов при прерывистом точении отливок из серых чугунов с целью формирования характерного комплекса эксплуатационных нагрузок, а также выявления степени влияние дефектов, образующихся в нитридной керамике под действием эксплуатационных нагрузок, на процессы изнашивания и разрушения режущих пластин.

2. Исследовать напряженно-деформированное состояние режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении отливок из серых чугунов в целях последующего создания алгоритма целевого выбора состава керамики, состава и толщины покрытия, ширины и угла упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин.

3. Разработать и изготовить режущие пластины из нитридной керамики, обеспечивающие повышение производительности прерывистого точения отливок из серых чугунов.

4. Исследовать эксплуатационные показатели резцов с разработанными режущими пластинами при прерывистом точении отливок из серых чугунов и построить модель их отказов для последующего определения критерия их

затупления и формирования технологических рекомендаций по назначению режимов резания.

Во второй главе исследован характер и интенсивность отказов режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении отливок из серых чугунов.

Сформирована система эксплуатации керамических инструментов, ! связавшая подсистемы «Условия эксплуатации», «Свойства пластины», «Процессы в режущих пластинах» и «Отказы режущих пластин» с подсистемой «Производительность прерывистого точения отливок из серых чугунов» (рис. 1).

Рис. 1. Система эксплуатации керамических инструментов при прерывистом точении отливок из серых чугунов

В этой системе условия эксплуатации и свойства керамических режущих пластин определяют характер контактных процессов в зоне резания, силу резания и тепловые потоки. Сформировавшийся комплекс внешних нагрузок (Р и /г— силовые нагрузки, <2 - тепловые нагрузки, к - теплоотвод в окружающую среду) действует на контактные площадки режущих пластин. В результате керамические режущие пластины нагреваются (Т), деформируются (е), и в них формируются напряжения (а). Напряженно-деформированное состояние керамических пластин в совокупности с физико-химическими процессами в зоне резания определяют причины их отказов, которые непосредственно влияют на производительность процесса механической обработки.

Под условиями эксплуатации понимаются режимы резания, характерные признаки прерывистого точения отливок из серых чугунов (рис. 2) и свойства серого чугуна. Под свойствами режущей пластины понимаются структура и свойства керамики, свойства покрытия, ширина и угол упрочняющей фаски на ее

Производи-

того точения отливок из

тельность прерывис-

серых чугунов

лезвии. Свойства серых чугунов, керамики и покрытия определяются твердостью, прочностью, плотностью, модулем упругости, температурным коэффициентом линейного расширения, коэффициентами теплопроводности и теплоемкости.

Рис. 2. Характерные признаки прерывистого точения отливок из серых чугунов

Для анализа связей в этой системе использовали методику исследования термо-механической напряженности, характера и интенсивности отказов режущих пластин из нитридной керамики, адаптированную для прерывистого точения серых чугунов. Экспериментальные исследования проводили в лабораторных и производственных условиях с использованием резцов, оснащенных режущими пластинами ВОК71, РКС22 и РКС31. В лабораторных условиях обрабатывали заготовки с продольными пазами, а в производственных - отливки автомобильных деталей.

Установлено, что низкая теплопроводность керамических материалов определяет малую длину общего с и пластического с, контакта режущей пластины со стружкой, причем увеличение скорости резания приводит к их уменьшению (рис. 3, а). Также выявлено уменьшение составляющих Рх, Ру и Рг силы резания и увеличение их нестабильности с повышением скорости резания (рис. 3, б).

с, с, мм.

0,5 0,4 0.

8 = 0,5 мм/об, «= 1 мм

3

э

1 х,ул

600

400 200

N = 0,5 мк /об, 1 =: ММ

1 1? / Рг

' /

1 3 Г Рх

300 400 500 600 V, м/мин а) 300 400 500 600 V, м/мин б)

Рис. 3. Влияние скорости резания на длину контактных площадок (а) и составляющие силы резания (б) при точении заготовки с четырьмя пазами из чугуна СЧ 32 режущими пластинами ВОК71 (1), РКС22 (2) и РКС31 (3)

Степень влияния скорости резания на длину контактных площадок выше, чем на составляющие силы резания Рх, Ру и Р2. Это означает, что с увеличением скорости повышается удельная силовая нагрузка на контактные площадки режущих пластин. Особенностью процесса силового нагружения керамических режущих пластин при прерывистом точении чугуна является совместное действие распределенных и ударных нагрузок. Ударное воздействие на рабочие поверхности и лезвие режущих пластин увеличивает вероятность их отказов.

С увеличением скорости резания повышается интегральная тепловая напряженность керамических режущих пластин. Исследования, выполненные с использованием многопозиционных термоиндикаторных веществ, позволили построить температурные поля в резцах при точении заготовки с четырьмя пазами из серого чугуна СЧ32. Анализ температурных полей показал, что изотермы во всех случаях носят характер окружностей с центром, расположенным на лезвии режущей пластины. Увеличение скорости резания практически не изменяет вид изотерм в режущих пластинах, но увеличивает расстояние от каждой изотермы до их лезвия. Наибольшая интегральная температура Т зафиксирована в пластинах РКС31, а наименьшая - в пластинах из ВОК71. Однако наименьшие температурные градиенты gradГ и термические напряжения ат характерны для режущих пластин из нитридной керамики.

Полученные регрессионные зависимости связали свойств керамики, режимы точения, ширину фаски износа с температурой, температурными градиентами и термическими напряжениями в режущих пластинах при прерывистом точении заготовки из серого чугуна СЧ32 с четырьмя пазами: Т = 462, 4 + 0,6 V + 369,76 5+ 448,1 А3 + 15,8 К - 205,1 г - 4,7 0, (1)

§гааг= 328,2 +0,1 у+ 122,9 5+ 131,4 Л3 + 0,9 К - 105,7 г - 3,2 6, (2)

ат= 1061 + 0,7 V + 367,5 5+298,3 Л3-28,1 К+ 10,2*107 ак - 215 г - 2 8, (3) где V - скорость резания; 5 - подача, И2 - ширина фаски износа задней поверхности инструмента, - коэффициент теплопроводности керамики, ак -температурный коэффициент линейного расширения керамики, г и 9 - радиус-вектор и угловая координата контрольной области режущей пластины. Сравнение расчетных и экспериментальных температур в резцах позволяет утверждать об адекватности полученных зависимостей.

Установлено значительное влияние режимов точения, состава и структуры керамики, состава и толщины покрытия, а также ширины и угла упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин на их эксплуатационные показатели (рис. 4, а). В результате изучения кинетики отказов керамических режущих пластин при

прерывистом точении заготовок из серых чугунов выявлено следующее. Основной причиной выхода режущих пластин из нитридной керамики из работоспособного состояния при прерывистом точении чугунов является износ задней поверхности (рис. 4, б). Ширина фаски износа задней поверхности изменяется вдоль их лезвия, причем ее наибольшие значения зафиксированы на его периферийном участке. В основе механизма изнашивания режущих пластин в этих условиях находится процесс микроразрушения поверхностных слоев их контактных площадок с постепенным изменением рельефа. Этот процесс сопровождается химическими реакциями, изменяющими структуру керамики.

7 -1--1-

мин ^ ^ мм

60 г—V У-^УТЧ^!^ 0;4

50 --А1/* С-Л Л 0,3

0,2 0,1

Дшт а) о 10 20 30 40 50 т,мин ^

Рис. 4. Влияние условий прерывистого точения чугуна СЧ32 на среднюю стойкость (я) и кинетику изнашивания (б) режущих пластин ВОК71 (/), РКС22 (2) и РКСЗ1 (5) с V = 400 м/мин; 5=0,5 мм/об; I = 1 мм

При прерывистом точении серых чугунов на задней поверхности режущих пластин образуются два характерных участка износа и отличающиеся морфологией поверхности (рис. 5). Поверхность участка кз1 в полной мере характеризуется структурой керамического материала. Это означает, что изнашивание режущих пластин на этом участке происходит в результате микроразрушения керамики. На поверхности участка /г3? выявлены следы абразивного воздействия и аморфной фазьг, а также очаги микроразрушений.

Рис. 5. Характер изнашивания режущих пластин РКС31 при прерывистом точении отливок из серых чугунов

Изменение структуры поверхностного слоя режущих пластин из нитридной керамики связано с высокотемпературными процессами, происходящими в зоне их контакта с серым чугуном. Появление эксплуатационных дефектов на участках износа Ьъ\ и режущих пластин, выявленных на стыке крупных зерен, связано с высокими локальными напряжениями, сформировавшими под действием эксплуатационных нагрузок. Накопление эксплуатационных дефектов означает начало скрытого микроразрушения поверхностного слоя режущих пластин за счет развития трещин, приводящих к отделению зерен или их конгломератов. Интенсивность этого процесса определяется микронапряжениями в поверхностных компонентах керамики, под действием эксплуатационных нагрузок.

Анализ характера разрушения режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении серых чугунов показал, что сколы возникают за счет мгновенного развития магистральной трещины. Этот процесс имеет хрупкий характер и протекает с участием нескольких трещин. Эти трещины первоначально имеют разные траектории роста, но впоследствии сливаются в магистральную трещину. Об этом свидетельствует рельеф разрушенных поверхностей с характерным складчатым узором (рис. 6). Процесс разрушения режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении чугуна контролируют макронапряжения, а инициируют - дефекты, имеющиеся в керамике и являющиеся концентраторами напряжений.

тштЩ§т кг _

ШШШиишЯВ ■■мНннИШЩ!

V I Ш

ЩШШшШшшШ

Рис. 6. Характерный очаг разрушения режущей пластины РКС22 при прерывистом точении отливок из серых чугунов

Наибольшую опасность представляют технологические дефекты (крупные I зерна, трещины, поры и неравномерно распределенные фазы). На характер и вероятность разрушения режущих пластин особое влияние оказывают ширина и угол упрочняющей фаски на их лезвии, причем их рациональный выбор позволяет увеличить стойкость режущих пластин и уменьшить ее разбросы.

Выявленный характер отказов резцов с пластинами из нитридной керамики при прерывистом точении серых чугунов, позволил сформировать комплекс нагрузок, действующих на них в рассматриваемых условиях эксплуатации. Отличительным признаком этого комплекса эксплуатационных нагрузок является сочетание в определенном соотношении сосредоточенных и распределенных сил, действующих на лезвие керамической режущей пластины.

В третьей главе выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении серых чугунов.

При выполнении численных экспериментов использовали расчетную схему, приведенную на рис. 7, а, и автоматизированную систему термопрочностных расчетов режущих пластин RKS-ST v. 1.0. Считали, что керамика является неоднородной и ее компоненты (зерно, межзеренная фаза и матрица) выполнены из разных тугоплавких соединений. Режущую пластину нагружали сосредоточенной силой F, направленной под углом ß к оси у, распределенной силой Р и тепловым потоком Q. Для сравнения деформаций, температур и напряжений в режущих пластинах использовали контрольные области (К01, К02 и КОЗ), под которыми понимали совокупность конечных элементов в расчетной схеме. Пример результатов расчетов температур и деформаций в пластине системы Si3N4-Y203-Si3N4 приведен на рис. 7,6 и в.

F ß Р Q ИМ ОМ

Рис. 7. Расчетная схема (а), поле температур (б) и схема деформаций (е) в пластине из нитридной керамики при 0,1 Н; (3 = 45°; Р = 108 Па; О = 108 Вт/м2; Л = 105 Вт/м2трад; ОМ - СЧ32

Установлено, что внешние нагрузки, состав керамики, состав и толщина покрытия оказывают значительное влияние на напряженно-деформированное состояние режущих пластин. В качестве примера на рис. 8 приведены результаты расчетов деформаций, температур и напряжений в режущих пластин трех систем: 8ЬМ4- У203- 813М4, ТЮ-У203- 8131ч[4 и 81С-У203- ЗЫ^Ц.

Si,N,-Y20,-Si,N4

TiC-Y;03-Si3N4

SiC-Y203-Si3N4

Температурное поле в режущей пластине

Поле напряжении в режущей пластине

ббМПа

О

"Шг

289Т 434Т

Рис. 8. Расчетная схема (а), схема деформаций (б), поля температур (в) и напряжений (г) в компонентах нитридной керамики при F = 0,1 Н; р = 45°; Р = 10s Па; 0= 108 Вт/м2; h = 105 Вт/м2-град; ОМ - СЧ32

Получены зависимости, связавшие свойства (модуль упругости ¥.,, коэффициент Пуасссона температурный коэффициент линейного

расширения ак, коэффициент теплопроводности А*) компонентов керамики, свойства (модуль упругости ЕП, коэффициент Пуасссона цго температурный коэффициент линейного расширения а„, теплопроводности и толщину Л„ покрытия а также внешние нагрузки (сосредоточенная сила F, распределенная силовая нагрузка Р и тепловой поток Q) с температурой и напряжениями в режущей пластине. Например, для контрольной области К01 получены следующие регрессионные зависимости:

Тх =752,3 +0,01 Ек - 61,37 цк - 0,15 ак-4,84>ч, (4)

Т2 = 29,8 + 5,1 цп - 1,3 К, - 4,8 К + 153,4 F+ l,6-10"s Р + 3,82>10"й Q, (5)

(Т/1 = - 983,62 + 2,27 Ек - 192,16 цк + 168,15 ак - 9,106 К, (6)

0,2 = 96,8- 1,3£п-144цп + 0,Зап + 0,5Ап-8,2/гп+ 1,7'104^+ 0,7»10^Р+ 1,2«10"7 Q, (7)

Оценка полученных зависимостей показала их адекватность и высокую значимость регрессий.

Установлено, что компоненты керамики имеют крайне нестабильное напряженное состояние в условиях неустановившейся теплопроводности (рис. 9). Наиболее благоприятное напряженное состояние в начальный момент

действия теплового потока имеет компоненты керамики в системе 81С-У20з-813]Ч4 по сравнению с системой в системе ПС-У^Оз- 81зЫ4

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 т,с Рис. 9. Характер изменения температуры и напряжений в К01 режущих пластин ТЮ-УзОз- 8|'31Ч4 (Г' и су/) и 8Ю-У20з- 813М4 (Т3 и а/) в условиях неустановившейся термоупругости при 0,1 Н; р = 45°; Р = 108 Па; = ' О8 Вт/м2; Ь = 105 Вт/м2трад; ОМ - СЧ32

Исследование влияния геометрии режущих пластин на их напряженно-деформированное состояние показало, что увеличение радиуса скругления их лезвия снижает напряжения. Исследование влияние ширины и угла упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин проведено с использованием ЗБ-модели режущей пластины РКС31 с разными вариантами упрочняющей фаски (рис. 9) и исследовали ее напряженно-деформированное состояние под действием распределенной силовой нагрузки, которой последовательно нагружали лезвие, контактные площадки на передней и задней поверхности.

сг, МПа 100

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 N Рис. 9. Распределение напряжений в контрольных областях лезвии режущих пластинах РКСЗ1 со стандартной (/) и оригинальной (2) упрочняющей фаской под действием комбинированной силовой нагрузки

Сопоставление значений напряжений в контрольных областях на лезвии пластин, имеющих упрочняющую фаску 0,2 мм • 10° и упрочняющую фаску оригинальной формы показало следующее. Значения напряжений в контрольных областях режущих пластин, имеющих оригинальную упрочняющую фаску, на 15 - 20 % ниже, чем у пластин со стандартной фаской. Это обстоятельство позволило сделать вывод о целесообразности изготовления режущих пластин с такой фаской.

Четвертая глава посвящена созданию режущих пластин из нитридной керамики для прерывистого точения отливок из серых чугунов.

С использованием результатов, полученных в предыдущих главах диссертации, разработан алгоритм целевого выбора параметров режущих пластин из нитридной керамики для прерывистого точения отливок из серых чугунов. Этот алгоритм основан на термопрочностном расчете керамических режущих пластин и последующем сравнении проектов. Из сформированных проектов наиболее рациональным (по критерию минимальных напряжений) был признан вариант, в котором режущая пластина имеет состав - 813Н4-5%У20з-2%А120з-25%81С. В качестве базового элемента поверхностного слоя покрытия принят нитрид титана, а внутреннего - карбид титана. Наименьшие напряжения в режущих пластинах обеспечивала упрочняющая фаска с переменными шириной 0,15 - 0,35 мм и углом 10 - 25° вдоль их лезвия. По этому проекту разработаны рабочие чертежи режущей пластины (рис. 10).

Рис. 10. Конструкция режущей пластины из нитридной керамики с оригинальной упрочняющей фаской для прерывистого точения отливок из серых чугунов

Для изготовления опытной партии разработанных режущих пластин использовали плазмохимический порошок Зг^ (37%81, 60%1\[, 1,9%0, остальное примеси) со средним размером частиц 0,4—0,6 мкм. Смешение порошков нитрида кремния и оксида иттрия выполняли в шаровой мельнице в

среде этилового спирта. Заготовки прессовали под давлением 50 МПа, затем удаляли пластификатор при 100 °С и спекали по двухстадийной технологии горячего изостатического прессования. Особое внимание уделили процессу формирования упрочняющей фаски сложной формы на лезвии пластины. В результате исследований определены условия шлифования упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин, позволяющие минимизировать число и размеры сколов. Возможность качественного изменения состояния лезвия режущих пластин обеспечила доводка их рабочих поверхностей алмазными пастами на чугунном притире. За счет этой обработки зафиксировано уменьшение интенсивности изнашивания режущих пластин на 15 - 20 % и увеличение стабильности их эксплуатационных показателей.

Эксплуатационные показатели резцов, оснащенных изготовленными режущими пластинами, исследовали в лабораторных и производственных условиях. Установлено, что этих режущих пластин оптимальным является многослойное покрытие ТЮ-ИСМ-ИЫ толщиной /гп = 5 - 7 мкм, обеспечивающее наибольший эффект при прерывистом точении заготовок из чугуна СЧ32. Разработанным режущим пластинам был присвоен индекс РКС32 (рис. 11). Эти пластины имеют наибольшую среднюю стойкость при прерывистом точении отливок из серых чутунов, причем повышение уровня ударных нагрузок увеличивает разницу в их стойкости по сравнению со стойкостью известных пластин из нитридной керамики.

а) б) 1 2 3 Дшт

Рис. 11. Резцы, оснащенные режущими пластинами РКС32 {а), микрофотография излома режущей пластины РКС32 (б) и ее эксплуатационные показатели (б) при точении отливок с прерывистыми поверхностями из серого чугуна СЧ32 (V = 400 м/мин, 5 = 0,5 мм/об, < = 1 мм)

На основе построенной модели отказов режущих пластин РКС32 сформированы рекомендации по назначению режимов резания, а в качестве критерия отказа выбрана ширина фаски износа по задней поверхности = 0,4

мм. Разработанные рекомендации по высокопроизводительному прерывистому точению отливок из серого чугуна были использованы при проведении производственных испытаний резцов, оснащенных режущими пластинами РКС32, на машиностроительных предприятиях. Стабильность достигнутого результата, а именно двух-трехкратное повышение производительности при прерывистом точении отливок из чугунов, подтверждено актами производственных испытаний. В качестве примера на рис. 12 приведены результаты, характеризующие эффективность разработанных режущих пластин из нитридной керамики при подрезке торцов Т1 и Т2, а также растачивании отверстия 01 в отливке из серого чугуна «Корпус статора».

И 2

Коэффициент повышения

производительности операций:

СИ) (Ш>

Шк

ш

КЦ

//А

гл

и

Л:

Рис. 12. Пример повышения производительности операций прерывистого точения отливки из чугуна резцами с режущими пластинами РКС32

Повышение производительности операции прерывистого точения чугуна резцами с пластинами РКС32 достигается за счет увеличения скорости резания до 3 раз без снижения подачи и глубины резания при замене инструментов из твердых сплавов. Наибольший эффект при использовании резцов, оснащенных режущими пластинами РКС32, обеспечивается в областях применения К20 -КЗО.

Результаты производственного применения резцов с режущими пластинами РКС32 подтвердили данные лабораторных исследований и, соответственно, правильность выводов диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных работ решена научно-техническая задача для машиностроения, заключающаяся в повышении производительности прерывистого точения отливок из серых чугунов на основе разработки режущих пластин из нитридной керамики. Применение резцов с разработанными режущими пластинами повышает производительность прерывистого точения отливок из серых чугунов в 2,5 - 3 раза по сравнению с резцами, оснащенными режущими пластинами из твердого сплава.

2. Установлены взаимосвязи режимов прерывистого точения отливок из серых чугунов, свойств нитридной керамики, состава и толщины покрытия, геометрических параметров упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин с характером и интенсивностью их отказов. С использованием этих взаимосвязей, обоснована возможность повышения эксплуатационных показателей режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении отливок из серых чугунов за счет уменьшения напряжений в компонентах керамики, покрытии и лезвии режущих пластин, формирующихся под действием внешних нагрузок, и являющихся первоисточником зарождения эксплуатационных дефектов.

3. С использованием выявленных взаимосвязей получены зависимости, связавшие внешние нагрузки, свойства компонентов керамики, свойства и толщину покрытия, ширину и угол упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин с их напряженно-деформированным состоянием, позволяющие минимизировать вероятность появления эксплуатационных дефектов под действием внешних нагрузок, характерных для прерывистого точения отливок из серых чугунов.

4. На основе анализа установленных взаимосвязей и полученных зависимостей создан алгоритм целевого выбора (по критерию минимальных напряжений) компонентов нитридной керамики, состава и толщины покрытия, ширины и угла упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин для прерывистого точения отливок из серых чугунов. Этот алгоритм, основанный на термопрочностном расчете керамических режущих пластин и последующем сравнении проектов, позволил определить рациональные компоненты нитридной керамики, состав и толщину покрытия, ширину и угол

упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин, предназначенных для прерывистого точения отливок из серых чугунов.

5. Усовершенствование методики термопрочностного расчета режущих пластин за счет использования контрольных областей, включающих определенную совокупность конечных элементов, и сформированного комплекса внешних нагрузок, действующего на контактные площадки режущих пластин при прерывистом точении отливок из серых чугунов, обеспечило получение более точных результатов расчетов.

6. Разработанные и изготовленные режущие пластины РКС32 для высокопроизводительного прерывистого точения отливок из чугунов характеризуются следующей совокупностью отличительных признаков: керамический материал - 68%51зЫ4-5%У:Оз-2%А 1 20з-25%51С, покрытие - Т1С-ТЧСМ-ТТМ (СУБ) толщиной Ип = 5 - 7 мкм и упрочняющая фаска с переменными шириной (0,15 - 0,35 мм) и углом (10 - 25°). Эти особенности режущих пластин обеспечили уменьшение формируемых напряжений и вероятность появления в них эксплуатационных дефектов на 15 - 20 % под действием эксплуатационных нагрузок, характерных для прерывистого точения отливок из чугунов и увеличение стойкости резцов на 30 - 50 % по сравнению с резцами, оснащенными режущими пластинами РКС22 и РКС31.

7. С использованием построенной модели отказов резцов с пластинами РКС32 в условиях прерывистого точения отливок из чугунов определен критерии отказа резцов, в качестве которого выбрана фаска износа на их задней поверхности !г3 = 0,4 мм, и разработаны технологические рекомендации по назначению режимов резания в области применения К20 -К30.

8. Результаты диссертационной работы предложены для применения на предприятиях машиностроительного профиля и используются в учебном процессе МГТУ «Станкин» при подготовке специалистов по направлению «Машиностроительные технологии и оборудование».

Основные публикации по теме диссертации

1. Инструментальное обеспечение высокоскоростной обработки резанием / В.В.Кузин, С.И.Досько, С.Ю.Федоров и др. // Вестник машиностроения. 2005. № 9. С. 46-50.

2. Особенности изнашивания и разрушения керамических режущих пластин /

B.В.Кузин, В.Н.Аникин, С.Ю.Федоров и др. // Вестник машиностроения. 2010. № 11. С. 50-56.

3. Кузин В.В. Федоров С.Ю., Федоров М.Ю. Контактные процессы при резании керамическими инструментами // Вестник МГТУ «Станкин». 2010. № 4. С. 8594.

4. Kuzin V., Fedorov S. Working capability and reliability of tools from nitride's ceramic by work of hard steel / Research and development in mechanical industry -RaDMI-2003. Сб. тр. междунар. конф. Herceg Novi (Serbia and Montenegro): 2003. C. 292-294.

5. Экологические аспекты высокоскоростной лезвийной обработки / В.В.Кузин,

C.Ю.Федоров, С.И.Досько и др. / Производство, технология, экология -ПРОТЭК-04: Сб. тр. междунар. конф. Т.1. М.: МГТУ «Станкин». 2004. С. 265268.

6. Технологические аспекты создания керамических инструментов для высокоскоростного резания / В.В.Кузин, С.И.Досько, С.Ю.Федоров и др. / Конструкторско-технологическая информатика-2005: Сб. тр. междунар. конгресса. М.: МГТУ «Станкин». 2005. С. 189-193.

7. Кузин В.В., Федоров С.Ю. Федоров М.Ю. Создание инструментов с керамическими режущими пластинами расширенной области применения // Материалы I Международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении». Бийск: Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова. 2010. С. 284-286.

8. Федоров С.Ю. Управление напряженно-деформированным состоянием керамических инструментов // «Машиностроение - традиции и инновации -МТИ-2010». Ш Науч.-образ. конференция. М.: МГТУ «Станкин». 2010 г.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Федоров Сергей Юрьевич

РАЗРАБОТКА РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРЕРЫВИСТОГО ТОЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЧУГУНОВ

Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Подписано в печать 16.02.11г. Формат 60 х 90 1 /16. Бумага 80 г. Усл. печ. л. 1.5. Тираж 100 экз. Заказ № 34

Отпечатано в Издательском Центре ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «Станхин». Москва, Вадковский пер., д.3а Тел.: 8(499)973-31-93

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗЦОВ С ПЛАСТИНАМИ

ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ СЕРЫХ

ЧУГУНОВ.

1.1. Особенности эксплуатации резцов с пластинами из нитридной керамики при обработке серых чугунов.

1.2. Методы повышения эксплуатационных показателей керамических инструментов.

1.3. Проектирование керамических инструментов для заданных условий эксплуатации.

1.4. Выводы. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА И ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ

ПРИ ПРЕРЫВИСТОМ ТОЧЕНИИ ОТЛИВОК ИЗ СЕРЫХ ЧУГУНОВ.

2.1. Формирование системы рассматриваемых взаимосвязей.

2.2. Методика исследования термомеханической напряженности, характера и интенсивности отказов режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении серых чугунов.

2.3. Исследование термомеханической напряженности режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении серого чугуна.

2.4. Исследование кинетики отказов режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении отливок из серых чугунов.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ ПРИ ПРЕРЫВИСТОМ ТОЧЕНИИ

ОТЛИВОК ИЗ СЕРЫХ ЧУГУНОВ.

3.1. Методика моделирования напряженно-деформированного состояния режущих пластин из нитридной керамики.

3.2. Исследование влияния внешних нагрузок на напряженно-деформированное состояние компонентов керамики режущих пластин.

3.3. Исследование влияния свойств и толщины покрытия на напряженно-деформированное состояние режущих пластин из нитридной керамики.

3.4. Исследование влияния параметров упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин из нитридной керамики на их напряженно-деформированное состояние.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ ДЛЯ ПРЕРЫВИСТОГО ТОЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ

СЕРЫХ ЧУГУНОВ.

4.1. Разработка алгоритма целевого выбора параметров режущих пластин из нитридной керамики для прерывистого точения отливок из серых чугунов.

4.2. Создание режущих пластин из нитридной керамики для высокопроизводительного прерывистого точения отливок из серых чугунов.

4.3. Исследование эксплуатационных характеристик разработанных режущих пластин РКС32 при прерывистом точении отливок из серых чугунов.

4.4. Выводы.

Модернизация отечественных предприятий машиностроительного профиля и реализация концепции правительства РФ по развитию системы производства компонентной базы для обеспечения промышленной сборки иностранных автомобилей предполагает значительное повышение эффективности производства и обеспечение высокого качества продукции. Одним из наиболее востребованных направлений этой концепции является изготовление отливок из разных чугунов с их последующей механической обработкой на современном оборудовании в РФ.

Широкая применяемость деталей из чугунов разных марок в машиностроении и автостроении определяет необходимость повышения производительности механической обработки именно этих деталей. Например, из серых чугунов изготавливают блоки цилиндров, детали моторной группы шасси и тормозной системы автомобилей, причем на их долю приходится более 60 % чугунных отливок. Эти потребности могут быть эффективно удовлетворены за счет создания новых высокопроизводительных инструментов.

В настоящее время для обработки серых чугунов используют инструменты из быстрорежущих сталей, твердых сплавов, керамики и сверхтвердых материалов. Особое место в ряду инструментальных материалов занимает керамика на основе нитрида кремния, имеющая благоприятный комплекс физико-механических и теплофизических свойств. Высокие значения твердости, прочности, трещиностойкости и теплостойкости нитридной керамики позволили создать режущие пластины, многократно увеличивающие производительность процессов непрерывного точения и фрезерования чугунов.

Инструменты с режущими пластинами из нитридной керамики удовлетворяют экологическим требованиям и позволяют уменьшить негативное воздействие технологий на окружающую среду, так как реализуют высокоскоростное резание без смазочно-охлаждающих технологических сред. Рациональное применение инструментов с режущими пластинами из нитридной керамики сокращает основное время, увеличивает эффективность и уменьшает затраты на механическую обработку деталей. Внедрение этих инструментов в современную металлообработку увеличит ее эффективность на 75 % за счет одновременного повышения скорости резания, подачи и стойкости. Также применение этих инструментов обеспечивает экономию твердых сплавов.

В настоящее время изготавливаются режущие пластины из нитридной керамики для конкретных условий эксплуатации, которые характеризуются определенным набором внешних нагрузок. Однако эти режущие пластины не способны эффективно противостоять отказам под действием других внешних нагрузок. Это связано со значительным влиянием напряженно-деформированного состояния керамических режущих пластин на вероятность зарождения в них эксплуатационных дефектов и развития трещин.

Особо сложное напряженно-деформированное состояние режущих пластин формируется в условиях прерывистой обработки и, в частности, при прерывистом точении отливок из серых чугунов. Режущие пластины из нитридной керамики, созданные специально для непрерывного точения и фрезерования, не выдерживают экстремально высоких и нестабильных нагрузок, что приводит к резкому увеличению их непрогнозируемых отказов. Повысить эксплуатационные показатели режущих пластин из нитридной керамики в условиях высоких и нестабильных силовых и тепловых нагрузок возможно на основе системного подхода к их разработке, изготовлению и эксплуатации.

В связи с этим, разработка режущих пластин из нитридной керамики, ориентированных на прерывистое точение и способных расширить гамму высокопроизводительных операций механической обработки отливок из серых чугунов является актуальной научно-технической задачей.

Целью работы является повышение производительности прерывистого точения отливок из серых чугунов на основе разработки режущих пластин из нитридной керамики.

Научная новизна работы состоит:

• в установленных взаимосвязях режимов прерывистого точения, свойств компонентов нитридной керамики, состава и толщины покрытия, геометрических параметров упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин с характером и интенсивностью их отказов;

• в полученных зависимостях, связавших внешние нагрузки, свойства компонентов керамики, свойства и толщину покрытия, ширину и угол упрочняющей фаски с температурами и напряжениями в режущих пластинах;

• в созданном алгоритме целевого выбора (по критерию минимальных напряжений) компонентов нитридной керамики, состава и толщины покрытия, ширины и угла упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин для прерывистого точения отливок из чугунов;

• в построенной модели отказов разработанных режущих пластин РКС32 при прерывистом точении отливок из чугунов и обоснованном критерии их отказов.

Практическая ценность работы заключается в:

• разработанных и изготовленных режущих пластинах РКС32 для высокопроизводительного прерывистого точения отливок из серых чугунов;

• усовершенствованной методике термопрочностного расчета режущих пластин;

• оригинальной форме упрочняющей фаски на лезвии режущей пластины из нитридной керамики;

• технологических рекомендациях по назначению режимов резания резцами с разработанными режущими пластинами РКС32 в области применения К20 — КЗО.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских, международных и республиканских научно-технических конференциях: «Машиностроение -традиции и инновации - МТИ-2010» (Москва, 2010), «Инновации в машиностроении» (Бийск, 2010), «Конструкторско-технологическая информатика - КТИ-05» (Москва, 2005), «Производство, технология, экология - ПРОТЭК-04» (Москва, 2004), «Research and development in mechanical industry — RaDMI» (Serbia and Montenegro, 2003).

Инструменты с разработанными керамическими пластинами награждены бронзовой медалью на Международной выставке изобретателей (Китай, 2004).

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Технологическое проектирование», «Инструментальная техника и технология формообразования» и «Технология машиностроения» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин». По результатам исследований опубликовано 8 работ, в том числе три статьи в журналах, входящих в перечень ВАК. Отдельные разделы диссертации используются в учебном процессе МГТУ «Станкин» при выполнении практических работ, курсовых и дипломных проектов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных работ решена научно-техническая задача для машиностроения, заключающаяся в повышении производительности прерывистого точения отливок из серых чугунов на основе разработки режущих пластин из нитридной керамики. Применение резцов с разработанными режущими пластинами повышает производительность прерывистого точения отливок из серых чугунов в 2,5 - 3 раза по сравнению с резцами, оснащенными режущими пластинами из твердого сплава.

2. Установлены взаимосвязи режимов прерывистого точения отливок из серых чугунов, свойств нитридной керамики, состава и толщины покрытия, геометрических параметров упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин с характером и интенсивностью их отказов. С использованием этих взаимосвязей, обоснована возможность повышения эксплуатационных показателей режущих пластин из нитридной керамики при прерывистом точении отливок из серых чугунов за счет уменьшения напряжений в компонентах керамики, покрытии и лезвии режущих пластин, формирующихся под действием внешних нагрузок, и являющихся первоисточником зарождения эксплуатационных дефектов.

3. С использованием выявленных взаимосвязей получены зависимости, связавшие внешние нагрузки, свойства компонентов керамики, свойства и толщину покрытия, ширину и угол упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин с их напряженно-деформированным состоянием, позволяющие минимизировать вероятность появления эксплуатационных дефектов под действием внешних нагрузок, характерных для прерывистого точения отливок из серых чугунов.

4. На основе анализа установленных взаимосвязей и полученных зависимостей создан алгоритм целевого выбора (по критерию минимальных напряжений) компонентов нитридной керамики, состава и толщины покрытия, ширины и угла упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин для прерывистого точения отливок из серых чугунов. Этот алгоритм, основанный на термопрочностном расчете керамических режущих пластин и последующем сравнении проектов, позволил определить рациональные компоненты нитридной керамики, состав и толщину покрытия, ширину и угол упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин, предназначенных для прерывистого точения отливок из серых чугунов.

5. Усовершенствование методики термопрочностного расчета режущих пластин за счет использования контрольных областей, включающих определенную совокупность конечных элементов, и сформированного комплекса внешних нагрузок, действующего на контактные площадки режущих пластин при прерывистом точении отливок из серых чугунов, обеспечило получение более точных результатов расчетов.

6. Разработанные и изготовленные режущие пластины РКС32 для высокопроизводительного прерывистого точения отливок из чугунов характеризуются следующей совокупностью отличительных признаков: керамический материал - 68%81зКг5%У2Оз-2%А12Оз-25%81С, покрытие -ИС-ТлСК-ТЖ (СУТ)) толщиной Нп = 5 - 7 мкм и упрочняющая фаска с переменными шириной (0,15 - 0,35 мм) и углом (10 - 25°). Эти особенности режущих пластин обеспечили уменьшение формируемых напряжений и вероятность появления в них эксплуатационных дефектов на 15 - 20 % под действием эксплуатационных нагрузок, характерных для прерывистого точения отливок из чугунов и увеличение стойкости резцов на 30 - 50 % по сравнению с резцами, оснащенными режущими пластинами РКС22 и РКСЗ1.

7. С использованием построенной модели отказов резцов с пластинами РКС32 в условиях прерывистого точения отливок из чугунов определен критерии отказа резцов, в качестве которого выбрана фаска износа на их задней поверхности /г3 = 0,4 мм, и разработаны технологические рекомендации по назначению режимов резания в области применения К20 - К30.

8. Результаты диссертационной работы предложены для применения на предприятиях машиностроительного профиля и используются в учебном процессе МГТУ «Станкин» при подготовке специалистов по направлению «Машиностроительные технологии и оборудование».

1. Андриевский P.A., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлургия. 1984. 137 с.

2. Андриевский P.A., Спивак И.И. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе: Справ, изд. Челябинск: Металлургия. Челяб. отд-ние. 1989. 368 с.

3. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова JT.B. Нелинейная механика разрушения. Самара: Изд. Самарского ун-та. 2001. 632 с.

4. Гогоци Г.А., Грушевский Я.Л., Завада В.П. Аттестация керамики по механическим свойствам. Методические аспекты // Огнеупоры. 1988. № 8. С. 23-27.

5. Балкевич В.Л. Керамика нового поколения // Стекло и керамика. 1988. № 6. С. 17-20.

6. Бакунов B.C., Беляков А. В. К вопросу об анализе структуры керамики // Известия РАН. Неорганические материалы. 1996. Т. 32. № 2. С. 243-248.

7. Бакунов B.C., Беляков A.B. Прочность и структура керамики // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. № 3. С. 11-15.

8. Бобров Д.Б., Хлудов С.Я. Оценка режущих свойств силинита-Р при точении конструкционных сталей // Исследования в области инструментального производства и обработки металлов: Сб. тр. Тула: ТПИ. 1985. №2. С. 120-123.

9. Борисенко В.А. Прочность и твердость тугоплавких материалов при высоких температурах. Киев: Наукова думка. 1984. 211 с.

10. Болгар A.C., Литвиненко В.Ф. Термодинамические свойства нитридов. Киев: Наукова думка. 1980. 282 с.

11. И. Ботвина Л.Р. Кинетика разрушения конструкционных материалов. М.: Наука. 1989. 230 с.

12. Верещака A.C. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение. 1993. 336 с.

13. Волосова М.А., Григорьев С.Н. Технологические принципы осаждения износостойких нанопокрытий для применения в инструментальном производстве // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. №06. С. 37-42.

14. Гнесин Г.Г. Износостойкость керамических материалов на основе карбида и нитрида кремния // Порошковая металлургия. 1993. № 5. С. 3-8.

15. Горячева И.Г., Чекина О.Г. Модель усталостного разрушения поверхностей. // Трение и износ 1990. Т. 11. № 3. С. 389-400.

16. Григорьев С.Н., Волосова М.А. Технология комбинированного поверхностного упрочнения режущего инструмента из оксидно-карбидной керамики // Вестник машиностроения. 2006. № 9. С. 32-36.

17. Григорьев С.Н., Волосова М.А., Боровский В.Г. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя керамического инструмента для повышения его работоспособности при обработке закаленных сталей // Станки и инструмент. 2005. № 9. С. 14-19.

18. Гречишников В.А., Колесов Н.В., Петухов Ю.Е. Математическое моделирование в инструментальном производстве. М.: МГТУ «Станкин». 2003. 113 с.

19. Добринский Ю.И., Викулин В.В., Рудыкина В.Н. Оценка долговечности конструкционной керамики по результатам испытаний на динамическую усталость // Огнеупоры. 1994. № 5. С. 14-18.

20. Дроздов Ю.Н., Савинова Т.М. Техническая керамика в высоко-нагруженных узлах трения // Вестник машиностроения. 2005. № 11. С. 28-32.

21. Екобори Т. Научные основы прочности и разрушения материалов. Киев: Наукова думка. 1978. 352 с.

22. Исследование теплового состояния режущих инструментов с помощью термоиндикаторных веществ / A.C. Верещака, В.М. Провоторов, В.В. Кузин и др. // Вестник машиностроения. 1986. № 1. С. 45-49.

23. Инструментальное обеспечение высокоскоростной обработки резанием / В.В.Кузин, С.И.Досько, В.Ф.Попов и др. // Вестник машиностроения. 2005. № 9. С. 46-50.

24. Ионов В.Н., Селиванов В.В. Динамика разрушения деформируемого тела. М.: Машиностроение. 1987. 272 с.

25. Кабалдин Ю.Г. Механизмы изнашивания рабочей части инструмента из режущей керамики // Вестник машиностроения. 1991. № 2. С. 40-43.

26. Качанов JIM. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974.311 с.

27. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1989. 231 с.

28. Кащук В. А. Особенности шлифования конструкционных керамических материалов // Вестник машиностроения. 1994. № 10. С. 21-26.

29. Керамика для машиностроения / А.П.Гаршин, В.М.Гропянов, Г.П.Зайцев и др. М.: Научтехлитиздат. 2003. 384 с.

30. Керамические инструментальные материалы / Г.Г. Гнесин, И.И. Осипова, Г.Д. Ронталь и др. Киев: Техника, 1991. 392 с.

31. Кильчевский H.A. Динамическое контактное сжатие твердых тел. Киев: Наукова думка, 1976. 315 с.

32. Ковальченко A.M. Комплексная методика оценки износостойкости инструментальной керамики / Современные проблемы порошковой металлургии, керамики и композиционных материалов: Сб. науч. тр. Киев: Ин-т проблем материаловедения АН Украины. 1990. С. 87-90.

33. Когина Т.Б. Высокоскоростное резание жаропрочных сплавов на никелевой основе инструментами из минералокерамики: Автореф. дисс.канд.техн.наук / СпбТУ. Санкт- Петербург, 1993.

34. Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. М.: Наука, 1988. 224 с.

35. Конаков A.B. Повышение работоспособности инструментальной керамики на основе исследований структуры, состава, свойств и механизмовразрушения и изнашивания: Автореф. дисс. .канд.техн.наук / АГУ. Благовещенск, 1999.

36. Крагельский И.В. Трение и износ. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1968. 480 с.

37. Красулин Ю.Л., Баринов С.М., Иванов B.C. Структура и разрушение материалов из порошков тугоплавких соединений. М.: Наука, 1985. 149 с.

38. Кремер Б. Инструментальные материалы для высокоскоростного резания // Конструирование и технология машиностроения. Тр. Амер. общества инж.-механиков. 1988. № 1. С. 28-37.

39. Кудрявцев Ю.Г., Меламед В.И., Мыльников A.C. Производство и применение минералокерамических изделий в машиностроении. Свердловск: Машгиз. Урало-Сиб. отд-ние. 1962. 158 с.

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

41. Кузин В.В. Методологический подход к повышению работоспособности керамических инструментов // Вестник машиностроения. 2006. № 9. С. 87-88.

42. Кузин В.В. Работоспособность режущих инструментов из нитридной керамики при обработке чугунов // Вестник машиностроения. 2004. №5. с. 39-43.

43. Кузин В.В. Разработка и исследование режущих инструментов из нитридной керамики с покрытием // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006. № 9. С. 48-52.

44. Кузин В.В. Технология заточки режущих пластин из нитридной керамики // Технология машиностроения. 2006. № 9. С. 33-37.

45. Кузин В.В. Технология механической обработки деталей из высокоогнеупорной керамики на основе нитрида кремния // Новые огнеупоры. 2006. № 8. С. 19-24.

46. Кулик О.П. Состояние разработок в области новых керамических материалов (Обзор зарубежной литературы) // Порошковая металлургия. 1999. № 1/2. С. 102-113.

47. Куликов И.С. Термодинамика карбидов и нитридов: Справ, изд. Челябинск: Металлургия. Челяб. отд-ние. 1988. 320 с.

48. Кузьменко Г.И., Никифоров А.И. О природе прочности металлов и металлокерамики//Проблемы прочности. 1984. № 9. с. 108-109.

49. Литвинский Г.Г. К основам реономной микромеханики разрушения / В сб. науч. тр. ДГМИ. Алчевск: ДГМИ, 1998. С. 81-86.

50. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение. 1982. 320 с.

51. Любарский И.М., Палаткин Л.С. Металлофизика трения. М.: Металлургия. 1976. 176 с.

52. Мальцев О.С., Мамкин Т.И., Семкин А.Ф. Эффективность применения пластин из керамических материалов. // Технология и оборудование обработки металлов резанием. Отеч. опыт. Вып. 6. М.: ВНИИТЭМР. 1988. С. 5-8.

53. Метод неразрушающего контроля инструментальной нитридной керамики / И.И. Осипова, В.А. Гутник, М.М.Май и др. // Порошковая металлургия. 1994. № 1/2. С. 113-116.

54. Механика контактных взаимодействий. М.: Физматлит. 2001. 672 с.

55. Механические свойства композиционного материала на основе нитрида кремния / О.Н. Григорьев, С.И.Чугунова, А.М.Шатохин и др. // Порошковая металлургия. 1981. № 7. С. 73-77.

56. Мосин Ю.М. Некоторые проблемы развития технологии и материаловедения керамики и огнеупоров // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. № 4. С. 8-12.

57. Морозов Е.М., Колесников Ю.В. Контактные задачи механики разрушения. М.: Машиностроение, 1999. 544 с.

58. Неметаллические тугоплавкие соединения / Т.Я. Косолапова, Т. В. Андреева, Т.Б. Бартницкая и др. М.: Металлургия. 1985. 240 с.

59. Нешпор B.C., Барашков Г.А., Никитюк Л.Ф. Кинетика уплотнения и структурообразование при спекании под высоким давлением порошковых композиций // Порошковая металлургия. 1986. № 4. с. 23-26.

60. Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения. М.: Металлургия. 1978. 256 с.

61. Обработка поверхности и надежность материалов: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Бурке, Ф.Вайса. М.: Мир. 1984. 192 с.

62. О проблемах получения оксидной керамики с регулируемой структурой / Е.С. Лукин, Н.Т. Андрианов, Н.Б. Мамаева и др. // Огнеупоры. 1993. №5. С. 11-15.

63. Остафьев В. А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. М.: Машиностроение. 1979. 168 с.

64. Остафьев В. А., Нощенко А.Н. Термопрочность режущего инструмента // Вестник машиностроения. 1990. № 10. С. 61-63.

65. Остова И.И., Ковальченко A.M., Сартинская Л.Л. Оптимизация состава инструментальной нитридокремниевой керамики посредством триботехнических испытаний // Порошковая металлургия. 1992. № 4. С. 46-51.

66. Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Харин B.C. Зарождение и рост микротрещин, порождаемых заблокированными скоплениями дислокаций // ФХММ. 1985. №2. С. 5-16.

67. Пилянкевич Л.Н., Мельникова В.А., Кулик А.И. Структура керамики на основе А1203 с добавкой TiC // Порошковая металлургия. 1987. №11. С. 84-88.

68. Писаренко Г.С. Перспективы использования керамики в машиностроении // Проблемы прочности. 1984. № 12. С.3-7.

69. Позняк Г.Г., Рогов В.А., Федоров B.J1. Исследование напряженного состояния режущего клина методом теории упругости // СТИН. 2001. №3. С. 16-21.

70. Позняк Г.Г., Рогов В.А., Хамис Я. Квазидискретная модель твердосплавного режущего клина// СТИН. 1998. № 5. С. 18-20.

71. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструментов. М.: Машгиз. 1962. 150 с.

72. Полубояринов Д.Н., Балкевич B.JL, Попильский Р.Я. Высокоглиноземистые керамические и огнеупорные материалы. М.: Госстройиздат. 1960. 232 с.

73. Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Харин B.C. Зарождение и рост микротрещин, порождаемых заблокированными скоплениями дислокаций // ФХММ. 1985. №2. С. 5-16.

74. Попов А.И. Повышение работоспособности минералокера-мических пластан путем ионной модификации их рабочих поверхностей: Автореф. дисс.канд.техн.наук/ СпбТУ. Санкт-Петербург, 1993.

75. Пронин А.И. Повышение работоспособности инструмента, оснащенного режущей керамикой и сверхтвердыми материалами: Автореф. дисс.канд. техн. наук/КГТУ. Комсомольск-на-Амуре, 1995.

76. Прочность материалов при высоких температурах / Г.С. Писаренко, В.Н. Руденко, Г.Н. Третьяченко и др.// Киев : Наукова думка. 1966. 736 с.

77. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука. 1977. 384 с.

78. Рапопорт Ю.М., Слоущ В.Г. Неразрушающий контроль качества огнеупорных изделий // Огнеупоры. 1994. № 1. с. 22 27.

79. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / В.И. Мяченков, В.П. Мальцев, В.П. Майборода и др. / Под общ. ред. В.И. Мяченкова. М.: Машиностроение. 1989. 520 с.

80. Регель Р.В., Слуцкер А.И., Тамашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука. 1974. 560 с.

81. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами и их применение: Справочник / В.П. Жедь, Г.В. Боровский, Я.А. Музыкант и др. М.: Машиностроение. 1987. 320 с.

82. Савицкий А.П. Современные представления о процессах спекания в присутствии жидкой фазы // Порошковая металлургия. 1987. № 8. с. 35-41.

83. Самсонов Г.В. Неметаллические нитриды. М.: Металлургия. 1969. 265 с.

84. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. М.: Металлургия. 1976. 558 с.

85. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений: Справочник / Под ред. Т. Я. Косолаповой. М.: Металлургия. 1986. 927 с.

86. Скоростная алмазная обработка деталей из технической керамики / Н.В.Никитков, В.Н.Рабинович, В.Н.Субботин и др. / Под ред. З.Н.Кремня. Л.: Машиностроение. 1984. 131 с.

87. Скороход В.В., Солонин Ю.М., Уварова И.В. Химические, диффузионные и реологические процессы в технологии порошковых материалов. Киев: Наукова думка. 1990. 159 с.

88. Скругление режущих кромок пластин эластичными шлифовальными кругами / Л.П.Меркулов, Г.Б.Костин, Г.Г.Тонких и др. // Современные инструментальные материалы на основе тугоплавких соединений: Сб. науч. тр. ВНИИТС. М.: Металлургия. 1985.С. 86-91.

89. Современные керамические инструментальные материалы. Технология изготовления и эффективность применения / О.С.Мальцев,

90. В.Н.Аникин, А.А.Зленко и др. // Технология и оборудование обработки металлов резанием. Сер. Машиностроительное производство: Обзорная информ. М.: ВНИИТЭМР. 1989. Вып. 4. 52 с.

91. Солнцев С.С., Морозов Е.М. Разрушение стекла. М.: Машиностроение. 1978. 152с.

92. Солоненко В.Г., Зарецкий Г.А. Оценка износа режущих инструментов // СТИН. 1994. № 2. С. 23-26.

93. Сосновский JI.A., Махутов H.A. Методологические проблемы комплексной оценки поврежденности и предельного состояния силовых систем //Заводская лаборатория. 1991. № 5. С. 27-40.

94. Степанов В.А., Песчанская H.H., Шпейзман В.В. Прочность и релаксационные явления в твердых телах. JI.: Наука. 1984. 246 с.

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

96. Термические константы веществ: Справочник. Вып. 3-10. / В.А.Медведев, Г.А.Бергман, В.П.Васильев и др. М.: ВИНИТИ. 1968-82.

97. Термодинамические свойства неорганических веществ: Справочник / Под. ред. A.B. Зефирова. М.: Атомиздат. 1965. 460 с.

98. Тойберт П. Оценка точности результатов измерений: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат. 1988. 88 с.

99. Тонкая техническая керамика / Под ред. X. Янагиды. М.: Металлургия. 1986. 286 с.

100. Фадеев B.C., Аникин В.Н., Максимов A.A. Изнашивание и разрушение оксидной керамики при обработке конструкционных материалов //Цветные металлы. 1989. № 9. С. 97-100.

101. Физико-химические свойства окислов / Под ред. Г.В.Самсонова М.: Металлургия. 1978. 471 с.

102. Францевич И.Н., Воронов Ф.Ф., Бакута С.А. Упругие постоянные / и модули упругости металлов и неметаллов. Киев: Наукова думка, 1982. 286 с.

103. Фролов A.A., Садыхов О.Б., Гун Г.Я. Система проектирования технологических режимов горячего изостатического прессования порошковых материалов // Порошковая металлургия. 1991. № 6. С. 12-17.

104. Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение. 1975. 168 с.

105. Хечумов P.A., Кепплер X., Прокопьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций. М.: АСВ, 1994. 353 с.

106. Хисакадо Т. Зависимость механизма изнашивания керамических материалов от топографии поверхности // Проблемы трения и смазки. 1986. Т. 1.С. 10-16.

107. Чекина О.Г. Моделирование разрушения приповерхностных слоев при контактировании шероховатых тел : Тр. 9-й конф. по прочности и пластичности. Т. 1. М.: 1996. С. 186-191.

108. Черепанов Г.П., Ершов J1.B. Механика разрушения. М.: Машиностроение. 1977. 224 с.

109. Черепанов Г.П., Смольский В.В., Таги-заде А.Г. Оптимальное проектирование некоторых инженерных материалов // Изв. АН АССР. Т. 29. 1976. 138 с.

110. Чижик A.A., Петреня Ю.К. Разрушение вследствие ползучести и механизма микроразрушения // Докл. АН СССР. 1987. 297, № 6. С. 1313-1333.

111. Шведков E.JI. Материалы для режущего инструмента. Киев: ИПМ АН УССР. 1983. 126 с.

112. Эванс А.Г., Лэнгдон Т.Г. Конструкционная керамика: Пер. с англ. М.: Металлургия. 1980. 256 с.

113. Якимов JI.B., Напарьии Ю.Л. Паршаков А.И. Причины возникновения шлифовочных трещин // Вестник машиностроения. 1974. № 8. С. 46-49.

114. Cocks А.С., Ashby M.F. The growth of dominant crack in a creeping material // Scr. Metall. 1982. Vol. 16. P. 109-114.

115. D'Errico G.E., Bugliosi S., Calzavarini R. Wear of advanced ceramics for tool materials // Wear. 1999. P.267-272.

116. Grady D.E., Kipp M.E. Geometric statistics and dynamic fragmentation // J. Appl. Phys. 1985. - V. 58, No 3. -P. 1210 - 1222.

117. Hogling U. Cutting edge wear in microseal physical condition wear processes // CIRP Ann. 1976. Vol. 25. No 1. P. 89-100.

118. Herrmann M., Richter H.J. Silicon nitride materials with high thermal conductivity // Annual Report Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS. 2009. P. 40

119. Herrmann M., Hulin S., Schulz I. a-Sialon cutting tools // Annual Report Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS. 2009. P. 38

120. Hsu S.M., Shen Ming. Wear prediction of ceramics // Wear. 2004. Vol. 256. P. 867-878.

121. Kitagawa R., Okusa K. Wear Mechanism of the Si2N4 Ceramic tools in cutting cast // Ямагути дайгаку Когакубу кэнкю хококу. 1985. Vol. 36. No. 1. P. 1-7.

122. Komanduri R. Substitution of ceramics for conventional tools // Cerain. Eng. and Sci. Prad. 1984. Vol. 5. No 7/8. P. 450-459.

123. Konig W., Lauscher J. Drehen von Eisengusswerkstoffen mit Siliziumnit-und -Schneidkeramik // VDI-Z. 128. 1986. No 11. S. 415-420.

124. Kuzin V.V. Effectiveness of the nitride ceramic cutting tools in machining the gray irons // Russian Engineering Research. 2004. Vol. 24. No. 5. P. 21-27.

125. Lawn B. R., Wilshaw T. R. Indentation fracture: principles and application // Journal of Materials Science. 1975. Vol. 10, No 6. P. 1049-1081.

126. Luo S.Y., Liao Y.S., Tsai Y.Y. Wear characteristics in turning high hardness alloy steel by ceramic and CBN tools // Journal of Materials Processing Technology. 1999. Vol. 88. P. 114 121.

127. Liu Z.O., Ai X., Zhang H., Wang Z.T., WanY. Wear patterns and mechanisms of cutting tools in high-speed face milling // Journal of Materials Processing Technology. 2002, Vol. 129. P. 222-226.

128. Murakami S. Mechanical modeling of material damage // J. Appl Mech. 1988. Vol. 55. No 2. P. 280-286.

129. On a methodology for establishing the machine tool system requirements for high-speed / high-throughput machining. R. Komanduri // J. McGee, R.A. Thompson and et. // Journal of Engineering for Jndustry. 1985. No 4. P. 316-324.

130. Roth D.I., Klima S.I., Riser I.D. Reliability of void defection structural ceramics by use of laser acoustic microscopy // Ibid. 1986. Vol. 44, No 6. P. 762-769.

131. Schleifen von nichtoxidischen keramischen Werkstoffen // IndustrieAnzeiger. 1985. Jg. 107. Vol. 3. No 53. S. 43-44.

132. Schulz, Herrmann M., Zalite I. Development of Nano-Si3N4 -Materials and their Applications // 1st Vienna International Conference micro- und nano-technology. Vienna : 2005.

133. Vannier M., Offiit C., Ellingson W. Nondestructive volumetric CT-Scan evaluatitation of monolithic ceramic turbine components // Mater. Eval. 1989. Vol. 47. No 4. P. 454-459.

134. Zhao J., Zhang J., Ai X. Relationship between the thermal shock behavior and cutting performance of a functionally gradient ceramic tool // Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol. 129. P. 161-166.

135. Zum Gahr, Schneider J. Surface modification of ceramics for improved tribological properties // Wear. 1999. P. 363-370.