автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности минералокерамических режущих пластин путем ионной модификации их рабочих поверхностей

САНКГ-ПЙ5ГБУРГСЕИЦ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕШЧЕСКЙ? УНИВЕРСИТЕТ

На оравах рукописи

ПОПОВ Алексадф Йннодемьевич

I

П0ШШШ1Б РАБОТОСПОСОБНОеТИ МИНЕРМОдаМШСШ РЕЖУЩИХ ШИШЗ " ' ПГГБН ИХ-РАВГИХ ПОВЁШТОСТЕЗ

.'03,03.01. - процассч -махеннчвс^оД и фЕМ&о-тэасшгчвакой ойрвботки^ ртавди 'а инотуумейт

\ Автореферат диссертация

на оояекек&е ученей отапэаз ■ кандидата' тейтическгд. нвух

Санкт-Петербург- - 1993

. Работа вшоливна на «ефедре, ^еащрло^Кфйтру^оища ¡материалов" СанМ-Пвмрдургсцйго Государстввдабго. тяшетвсжого |униввроитвта.

. НАУЧНЫЙ РУКОВОЩШй яяйн-морреоцридвн* АТН-М

довтрр техяанасиз.вда* профессор. фя^в^'Кахввл Андреевич

НАГОЗЬЙ КОНСЛМАЙГ? кандидат тваш«еяа 'каз»

.дэд^гСафйК) Игорь Айжд ьейи

(ЩИШЩ ОЦШЗШВД:дйВ1:ор тахдобйэт .кф*

Сй1В*»9вИГ. * '.• * * ."•'*.* яттмт Ъб^чеы&х ййу* . Петрович '

Ведувее цредгфияйя:. Агадаойе^ое объададмш® СеотрорещшЗ ¡шотрлювтаяь^-эс^'«^ »„•'

| Ветнтд даесаргецнз состоимся.28'.(¿ентяфрд 5953 г.. р 1с9° а. оаседбшш хфи"Сааазг-.

¡4Гв»р9гриммй-гоойЦрв4в«й<5м ¿¿тчвс^ .¡реэдра^еяэ со 'еда су: 155221,' ?лЖащтщтч9&(Ы,-'Х.2Э,- шбрЫ,

. .••'.•' ■ .;*;•/•..'•; ;у-.-. ; / ■

| • С даооерт.'Л^вй.ыокнб бз^сздться -р фдаааэяЕазьасЗ-раскя! 'ШьрШтуымжвт''авщУТЮ- 'Шв.к •

ошееше работоспособности' ккнбралокерймческих ренувд пластин

путем ионной модкжкаши их рабочих поверхностей

Общая характеристика работы

Актуальность. Важное место в технологическом процессе изго-овления деталей занимают, операции финишной обработки, в вначи-ельной степени определяющие качество поверхностного слоя детали как следствие еэ работоспособность.

Чистовая лезвийная обработка, одними иа основных операций оторой являются точение и растачивание, характеризуется выссет-я скоростями и малыми сечениями среза, что, в свои очередь, оп-еделяет локализации температур и нагрузок на рзжущуп кромку ин-трумента. Влияние указанных факторов существенно возрастает при овкдения твердости обрабатываемого материала.

Современные иинералокерамическиэ материалы на операциях истовой обработка закаленных стале! по скороотт резания и про-эводительности в несколько раз превосходят инструменты из твер-ого сплава и являются альтернативой инструменте« из кубического итрида бора. Наибольшее применение в промышленности яаила сметная кератаке оксидно-карбидного типа. Однако эффективное сравнение ее затруднено из-за низкой прочности а высокой чувотви-ельности к тепловым нагрузкам. Указанные недостатки определягт-я дефектами объема и поверхности керамики, а также ее низкой вплопроводностьп. Поэтов повышение работоспособности этого эсьма перспективного инструментального материала является акту-яьной задачей, имеющей ночное и практическое значение.

Цель работы. Повышение работоспособности кянераяокерамичео-äx режущих пластин оксидно-карбидного типа при чистовом точении растачивании закаленных сталей путем ионно-вакуумной модифика-1и их рабочих поверхностей, обеспечивающей залечивание дефектов, ззданиё теплоотводящйх покрытий и регулирование контактных 1аимодействий с обрабатьшаемым' материалом.

Научная новизна работы состоит а: . - разработке конструкции и состава модифицированного поверх-стного слоя для режущей минералокерамики оксидно-карбидного па ;

- методике прогнозирования изменений комплекса фиэико--механических характеристик поверхностного слоя мянераяокврвмш оксидно-карбидного типа ; параметров шероховатости, глубины дефектного слоя, твердости, остаточных напряжений, химического и фазового состава после ее ионно-вакуумной модификации ;

- методике прогнозирования изменений параметров процесса резания ; длины контакта и коэффициента утолщения стружки, радиуса округления режущей кромки, составляющих' силы резания, теплового соотояния режущей кромки и установлении математических зависимостей, связывающих параметры процесса резания с параметрам!

1 модифицированного поверхностного слоя минералокерамики.

Практическая ценность работы состоит в рекомендациях по составу модифицированного слоя минералокерамики оксэдно-карбид-ного типа, способе реализации и рациональным технологическим ; режимам процесса ионно-вакуумной модификации поверхности.

Реализация работу. Разработанный процесс модификации рабочих поверхностей минералокерамики оксидно-карбидного типа апробирован и принят к внедрению при чистовом точении и'растачивает! изделий из закаленных сталей в акционерном'объединении "Кировский завод".(Санкт-Петербург), Ангарском электромеханическом заводе (г.Ангарск), на производственном объединении "Усольмаш" (г.Усолье-Сибирское). Ожидаемый экономический эффект составляв! 39 418 рублей в ценах 1990 г.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на:

- П Всесоюзной конференции "Модификация конструкционных ■материалов пучками заряженных частиц" (г.Свердловск, 1991) ;

- Межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов, и покрытий, повышающих долговечность деталей машин" (Волгоград, 1991) ;

- Международной конференции "Электронные и ионные технологии" (г.Варна, Болгария, 199};) ; •

- Республиканской няучао-техиической'конференции "Материалы п упрочняадге технологии - Й!" (г.Курск, 1991) ;

- семинарах: .

- "Технологическое я конструкторское обеспечение высокоэффективного производства в автомобилестроении" и "Прогрессивные технологические процессы механообработки и оборки" .(ЛДНТП, Левин-Град, 199Г) ;

- "Прогрессивные решения технологии машиностроения в мехшо-»брабатывапцем и сборочном производствах" (СПбДНТП, Санкт-Петер-¡ург, 1992) ;

- Республиканской научно-технической конференция "Современна материалы, оборудование, технологии упрочнения и восстанов-:ения деталей малин" (г.Полоцк, Беларусь, 1993) ;

- Научно-технической конференция "Современные достижения в гаханообрабатывеющем и сборочном производстве" (ШЗНиТ, Сешст-'еТербург, 1993) ;

- 7 научно-техническш семинаре "Радиационная поврспдао-юсть и работоспособность конструкционно* матерямоп" (г.Псков, 993).

В цело;л работа обсуядена на заседании ксфедрн "Технология онструкшолншс материалов" СПбГТУ.

Публи.чгнип. По материале« диссерташи опубликовано 13 рост в открытой печати.

Структуре и сйъем реботн. Диссертацисннгя работа представив на стреякцас мсзвшописного текста, состоят из ввздо-м, пяти глвз, закяпченкя, списка используемой литература (ПС гименопеякй), ^ Пркло-екяЯ. Текст иллюстрировал 52 рисун-5МИ И || таблицами.

СОДЕЕЗА!КЕ РАБОТЫ

Во, вйздянии представлены обоснованно актуальности работа и >аткое изложение основных ноучнкх положений, ссстевллщйх прод-1Т зиаити.

В глгаэ I приведен анализ исследований по чистовой образка закаленных сталей. Поквзаио, что такая обработка хярактз-зуется высокими скоростями резания и мачт* сечениям среза, редолящкми высоку» локализацию то-.-ператур и мэхвннчвских наг-зох у рсу.ущей крОкки инструмента. Чистовая обработка этих кари ал ов, вследствие их повышенной прочности и наличия абразивных течений, предъявляет жесткие требования к инструменту, которнЗ иен обладать высокой твердость«, топлостоЯяостьг, достаточной зчностыэ, а тггао малым размерным износом.

Указанным требоврнкпм вполне удовлетворяет современные мине-юкерамичёскке ^лтерпади, которые но оперениях чистовой обрп-

ботки закаленных сталей превосходят ло скорости резания и произ водательности инструменты, из твердого сплава' и являются альтер^ нативой материалам на основе кубического нитрида-.бора, преаосхс ; дя последний по стойкости. Среди шнералокерамических материале jнаибольшее применение в промышленности нашла смешанная 'минерале керамика (МК) оксидно-карбидного типа мерок В0К.60 и ВОК 71. Благодаря хорошему сочетанию физико-механических характеристик ! (ERA до 94, теплоотойкооть до 1300°С,- <V до 750 МП в, высокая 1 химическая инертность), эта керамика йа рассматриваемых операри ях превосходит другие виды керамик по.износостойкости и ярименя : еыому диапазону скоростей. Однако, несмотря на отмеченные достс | инства оксидно-карбидной МК,' эффективное ее применение, затрудш ¡но из-за низкой прочности и высокой чувствительности.к тепловш. нагрузкам. -Низкая прочность МК обусловлена дефектами объема- и' поверхности, образующимися при заточке и изготовлении пластин, высокая чувствительность к тепловым нагрузкам является следств!: ем ее низкой теплопроводности.

i Анализ основных работ, выполненных в области повышения ра-ботоспособностг реаущего инструмента путем изменения свойств материала По везыу объему (Бетанели А.И., Вульф A.M., Зорев Н.Н Исаев А.И., Клутдин у.И., Лолдцзе Т.Н., Подураев В.Н., Подетика M.Q., Талантов Н.В. и др.) и'за счет формирования Износостойких ¡покрытий (Верёщака A.C., Григорьев С.К., Кабалдин Ю.Г., Кузин ¡В.В., Сенчило И.А., Сулима A.M.) показал,-что большинство из ш: :направлено на повышение работоспособности инструмента из твердь сплавов и быстрорежущих сталей. Имеющиеся рекомендации по ионнс модификации МК носят лишь частный характер и не учитывает- особенности минералокерамического материала, в том числе его низку теплопроводность. Практически не изучено влияние ионной модификации на свойства поверхностного слоя МК.

: Выполненный анализ литературных источников позволил сформу лировать цель и задачи диссертационной работы. Для решения поставленной цели было необходимо:.

- проанализировать особенности работы, и причины выхода из строя минералокерамических пластин оксидно-карбидного типа при чистовом точении и растачивании закаленных сталей ;

' - разработать конструкцию и определить составы модифицированных слоев для минералокерамики оксидно-карбидного типа ;

- исследовать изменение качества-поверхностного'слоя минер, локерамических режущих пластин в результате предложенной ионио-

1акуумной модификации ;

- определить возможное изменение параметров процесса реза- | гая,.качество поверхностного слоя, точность получения размеров , деталей при чистовом течении и растачивании закаленных сталей • яинералокерамическими пластинами, прошедшими ионную модификацию;:

- разработать технологический процесс и соответствующие ре-; сомендации по способам ионной модификации поверхности инструмен-:а из минёралокерамикя оксидно-карбидного типа. I

В главе 2 рассматриваются теоретические предпосылки форми-ювания поверхностного модифицированного слоя МК и выбора хими- ; [вских элементов на осйове йрогноза синтеза соединений о задании® свойствами..

Изучение качества МК пластин показало, что одной из основой причин выхода их из строя является наличке поверхностных (ефектов (пор и микротрещин). Эти дефекты появляются как в процессе производства МК, так и в результате последующей заточки иастия. Для повышения работоспособности Ш. необходимо либо уда-: [ить вёоь дефектный поверхностный слой перед эксплуатацией плас-гин, либо уменьшить количество дефектов, обеспечив"залечивание" юследних. Одновременно следует снизить шероховатость и повысить •вердость поверхности пластин.

Другим фактором, снижающим работоспособность МК инструмента, [вляется его малак теплопроводность, вызывающая возникновение 1ЫСОКИХ градиентов температур» приводящих к значительным термо-¡еханиче&шм напряжениям, способствующим разрушению материала южущрй части инструмента. Для снижения термомеханич'еской напря-:енности режущего клина целесообразно создание поверхностных лоев с высоким коэффициентом теплопроводности, что позволяет величить отвод тепла от режущей кромки инструмента и более рав-омерно распределить его Ко объему режущей части.

В целях уменьшения изно.са рабочих поверхностей инструмента еобходимо также уменьшить возможность схватывания.МК с обраба-ываемым материалом^ что зависит от инертности материала (отсут-твия сродства) поверхностного слоя пластин.

Анализ результатов исследования качества МК режущих пластин оказал, что для улучшения их физико-механических характеристик повышения работоспособности пелесообразно использовать ионно-вакуумную модификацию поверхности. Тгкая обработка является змллексно.Ч и шшючест в с?йя:

I) ионное распыление, обеспечивающее удаление дефектного поверхностного слоя ;

! 2) ионное легирование (имплантацию), обеспечивающее "зале-I чивание" дефектов и улучшение физико-механических свойств по! верхностного слоя ;

; 3) ионное осаждение функциональных слоев покрытия поверхности МК пластин, обуславливеицее создание особых свойств по-. . верхности. .

.. Выбор химических элементов для ионной обработки поверхность МК пластин производился на основе прогноза свойств образущихся объединений и оценкой получаемых при- этом изменений физико-механических и химических характеристик поверхности МК. Причем целевыми функциями во всех случаях оценки выбора химических.элементов являлось повышение фиэико-мехаЯических свойств пластин.

Был разработан соответствующий алгоритм выбора химических елементов дум ионной обработки, который на основе использования бенков известных по литературе данных, включает в себя предварительный отбор элементов для разных видов ионной обработки и "отсев" элементов по ограничивающим признакам (дефицитность, стоимость, вредность и Др.),. Установлено, что для ионного распыления дефектного слоя МК целесообразно использовать аргон,титан, медь и хром ;, для ионной имплантации - титан, 'алшиний, хром, молибден, никель, кобальт, кремний, азот, а для формирования функциональных слоев покрытий - медь, молибден, хром, титан, алшиний, ниобий, никель, азот, углерод, кислород.

Дальнейший отбор химических элементов и прогнозирование свойств модифицированного слоя МК производился на базе конфигурационной модели вещества и анализа синтеза сплавов на основе диаграмм состояния с учетом прогнозирования возможности получения соединений с заданными структурой и свойствами. Выполненные расчеты показали, что возможно получение следущих соединений: Ti2At , Cu2Tl , CugMB, MojTL , Cr2T¡. , Сг^в, NbjjTL , Ci^Cg,

СГ20^, TIO, TijjC^, TlOg, TLC, TIN , MoN , Mc^N , MogN . Проведенная оценка свойств этих соединений выявила, что для ионного распыления поверхностного слоя следует использовать Ai ; чдя формирования переходного слоя Ti., »ли Сг ;для получения теплопроводного слоя TL ■, Си. и Мо, а для организации износостойкого поверхностного слоя - Н . При легировании поверхности титаном, хромом возможно образование тугоплавких соединений на основе .8

ксрбпдов и оксидов, а для элементов с высокой теплопроводностью"' (мэдь, молибден) прогнозируются соединения на основе фаз Лавеса.' Зря легировании азотом следует ожидать образование твердых тугоплавких ' соединений на основе титана и молибдена.

■ На основании анализа полученных денных и с учетом особен-яостей формирования модифицированного слоя бил выбрен технологический процесс ионной модификации рабочих поверхностей МК пластин, вклячащий в себя подготовительную опередив ультрозву- | новой'мойки пластин в водном растворе тринатряйфосфата и их : аонно-вакуумную модификацию. Указанный технологический процесо ! был использован при проведении лабораторных исследований на се-, рийных установках ВУП-1 (г.Сумы) и НВП (Ленинград).

В главе 3 изложены результаты исследований влияния ионной ; модификации на качество поверхностного слоя пластин: шерохо-затость, микротвердость, знак и величину остаточных'напряжений, симический состав и его изменение по глубине. Установлены раца- • отельные режимы формирования поверхностных модифицированных VIсев МК.

Анализ работы МК режущих пластин показал, что они имеют ¡ущественный разброс по стойкости. Поэтому перед процессом ионной юдификации было оценено качество пластин с использованием мето-сики ВНИАШ. Методика позволяет по скорости'проходящих через иастину ультрозвуковых волн, зависящей от наличия дефектов в лас тин ёх, рассортировать их на три группы: хорошего,' удовлетво-ютельного.и плохого качества. Была также выполнена оценка глу-ины поверхностных дефектных слоев и количества дефектов на ло-ерхкости и в объеме пластин, проведенная путем исследования ферйческих шлифов. Установлено, что у пластин плохого качества лубина дефектного поверхностного слоя в Г,4 раза больше, чем у ластин хорошего качества и составляет 5...6 мкм. Оценка дефект-ости .по объему пластин показала, что различие между пластинами орошего и плохого качества по этому параметру неэначимы.

Исследование влияния ионной модификации на качество поверх-ости МК пластин позволило установить, что в процесса ионного вспыления поверхности происходит полное удаление дефектного рещиноватсго слоя. При этом выявлено, что для пластин, имепцих эроховлтость На в дпапгзоно О.1С...1,20 мкм, ионное распыление эиводит к уменьшению не только параметра На, но и параметров г , Я мох и Бт. При этом нгблгдгетел увеличение опорной дти-

ни микропрофиля tjg за счет преимущественного распыления вер шин микронеровноотей вследствие более высокой Плотности ионного тока на них.

Была определена максимальная плотность тока на поверхности ияестин (60 мА/си? при напряжении смещения на пластине 500... ...800 В), при которой не происходит нарушений (мйкровырывов) поверхностного слоя МК в процессе ионного растления.

Для расчета скорости ионного распыления поверхностного ело МК в зависимости от технологических параметров разработана мате матическая модель, дозволяющая рассчитать толщину распыленного слоя оксидно-карбидной МК йри бомбардировке ее ионаш аргона за период временя, равный 30 мин

где V - напряжение смещения на мишени, В ;

} - плотность ионного токе на пластине, мА/см2 ;

"V/" - мощность Магнетронного разряда, кВт.

Исследование влияния ионной модификации на параметры переходного слоя позволило выявить наиболее эффективный режим форми рования переходкого слоя, при котором происходит ионное перемешивание атомов Поверхности с ионаш имплантируемых элементов (титан, хроМ). Установлено, что при этом формируется плавный переходный слой от основы к покрытию глубиной 0,6...0,8 мкм, зафиксированный при послойном травлении поверхностных слоев с помощью ОЖЕ-слектроскошш.

| После формирования на-пластинах функциональных слоев: теш Ьроводного (титана - I5JC, меди - 6С#, молибдена - 25%) и износостойкого - были проведены соответствующие исследования остаточш напряжений * микротвердости и шероховатости поверхности. Установлено, что после ионной модификации в поверхностном.слое МК на Глубине 4...5 мкм формируются остаточные напряжения сжатия, по Ьвоей величине на 30? превышающие напряжения в пластинах после щлифования и составляющие 115 МПа.

1 Установлено также, что микротвердость поверхностного модифи дарованного, слоя, измеренная на приборе ПМТ-З с нагрузкой на иденторе I.98H, после Формирования функциональных покрытий на 20* выше, чем микротвердость исходной пластины. Параметры шерохо ватостя при формировании функциональных покрытий-заменяются незначительно. Ю :

! В главе 4 выполнено исследование процесса резания МК пластинами после ионной модификации их рабочих поверхностей и исследовано качество поверхностного слоя.обработанных ими изделий.

Обрабатывались заготовки из сталей 45 (НЕС 45...50), ЗОХНМ (НЕС 45...48), 40Х (НЕС 42...50), стали 55 (НЕС 56...62). Реза- I ние осуществлялось на токарном станке повышенной жесткости ФТ-И| и токарно-винторезном станке 1К62 с безступенчвтым регулирова- « нием скорости вращения шпинделя. Применялись резцы с механичес- , гаш креплением пластин из МК (ГОСТ 25003-8Г форм БШИ и ТИШИ.).' Для измерения силы резания использовался трехкомпонентный дина- , мометр Уда-600 в комплекте с усилителем. Измерение шероховатости производилось на профилографе-профилометре модели 201 завода "Калибр*. ■

В (экспериментах использовались МК пластины, прошедшие ион- ] ву*> модификацию поверхности ранее установленными различными ва- ; раантемл химических элементов:

- ионное распыление аргоном и модификация хромом, '

- ионное распыление аргоном и модификация титаном,

- ионное.распылённа аргоном П комплексная модификация Сой- ■ тавом И - Си. - Мо-И .

Установлено, что прй Испольтованки Прошедших модификаций поверхности пластин отмечается снижение всех составляющих силы ! резания. Наиболее значимое уменьшение сил резания зафиксировано ' при обработке стали 40Х (НЕС 48-62) для пластин после ионной | модификации составом Т1 - Си. -Мо-Н (Р - 23%, Р -р2 -14«. . ;

Установлено, что во всем диапазоне изменения скорости резе-1 ния от 50 до 548 м/мин происходит уменьшение коэффициента утол-: щения стружки и длины контакта стружки с .обрабатываемым материа-! лом. Отмечено, что после ионной модификации имеет место увеличе-1 ние радиуса округления режущей кромки § до 9...Г2 мкм по срав-' нению с исходным 3...5 мкм. При обработке закаленных-сталей ра-' диус округления пластин после модификации имеет менее интенсивный характер- йарастахия, что коррелируется со стойкостью пластин.1 Проведенные исследования теплового состояния зоны резания и режу-цей чаети инструмента с использованием аналитической методики ! ^.Н.Резникова и разработанной в Мосстанкине эксперикентально--аналитической методики фиксирования температур с помощью термо- 1 гндикаторных веществ типа ТХИ-53 показали, что комплексная моди-

П .

Фдкация МК- благоприятно влияет на распределение изотерм в режущей клине инструмента. Так, после комплексной модификации пластин составом Т1. --Си - Мо-М изотерма максимальных температур (1125°С) находится на 17/5 дальше от режущей кромки, чем у обычных пластин, .а градиент температур заметно снижается.

Таким образом, полученные результаты изменения параметров процесса резания позволяют считать, что ионная модификация рабочих поверхностей МК пластин приводит к более благоприятным условиям работы минералокерамического инструмента: уменьшению удельных нагрузок на режущую кромку, снижению мощности, затрачиваемое на резание, и снижение термомеханической напряженности режущего клина. Все это должно привести к повышению работоспособности инструмента.

Для выявления влияния модификации поверхности на стойкость пластин были проведены ■ соответствуйте сравнительные стойкостные испытания. Установлено, что во всем диапазоне скоростей резания при чистовом точении стали ЗОХНМ (НВС 45...58) наблюдается уменьшение фаски износа по задней грани инструмента (рис.1). При этом характер изнашивания пластины меняется от преимущественного усталостного выкрашивания к абразивному износу. Экспери-; менты, проведенные для сравнения полученных данных с работой рекомендуемых в литературе покрытий, показали, что нанесенные на на установке Булат ЗТ покрытия Т1Ы обеспечивает в 1,6 раза меньшую стойкость МК, чем предлагаемое гяами комплексное покрытие Т1 - Си - Мо^ .

Для пластин после комплексной модификации составом Т1 - Си -Мо-М получена формула для определения стойкости при точении закаленной стали 45 (НРС 45...50):

Г'*

лДГ/одНШ ' (2)

где V - скорость резания, м/мин ;

Б - подача, мм/об ;

1 - глубина резания, мм.

Изменение характера изнашивания и снижение его.темпа, а также уменьшение адгезионного взаимодействия инструментального материала с обрабатываемым приводит к изменению параметров.качества поверхностного слоя обработанных изделий. Произведенние исследования по вияплеиг.ю влияния состава модифицированного слоя при чистовом точении и растачивании но шероховатость обргботанно{ 12

fl3,MM

100 200 300 400 500 V ц/кян Рис.1. Влияние скорости резания на величину износа по задней грани инструмента после 1000 и пути резания. Г - пластика без ионной обработки,

2 - пластины после ионного распыления и модификации

титаном,' - -

3 - пластины после ионного распыления и модификации

хромом,

4 - пластины после ионного распыления и комплексной

модификации составом TL - Cu - Мо -N .

поверхности (сталь 45, НЕС 45...50) показшш, что наилучшие ре- ; зультаты обеспечивает комплексная модификация составом Т1 - Са -

- Мо , которая позволяет снизить параметр шероховатости Е в в среднем на 10...15^. Установлено также, что модификация составом Т1 - Са - Мо -И , проведенная на рациональных режимах,

, позволяет на 40/5 уменьшить величину остаточных растягивапцих , напряжений в поверхностном слое деталей, получаемых при чистовом . растачивании закаленной стали 40Х (НВС 48...50). Последнее подтверждает влияние модифицированного слоя на снижение вторичных деформаций и уменьшение количества тепла, возникающего ори тре-. нии задней поверхности об обрабатываемый материал.

Оценка глубины упрочненной зоны на поверхности обрабатыва-, емой детали показала, что она составляет 50...60 мкм, а степень деформационного упрочнения не превышает 5-7£. Различия для поверхностей обработанных пластинами после модификации и без нее не обнаружено.

Исследование влияния ионной модификации минералокерамики на точность диаметральных размеров детали на операциях чистового , точения и растачивания заготовок из оталей (Ст 45, НВС 46...50 ; ' Ст 40Х, НВС 48...50) показало, что во всех случаях ионная моди-; фикеция приводит к снижению интенсивности приращения указанного параметра. При атом комплексная модификация составом Т1 - Са -

— Мо - V обеспечивает наименьшую интенсивность этого приращения , в процессе работы инструмента.

В главе 5 приведены практические результаты проведенных исследований и даны рекомендации для промышленности по реализа-! ции процесса ионной модификации рабочих поверхностей минерало-кервмических пластин." >-.

Промышленная апробация полученных данных, проведенная в акционерном объединении "Кировский завод" (г.Санкт-Петербург), производственной объединении "Усольмаи" (г.Усолье-Сибирское) и на Ангарском электромеханическом заводе (г.Ангарск), показала, что на операциях чистового точения и растачивания изделий из закаленных сталей использование минералокерамического оксидно-карбидного режущего инструмента чарок В0К60 и В0К71, подвергнутого ионной модификации по разработанной технологии, обеспечивает повышение его стойкости до 2,5...2,8 раза.. Испытания проводились при чистовом растачивании заготовок типа кольцо из стали 45Х (ПЕС 46,5...55), при шфужном чистовом точении'корпуса отдслоч--14

'ного пуансона из стали 40Х (НЕС 42...50У и при чистовом точении дорошш качения поворотной Ьпоры из стали 55 (НЕС 56...62). Во всех случаях ионная модификация рекомендованными химическими элементами (титш, хром, титач-медь-молибден-езот) приводила к повышению стойкости рэаугдас пластин. Наибольшее повшениэ стой- . кости пластин било зафиксировано после проведения комплексной , ионной обработки с получением модифицированного слоя Т1 - Со. - \ - Мо -Н . При этом наблюдалось уменьшение разброса стойкости . инструмента (наибольшее снижение коэффициента вариации 3,65 ра- | за), что свидетельствует о повышении надежности пластин посла их: ионной-модификации. |

Псвилениз стойкости инструмента зафиксировано также и для | пластин низкого исходного качества. Это дает возможность реяо-1 мендовать ионную модификацию как способ восстановления реаущнс ! свойств пластин низкого качества, обычно непригодных для реза- , нкя и бракуемых из-за дефектов их изготовления в процессе спека-| ния или заточки. 1

Расчет ожидаемой экономической эффективности от внедрения ! процессе ионной модсфикеДза при обработка заготовок типа кольца ! в АО' "Кировский завод" сосТазНл ГЗ 4?Г8 рублей в год (в цэлох \ 1990 г.). . |

ОСНОВНЫЕ ВЫЕ0Д1 1

1. Анализ условий работа и причин Еыхода из строя мияерало-керамических пластин при резании закаленных сталей позвана раз-: работать конструкцию поверхностного модифицированного слоя Г/Я, I включащего-перехОдннй и функциональные: теплоотвод-и^й и изпо- ! состойкий слои.

2. На основе прогноза свойств образующихся соединений и оценки получаемых при этом изменений физико-механических харая- 1 теристик поверхности можно рекомендовать модифицированный поверхностный слой МК состава Т1 - Си. - Мо -Н .

3. Ионная модификация МК пластин, обеспечигая уменьшение : параметров шероховатости, увеличение твердости, повшениз урезая остаточных сжимающих напряжений, изменение химического состава п удаление дефектного слоя, позволяет управлять качоствсм минерало-*ерамического инструмента.

4. Конная модификация минералокерамики Приводит к изменению зараметров процесса резания, уменьшая длину контакта инструмента

со стружкой, коэффициент утолщения стружки, градиент температур в режущей части, мощность, затрачиваемую на резание, удельные нагрузки на режущую кромку и термомеханическую напряженность режущей части инструмента.

5. Разработанная конструкция и состав поверхностного модифицированного слоя МК оксидно-карбидного типа, а также технология его получения позволили повысить работоспособность режущего инструмента в 2,5...2,8 раза.

6. Ионная модификация рабочих поверхностей МК пластин в некоторых случаях позволяет восстановить режущие свойства пластин, отбракованных из-за некачественного их изготовления или заточки.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Барченко В.Т., Попов А.И., Сенчило И.А. и др. Применение установок серии ВУП для комбинированной ионно-вакуумной модификации поверхностей // Вакуумная техника и технология, 1991.--Т.Г, В 3. - С.40.

2. Попов А.И., Сенчило И.А., Шатерин M.A., Шефер Н.И. и др. Сформирование функциональных поверхностных слоев на изделиях из минералокорамики // Повышение производительности и качества обработки изделий электрофизическими и комбинированными методами: Сб.науч.тр. / СПбГУ. - С.-Петербург: СПбТУ", 1992. - С.26.

3. Барченко В.Т., Попов А.И., Cemfluio И.А, и др. Увеличение износостойкости ыинералокеремики Б0К-60 ионной обработкой // Модификация конструкционных материалов пучками заряженных частиц /Тез. П Всес.конф. Т.4. - Свердловск: Уро АН СССР, 1991. -- С .123. ,,

4. Еремеев Е.В., Заграничный С.П., Попов А.И. и др. Изменение износостойкости инструмента при термоионной обработке // Модификация конструкционных материалов пучкема заряженных частиц / Тез. П Всес.конф'. Т.4. - Свердловск: Уро АН СССР, I99I.-C.I26.

5. Шатерин М.А., Попов А.К., Сенчило И.А. Повышение долговечности минералокерамики, применяемой для чистового точения чугуна посредством иошю-вокуумного упрочнения ее поверхности // Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин / Тез.докладов Межреспубл. науч.-техн.конф. - Волгоград, 1991. - С.39.

6. Попов A.V., Сенчило H.A. и. др. Упрочнение поверхностных слоев минералокерамики зн счет их ионной модеГккгц::!: // Материал!

16

и упрочняющие технологии- 91 / Тез.докл. Республ.научн.-техи. кон*. - Курск, IS9I. - C.I8.

7. EtêmccvE.V. ZûQranlcfinlS.N..LoenRoO.O.,РороуA.I Wear-resistence copper films deposition // International: Conference on tUkwn team ttcbnotoaits.

■ May: 30 - lune Ч. 1991. Varna . Bulgaria ,3P. 657-661 . ;

8. Сенчило И.А., Попов А.И. и др. Повышение реботоспособнос-ти металлокерамики посредством ионной модификации ее поверхности // Технологическое и конструкторское обеспечение высокоэффектив-I ного производства в автомобилестроении: Мат.семинара / ЛДНТП. -С.-Петербург, I9SI. - С.28.

9. Попов А.И., Сенчило И.А., Смирнов A.A., Бакланов Й.Е. Повышение надежности работы инструмента из минералокераыики за счет модификации их рабочих поверхностей // Прогрессивные технологические механообработки и-сборки: Материалы семинара / ДДНТП, С.-Петербург, I99T. - С.18.

10. Попов А.И., Сенчило H.A., Смирнов A.A., Шатерин U.A. !рименение ионной модификации лоЕзрхностей минералокерамшш B0K-7I для повышения ее работоспособности при чистовой обработке закаленных сталей // Прогрессивнее решения технологии машиностроения в механообрабатывевщем и сборочном производствах . ХЩНТП. -.С.-Петербург, 1991. - С»18-20.

11. Попов А.И., Сенчило И.А. Упрочнение минералокерампчес-шх режущих пластин в результате их ионно-вакуумной модификации V Современные материалы, оборудование, технологии упрочнения в юсстаНовления деталей машин. - Полоцк, 1993. - С.12.

12. Попов А.И.,. Сенчило Й.А., Шофер H.H. Разработка технаяо-■ического процесса упрочнения ионно-вакуумнсй обработки минерало--;ерамических режущих пластин // Современные достижения в мехайо- ' «Зрабатнвеющем и. сборочном производства / Мат. научи»—тбзш.конф. ЦЭНиТ..-С.-Петербург, 1Э93. - С.23.. !

13.-Попов А.И., Сенчило И.А., Шптерин М.А, Повышение работой пособноста кинералокеромики за счет обработки ее поверхности онеми высоких энерп-й // Радиационная повреждаемость.и работо-юссбность конструкционных материалов / Мат. 7 научн.-техн. зманара. - Псков, 1993. - С.16.

oT^npiun СЮ рту. JwV. -5 (У). Тир. /СР.

17