автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка конструкций многослойных покрытий для повышения работоспособности торцовых фрез

На правах рукописи

ЦИРКИН АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ульяновск - 2004

Работа выполнена на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» Ульяновского государственного технического университета (УлГТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В.П. ТАБАКОВ

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Н.С. РЫКУНОВ

кандидат технических наук, доцент Г.Д. ФЕДОТОВ

Ведущее предприятие - ОАО «Утес», г. Ульяновск

Защита диссертации состоится 28 июня 2004 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета К 212.277.01 в первом корпусе Ульяновского государственного технического университета по адресу: г. Ульяновск, ул. Энгельса, 3 (почтовый адрес: 432700, ГСП, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УлГТУ.

Автореферат разослан

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

В.Ф. Гурьянихин

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нанесение износостойких покрытий методом КИБ позволяет существенно повысить работоспособность режущего инструмента (РИ). Однако на некоторых операциях механической обработки, в частности, при прерывистом резании, эффективность РИ с покрытиями существенно ниже, чем при непрерывном. Работоспособность РИ в условиях прерывистого резания можно повысить за счет нанесения многослойных покрытий (МП). Однако, несмотря на определенные успехи, достигнутые в области разработки таких покрытий, остаются нерешенными многие вопросы, связанные с их конструированием: определение количества слоев и их физико-механических свойств, их взаимного расположения и соотношения толщин. Требуют дальнейшего развития принцип конструирования таких покрытий и механизм влияния их конструкций на структурные параметры, механические свойства и работоспособность РИ.

В связи с этим тема диссертационной работы, посвященной дальнейшему повышению работоспособности РИ с покрытиями, является актуальной.

Автор защищает: 1. Результаты теоретико-экспериментальных исследований конструкций МП, работающих в условиях прерывистого резания, в частности физические модели напряженного состояния на границах покрытия, результаты исследований физико-механических свойств покрытий, используемых в качестве отдельных слоев МП, принципы построения МП повышенной тре-щиностойкости и с повышенными адгезионно-прочностными свойствами.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния конструкции МП на их структурные параметры, механические свойства, динамику разрушения и интенсивность изнашивания РИ.

3. Технологические режимы нанесения МП на твердосплавный РИ, работающий в условиях прерывистого резания.

4. Результаты экспериментальных исследований работоспособности РИ с разработанными МП при обработке резанием заготовок из углеродистых и низколегированных сталей и результаты опытно-промышленных испытаний.

Цель работы: повышение работоспособности торцовых фрез при обработке заготовок из углеродистых и низколегированных сталей путем совершенствования конструкции износостойких покрытий.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. На основе анализа механизма разрушения МП в процессе резания определены пути повышения их эффективности. 2. На основе результатов исследований напряженного состояния и механических свойств покрытий предложен принцип конструирования МП для РИ, работающего в условиях прерывистого резания. 3. Разработан ряд конструкций МП и технологические процессы их нанесения на рабочие поверхности РЙ. 4. Лабораторными исследованиями выявлена высокая работоспособность РИ с разр; (

беО£цшинОШ1)ЫНХЯгвержденная результатами

... ЩньС\

опытно-промышленных испыт .ний ^^МЛЙХ^^йсти'Ющего производства.

С1Нт*в«гаг». Л

Научная новизна:

1. Предложены и экспериментально проверены физические модели напряженного состояния на границах многослойного покрытия при движении через них трещин, разработанные на основе анализа механизма разрушения покрытий в условиях прерывистого резания и положений теории разрушения твердых тел.

2. Предложен принцип конструирования многослойных покрытий повышенной трещиностойкости.

3. Выявлен механизм влияния конструкции многослойного покрытия (количества слоев, их состава и толщины) на структурные параметры, механические свойства покрытия, динамику процессов трещинообразования и интенсивность износа РИ.

4. Предложены эмпирические зависимости взаимосвязи конструкции многослойных покрытий с их механическими свойствами и интенсивностью износа РИ, а также периода стойкости РИ с разработанными покрытиями от элементов режима резания.

Практическая ценность и реализация работы: 1. Разработаны конструкции МП и рекомендации по их толщинам и толщинам отдельных слоев, обеспечивающим минимальную интенсивность изнашивания РИ.

2. Разработаны технологические регламенты по режимам ионной очистки инструментальной основы и конденсации МП.

3. Опытно-промышленными испытаниями, выполненными в производственных условиях ОАО «Утес» (г. Ульяновск) и ОАО «УКБП» (г. Ульяновск), подтверждена высокая работоспособность РИ с разработанными МП. Разработанные технологические рекомендации по нанесению покрытий приняты ОАО «Утес» и ОАО «УКБП» для использования в производственных условиях. Результаты работы включены в учебный процесс подготовки специалистов по специальности 120100 - «Технология машиностроения».

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях (НТК) УлГТУ в 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.; международных НТК «Молодежь - науке будущего», г. Набережные Челны, 2000 г., «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов», г. Ульяновск, 2003 г., «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций», г. Санкт-Петербург, 2003 г., «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства», г. Волгоград, 2003 г., «Физика прочности и пластичности материалов», 2003 г., всероссийских НТК «Методы и средства измерений», г. Нижний Новгород, 2000 г., «Современные тенденции развития автомобилестроения в России», г. Тольятти, 2003 г., «Инновации в машиностроении -2002», г. Пенза, 2002 г., «Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков», г. Рыбинск, 2002 г., «Молодежь Поволжья - науке будущего», г.

Ульяновск, 2003 г., «Современные проблемы машиностроения и транспорта», г. Ульяновск, 2003 г., «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении», г. Арзамас, 2003 г.; на научно-технических семинарах кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» УлГТУ в 2003 гг.; на заседании научно-технического совета машиностроительного факультета УлГТУ в 2004 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, получено 8 патентов на изобретения и свидетельств на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (174 наименования) и приложений (29 страниц), включает 213 страниц машинописного текста, 88 рисунков и 46 таблиц.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, ее практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен анализ состояния проблемы повышения работоспособности РИ, работающего в условиях прерывистого резания. Рассмотрен механизм разрушения РИ в данных условиях. Показано, что основной причиной потери работоспособности твердосплавных фрез с износостойким покрытием при фрезеровании заготовок из углеродистых сталей является разрушение покрытия в результате образования в нем трещин, появляющихся вследствие влияния переменных теплосиловых нагрузок и адгезионно -усталостных процессов при отделении «застойной зоны» - области стружки на участке пластического деформирования.

Выявлены наиболее эффективные направления совершенствования РИ с покрытиями, основным из которых является создание МП, сконструированных с учетом условий обработки и реализующих принцип разделения функций между слоями. Отмечены нерешенные вопросы, связанные с конструированием МП: отсутствие четко сформулированных принципов их построения, противоречивость рекомендаций по выбору общей толщины МП и толщин отдельных слоев, недостаточность данных по механизму влияния конструкции МП на процессы износа и разрушения РИ.

В заключение сформулированы цель и задачи работы, приведенные выше.

Во второй главе представлена общая методика проведения экспериментальных исследований структурных параметров, механических свойств покрытий и работоспособности РИ. Использовали неперстачиваемые твердосплавные пластины МК8 производства СП «MKTC-HERTEL» формы 03111-120408 (ГОСТ 19064-80), ВК6ОМ и Т5К10 формы 03111-120408 (ГОСТ 19049-80). Обрабатывали заготовки из легированной инструментальной стали 5ХНМ (ГОСТ 5950-73) и углеродистой конструкционной стали 45 (ГОСТ 1050-88).

Износостойкие ионно-плазменные покрытия наносили на установке «Бу-лат-6». В качестве материалов катодов использовали титановый сплав ВТ 1-0, циркониевый сплав Э-110. При напылении покрытия TiMoN применяли составной катод с титановым корпусом и вставкой из молибдена. Для напыления покрытий на основе нитрида титана-алюминия ТЛШ применяли составной катод, на способ изготовления и конструкцию которого получен патент на изобретение (патент № 2221079 РФ). Структурные исследования образцов с покрытиями проводили методами рентгеновской дифрактометрии на установке «ДРОН - ЗМ» с использованием фильтрованного Сик0 - излучения в режиме пошаговой съемки. Микротвердость покрытий Нц измеряли с использованием пирамиды Виккерса на микротвердомере ПМТ-3. Для определения модуля Юнга износостойких покрытий использовали методику, основанную на внедрении в исследуемый магериал алмазного индентора Кнупа на микротвердомере ПМТ-3. Прочность сцепления покрытия с инструментальной основой оценивали методом вдавливания алмазного конического индентора с использованием твердомера ТК-2М. Исследования трещиностойкости (коэффициент Ктр) и прочности сцепления слоев МП (коэффициент Ксс) проводили по оригинальным методикам путем алмазного индентирования покрытий на твердомере ТК-2М. Снижение величины коэффициентов КТР и КСС свидетельствовало о повышении трещиностойкости и прочности сцепления слоев МП.

Работоспособность РИ исследовали при торцовом фрезеровании заготовок из сталей 5ХНМ и 45 на вертикально-фрезерном станке мод. 6Р12. Использовали торцовые фрезы с механическим креплением режущих пластин (у = -11 0, а = 11 0, ф = 67 0, ф] = 5 0). Обработка производилась без применения СОЖ. Работоспособность оценивали по интенсивности износа РИ при определении рациональной конструкции МП и по величине фаски износа по задней поверхности при проведении стойкостных исследований. Фаску износа измеряли на микроскопе БМИ-Щ. При изучении динамики разрушения покрытий в качестве исследуемых параметров использовали число циклов работы РИ до выхода трещин первого типа на режущую кромку до образования сетки

трещин второго типа и до разрушения покрытия на контактной площадке по передней поверхности Исследовали интенсивность износа РИ с МП при встречном и попутном торцовом фрезеровании.

Планирование эксперимента и построение регрессионных моделей при определении рациональной конструкции МП проводили с использованием центрального композиционного ротатабельного униформ-планирования второго порядка, для получения эмпирических моделей периода стойкости РИ использовали метод полного факторного эксперимента.

В третьей главе представлены результаты теоретико-экспериментальных исследований конструкций МП. Исследовали механические свойства одно- и многослойных покрытий, напряженное состояние РИ с МП различных конструкций и динамику процессов трещинообразования на контактной площадке РИ по передней поверхности в процессе резания. На основе анализа результатов проведенных исследований сформулированы требо-

вания к МП, предложены конструкции МП для операций прерывистого резания и принцип их построения.

Согласно теории разрушения твердых тел эффективным способом торможения трещин является создание на пути их движения различного рода барьеров в виде полей напряжений сжатия, включений, границ фаз и слоев. Кроме того эффективность торможения трещин зависит от механических свойств слоев многослойной композиции, в частности, от соотношения модулей упругости (твердости) соседних слоев и их взаимного расположения. При этом, в зависимости от направления движения трещин (из мягкого слоя в твердый или наоборот) и величины перепада твердости на границе этих слоев изменяется как характер разрушения (сдвиг или отслоение), так и величина разрушающих напряжений (растяжения или сдвига), возникающих на данной границе. На основании положений теории разрушения твердых тел, с учетом характера разрушения покрытий в процессе резания предложены физические модели напряженного состояния на границах слоев МП при движении через них трещин. Анализ физических моделей показал, что с точки зрения более длительного сохранения покрытия на контактной площадке на передней поверхности более предпочтительна конструкция МП, включающая «мягкие» верхний и нижний слои и более твердый промежуточный слой. При этом различие величин твердости на границах слоев и границе с инструментальной основой должно быть минимальным с целью снижения на них напряжений сдвига. Вместе с тем промежуточный слой для эффективного торможения трещин должен иметь высокую трещиностойкость.

Для выбора материала промежуточного слоя МП исследовали покрытия: ТШ, ТЮЧ, И/гТЧ, НАШ, НМс^ и НРе]Ч, трещшюстойкость которых определяли расчетным путем по следующим параметрам: поверхностная энергия у"1, критический коэффициент интенсивности напряжений КС, величина и знак результирующих напряжений перед вершиной трещины Стр.

Результаты исследований параметров трещиностойкости и модуля Юнга представлены в табл. 1.

1. Физико-механические свойства износостойких покрытий

Покрытие Микротвердость Нц, ГПа Модуль Юнга Е, ГПа Поверхностная энергия уК\ Дж/м2 Остаточные напряжения Со, МПа Коэффиц иент Кс, Н/м3/2 Коэффиц иент Ктр

TiN 21,2 350,9 4,43 -380 1,47-10" 0,77

TiCN 31,1 370,0 5,61 -2520 1,85-Ю6 0,67

TiZrN 41,5 420,0 6,60 -2920 2,19-10й 0,44

TiAlN 31,7 350,9 5,69 • -2250 1,89-10" 0,65

TiFeN 22,7 301,3 4,51 -750 1,50-10" 0,70

TiMoN 38,0 377,4 6,28 -3000 2,08-10" 0,76

Установлено, что из всех исследованных покрытий наибольшими поверхностной энергией и коэффициентом КС обладает сложный нитрид титана и циркония TiZrN, что свидетельствует о его высокой трещиностойкости.

Для подтверждения полученных результатов расчета были проведены экспериментальные исследования коэффициента трещиностойкости Ктр. Как видно из табл. 1, полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с расчетными. Покрытия сложного состава имеют более высокую трещино-стойкость по сравнению с покрытием ^^ при этом большей трещиностойко-стью обладает покрытие TiZrN.

Таким образом, в качестве промежуточного твердого слоя в МП следует использовать покрытие TiZrN, которое должно быть получено с использованием раздельных катодов для обеспечения микрослоистости. В качестве верхнего и нижнего слоев можно использовать покрытия TiN и ^С^ которые, согласно работам В.П. Табакова и М.Ю. Смирнова, отвечают требованиям, предъявляемым к МП, работающим в условиях прерывистого резания. Исходя из этого, были предложены конструкции МП, обладающие повышенной трещиностойко-стыо: TiCN-TiZrN-TiN и т-ШШ-™.

Используя известные положения о влиянии технологических условий конденсации покрытий на их структурные параметры и механические свойства, изложенные в работах Табакова В.П., и принимая во внимание наряженное состояние на границах МП, предложены конструкции покрытий с повышенными адгезионно-прочностными свойствами:

В этих покрытиях повышение прочности адгезионной связи на границе покрытия с инструментальной основой обеспечивается за счет использования слоя ТЮЧ, полученного при содержании ацетилена в газовой среде 15 % или за счет использования покрытия ^^ полученного в комбинированном температурном режиме (КТР) при высокой температуре конденсации (ИЫ141'). Более низкая микротвердость и меньший коэффициент отслоения указанных покрытий приведут к уменьшению разрушающих напряжений и повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой. Повышение прочности адгезионной связи на границе верхнего и промежуточного слоев МП можно обеспечить за счет создания слоя ^^ полученного по технологии КТР при низкой температуре (ГШ^р). Высокая твердость слоя приведет

к снижению перепада напряжений на данной границе и повышению ее прочности.

Для проверки высказанных предположений о повышении трещиностойкости и адгезионно-прочностных свойств МП провели математическое моделирование напряженного состояния (возникающего в процессе резания) на границах между слоями покрытия и с инструментальной основой с использованием пакета программ А№У8 5.4 и экспериментальные исследования микротвердости, коэффициента отслоения, трещиностойкости, прочности сцепления слоев МП и динамики трещинообразования МП в процессе резания. Сравнивали разработанные МП с известными покрытиями TiCN-TiN и ТС^ТСС^ТС^ и покрытием с промежуточным слоем TiMoN (вместо TiZrN), отличающимся меньшей трещиностойкостью по сравнению с TiZrN.

Результаты моделирования напряженного состояния, подтвердили снижение перепада напряжений на границах МП за счет варьирования свойствами верхнего и нижнего слоев МП, что должно способствовать снижению интенсивности процессов трещинообразования.

Исследованиями механических свойств МП и динамики трещинообразо-вания установлено, что разработанные МП имеют более высокую прочность сцепления с инструментальной основой, трещиностойкость и прочность сцепления слоев по сравнению с известными МП и МП с промежуточным слоем TiMoN (табл. 2).

2. Механические свойства и динамика процессов трещинообразования многослойных покрытий

Покрытие Н^ГПа Ко Ктр Число циклов*

Иш Иш

■псы-Шгм-'Ш 38,7±0,01 0,21 ±0,01 0,28±0,01 9450 12600 18900

•псм'^тагн-™КТР 39,0±0,02 0,19±0,01 0,27±0,02 9650 13200 21900

"пы-тагм-та 37,9±0,01 0,99±0,02 0,31±0,01 8400 12460 16870

Тй^-ШтК- ТО^ктр 38,5±0,01 0,60±0,02 0,30±0,01 8800 13000 18500

тсы-тсмот^т 39,7±0,03 1,01±0,03 0,34±0,02 7500 11200 16870

ПСЫ-™ 34,1±0,01 1,16±0,01 0,39±0,01 6300 9450 12600

* Режим резания V = 247 м/мин, = 0,4 мм/зуб, В = 20 мм, г = 1,5 мм; об рабатываемый материал - сталь 5ХНМ.

Установлено, что предлагаемые МП благодаря своим более высоким механическим свойствам снижают интенсивность процессов образования и развития трещин, увеличивая количество циклов работы РИ до образования всех типов трещин и разрушения покрытия по сравнению с базовыми МП в 1,5 раза и более (табл. 2). Как видно из табл. 2, применение в качестве промежуточного слоя TiMoN, имеющего меньшую трещиностойкость по сравнению с покрытием TiZrN (табл. 1), ведет к снижению трещиностойкости МП в целом и количества циклов работы РИ до образования трещин и разрушения покрытия. Направленно подбирая свойства нижнего и верхнего слоев МП за счет изменения условий их конденсации, можно изменять его механические свойства, такие как прочность сцепления с инструментальной основой и между слоями, трещино-стойкость, и тем самым влиять на интенсивность процессов трещинообразова-ния.

Таким образом, проведенные исследования подтвердили высказанные положения о повышении трещиностойкости и адгезионно-прочностных свойств МП и позволили предложить конструкции МП, обеспечивающих наибольшее снижение интенсивности процессов образования и развития трещин на кон-

тактных площадках РИ: ЪСЫ-ШгМ-'Ш, ПИ10 '"-ШгМ-'ПЫк I р и TiCN "В четвертой главе содержатся результаты исследований, проведенных с целью выявления рациональной конструкции МП. Исследовали влияние толщины слоев и толщины МП в целом на его структурные параметры, механические свойства, динамику процессов трещинообразования и интенсивность износа РИ. Рассматривали многослойное покрытие

имевшее по результатам исследований, представленных в главе 3, лучшие показатели по механическим свойствам и динамике процесса трещинообразования. Толщиной слоев МП варьировали в пределах (1-3) мкм, общей толщиной - от 4,5 до 9 мкм. Регрессионные зависимости механических свойств МП от толщин слоев представлены в табл. 3 - соответственно толщины нижнего,

промежуточного и верхнего слоев).

3. Уравнения регрессии механических свойств многослойного покрытия

Параметр Уравнения регрессии

Нц У = 38,78517+0,379743Х,+0,963653Х2-0,92375Х3 + 0,80954Х,Х,+ + 0,023625Х2Х2 + 0,448875Х3Х3 + 1,13653Х,Х2 - 0,74944Х,Х3 -0,04638Х2Х3

К0 У = 0,211188 ч- 0,02854Х, - 0,014529 Х21 0,000584Х3 +0,066852Х|Х|- 0,00112Х2Х2 - 0,0048875Х3Х3 + 0,054656Х,Х2 + +0,02779Х1Хз - 0,03088X2X3

Ктр У = 0,288377- 0,00566X1- 0,01029Х2 + 0,009819Х3 - 0,00125Х,Х1 + + 0,01474Х2Х2 + 0,00375ХзХз - 0,016508Х,Х2 - 0,016508Х1Х3 + 0,00375Х2Х3

Установлено незначительное влияние толщин отдельных слоев МП на его структурные параметры (период кристаллической решетки и полуширину рентгеновской линии) и существенно большее влияние на них общей толщины МП. При этом с ее уменьшением полуширина рентгеновской линии возрастает, что свидетельствует о большем упрочнении покрытий малой толщины.

Выявлено, что наибольшее влияние на микротвердость МП оказывает толщина промежуточного слоя Т^гЫ (рис. 1, а), с увеличением которой микротвердость Нц возрастает. Увеличение толщины слоя ТЮЫ также приводит к повышению микротвердости, но влияние этого фактора меньше влияния толщины слоя ТС/гЫ. Увеличение толщины слоя ТСЫ приводит к снижению микротвердости. Микротвердость трехслойных покрытий по сравнению с известным двухслойным ТССЫ-ТЫ возрастает на (13,5 - 16,5) % в зависимости от конструкции МП.

Наибольшее влияние на прочность сцепления МП с инструментальной основой оказывает толщина нижнего слоя ТЮЫ. Зависимость коэффициента отслоения К0 от толщины слоев МП имеет экстремальный характер (рис. 1, б), причем минимальные значения К0 наблюдаются при толщине слоя ТЮЫ в пределах (1,5 - 2,5) мкм (в зависимости от общей толщины МП). О большем влия-

нии нижнего слоя TiCN на прочность сцепления покрытия с инструментальной основой свидетельствует тот факт, что изменение его толщины при сочетании данного слоя с промежуточным слоем TiZrN или верхним слоем TiN ведет к более существенному изменению коэффициента отслоения, чем варьирование толщинами слоев TiZrN и ТСК

Н,

40 ГПа 36 34 32

2 — — Л*

о» '.У Ч^1 J

Ч1

S

1,0 1,5 2,0 мкм Толщина слоя-

а)

3,0

Кур

0,40 0,35 0,30

0,25 0,20

3 \

.V

/

п л*

1,0 1,5 2,0 мкм

Толщина слоя-

В)

3,0

0,6 0.5 К0 0,4 0,3

0,2

1

ч о» 3 \

3,0

1,0 1,5 2,0 мкм

Толщина слоя-

6)

Рис. 1. Влияние толщин слоев МП на микротвердость Нц (а), коэффициент отслоения Ко (б) и коэффициент трещиностойкости Ктр (в): 1, 2, 3 -соответственно слой TiZrN, TiCN, TiN

Прочность сцепления трехслойных покрытий по коэффициенту отслоения Ко В '3 — Ь раз превышает прочность сцепления известного двухслойного покрытия.

Наибольшее влияние на трещиностойкость МП оказывает толщина промежуточного слоя TiZrN, с увеличением которой трещиностойкость МП возрастает (снижается коэффициент Кур, рис. 1, в). Толщины слоев ТЫ и TiCN оказывают меньшее влияние. Зафиксировано повышение трещиностойкости разработанных покрытий по сравнению с известным двухслойным покрытием ТЮК-^К на (11 - 35) % в зависимости от конструкции МП.

При фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ интенсивность износа РИ с разработанным МП снижается в 1,6 раза по сравнению с известным двухслойным покрытием Т^К-ТК и в 2,85 раза по сравнению с однослойным покрытием При этом величина интенсивности износа зависит от условий фрезерования (рис. 2): при фрезеровании со скоростью резания V = 247 м/мин и подачей 5г = 0,4 мм/зуб наименьшую интенсивность износа показали РИ с МП общей толщиной 6 мкм и толщинами слоев по 2 мкм; при работе со скоростью резания V = 157 м/мин и подачей Эг = 0,25 мм/зуб меньше других изнашивались РИ с МП толщиной 4,5 мкм и слоями равной толщины (по 1,5 мкм). Низкая интенсивность износа РИ с данными покрытиями объясняется сочетанием их меха-

нических свойств: высокой микротвердости, трещиностойкости и прочности

Выявлена роль промежуточного слоя TiZrN в снижении интенсивности процесса образования и роста трещин в МП, которая возрастает с повышением теплосиловой напряженности процесса фрезерования. Для разработанного МП характерно увеличение числа циклов работы РИ до образования трещин и разрушения покрытия в 1,5 раза по сравнению с известным покрытием TiCN-TiN и в 2 - 4 раза по сравнению с однослойным покрытием ТС^

4. Механические свойства многослойных покрытий рациональной конструкции

Общая толщина МП Ьп, мкм Толщина слоев, мкм Механические свойства

таи ■ш н„,гаа Ко Кхр

4,5 1,5 1,5 1,5 35,90±0,01 0,22±0,01 0,35±0,02

6,0 2,0 2,0 2,0 38,73±0,02 0,21±0,01 0,29±0,01

В пятой главе представлены результаты стойкостных исследований РИ с разработанными МП при торцовом фрезеровании заготовок из сталей 5ХНМ и 45 и влияния схемы фрезерования на его работоспособность. Приведены результаты опытно-промышленных испытаний и технико-экономическое обоснование эффективности РИ с разработанными МП.

Установлено, что применение разработанных трехслойных МП позволяет повысить период стойкости РИ по сравнению с однослойным покрытием TiN и двухслойным покрытием TiCN-TiN в 1,5 - 4,8 раза (рис. 3) в зависимости от режимов резания и материала обрабатываемой заготовки. Наибольшую работоспособность показали РИ с МП "ПО!1 5°"-Т12г>1-'П>1ктр, повышающие период стойкости по сравнению с двухслойным покрытием TiCN-TiN в 1,65 раза при обработке заготовок из стали 5ХНМ и в 2 раза при обработке заготовок из стали 45 (рис. 3). По сравнению с РИ с однослойным покрытием TiN применение МП способствует увеличению периода стойкости РИ в 2,8 - 3,5 раза при обработке заготовок из стали 5ХНМ и в 4,7 раза при обработке заготовок из стали 45 (рис. 3). В порядке повышения работоспособности РИ при обработке загото-

сцепления покрытия с инструментальной основой (табл. 4).

3,0

2,5

НО"7

2,0

1,5

- 1

____

N

1,0 1,5 2,0 мкм 3,0 Толщина слоя-

Рис. 2. Влияние толщины слоя "П7гЫ на интенсивность износа ] РИ с МП при фрезеровании на режиме резания: 1 - V = 247 м/мин, г/. = 0,4 мм/зуб; 2 - V = 157 м/мин, = 0,25 мм/з>б

вок из сталей 5ХНМ и 45 многослойные покрытия можно расположить в следующий ряд (по сравнению с покрытием TiCN-TiN): ™ктр-

та^-™кТР, те^-та^-™, тiCNl5%-

Математические модели, представленные в табл. 5, свидетельствуют о снижении влияния скорости резания и подачи на период стойкости РИ с разработанными МП по сравнению с РИ без покрытия и с однослойным покрытием По сравнению с РИ с двухслойным покрытием TiCN-TiN это влияние практически одинаково.

5. Математические модели периода стойкости Т режущего инструмента

Покрытие Материал заготовки

5ХНМ Сталь 45

ПСЫ-ПИ Т = 2,22-10Ч-и-'у-8г-у'77 Т = 3,29" 103 • у"0'7*^""'''

-

-псм-тагы-™ Т=3,2НОЧч,',Ч-0'75

Х^^^ТЙГН-ПЫктр

Установлено, что меньшая интенсивность износа для РИ с разработанными МП имеет место при встречной схеме фрезерования. При попутной схеме большая нагрузка на зуб фрезы в начальный момент рабочего хода увеличивает интенсивность процессов трещинообразования в покрытии.

Опытно-промышленными испытаниями, проведенными в производственных условиях ОАО «Утес» (г. Ульяновск) и ОАО «УКБП» (г. Ульяновск), зафиксировано повышение периода стойкости торцовых фрез с твердосплавными неперетачиваемыми пластинами и концевых твердосплавных фрез при обработке заготовок из различных материалов, в том числе труднообрабтываемых в 1,5 - 3,5 раза. Разработанные технологические рекомендации по нанесению МП

на РИ приняты ОАО «Утес» и ОАО «УКБП» для использования в производственных условиях. Результаты работы включены в учебный процесс подготовки специалистов по специальности 120100 - «Технология машиностроения».

3. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате выполненных исследований получены следующие научные выводы и практические результаты:

1. Предложены физические модели напряженного состояния на границах МП при движении через них трещин и принципиальная схема построения трехслойного покрытия с чередующимися по твердости слоями и промежуточным слоем высокой трещиностойкости.

2. Установлено, что в качестве промежуточного слоя МП следует использовать сложный нитрид титана-циркония И/гЫ, обладающий наивысшей способностью торможения роста трещин. Покрытие И/гЫ имеет наибольшие предел текучести, критический коэффициент интенсивности напряжений, эффективный предел текучести и результирующие сжимающие напряжения и наименьшие раскрытие трещины и коэффициент трещиностойкости по сравнению с другими покрытиями.

3. Сформулированы требования к МП, работающим в условиях прерывистого резания, принцип их построения и предложены конструкции МП повышенной трещиностойкости (ПСЫ-И/гЫ-ТШ и ТШ-И/гЫ-ТШ). Направленно подбирая материалы верхнего и нижнего слоев МП, можно влиять на прочность сцепления его с инструментальной основой и прочность сцепления между его слоями. На этой основе предложены новые конструкции трехслойных покрытий с повышенными адгезионно-прочностными свойствами (Т1СЫ15%-Т1/гЫ-

тш, Т1СЫ15%-тагЫ-Т1жтр, ™КТР-тагЫ-™КТР).

4. Выявлен механизм влияния конструкции МП на его структурные параметры, механические свойства, износ РИ и разрушение покрытия в процессе резания, определен вклад отдельных слоев МП в повышение микротвердости, прочности сцепления, трещиностойкости покрытия в целом и интенсивность износа РИ. Установлены рациональные конструкции МП (общая толщина МП и толщины отдельных его слоев), обеспечивающие получение высоких механических свойств и минимальную интенсивность износа РИ в различных условиях резания. Применение разработанного трехслойного МП рациональной конструкции снижает интенсивность процессов трещинообразования в 1,5 раза по сравнению с известным МП Т1СЫ-Т1Ы, а интенсивность износа РИ по задней поверхности по сравнению с МП Т1СЫ-Т1Ы уменьшилась в 1,4 - 2,9 раза (в зависимости от режима фрезерования).

5. Разработанные трехслойные покрытия обеспечивают при фрезеровании заготовок из углеродистых и низколегированных сталей повышение периода стойкости РИ в 1,5 - 4,8 раза по сравнению с однослойным покрытием Т1Ы и двухслойным Т1СЫ-Т1Ы. При этом наиболее эффективно покрытие Т1СЫ15%-Т&Ы-ТМ^гр. Выявлено, что более предпочтительной схемой фрезерования является встречная.

6. Опытно-промышленными испытаниями, проведенными в условиях производств ОАО «Утес» и ОАО «УКБП», подтверждена высокая эффективность разработанных МП. Разработанные покрытия позволили увеличить период стойкости РИ при обработке заготовок из углеродистых сталей в 2,5 - 3,5 раза, а при обработке заготовок из труднообрабатываемых материалов - в 1,3 -2,5 раза по сравнению с РИ без покрытия. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения РИ с разработанным МП на одной операции фрезерования в производстве ОАО «Утес» составляет до 28 тыс. руб. на один станок.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Циркин А.В. Исследование влияния толщины покрытия на структурные, механические свойства и работоспособность режущего инструмента // Молодежь - науке будущего: Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции (17-18 апреля 2000 г.). - Набережные Челны: Изд-во Камского политехи, ин-та, 2000. - С. 82 - 83.

2. Табаков В.П. Разработка прибора для акустико-эмиссионного контроля повреждаемости покрытий под нагрузкой / В.П. Табаков, С.Н. Власов, А.В. Циркин // Методы и средства измерений: Тезисы докладов Всероссийской НТК (март 2000 г). - Нижний Новгород, 2000, ч. 1.-С.23.

3. Циркин А.В. Разработка конструкции многослойного покрытия для операций механической обработки на основе исследования окислительных и диффузионных процессов в контактной зоне // Вузовская наука в современных условиях: Тезисы докладов XXXV НТК УлГТУ (29 января - 4 февраля 2001 г) - Ульяновск, 2001. - С. 34 - 35.

4. Табаков В.П. Разработка конструкции многослойного покрытия для торцового фрезерования / В.П. Табаков, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин, ЭА Санатуллов // Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков: Тезисы докладов Всероссийской НТК. -Рыбинск, 2002, ч. 2. - С. 60 - 61.

5. Циркин А.В. Разработка конструкции многослойного покрытия для торцового фрезерования/ А.В. Циркин, Э.А. Санатуллов // Вузовская наука в современных условиях: Тезисы докладов XXXVI НТК УлГТУ (28 января - 3 февраля 2002 г). - Ульяновск, 2002, ч. 1.-С.47.

6. 1 абаков В.П. Влияние состава износостойкого покрытия на тепловое и напряженное состояние режущего клина инструмента / В.П. Табаков, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин // Производственные технологии - 2001: Материалы отчетной конференции-выставки. - Москва, 2002.-С. 113-115.

7. Табаков В.П. Конструкция многослойного покрытия для твердосплавного режущего инструмента, работающего в условиях прерывистого резания / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Высокие технологии в машиностроении: Материалы международной НТК (19.11.2001 -21.11.2002). - Самара, 2002. - С. 186 - 188.

8. Табаков В.П. Многослойное покрытие для твердосплавного режущего инструмента для торцового фрезерования / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Инновации в машиностроении: Материалы Всероссийской НТК. - Пенза, 2002. - С. 80 - 82.

9. Табаков В.П. Разработка конструкции износостойкого покрытия с учетом условий прерывистого резания / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков: Сборник статей VIII Международной НТК. Ч. 1. - Пенза, 2003.-С. 292-294.

10. Табаков В.П. Разработка конструкции износостойкого покрытия с учетом условий прерывистого резания / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Актуальные проблемы конструк-терско-технологического обеспечения машиностроительного производства: Материалы международной конференции (16 - 19 сент. 2003 г.). Ч. 2. РПК «Политехник». - Волгоград, 2003.-С. 56-59.

11. Табаков В.П. Методика комплексной оценки свойств износостойких покрышй для режущего инструмента / В.П. Табаков, М.Ю. Смирнов, Л.В. Циркин // Молодежь Поволжья -- науке будущего (ЗМНТК - 2003): Труды заочной молодежной НТК (31 марта - 15 июня 2003 г.). - Ульяновск: УлГТУ, 2003. - С. 76 - 78.

12. Табаков В.П. Определение модуля упругости износостойких покрытий / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Молодежь Поволжья - науке будущего (ЗМНТК - 2003): Труды заочной молодежной НТК (31 марта- 15 июня 2003 г.). - Ульяновск: УлГТУ, 2003. - С. 73 - 75.

13. Циркин А.В. Режущий инструмент с покрытием для прерывистого резания / А.В. Циркин, А.А. Касимов // Молодежь Поволжья - науке будущего (ЗМНТК - 2003): Труды заочной молодежной НТК (31 марта - 15 июня 2003 г.). - Ульяновск: УлГТУ, 2003. - С. 70 -71.

14. Табаков В.П. Моделирование напряженного состояния режущего инструмента с многослойным покрытием при прерывистом резании / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов: Труды Пятой Международной конференции (16 - 18 июня 2003 г.). - Ульяновск: УлГУ, 2003.-С. 187-189.

15. Циркин А.В. Режущий инструмент с многослойным покрытием для торцовых фрез // Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов: Труды Пятой Международной конференции (16 - 18 июня 2003 г.).

- Ульяновск: УлГУ, 2003. - С. 202 - 204.

16. Табаков В.П. Повышение эффективности торцовых фрез путем совершенствования конструкции многослойного покрытия/ В.П. Табаков, А.В. Циркин // Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций: Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки. - СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. - С. 239-243.

17. Циркин А.В. Методика оценки трепщностойкости износостойких покрытий / А.В. Циркин, А.С. Дмитриев // Вузовская наука в современных условиях: Тезисы докладов XXXVII НТК УлГТУ (27 января - 2 февраля 2003 г). - Ульяновск, 2003, ч. 1. - С. 34 - 35.

18. Табаков В.П. Моделирование напряженного состояния режущего инструмента с многослойным покрытием при прерывистом резании / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Современные проблемы машиностроения и транспорта: Материалы Всероссийской НТК (8-10 октября 2001 г ) - Ульяновск УлГТУ, 2003. - С. 108 - 110.

19. Табаков В.П. Разработка конструкции многослойного износостойкого покрытия для торцового фрезерования заготовок из конструкционных сталей / В.П. Табаков, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин // Современные проблемы машиностроения и транспорта: Материалы Всероссийской НТК (8-10 октября 2003 г.). - Ульяновск: УлГТУ, 2003. - С. 110 -115.

20. Табаков В.П. Оценка трещиностойкости износостойких покрытий для режущего инструмента / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Физика прочности и пластичности материалов: Сб. тезисов и докладов XV Междунар. конференции (30 сент. - 3 окт. 2003 г.). - Тольятти: ТГУ, 2003.-С. 3-50.

21. Табаков В.П. Разработка многослойного покрытия для повышения эффективности торцового фрезерования / В.П. Табаков. А.В. Циркин // Современные тенденции развития автомобилестроения в России: Труды Всероссийской НТК. - Тольятти: ТГУ, 2003. - С. 457 -460.

22. Табаков В.П. Режущий инструмент с многослойным покрытием для торцового фрезерования / В.П. Табаков, А.В. Циркин // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении (ПТ - 2003): Межвузовский сборник статей по материалам Всероссийской НТК.

- Арзамас: АФНГТУ, 2003. - С. 156 - 158.

23. Циркин А.В. Разработка многослойного покрытия для торцовых фрез // Вестник Ульяновского государственного технического университета (Вестник УлГТУ). - 2003. -№ 3 -4.-С. 33-35.

24. Патент № 2221079 РФ, МКИ7 С 23С 14/00 В 22Б 18/02. Катод электроду! ового испарителя и способ его получения / В.П. Табаков, Н.Л. Ширманов, Н.Ю. Толубаев, А.В. Циркин. - 2004. - Бюл. № 1.

25. Патент № 2219281 РФ, МКИ7 С 23С 14/00, 14/06. Способ повышения стой кости режущего инструмента / В.П. Табаков, НА Ширманов, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин. - 2003. -Бюл. №35.

26. Патент № 2219282 РФ, МКИ7 С 23С 14/00, 14/06. Способ повышения стойкости режущего инструмента / В.П. Табаков, НА Ширманов, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин. - 2003. -Бюл. №35.

27. Свидетельство на полезную модель № 25510 РФ, МКИ7 С 23С 14/32. Режущий инструмент с многослойным покрытием / В.П. Табаков, НА Ширманов, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин. - 2002. - Бюл. № 28.

28. Свидетельство на полезную модель № 25893 РФ, МКИ7 С 23С 14/32. Режущий инструмент с многослойным покрытием / В.П. Табаков, Н.А. Ширманов, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин. - 2002. - Бюл. № 30.

29. Свидетельство на полезную модель № 23076 РФ, МКИ7 С 23С 14/32. Режущий инструмент с многослойным покрытием / В.П. Табаков, Н.А. Ширманов, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин. - 2002. - Бюл. № 14.

30. Свидетельство на полезную модель № 27092 РФ, МКИ7 С 23С 14/32. Режущий инструмент с многослойным покрытием / В.П. Табаков, НА. Ширманов, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин. - 2003. - Бюл. № 1.

31. Свидетельство на полезную модель № 27100 РФ, МКИ7 С 23С 14/32. Режущий инструмент с многослойным покрытием / В.П. Табаков, Н.А. Ширманов, М.Ю. Смирнов, А.В. Циркин. - 2003.- Бюл. № 1.

ЦИРКИН Алексей Валерьевич РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ

Автореферат

Подписано в печать 20.04.2004 Формат 60x84/16. Бумага писчая. Усл. п. л. 1,17. Уч.-изд. л. 1,00. Тираж 100. Заказ

Типография УлГТУ. 432027, Ульяновск, ул. Сев. Венец, 32.

»10130

Список основных обозначений и сокращений.

Введение.

1. Анализ научно-технической информации по проблеме повышения работоспособности режущего инструмента на операциях прерывистого резания путем нанесения износостойких покрытий.

1.1. Механизм износа и разрушения режущего инструмента на операциях прерывистого резания.

1.2. Применение износостойких покрытий для повышения эффективности режущего инструмента на операциях прерывистого резания.

1.3. Принципы конструирования многослойных покрытий для твердосплавного режущего инструмента, работающего в условиях прерывистого резания.

1 .4. Выводы. Цель и задачи работы.

2. Методика проведения исследований.

2.1. Инструментальные и обрабатываемые материалы.

2.2. Оборудование для нанесения покрытий. Виды покрытий и способы их нанесения.

2.3. Исследование параметров структуры и свойств покрытий.

2.4. Исследование работоспособности режущего инструмента с покрытием.

2.5. Обработка результатов экспериментальных исследований.

3. Теоретико-экспериментальное обоснование выбора конструкции многослойного покрытия.

3.1. Требования к многослойному покрытию и принцип его формирования.

3.2. Экспериментальная проверка эффективности многослойных покрытий. Принцип конструирования многослойного покрытия.

3.3. Выводы.

4. Разработка конструкции многослойного покрытия для условий прерывистого резания.

4.1. Технологические режимы конденсации многослойного покрытия

4.2. Исследование влияния конструкции многослойного покрытия на его структурные параметры и механические свойства.

4.3. Исследование влияния конструкции многослойного покрытия на процессы трещинообразования и интенсивность изнашивания режущего инструмента.

4.4. Выводы.

5. Исследование эффективности применения торцовых фрез с разработанным многослойным покрытием.

5.1. Исследование влияния элементов режима резания на работоспособность режущего инструмента с многослойным покрытием.

5.2. Исследование влияния схемы торцового фрезерования и переточки на работоспособность режущего инструмента с многослойным покрытием.

5.3. Опытно-промышленные испытания режущего инструмента с разработанным покрытием.

5.4. Технико-экономическое обоснование применения режущего инструмента с износостойкими покрытиями.

5.5. Выводы.

Важнейшими условиями развития экономики являются ускорение научно-технического прогресса, рациональное использование всех видов ресурсов, создание и широкое использование высокопроизводительных, ресурсосберегающих, гибких технологий, повышающих качество выпускаемых изделий и их конкурентоспособность. Создание новых технологий неразрывно связано с интенсификацией процессов механической обработки, комплексной механизацией и автоматизацией производства на основе использования информационных технологий, охватывающей все стадии производственных процессов. Интенсификация производства, внедрение новых прогрессивных технологических процессов, современного высокопроизводительного оборудования (станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, автоматических линий), создание новых труднообрабатываемых материалов приводит к ужесточению условий эксплуатации режущего инструмента (РИ) и возрастанию требований, предъявляемых к его качеству.

Кроме того, на возрастающую роль РИ в повышении эффективности станочного оборудования указывает и тенденция увеличения затрат на РИ при изготовлении деталей машин. Следовательно, возрастает роль РИ, который во многом определяет эффективность использования как универсального, так и автоматизированного станочного оборудования. Таким образом, повышение работоспособности РИ за счет роста его периода стойкости и надежности является одним из главных резервов повышения эффективности производства.

Работоспособность РИ является функцией сложных процессов контактного взаимодействия инструментального (ИМ) и обрабатываемого (ОМ) материалов, определяемых большим числом различных факторов. Например, это свойства ОМ и ИМ, и их зависимость от условий процесса резания, геометрия режущей части РИ, наличие смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и условия их применения, режимы обработки и кинематика перемещения взаимодействующих поверхностей РИ и заготовки и т. д. К числу важнейших факторов, определяющих работоспособность РИ, принадлежат свойства ИМ. При этом следует отметить, что некоторые свойства ИМ являются взаимоисключающими. Например, рост твердости и теплостойкости приводит к снижению прочностных характеристик и ударной вязкости. Поэтому сочетать такие свойства в объеме монолитного тела, составляющего режущую часть РИ, практически невозможно.

Работоспособность РИ зависит от физико-механических свойств его рабочих поверхностей, которые в первую очередь определяются их структурой. В связи с этим важное значение имеет широкое внедрение методов поверхностного упрочнения РИ. Применение методов поверхностного упрочнения рабочих поверхностей РИ позволяет получить высокую твердость и износостойкость поверхностного слоя в сочетании с высокой прочностью и вязкостью основы, что обеспечивает существенное повышение эксплуатационных свойств РИ.

Одним из перспективных способов повышения работоспособности РИ является нанесение на его рабочие поверхности износостойких покрытий. Из разработанных в нашей стране методов нанесения покрытий наиболее широкое применение получил метод конденсации вещества в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ). Метод КИБ универсален с точки зрения возможности нанесения на рабочие поверхности РИ износостойких покрытий различного состава и строения, позволяющих изменять свойства поверхностного слоя РИ в широких пределах. Следует отметить, развитие износостойких покрытий направлено по пути разработки многослойных покрытий (МП), которые являются наиболее перспективными и получают все более широкое применение в инструментальном производстве.

Однако, несмотря на широкое применение МП КИБ в промышленности (широкое внедрение данных покрытий в инструментальном производстве пришлось на начало 80-х гг), вопрос о конструировании покрытия и выбора его состава остается открытым. При конструировании износостойких МП различных технологий нанесения исследователи руководствуются принципами, учитывающими либо механизм износа, либо напряженное и тепловое состояние РИ. Тем не менее, существующие принципы конструирования МП имеют недостатки, ограничивающие области применения данных теорий. Отсутствуют рекомендации по построению МП для РИ, работающего в условиях прерывистого резания на основе анализа процессов трещинообразования, исследования параметров трещиностойкости и механических свойств МП, а также напряженного состояния внутри покрытия (в том числе и при его разрушении) и на его границе с инструментальной основой.

Работа выполнена на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» Ульяновского государственного технического университета (УлГТУ) в рамках госбюджетных НИР УлГТУ и научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Производственные технологии».

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретико-экспериментальных исследований выбора конструкции МП, работающего в условиях прерывистого резания, в частности физические модели напряженного состояния на границах покрытия, результаты исследований физико-механических свойств покрытий, используемых в качестве отдельных слоев МП, принципы построения МП повышенной трещиностой-кости и с повышенными адгезионно-прочностными свойствами, результаты исследований механических свойств МП и динамики их разрушения в процессе резания.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния конструкции МП на их структурные параметры, механические свойства, динамику разрушения и интенсивность изнашивания РИ.

3. Технологические режимы нанесения МП на твердосплавный РИ, работающий в условиях прерывистого резания.

4. Результаты экспериментальных исследований работоспособности РИ с разработанными МП при обработке резанием заготовок из углеродистых и низколегированных сталей и результаты опытно-промышленных испытаний.

Работа выполнена с использованием основных положений теории резания материалов, физики твердого тела, механики разрушения, современных методов микрорентгеноструктурного анализа, математических методов моделирования и статистической обработки экспериментальных данных на ЭВМ. Теоретические положения работы подтверждены лабораторными исследованиями и производственными испытаниями.

Практическая ценность работы заключается в: разработанных конструкциях МП, рекомендациях по толщинам их слоев, обеспечивающих максимальную работоспособность РИ; разработанных технологических режимах нанесения МП и средств технологического оснащения процесса КИБ; результатах опытно-промышленных испытаний, выполненных в произ- , водственных условиях ОАО «Утес» и ОАО «УКБП» (г. Ульяновск); результатах исследований, внедренных в учебный процесс УлГТУ в читаемые курсы лекций.

Основные положения работы доложены на международных, всероссийских, региональных конференциях, научно-технических семинарах. По теме диссертации опубликовано 23 работы, получены 3 патента на изобретения и 5 свидетельств на полезные модели.

5.5. Выводы

1. Установлено, что применение разработанных трехслойных покрытий при фрезеровании заготовок из углеродистых и низколегированных сталей позволяет повысить период стойкости РИ в 1,5 — 4,8 раза по сравнению с однослойным покрытием TiN и двухслойным TiCN-TiN. При этом наибольшую эффективность имеет покрытие TiCN15%-TiZrN-TiNKTP, повышающее период стойкости РИ по сравнению с покрытием TiCN-TiN до 2,1 раз, с TiN - до 4,8 раз и до 9,8 раз по сравнению с РИ без покрытия.

2. Установлено, что наиболее целесообразно использовать РИ с разработанными покрытиями при работе с высокими скоростями резания и подачами. При этом может быть достигнуто повышение периода стойкости по сравнению с РИ с двухслойным покрытием TiCN-TiN до 2,8 раз.

3. Показано, что большая работоспособность РИ обеспечивается при встречном фрезеровании. Интенсивность износа РИ при этом ниже в 1,3 - 1,5 раза по сравнению с попутной схемой фрезерования.

4. Опытно-промышленными испытаниями, проведенными в условиях производств ОАО «Утес» и ОАО «УКБП», подтверждена высокая эффективность разработанных МП. Показано, что применение разработанных покрытий позволяет увеличить период стойкости РИ при обработке заготовок из углеродистых сталей в 2,5 - 3,5 раза, а при обработке заготовок из труднообрабатываемых материалов - в 1,3 — 2,5 раза по сравнению с РИ без покрытия. Проведенными технико-экономическими расчетами показано, что ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения РИ с разработанным МП на одной операции фрезерования в производстве ОАО «Утес» составил до 28 тыс. руб. на один станок.

Заключение

Проведенные исследования показали высокую эффективность разработанной технологии нанесения ионно-плазменных МП с повышенной трещи-ностойкостью и адгезионно-прочностными свойствами для повышения работоспособности твердосплавного РИ, работающего в условиях прерывистого резания. Изменяя конструкцию МП (свойства, состав и толщину слоев), можно влиять на его структурные параметры, механические свойства и управлять интенсивностью изнашивания, динамикой разрушения МП в процессе резания и работоспособностью РИ.

В результате выполненной работы получены следующие научные выводы и практические результаты:

1. На основании положений теории разрушения твердых тел предложены физические модели напряженного состояния на границах МП при движении через них трещин. На основе анализа физических моделей и механизма разрушения МП в процессе резания предложена принципиальная схема построения трехслойного покрытия с чередующимися по твердости слоями и промежуточным слоем высокой трещиностойкости.

2. Теоретико-экспериментальными исследованиями трещиностойкости покрытий установлено, что в качестве промежуточного слоя МП необходимо использовать сложный нитрид титана-циркония TiZrN, обладающий наивысшей способностью торможения роста трещин. Показано, что покрытие TiZrN имеет наибольшую трещиностойкость по сравнению с другими покрытиями.

3. На основе анализа результатов исследования трещиностойкости сформулированы требования к МП, работающим в условиях прерывистого резания, принцип их построения и предложены конструкции МП повышенной трещиностойкости (TiCN-TiZrN-TiN и TiN-TiZrN-TiN). Показано, что направленно подбирая материалы верхнего и нижнего слоев МП, можно влиять на прочность сцепления его с инструментальной основой и прочность сцепления между его слоями. На этой основе предложены новые конструкции трехслойных покрытий с повышенными адгезионно-прочностными свойствами (TiCN15%-TiZrN-TiN, TiCN15°/o-TiZrN-TiNKTP, TiNKTP-TiZrN

TiNia-p).

4. Предложенные принцип конструирования и конструкции МП noflj 7 тверждены экспериментальными исследованиями механических свойств, трещиностойкости и динамики трещинообразования в МП в процессе резания. Установлено, что предложенные конструкции МП обладают высокими механическими свойствами и трещиностойкостью по сравнению с известными конструкциями. При этом МП, не отвечающие предложенному принципу конструирования, не обеспечивают повышение трещиностойкости в процессе фрезерования.

5. Выявлен механизм влияния конструкции МП на его структурные параметры, механические свойства, износ РИ и разрушение покрытия в процессе резания. Показано, что наибольшее влияние на механические свойства, трещиностойкость и динамику разрушения покрытия оказывают нижний слой TiCN и промежуточный TiZrN.

6. Установлены рациональные конструкции МП (общая толщина МП и толщины отдельных его слоев), обеспечивающие минимальную интенсивность износа РИ. При фрезеровании с высокими скоростями резания и подачами наиболее эффективно покрытие общей толщиной 6 мкм и следующими соотношениями толщин слоев: 33 % TiCN, 33 — 42 % TiZrN от общей толщины покрытия; при фрезеровании с более низкими скоростями резания и подачами — МП общей толщиной 4,5 мкм с толщиной TiCN 33 % и TiZrN 33 — 44% от общей толщины МП. Показано, что применение разработанного трехслойного МП рациональной конструкции снижает интенсивность процессов трещинообразования в 1,5 раза по сравнению с базовым МП TiCN-TiN и в 2 - 4 раза по сравнению с однослойным покрытием TiN, а снижение интенсивности износа по задней поверхности по сравнению с МП TiCN-TiN составило 1,4-2,9 раза в зависимости от режима фрезерования.

7. Установлено, что применение разработанных трехслойных покрытий при фрезеровании заготовок из углеродистых и низколегированных сталей позволяет повысить период стойкости РИ в 2,8 - 4,8 раза по сравнению с однослойным покрытием TiN ив 1,5 — 2,1 раза — по сравнению с двухслойным TiCN-TiN. При этом наибольшую эффективность имеет покрытие TiCN15%-TiZrN-TiNKTP- Выявлено, что более предпочтительной схемой фрезерования является встречная.

8. Опытно-промышленными испытаниями, проведенными в условиях производств ОАО «Утес» и ОАО «УКБП», подтверждена высокая эффективность разработанных МП. Выявлено, что применение разработанных покрытий позволяет увеличить период стойкости РИ при обработке заготовок из углеродистых сталей в 2,5 - 3,5 раза, а при обработке заготовок из труднообрабатываемых материалов - в 1,3 - 2,5 раза по сравнению с РИ без покрытия. Технико-экономическими расчетами показано, что ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения РИ с разработанным МП на одной операции фрезерования в производстве ОАО «Утес» составит до 28 тыс. руб. на один станок.

1 Ч

1. Зорев Н.Н. Высокопроизводительная обработка стали твердосплавными резцами при прерывистом резании. М.: Машгиз, 1961. — 86 с.

2. Андреев Г.С. Влияние тепловых и адгезионных явлений на работоспособность твердосплавного инструмента при прерывистом резании // Вестник машиностроения. 1974. - № 10. - С. 71 - 74.

3. Андреев Г.С. Работоспособность режущего инструмента при прерывистом резании // Вестник машиностроения. 1973. - № 5. — С. 73 — 75.

4. Андреев Г.С. Повышение производительности обработки деталей в условиях периодического прерывистого резания // Вестник машиностроения.- 1978. -№ 12.-С. 48-52.

5. Кабалдин Ю.Г. Структура, прочность и износостойкость композиционных инструментальных материалов. Владивосток: Дальнаука, 1996.- 183 с.

6. Смирнов М.Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий. Дисс.канд.техн. наук: 05.03.01/ Ульян, госуд. техн. унив. Ульяновск, 2000. - 232 с.

7. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента.- М.: Машиностроение, 1982. 320 с.

8. Зорев Н.Н. Обработка стали твердосплавным инструментом в условиях прерывистого резания с большими сечениями среза // Вестник машиностроения. 1963. -№ 2. - С. 62 - 67.

9. Бердников JI.H. Влияние температурного перепада на хрупкое разрушение зубьев твердосплавных фрез // СТИН. 1982. - № 5. - С. 23 — 24.

10. Кабводин Ю.Г. Анализ разрушения тонких покрытий на твердом ? сплаве при прерывистом резании / Ю.Г. Кабацдин, С.А. Изотов // Сверхтвер- ? дые материалы. 1987. - № 1. - С. 31 - 36.

11. Кабалдин Ю.Г. Современные методы конструирования, контроля качества и прогнозирования работоспособности режущего инструмента/ Кабалдин Ю.Г., Мокрицкий Б.Я., Семашко Н.А. и др. Владивосток: Изд-во ДГУ, 1990.- 124 с.

12. Кабалдин Ю.Г. Исследование разрушения режущей части твердосплавного инструмента при фрезеровании // Вестник машиностроения. -1981.-№8.-С. 52-54.

13. Кабалдин Ю.Г. Повышение работоспособности и надежности рабочей части режущего инструмента в автоматизированном производстве. Авто-реф. дисс.докт. техн. наук. Москва, 1987. - 32 с.

14. Бердников Л.Н. Повышение периода стойкости инструмента при прерывистом резании / Л.Н. Бердников, Г.А. Шишов // Инструмент. 1998. -№ 11. — С. 29.

15. Табаков В.П. Тепловое и напряженное состояние режущего инструмента с покрытием при прерывистом резании/ В.П. Табаков, М.Ю. Смирнов // Вестник Ульяновского государственного технического университета (Вестник УлГТУ). 2000. - № 3 - 4. - С. 92 - 97.

16. Анциферов В.Н. Порошковая металлургия и напыление покрытия / Анциферов В.Н., Бобров Г.В., Дружинин Л.К. и др. М.: Металлургия, 1987. -792 с.

17. Фадеев В.К. Разрушение твердосплавного инструмента с износостойкими покрытиями при прерывистом резании / В.К. Фадеев, B.C. Аникин, Н.М. Паладин // Станки и инструмент. 1987. - № 6. - С. 21 - 23.

18. Хеллан К. Введение в механику разрушения. — М.: Мир, 1988. — 364с.

19. Жилин В.А. Субатомный механизм износа режущего инструмента. — Ростов: Изд-во Ростовского университета, 1973. 168 с.

20. Кабалдин Ю.Г. Хрупкое разрушение режущей части инструмента// Вестник машиностроения. 1981. — № 7. - С. 41 - 42.

21. Кабалдин Ю.Г. О неравномерности изнашивания режущей части инструмента// Вестник машиностроения. 1997. - № 2. - С. 14- 21.

22. Фадеев B.C. Хрупкое разрушение твердосплавного инструмента при фрезеровании// СТИН. 1985. - № 9. - С. 23 - 24.

23. Гольдштейн М.И. Металлофизика высокопрочных сплавов / М.И. Гольдштейн, B.C. Литвинов, Б.М. Бронфин. М.: Металлургия, 1987. - 282 с.

24. Иванова B.C. Природа усталости металлов / B.C. Иванова, В.Ф. Те-рентьев. М.: Металлургия, 1975. - 456 с.

25. Мокрицикий Б .Я. К вопросу об управлении работоспособностью металлорежущего инструмента / Б.Я. Мокрицикий, Е.Б. Мокрицкая // Вестник машиностроения 1998. - № 12. - С. 40 — 47.

26. Никоноров А.В. Повышение стойкости твердосплавного режущего инструмента на основе анализа субструктуры поверхности контакта. Авто-реф. дисс.канд. техн. наук. Иваново, 1996. - 22 с.

27. Верещака А.С. Влияние структуры покрытий на работоспособность твердосплавных инструментов / А.С. Верещака, Ю.Г. Кабалдин // Вестник машиностроения. 1986.-№ 8.-С. 38-42.

28. Штремель M.JI. Прочность сплавов. Часть II. Деформация. М.: МИСИС, 1997.-527 с.

29. Киле А.А. Разработка конструкций и исследование работоспособности слоистых твердосплавных пластин с покрытием. Автореферат дисс.канд. техн. наук. Горький, 1989. - 20 с.

30. Балков В.В. Износостойкие покрытия режущего инструмента: состояние и тенденции развития /В.В. Балков, B.C. Башков // Вестник машиностроения. 1999. -№ 1 - С. 31 -33.

31. Болотников Г.В. Современные покрытия для твердосплавного режущего инструмента // СТИН. 1994. - № 4 - С. 33 - 37.

32. Верещака А.С. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями / А.С. Верещака, И.П. Третьяков. М.: Машиностроение, 1986. — 192 с.

33. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. — 334 с.

34. Семенов А.П. Упрочнение материалов вакуумными ионно-плазменными методами. // Справочник. Инженерный журнал. Приложение №1.-2000.-№1 С. 3 -9.

35. Верещака А.С. Повышение работоспособности режущих инструментов нанесением износостойких покрытий. Дисс. докт. техн. наук. —1. Москва, 1986.-601 с.

36. Верещака А.С. Физические основы процесса резания и изнашивания режущего инструмента с износостойкими покрытиями / А.С. Верещака, Табаков В.П. Ульяновск: УлГТУ, 1998 - 144 с.

37. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. — 334 с.

38. Табаков В.П. Повышение эффективности режущего инструмента путем направленного изменения параметров структуры и свойств материалаизносостойкого покрытия. Дисс.докт. техн. наук. Ульяновск, 1992 - 641с.

39. Мацевитый В.М. Покрытия для режущих инструментов. Харьков: Вища школа, 1987. - 128 с.

40. Усачев П.А. Пути повышения износостойкости и прочности режущего инструмента / П.А. Усачев, А.П. Кучмаренко Киев: УкрНИИНТИ, 1980.-202 с.

41. Doyle E.D., Hamlyn-Harris J.H., Phan T. The next generation of PVD coatings for cutting tools. TOOLS94, Sydney, Australia, 1994.// www.multiarc.com.

42. Aharonov R., Janos B.J., Pellman M.A. How chromium nitride performs on metal forming dies. Multi-Arc technical conference, 1991.//www.multiarc.com.

43. Rick H. Horstall Role of present and new PVD coatings to meet the needs of the cutting tool industry. TETRABOND Division of Multi-Arc Inc.,1995.// www.multiarc.com.

44. Табаков В.П. Исследование износостойкости покрытий режущего инструмента, полученных с применением составных катодов.// СТИН. —1996. -№3.- С. 14-17.

45. Табаков В.П. Повышение работоспособности режущего инструмента путем направленного изменения состава износостойкого покрытия/ В.П. Табаков, В.И. Езерский, Ю.В. Полянсков // Вестник машиностроения. — 1989.12.-С. 43-46.

46. Табаков В.П. Применение покрытий на основе карбонитридов титана для повышения стойкости режущего инструмента. // СТИН. 1991. - № 11.-С. 18-19.

47. Табаков В.П. Износостойкие покрытия на основе нитрида титана, легированного железом и алюминием, для режущих пластин. // СТИН. -1991. -№ 3 — С.22 -26.

48. Ширманов Н.А. Повышение работоспособности режущего инструмента путем изменения состава покрытия на основе карбонитрида титана.

49. Дисс.канд. техн. наук: 05.03.01/ Ульян, политехи, инс-т. Ульяновск,1994.-250 с.

50. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана.- Ульяновск: УлГТУ, 1998. 123 с.

51. Minagan D.R., Laing К.С., Logan D.G. Advanced hard and soft coatings for high performance machining and forming. Multi-Arc technical conference, 1991// www.multiarc.com.

52. TiAIN Coatings beat the heat. // Cutting Tool Engineering. Vol. 45, -Num. 1, February 1993. .//www.multiarc.com.

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

54. Достижения в области инструментальных материалов и режущих инструментов. Materiaux de coupe et outils a la pointe du progres. // Machine-Outil Produire, 1985, II, №2, p. 13, 15, 17, 19, 21 23, 25, 27.

55. Панфилов Ю.В. Тонкопленочные покрытия на инструменте: анализ современного состояния и тенденции развития/ Ю.В. Панфилов, А.И. Беликов, И.В. Иванчиков // Справочник. Инженерный журнал. Приложение №1. -2000.-№1.-С. 12-16.

56. Новая технология нанесения покрытия из нитрида титана. // Современные методы упрочнения инструмента и новое сварочное оборудование за рубежом. Экспресс-информация. Выпуск 8, Москва, 1984.

57. Использование инструментов с износостойким покрытием при обработке резанием. Zerspanen mit beschichteten Werkzeugen. Schweizer Maschinenmarkt, 1985.-yg. 85.-№13. - s.35 - 37.

58. Расширение областей применения твердосплавных пластин с покрытием. // Совершенствование инструментального производства тяжелого и тракторного машиностроения. М.: ЦНИИТЭИ-тяжмаш, обзор. Информация, 1985.-Серия 8.-Вып. 9.-С.10- 15.

59. Стойкость твердых сплавов с покрытием. Birsatz Beschihtetes Hart-metalle in einer Erasserierfertigung. // VDZ, 1985. yg. 127. - №17. - s.697 — 702.

60. Паладин H.M. Создание композиционных инструментальных материалов на основе исследования микромеханизмов разрушения твердых сплавов с покрытиями. Автореферат дисс.канд. техн. наук. — Москва, 1990. —20 с.

61. Верещака А.С. Обработка резанием труднообрабатываемых материалов твердыми сплавами с износостойкими покрытиями/ А.С. Верещака, Фадеев B.C., Аникеев А.И., Аникин В.Н. // Вестник машиностроения. 1991. -№1. —с.31 -33.

62. Фадеев B.C. Упрочнение твердых сплавов для обработки резанием белого чугуна/ B.C. Фадеев, Б.Я. Мокрицкий, Н.М. Паладин, Л.М. Шаповалов // Вестник машиностроения. 1984. - №9. — С. 60 - 62.

63. Куванов М. Повышение эффективности инструмента из безвольфрамовых твердых сплавов нанесением многослойно-композиционных покрытий. Автореферат дисс.канд. техн. наук. Москва, 1993. - 20 с.

64. Либерман Я.Л. Износ и стойкость фрез с алмазоподобным пленочным покрытием/ Я.Л. Либерман, В.А. Каналина, Д.М. Фейгин, И.Ш. Трах-тенберг, С.А. Плотников // СТИН. 1994. - №6. - С. 23 - 27.

65. Либерман Я.Л. Стойкость дисковых фрез с алмазоподобным покрытием/ Я.Л. Либерман, В.А. Каналина // СТИН. 1997. - №5. - С. 11 - 13.

66. Coil B.F. Diamond-like carbon films synthesized by catodic arc avapora-tion/ B.F. Coil, P. Sathrum, R. Aharonov // 18th International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films, San Diego, CA, USA, April 22 26, 1991. - p. 48 - 52.

67. Tool life improvement to a factor of 35 times are claimed by GCDC Tools // Machining and Production Engineering. 1999. - 157, № 3980. - C. 35.

68. Твердосплавные режущие пластины с износостойким покрытием. Turning inserts // Cutt. Tool Eng. 1997. - 49, №9. - С. 101.

69. Талантов H.B Работоспособность твердосплавного инструмента с тугоплавкими покрытиями / Н.В. Талантов, Ю.М. Быков // Физические процессы при резании металлов: Сборник научных трудов. — Волгоград: Изд-во ВПИ, 1984.-С. 37-46.

70. Торопченов B.C. Режущие свойства твердосплавных пластин с покрытиями/ B.C. Торопченов, Э.Ф. Эйхманс, А.И. Аникеев // СТИН. 1981. -№ 10.-c.16.

71. Искендеров И.Н. Стойкость фрез с покрытием из нитрида титана/ И.Н. Искендеров, A.M. Агаев // СТИН. 1982. - № 2. - С. 22 - 23.

72. Клушин М.И. Работоспособность твердого сплава с износостойкими покрытиями при торцовом фрезеровании конструкционной стали / М.И. Клушин, B.C. Фадеев, Н.М. Паладин // СТИН. 1985. - № 3. - С.13 - 14.

73. Износостойкое покрытие для концевых фрез. Running dry// Metall-work. Prod. 1997. - 141, № 10. - С. T39.

74. Режущие инструменты с износостойким покрытием. Beschichtetes Werkzeug und dessen Verwendung: Пат. 686767 Швейцария, МКИ 6 B23D08/00/ Maushart Josef, Schultz Hans; Balzers AG № 00290/93; Заявл. 29.7.93; Опубл. 28.6.96.

75. Oakham Martin. Under one roof.// Metallworking Production 1998. -142, № 13. -C. Til, T14.

76. Режущие пластины с износостойким покрытием. Tacle difficult milling with tough insert// Amer. Mash. 1998. - 142, № 2. - C. 26.

77. Износостойкое покрытие для режущих инструментов. Tool coating// CuttJ Tool Eng. 1997. - 49, № 7. - C. 54.

78. Бердников Jl.H. Повышение периода стойкости инструмента при прерывистом резании / Л.Н. Бердников, Г.А. Шишов // Инструмент. 1998. -№ 11.-С. 29.

79. Быков Ю.М. Исследование закономерностей износа твердосплавного инструмента с износостойкими покрытиями с целью повышения его работоспособности. Дисс.канд. техн. наук. — Волгоград. 1983. — 220 с.

80. Беккер М.С. Повышение работоспособности режущего инструмента на основе анализа механизма диффузионно-усталостного механизма разрушения инструментального метаериала. Автореферат дисс.докт. техн. наук.-Тбилиси. 1989.-38 с.

81. Талантов Н.В. Работоспособность твердосплавного режущего инструмента с тугоплавкими покрытиями / Н.В. Талантов, Ю.М. Быков // Физические процессы при резании металлов: Сборник научных трудов. Волгоград: Изд. ВПИ, 1984.-С. 37-46.

82. Касьянов С.В. Исследование режущих свойств и разработка путей дальнейшего развития инструментов с износостойкими покрытиями. Дисс.канд. техн. наук. Москва, 1979. - 249 с.

83. Новые концевые фрезы и сверла. Fraises en bout et forets de caracter-istiques tres pousses. TraMetal. 2002. - № 67. - C. 16.

84. Фрезы для сверхчистовой обработки закаленных сталей. Fraises pour la superfinition des aciers trempes. TraMetal. — 2002. № 67. — C. 12.

85. Инструментальные материалы для торцового фрезерования. Iwa-moto Koji. Netsu shori J. Jap. Soc. Heat. Treat. 2001. 41, № 4, c.211 - 216.

86. Applications PVD Coating Recommendations// www. Swiss-TecCoatings. Com

87. Coatings overview// www.coating-guide.balzers.com.

88. Моисеев В.Ф. Вязкость и пластичность ионно-плазменных покрытий из нитрида титана / В.Ф. Моисеев, Г.С. Фукс-Рабинович, Г.К. Досбаева, В.Н. Скворцов // Заводская лаборатория. 1990. - № 1. - С. 26 - 30.

89. Андриевский Р.А. Формирование структуры и микротвердость многослойных дуговых кондесатов на основе нитридов Ti, Zr, Nb, Cr/ P.A. Андриевский, И.А. Анисимова, В.П. Анисимов // Физика и химия обработки материалов. 1992. - № 2. - С. 20 - 21.

90. Клубович В.В. Исследование изнашивания твердосплавного инструмента с высокотеплопроводными многослойными покрытиями/ В.В. Клубович, А.А. Дубровский, А.А. Литвинов, В.Н. Пищенко // Трение и износ. -1994.- 15,-№6-С. 1003- 1008.

91. Tsutomi Ikeda High-temperature oxidation behavior of cubic-(Ti,Al)N coatings and its application to cutting tools / Tsutomi Ikeda, Hiroshi Satoh // Kobelco technology Review № 19, Apr. 1996. p. 12 - 16.

92. Хабибулин И.Г. Коррозионная стойкость металлов с дисперсно-упрочненными покрытиями / И.Г. Хабибулин, Р.А. Усманов. М.: Машиностроение. — 1991. - 113 с.

93. Ворошнин Г.П. Износостойкие многокомпонентные карбидные покрытия на твердых сплавах/ Г.П. Ворошнин, Г.В. Борисенок, С.В. Побережный и др.// Металловедение и термическая обработка металлов. 1987. - № З.-С. 45-49.

94. Ширманов Н.А. Влияние слоистости в карбонитридных покрытиях на их свойства и износостойкость режущего инструмента// Вестник УлГТУ. -Ульяновск 4(17) октябрь декабрь 2000 г. - С. 97 - 100.

95. Власов В.М. Влияние микротвердости на износостойкость карбонитридных химико-термических покрытий / В.М. Власов, JI.M. Нечаев, Н.Б. Фомичева, Е.В. Витвицкий // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — № 2, Т. 66, С. 51 - 55.

96. Васин С.А. Резание металлов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании / С.А. Васин, А.С. Верещака, B.C. Кушнер. -М.: Изд-во МГТУ им. М.Э. Баумана, 2001. 448 с.

97. Болгар А.С. Термодинамические свойства нитридов / А.С. Болгар, В.Ф. Литвиненко. Киев: Наукова думка, 1980. - 284 с.

98. Самсонов Г.В. Тугоплавкие покрытия/ Г.В. Самсонов, Эпик А.П. М.: Металлургия, 1973. - 399 с.

99. Сайдахмедов Р.Х. Износостойкость инструмента с различными покрытиями в условиях схватывания и высоких температур / Р.Х. Сайдахмедов, М.Г. Карпман, В.А. Гольцов // Физика и химия обработки материалов. -1993.-№ 6.— С.137- 139.

100. Беккер M.C. Роль структуры инструментального материала в процессе изнашивания твердосплавного режущего инструмента / М.С. Беккер, М.Ю. Куликов, А.В. Никоноров // Вестник машиностроения. 1997. — № 10.-С. 30-34.

101. Канунников М.Ф. Окисление покрытий на основе нитрида титана на воздухе при умеренных температурах / М.Ф. Канунников, В.Я. Баянкин, Ф.З. Гильмутдинов // Физика и химия обработки материалов. — 1989. № 5. — С. 118-121.

102. Клубович В.В. Защитные свойства и топография поверхности TiN-покрытий, осажденных из капельно-плазменного потока / В.В. Клубович, А.А. Литвинов // Физика и химия обработки материалов. — 1994. № 6. — С. 80-83.

103. Уманский Я.С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металургия, 1982. - 632 с.

104. Колмаков А.Г. Методы измерения твердости / А.Г. Колмаков, В.Ф. Терентьев, М.Б. Бакиров. М.: Металлургия, 1987. - 128 с.

105. Воеводин А.А. Определение микротвердости тонких покрытий с учетом их толщины и твердости подложки / А.А. Воеводин, С.Е. Спасский,

106. A.А. Ерохин // Заводская лаборатория. 1991. - № 10. — С. 45 — 46.

107. Riester L. Analysis of depth-sensing indentation tests with a Knoop indenter / L. Riester, T.J. Bell, A.C. Fischer-Cripps // J. Mater. Res., vol. 16, № 6, Jun. 2001.- 1660-1665.

108. Новиков B.H. Определение коэффициента Пуассона и модуля сдвига металлических стекол методом индентации / В.Н. Новиков, Г.М. Коваль // Заводская лаборатория. 1988. - № 11. - С. 96 - 99.

109. Маслов В.П. Определение характеристик упругости и пластичности переходных металлов методом вдавливания индентора / В.П. Маслов,

110. B.Н. Новиков, А.Д. Цицилиано // Заводская лаборатория. 1988. - № 8.1. C.90 92.

111. Новиков Н.В. Методы микроиспытаний на трещиностойкость / Н.В. Новиков, С.Н. Дуб, С.И. Булычов // Заводская лаборатория. 1987. - № 7.-С. 60-67.

112. Циркин А.В. Методика оценки трещиностойкости износостойких покрытий/ А.В. Циркин, А.С. Дмитриев// Вузовская наука в современных условиях: Тезисы докладов XXXVII НТК УлГТУ (27 января 2 февраля 2003 г), Ульяновск, 2003, ч. 1. - С. 34 - 35.

113. Косилова А.Г. Справочник технолога-машиностроителя / А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков. -М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

114. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1968. - 241 с.

115. Налимов В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В.В. Налимов, Н.А. Чернова. -М.: Наука, 1965. 340 с.

116. Bouzakis K.-D. The failure mechanism of PVD coated hardmetal inserts in milling / K.-D. Bouzakis, K. Efstathion, N. Vidakis // Tribology in industry, vol. 19, № 3(E), 1997-p. 93 102.

117. Cho S.-S. Wear mechanism of multi-layer coated cemeted carbide cutting tools / S.-S. Cho, K. Komvopoulos // Tribology Division of Transaction of the ASME, vol. 119, Jan. 197.-p.8-17.

118. Финкель B.M. Физика разрушения. M.: Металлургия, 1970.376 с.

119. Броек Д. Основы физики разрушения. М.: Высшая школа, 1980. -368 с.

120. Партон В.З. Механика разрушения: От теории к практике. М.: Наука, 1990.-296 с.

121. Партон В.З. Динамика хрупкого разрушения / В.З. Партон, В.Г. Борисковский. М.: Машиносроение, 1988. - 282 с.

122. Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению. М.: Машиностроение, 1973. - 200 с.

123. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. -М.: Металлургия, 1977. 360 с.

124. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. -М.: Машиностроение, 1984. 310 с.

125. Гордиенко JI.K. Субструктурное упрочнение металлов и сплавов. -М.: Наука, 1973.-223 с.

126. Косевич В.М. Структура межкристаллитных и межфазных границ / В.М. Косевич, В.М. Иевлев, JI.C. Палатник, А.И. Федоренко. М.: Металлургия, 1980. - 26 с.

127. Писаренко Г.С. Распространение трещин в слоистых составных телах / Г.С. Писаренко, В.П. Науменко, В.И. Коваль // Трещиностойокость материалов и элементов конструкций: Труды Всесоюзного симпозиума. -Киев: Наук. Думка, 1980. С. 254 - 261.

128. Морковкин А.В. Повышение трещиностойкости изделий при использовании слоистых конструкций / А.В. Морковкин, Ю.В. Петухов // Технология металлов. 2003. - № 4. - С. 7 - 10.

129. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Наука, 1992. — 360 с.

130. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. - 344 с.

131. Ящерицын П.И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах: Учебник для вузов / П.И. Ящерицын, M.JI. Еременко, Е.Ф. Фельдштейн. -М.: Высшая школа, 1990. — 512 с.

132. Александров А.В. Основы теории упругости и пластичности / А.В. Александров, В.Д. Потапов. М.: Высш. Школа, 1990. - 400 с.

133. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. — М.: Машиностроение, 1981. — 272 с.

134. Баско Е.М. Экспериментальная оценка трещиностойкости строительных сталей с использованием двухпараметрического критерия// Заводская лаборатория. 1987. - № 11. - С. 68 - 71.

135. Майстренко A.J1. Прогнозирование износостойкости хрупких материалов по твердости и трещиностойкости / A.JI. Майстренко, С.Н. Дуб // Заводская лаборатория. — 1991. -№ 2. — С. 52 54.

136. Бережницкий JI.T. Изгиб тонких пластин с дефектами типа трещин/ J1.T. Бережницкий, М.В. Делявский, В.В. Панасюк. — Киев: Наук. Думка, 1979.-400 с.

137. Васильченко Г.С. Критерий прочности тел с трещинами при квазихрупком разрушении материалов // Трещиностойокость материалов и элементов конструкций: Труды Всесоюзного симпозиума. Киев: Наук. Думка, 1980.-С.36-45.

138. Кремнев J1.C. Критический коэффициент интенсивности напряжения и вязкость разрушения высокопрочных инструментальных материалов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1996. - № 1. - С. 30 — 35.

139. Кошелев П.Ф. Обобщенный двухпараметрический деформационный критерий / П.Ф. Кошелев, А.И. Левин // Заводская лаборатория. 1987. -№11.-С. 71-73.

140. Андриевский Р.А. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе / Р.А. Андриевский, И.И. Спивак. — Челябинск: Металлургия. Челябинское отделение, 1989. 368 с.

141. Табаков В.П. Определение модуля упругости износостойких покрытий/ В.П. Табаков, А.В. Циркин// Молодежь Поволжья — науке будущего (ЗМНТК 2003): Труды заочной молодежной НТК (31 марта - 15 июня 2003 г.). - Ульяновск: УлГТУ, 2003, - с. 73 - 75.

142. Тот J1. Карбиды и нитриды переходных металлов: Пер. с англ. -М.: Мир, 1974.-294 с.

143. Миссол В. Поверхностная энергия раздела фаз в металлах. — М.: Металлургия, 1978. 176 с.

144. Андрюшечкин С.Е. Определение свободной энергии удельной поверхностной энергии покрытий на основе сплавов внедрения ряда переходных металлов / С.Е. Андрюшечкин, М.Г. Карпман // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. № 4. - т. 65. — С. 37 — 39.

145. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: Методы получения и свойства. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - 200 с.

146. Циркин А.В. Разработка многослойного покрытия для торцовых фрез// Вестник Ульяновского государственного технического университета (Вестник УлГТУ). 2003. - № 3 - 4. - С. 33 - 35.

147. Резников А.Н. Теплофизика резания. — М.: Машиностроение, 1969.-288 с.

148. Резников А.Н. Основы расчета тепловых процессов в технологических системах / А.Н. Резников, Н.А. Резников. Куйбышев: КуАИ, 1986. — 153 с.

149. Бетанелли А.И. Прочность и надежность режущего инструмента.- М.: Сабчота Сакартвело, 1973. 302 с.

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

151. Циркин А.В. Разработка конструкции многослойного покрытия для торцового фрезерования/ А.В. Циркин, Э.А. Санатуллов// Вузовская наука в современных условиях: Тезисы докладов XXXVI НТК УлГТУ (28 января- 3 февраля 2002 г), Ульяновск, 2002, ч. 1, с. 47.

152. Табаков В.П. Многослойное покрытие для твердосплавного режущего инструмента для торцового фрезерования/ В.П. Табаков, А.В. Цир-кин// Инновации в машиностроении: Материалы Всероссийской НТК. Пенза, 2002,-с. 80-82.

153. Циркин А.В. Режущий инструмент с покрытием для прерывистого резания/ А.В. Циркин, А.А. Касимов// Молодежь Поволжья науке будущего (ЗМНТК - 2003): Труды заочной молодежной НТК (31 марта - 15 июня 2003 г.). - Ульяновск: УлГТУ, 2003, - с. 70 - 71.

154. Табаков В.П. Разработка многослойного покрытия для повышения эффективности торцового фрезерования/ В.П. Табаков, А.В. Циркин// Современные тенденции развития автомобилестроения в России: Труды Всероссийской НТК. Тольятти: ТГУ, 2003. с. 457 - 460.

155. Бабад-Захряпин А.А. Дефекты покрытий. М.: Энергоатомиздат, 1987.- 152 с.

156. Расчет среднеотраслевых затрат при нанесении износостойких покрытий на режущие инструменты, приведенных к одному часу работы установок типа «Булат-ЗТ». М.: ВНИИинструмент, 1982. - 9 с.