автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка режущих пластин из нитридной керамики для предварительной механической обработки деталей

На правах рукописи

003053287

КУЗИН ВАЛЕРИЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРАМИКИ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ДЕТАЛЕЙ

Специальность 05.03.01 - «Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2007 /

003053287

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Таратынов Олег Васильевич, доктор технических наук, профессор Рогов Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор Гречишников Владимир Андреевич

Ведущее предприятие: ФГУП Центральный научно-исследовательский

автомобильный и автомоторный институт НАМИ

Защита состоится 1 марта 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.142.01 ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направлять по адресу: 127955, Москва, Вадковский пер., д. За.

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

Автореферат разослан Н января 2007г.

Ученый секретарь диссертационного срвёта^~)^7

профббсорЛ fТг^^^/^'( )/ Иванов Витольд Ильич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. За последние десятилетия машиностроительное производство достигло значительного прогресса. Созданные высокоэффективные станочные системы позволяют повысить производительность механической обработки за счет высоких и сверхвысоких скоростей резания. Однако практическое использование этого потенциала значительно ограничивается эксплуатационными показателями режущих инструментов и их недостаточно высокой способностью сопротивляться процессам изнашивания и разрушения под действием высоких термомеханических нагрузок. Очевидно, что для решения этой проблемы необходимы инструменты, ориентированные на высокоскоростную лезвийную обработку.

Применительно к окончательным операциям механической обработки деталей из чугунов, закаленных сталей и цветных сплавов этот вопрос успешно решается путем использования инструментов с режущими пластинами из оксидной керамики. Применение этих инструментов, благодаря высокой твердости и теплостойкости керамики, позволяет многократно увеличить скорость резания и эффективно выполнять прецизионную обработку деталей, при этом технологический процесс соответствует постоянно возрастающим экологическим нормам. Однако использование инструментов с керамическими режущими пластинами только на финишных этапах технологических процессов, где традиционно и эффективно применяются абразивные инструменты, не способно оказать существенное влияние на общие экономические показатели предприятий. Поэтому наибольший интерес для промышленности представляют инструменты с режущими пластинами из нитридной керамики, имеющие более широкую область применения.

Следует отметить, что использование инструментов с существующими керамическими режущими пластинами на предварительных операциях механической обработки деталей неэффективно. Это связано с тем, что повышенные подачи при резании, переменные припуски и модифицированные свойства поверхностного слоя заготовок, характерные для этих этапов обработки, создают экстремальные условия нагружения режущих пластин. Хрупкая керамика не выдерживает таких нагрузок, что приводит к резкому увеличению вероятности непрогнозируемых отказов инструментов. Как показывает практика, принципиально изменить поведение этих инструментов под действием высоких термомеханических нагрузок только за счет современных технологий изготовления керамических пластин, на что делается упор при решении этого вопроса, не представляется возможным. Очевидно, что расширение области применения оснащенных керамикой инструментов может быть обеспечено только на основе комплексного подхода к их разработке, изготовлению и эксплуатации.

В связи с этим разработка керамических режущих пластин, позволяющих выполнять не только окончательную, но и предварительную обработку деталей, является актуальной научно-технической проблемой.

Целью работы является повышение производительности предварительной механической обработки деталей инструментами, оснащенными режущими пластинами из нитридной керамики.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены на базе фундаментальных положений теорий резания, упругости, теплопроводности, прочности, разрушения, поврежденности, вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и производственных условиях с использованием комплексной методики изучения термомеханической напряженности, интенсивности изнашивания и характера разрушения керамических режущих пластин.

Научная новизна работы заключается в установлении:

• взаимосвязей термомеханической напряженности керамических режущих пластин с характером их изнашивания и разрушения, позволяющих разрабатывать инструменты для заданных условий механической обработки;

• взаимосвязей свойств керамики, покрытия, геометрии лезвия и условий эксплуатации режущих пластин с температурой и напряжениями в них;

• взаимосвязей состава нитридной керамики и технологических режимов изготовления режущих пластин из нее с эксплуатационными показателями инструментов, оснащенных этими пластинами, и производительностью предварительной механической обработки деталей из разных материалов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

• разработаны и доведены до инженерных решений метод и средства, позволившие создать режущие пластины из нитридной керамики для предварительной механической обработки деталей;

• создана комплексная методика исследования термомеханической напряженности, интенсивности изнашивания и характера разрушения керамических режущих пластин;

• создана автоматизированная система термопрочностных расчетов керамических режущих пластал, на базе которой сформирован метод их проектирования;

• разработаны и изготовлены режущие пластины из нитридной керамики, а также сформулированы рекомендации по их применению.

Реализация работы. Автоматизированная система термопрочностных расчетов керамических режущих пластин и инструменты с разработанными режущими пластинами из нитридной керамики внедрены на семи машиностроительных предприятиях. Результаты исследований также используются в учебном процессе МГТУ «Станкин».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всесоюзных, всероссийских, международных и республиканских научно-технических конференциях: «Состояние и перспективы развития средств измерения температуры» (Львов, 1984); «Теплофизика технологических процессов» (Ташкент, 1984); «Методы повышения производительности и качества

обработки деталей на оборудовании автоматизированных производств» (Андропов, 1985); «Теплофизика процессов лезвийной обработки» (Тольятти, 1988); «Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки» (Москва, 1988); «Проблемы интеграции образования и науки» (Москва, 1990); «Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки» (Иркутск, 1990); «Nove Tehnologue-90» (Cacak, Yugoslavia, 1990); «Научно-практические аспекты автоматизированного машиностроения» (Москва, 1991); «Research and development in mechanical industry - RaDMI» (Serbia and Montenegro, 2002, 2003, 2004), «Новые материалы и технологии НМТ-2002» (Москва, 2002), «29 Jupiter Konferencija» (Beograd, Serbia and Montenegro, 2003), «Производство, технология, экология - ПРОТЭК-04» (Москва, 2004), «UNITECH-04» (Gabrovo, Bulgaria, 2004), «5th International Conference on Tribology - BALKANTRIB-05» (Rragujevac, Serbia and Montenegro, 2005), «International Scientific Conference Heavy Machinery - НМП-05» (Mataruska Banja, Serbia and Montenegro, 2005), «Конструкторско-технологаческая информатика-КТИ-05» (Москва, 2005).

Инструменты с разработанными керамическими пластинами демонстрировались и были удостоены медалей (дипломов) на Международной технологической выставке «D-TE» (Гуанджоу, Китай, 2003), Международной промышленной неделе (Москва, 2003) и Международной выставке изобретателей (Шанхай, Китай, 2004).

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на заседаниях кафедр «Инструментальная техника и технология формообразования» и «Высокоэффективные технологии обработки» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 69 работ, в том числе три монографии. На новые технические решения получено 16 патентов и авторских свидетельств.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (325 наименований) и приложения. Работа изложена на 391 странице, содержит 189 рисунков и 78 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована научно-техническая проблема и проанализированы подходы к ее решению, а также отражены научная новизна и практическая ценность диссертации.

В первой главе проанализированы перспективы и проблемы применения инструментов, оснащенных керамическими режущими пластинами, на основе которых сформулирована цель и определены задачи работы.

В главе приведен обзор основных работ по следующим направлениям: прочность и износостойкость режущих инструментов, высокоскоростное резание, инструментальная керамика, разработка и изготовление керамических режущих пластин, особенности эксплуатации и технико-экономическая эффективность применения инструментов с керамическими режущими пластинами, а также методы совершенствования керамических инструментов. Существенный вклад в развитие этих научных направлений внесли В.Н. Аникин, В.Ф. Попов, И.С.

Полькин, Г.Г. Гнессин, ЮР. Гогоци, A.C. Верещака, С.Н. Григорьев, В.К. Старков, ИЛ. Третьяков, В.А. Гречишников, О.В. Таратынов, Ю.Г. Кабалдин, B.C. Фадеев, TU. Лоладзе, В.А, Остафьев, В.А. Синопальников, Н.В. Талантов, В. А. Рогов, О.М. Кириллова, В.П. Жедь, Г.В. Боровский.

Обзор научно-технической литературы позволил сделать следующие выводы:

1. Применение инструментов с керамическими режущими пластинами способно обеспечить высокую технико-экономическую эффективность современных металлообрабатывающих систем. Однако узкая область применения (окончательная механическая обработка) и необоснованная универсальность этих инструментов не позволяют на практике реализовать их основные преимущества. Набольший интерес для промышленности представляют керамические режущие пластины с расширенной областью применения, позволяющие повысить производительность предварительной механической обработки деталей из разных конструкционных материалов. Однако в настоящее время отсутствует научный подход к разработке керамических режущих пластин для этих условий эксплуатации.

2. Совершенствованию и расширению области применения инструментов с керамическими режущими пластинами посвящены многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых. Особое внимание в этих работах уделяется выявлению взаимосвязей объемных и поверхностных свойств керамических режущих пластин с их эксплуатационными показателями, на основе которых предпринимаются попытки решить отдельные вопросы многоплановой проблемы. Выявленные закономерности успешно используются при создании керамических режущих пластин для окончательной механической обработки, а для разработки режущих пластин, ориентированных на предварительную обработку, этих данных недостаточно. В рассмотренных работах отсутствует комплексный подход к выполняемым исследованиям, что не позволяет связать в единую систему этапы разработки, изготовления и эксплуатации керамических режущих пластин.

3. При разработке керамических режущих пластин преобладает материаловедческий аспект, ориентированный, главным образом, на увеличение прочности, трещино- и термостойкости инструментального материала. Основными направлениями совершенствования инструментов являются: разработка новых составов упрочненных и армированных керамик, оптимизация технологических параметров изготовления, разработка технологий дополнительной обработки режущих пластин, в том числе нанесение многослойных и композиционных покрытий, и систем контроля их качества. Особое внимание в работах уделяется обеспечению воспроизводимости эксплуатационных показателей керамических режущих пластин. Однако этот подход не приносит ожидаемой отдачи из-за отсутствия четко сформулированных задач и научно обоснованных требований к свойствам инструментальной керамики, что не позволяет эффективно использовать при разработке режущих пластин современные достижения в области создания керамических материалов.

4. В настоящее время для изготовления режущих пластин используют инструментальную керамику на основе оксида алюминия и нитрида кремния. Нитридная керамика считается более перспективным инструментальным материалом, способным значительно расширить область применения режущих инструментов. Однако отечественная промышленность практически не производит режущие пластины из нитридной керамики.

5. Условия эксплуатации инструментов с керамическими режущими пластинами характеризуются высокой скоростью резания и малой толщиной среза, что определяет специфику контактных, силовых и тепловых процессов при использовании этих инструментов. Существующие модели процесса резания не учитывают особенности контактного взаимодействия керамических режущих пластин со стружкой и деталью. Не определена также связь условий эксплуатации керамических режущих пластин с характером их силового и теплового нагружения.

6. Специфические условия эксплуатации инструментов с керамическими режущими пластидами затрудняют исследования физической природы их отказов. Недостаточно изучены механизмы изнашивания и разрушения керамических режущих пластин и не выявлена роль в этих процессах напряжений, формирующихся в пластинах под действием эксплуатационных нагрузок. Предпринимаемые попытки связать отказы инструментов с известными механизмами макро- и микроразрушения хрупких материалов не представляются оправданными из-за существенной роли принимаемых допущений в этих процессах. Имеющийся экспериментальный материал не систематизирован, а предпринятые в некоторых работах попытки использовать его для разработки рекомендаций по рациональному применению инструментов, оснащенных керамическими режущими пластинами, следует признать необоснованными.

7. Отсутствуют инженерные методы расчета и проектирования керамических режущих пластин.

8. Исследовательские работы в области повышения эксплуатационных показателей инструментов с керамическими режущими пластинами требуют дальнейших изыскашш, а в некоторых случаях — пересмотра сложившихся представлений. Разработка новых керамических режущих пластин, обеспечивающих не только окончательную, но и предварительную механическую обработку деталей из разных конструкционных материалов, становится комплексной научной задачей материаловедения, технологии керамических материалов, инструментального производства и других областей науки и отраслей промышленности. При этом требования к свойствам керамических режущих пластин должны формулировать специалисты в области эксплуатации инструментов.

На основании анализа литературных данных, обобщения производственного опыта, а также в соответствии с целью работы были определены следующие задачи исследования:

1. Выявить связи термомеханической напряженности керамических режущих пластин с характером их изнашивания и разрушения при эксплуатации, на основе которых формализовать процесс отказов инструментов с этими пластинами.

2. Построить и исследовать математическую модель керамических режущих пластин в целях дальнейшей разработки метода их проектирования.

3. Разработать режущие пластины из нитридной керамики и технологию их изготовления для оснащения инструментов, предназначенных для предварительной механической обработки деталей из разных материалов.

4. Исследовать производительность предварительной механической обработки инструментами с разработанными режущими пластинами из нитридной керамики.

Во второй главе выявлена взаимосвязь термомеханической напряженности керамических режущих пластин с характером их изнашивания и разрушения. На этой основе сформулирован методологический подход к разработке керамических режущих пластан для заданных условий эксплуатации.

Анализ статистических данных промышленного применения разных видов инструментов, оснащенных керамическими режущими пластинами, показал, что их высокая эффективность проявляется в узком диапазоне условий эксплуатации. Незначительное изменение условий эксплуатации этих инструментов приводит к существенному снижению их эксплуатационных показателей и увеличению числа непрогнозируемых отказов. Поэтому технико-экономическая обоснованность использования инструментов с керамическими режущими пластинами должна базироваться на правильном выборе условий их эксплуатации или разработке режущих пластин для заданных условий эксплуатации.

Для решения этой задачи рассмотрена связь условий эксплуатации инструментов с керамическими режущими пластинами с причинами их отказов (рис. 1). Согласно этой системе вид обработки (непрерывное и прерывистое резание), режимы резания (у, Б, Г)> свойства обрабатываемого материала и инструментальной керамики, а также геометрия лезвия режущих пластин формируют контактные процессы (Ь — длина контактного взаимодействия в системе пластина - деталь - стружка) и определяют характер стружкообразования при резании.

| Условия эксплуатации

инструментов

Вид обработки я режимы рсншия

Свойства обрабатываемою материала

<5. Л

Свойств;! инетрументаяьяого материала

Геометрия лечвия\ режущей пластины /

,"-¡/1 /Ул д. и >

Л/С Отказы керамических режущих

К

В*п щко-хим'ичеI ьнс нпопечы 1ЯМ11Т™*

Рис. 1. Рассматриваемая система резания

В результате этого формируются условия нагружения (Р — силовые нагрузки, Q — тепловые нагрузки, к — теплоотвод в окружающую среду)

режущих пластин. Под действием силовых и тепловых нагрузок керамические режущие пластины нагреваются (7), деформируются (е), и в них формируются микро- и макронапряжения (о). Характер напряженного состояния в совокупности с физико-химическими процессами, протекающими в зоне контактного взаимодействия режущей пластины с деталью и стружкой, определяет причины отказов инструментов.

Для анализа связей в этой системе использовали разработанную комплексную методику исследования контактных процессов, термомеханической напряженности, изнашивания и разрушения инструментов. Экспериментальные исследования проводили в лабораторных и производственных условиях с использованием резцов и фрез, оснащенных режущими пластинами из оксидной, оксидно-карбидной и нитридной керамики.

На базе анализа обширного теоретического и экспериментального материала построена физическая модель процесса резания инструментами с керамическими режущими пластинами (рис. 2). Эта модель связала процесс стружкообразования (рис. 2, а) и характер контактного взаимодействия режущих пластин с деталью (рис. 2, б, в, г) с условиями силового и теплового нагружения режущих пластин (рис. 2, д). Рассмотрим последовательно ее основные положения.

Рис. 2. Физическая модель процесса резания инструментами с керамическими

режущими пластинами

Разработанная схема стружкообразования при резании основана на локализованном сдвиге обрабатываемого материала в зоне резания. Это связано с тем, что интенсивность выделения теплоты при высокоскоростной деформации превышает скорость ее отвода. За счет этого эффекта происходит локализованное температурное разупрочнение обрабатываемого материала в зоне основных пластических деформаций и формируется адиабатическая полоса толщиной Ьа (рис. 2, а). По этой полосе происходит сдвиг сформировавшегося элемента стружки в направлении усд, в результате чего лезвие керамической режущей пластины с ударом входит в контакт с адиабатической полосой сдвига (и ее высококонцентрированным источником теплоты), которая начинает отдавать теплоту инструменту.

Низкая теплопроводность керамических материалов определяет малую длину общего контакта С режущей пластины со стружкой. На контактных

площадках режущих пластин образуются налипы обрабатываемого материала, после удаления которых хорошо заметна разница в рельефе участков пластического С, (рис. 2, в) и упругого Сг (рис. 2, г) контактов. Увеличение скорости резания приводит к уменьшению длины общего С и пластического С] контактов на передней поверхности керамических режущих пластин (рис. 3, а). Также зафиксировано уменьшение составляющих Рх, Ру и Рг силы резания при увеличении скорости резания (рис. 3, б). Однако степень влияния скорости резания на длину контактных площадок выше, чем на Рх, /\ и Рг. Это означает, что с увеличением скорости повышается удельная силовая нагрузка Руп на контактные площадки режущих пластин и, соответственно, их механическая напряженность. Свойства керамики оказывают значительное влияние на этот процесс (рис. 3, в).

Рис. 3. Влияние скорости резания на длину контактных площадок (а), составляющие силы резания (б) и удельные силовые нагрузки (в) на режущие пластины ВК6 (7), ВОК71 (2) и ВО 13 (5) при точении стали 40Х с £ = 0,3

мм/об, г = 1 мм

Особенностью процесса силового нагружения керамических режущих пластин является повышение динамической составляющей силы резания с увеличением скорости резания. Это означает, что наряду с распределенными силовыми нагрузками Р\ и Р2, действующими на рабочие поверхности режущих пластин, на лезвие и контактные площадки (участок С2) действуют ударные нагрузки (рис. 2, <Э).

Установлено, что с увеличением скорости резания повышается температура и тепловая напряженность керамических режущих пластин, причем высокоинтенсивные источники теплоты на передней (<7,кр.) и задней (дч-и.) поверхностях режущих пластин учитываются в схеме их нагружения тепловыми потоками <2\ и действующими на рабочих поверхностях (рис. 2, д).

Анализ температурных полей показал, что изотермы во всех случаях носят характер окружностей с центром, расположенным на лезвии режущей пластины (точка 0). Увеличение скорости резания не изменяет вид изотерм в режущих пластинах, но увеличивает расстояние от каждой изотермы до точки О (рис. 4, а). Наибольшая температура Гмах, которую определяли с использованием зависимости Т=/(¿¡), где Ь\ - расстояние от точки 0 до каждой изотермы (рис. 4, б), зафиксирована в пластинах из силшпгга-Р, а наименьшая - в пластинах из

ВОК71 (рис. 4, в). Неравномерный нагрев режущих пластин создает в них температурные градиенты цгаёГ = Л77 А Ь, где АГи А Ь - разница температур и расстояние между изотермами соответственно. Под действием температурных градиентов в режущих пластинах формируются термические напряжения <тт = Е а gradГ, где Е и а — модуль упругости и температурный коэффициент линейного расширения керамики соответственно. Как видно из графиков, приведенных на рис. 4, в, наименьшие значения Ткт и <ттмах зафиксированы в пластинах из силинита-Р, а наибольшие - в пластинах ВОК71.

О

I

2

у.

мм

Г к 1000 800 600 400 grad7. К,-мм 400 300

200 О'.

Villi L20U 1000 800 600

0,5 1 1,5 2 2,Sl,ми О) 200 400 600 800 v, »in» в)

Рис. 4. Температурное поле (а), тепловое состояние (б) режущих пластин из

ВОК71 (точение чугуна СЧ32 с v = 1000 м/мин, S= 0,5 мм/об, t = 2 мм) и влияние скорости резания на тепловое состояние (в) режущих пластин ВОК71 (/) и силинит-Р (2) при точении чугуна СЧ32 (S = 0,5 мм/об, t = 2 мм)

Полученные регрессионные модели связали температуру, температурные градиенты и термические напряжения в керамических режущих пластинах со свойствами керамики и режимами резания. Например, модели, описывающие тепловое состояние керамических режущих пластин при точении стали 40Х, имеют следующий вид:

Т= 590,04 + 0,24 v + 410,66 S + 404,01 й3+ 13,75 - 232,03 г - 5,83 ö, (1) grad77= 353,5 + 0,04 v + 186,37 S+ 160,98 А3 + 2,27 К-92,47 г - 2,77 в, (2) от = 1208 + 0,11 v + 398 <!> + 350 h} - 46 + 4,14-Ю7 а - 208 г - 6 8, (3)

где v - скорость резания; S - подача, /г, — ширина фаски износа задней поверхности инструмента, >ч- - коэффициент теплопроводности керамики, ак — тем-

пературный коэффициент линейного расширения керамики, г и 0 — радиус-вектор и угловая координата.

Оценка этих моделей показала их адекватность и высокую значимость. На основе анализа коэффициентов парной корреляции установлено, что наибольшее влияние на Г и в режущих пластинах оказывают режимы

резания, а на ог - свойства керамики. Это означает, что целенаправленное изменение свойств керамики позволяет управлять напряженным состоянием режущих пластин.

В результате изучения кинетики изнашивания керамических режущих пластин при точении и фрезеровании деталей из разных материалов установлено следующее. Изнашивание этих режущих пластин является термоактивированным процессом, в котором физические и химические явления тесно связаны и усиливают друг друга. В результате этих процессов происходит микроразрушение поверхностных слоев керамики с постепенным изменением рельефа контактных площадок режущих пластин (рис. 5, а).

О 5 Ю !5 20 т. мии. а) 6)

Рис. 5. Кинетика изнашивания и появление эксплуатационных дефектов в керамических режущих пластинах ВОК71

Важной особенностью процесса изнашивания режущих пластин является изменение структуры поверхностного слоя керамики на глубину 3—5 мкм (рис. 5, б) и появление в нем эксплуатационных дефектов. Эти дефекты (А, В, С и О), как правило, образуются на стыке трех крупных зерен в пределах контактных площадок режущих пластин. Именно в этих областях формируются высокие локальные напряжения под действием эксплуатационных нагрузок.

Эксплуатационные дефекты являются источниками зарождения трещин, которые образуются при достижении критического значения параметра поврежденное™ твердого тела. Поэтому зарождение и накопление эксплуатационных дефектов означает начало скрытого микроразрушения поверхностного слоя керамических режущих пластин за счет развития по траекториям 1 и 2 трещин (рис. 5, б), приводящих к отделению зерен или их конгломератов. Интенсивность этого процесса и, соответственно, изнашивания керамических режущих пластин определяется уровнем микронапряжений, сформировавшихся в их поверхностном слое (или компонентах керамики) под действием эксплуатационных нагрузок.

Анализ характера разрушения керамических режущих пластин показал, что сколы происходят за счет мгновенного развития магистральной трещины. Этот процесс имеет ярко выраженный хрупкий характер и протекает, как

правило, с участием нескольких трещин (А, В и С), которые развиваются из соседних областей (рис. 6, а). Эти трещины на начальном этапе своего развития имеют разные траектории роста, но впоследствии сливаются в магистральную трещину. Об этом свидетельствует рельеф разрушенных поверхностей, на которых имеется характерный складчатый узор (рис. 6, б). Этот процесс контролируют макронапряжения, а инициируют его структурные дефекты, являющиеся концентраторами напряжений.

шЛИрв

I

N ЯНКЯМл; ¡■¡■■■■В ШШб) Рис. 6. Характерный очаг разрушения режущей пластины ВОК71

Наибольшую опасность представляют технологические дефекты, природа появления которых определяется физическими процессами изготовления режущих пластин. В них часто встречаются крупные зерна, трещины, поры и неравномерно распределенные фазы. На характер и вероятность разрушения режущих пластин также влияют их геометрические параметры, свойства керамики, вид механической обработки и режимы резания.

На основе выявленных взаимосвязей термомеханической напряженности с характером изнашивания и разрушения керамических режущих пластин сформулирован методологический подход к их разработке. Этот подход определяет необходимость проектирования керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации, которые характеризуются определенным комплексом внешних нагрузок, и связывает в единый процесс этапы их разработки, изготовления и эксплуатации. Причем определение внешних нагрузок и формирование технического задания на разработку керамических режущих пластин являются первоочередной задачей.

Для практической реализации этого методологического подхода выделены три уровня управления эксплуатационными показателями керамических режущих пластин (рис. 7).

\ | Свойства п \1 '4 Микрорагрушеше

Свойства и\КмшвсшД геометрия | Свойсгва \ 0— шшне

геометрия * птгтессм \ % „ X » \\ режущих шюсшт

1 а процессы % » • а (МИКПО- И

керамических О Ь пластин, о 41 ..

1 У при - „ .. У мпкпо- /структура Г

режущих # ',„.„ } Свойства # 1 | $ Макроразрушшие

• ' I резании ( гигигряткент)^ керамики X ,

пластин I | компонентов | 1. ' | | (скол

/ / керамики | состояние | * реЖуЩИХ пластин)

,----1 Первый уровень |----------------Второй уровень [—------1 Третий уровень ]-------------------

\ Эффективность уровней уциатш жшуаштитымл тжачт-елимм режущих пластин

Рис. 7. Уровни управления эксплуатационными показателями керамических режущих пластин

Каждый из этих уровней характеризует влияние свойств и геометрии керамических режущих пластин на их состояние в заданных условиях эксплуатации. Очевидно, что создание механизмов воздействия на эти уровни позволит управлять эксплуатационными показателями керамических режущих пластин.

Для повышения эксплуатационных показателей режущих пластин в настоящее время используется метод снижения интенсивности процессов их микро- и макроразрушения за счет создания барьеров для развивающихся трещин путем формирования в керамическом материале структуры типа «матрица - упрочняющая фаза». Этот метод относится к третьему уровню управления эксплуатационными показателями керамических режущих пластин и является малоэффективным из-за того, что эти барьеры не способны предотвратить появление эксплуатационных дефектов. При этом даже в случае полной остановки развития трещины снижается прочность режущих пластин.

В связи с этим практическую реализацию сформулированного методологического подхода базировали на использовании второго уровня управления эксплуатационными показателями керамических режущих пластин. Разработанный механизм предполагает создание барьеров, способных предотвратить появление эксплуатационных дефектов в режущих пластинах при заданных нагрузках (рис. 8). В качестве таких барьеров предложено рассматривать условия, формирующие минимальный уровень микро- и макронапряжений в «нагруженных» режущих пластинах за счет целевого выбора компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия.

[...................................^ ~ »СХОДНЫЕ ДАННЫЕ..........................................................................................~~

| 1. Эксплуатационные нагрузки свойства обрабатываемых материалов !_2. Свойства тугоплавких соединений_____

ЗАДАЧА

| Сведшие а керамических режущих пластинах условий, снижающих вероятность появления и I накопления этхплуаташюнных дефектов (барьеры второго уровня управления)

:............:........:...........:................................................11.......................:........гзтгг........................:..........I:

[............................................................................................РЕШЕНИЕ.........................................................................................

| Минимизация макро- и микронапряжений в режущих пластинах за счет целевого ! выбора свойств компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия

......:........:...............:.....:г......эг;......т.:................;......:.......:.........

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОГО ПОДХОДА ""|

!. Замедлен?« процесса пояячення эксплуатационных дефектов !

2. Увеличение времени (хчафзспюй работы режушнч пластан |

3. Уменьшение шггсшгаиостп нзнашнваши и вероятности смолов режукшх пластин ] Рис. 8. Механизм управления эксплуатационными показателями керамических режущих пластин

В третьей главе построена математическая модель керамических режущих пластин, с использованием которой исследовано влияние разных факторов на их напряженное состояние. На этой основе разработан метод проектирования керамических режущих пластин.

Математическая модель напряженного состояния керамических режущих пластин построена на основе решения двухмерных задач теорий теплопроводности и упругости с использованием метода конечных элементов. При ее построении приняты следующие допущения:

1) рассматривается плоская задача;

2) отсутствуют пластические деформации керамических режущих пластин и обрабатываемого материала;

3) режущие пластины выполнены из бездефектной керамики (поры и трещины не являются компонентами ее структуры);

4) ударные нагрузки, действующие на режущие пластины, заменяются сосредоточенными ситами;

5) трение на участке упругого контакта режущих пластин заменяется действием комплекса сосредоточенных сил.

Расчетная схема для построения математической модели разработана в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис. 9. На его первом этапе режущая пластина формализована в виде ее постоянно повторяющегося элементарного фрагмента (рис. 9, а), состоящего из основных компонентов керамики (1 - зерно основной или упрочняющей фазы, 2 - межзеренная фаза, 3 — матрица), покрытия 4 и обрабатываемого материала 5. Это позволило учесть в математической модели неоднородность керамики и свойства обрабатываемого материала.

Рис. 9. Алгоритм разработки расчетной схемы

Затем на базе выделенного элементарного фрагмента сформировали расчетную схему, представленную в виде конструкции (рис. 9, б), в которой единичное зерно эллипсоидальной формы с полудиаметрами а и Ь заделано в матрицу через межзеренную фазу толщиной 5/. На свободных поверхностях зерна, матрицы и межзеренной фазы расположены N слоев толщиной с!; (/' = 1, 2, ..., /V)- На внешний контур N - го слоя в произвольных точках действуют зависящие от времени сосредоточенные силовые нагрузки Г„ направленные под углами (3/ к оси у, распределенные силовые нагрузки Р\ и Р2, а также тепловые потоки 0\ и В расчетах также учтены конвективные потери тепла с коэффициентом теплообмена к на свободных от теплового потока

частях контура слоев. Элементы конструкции характеризуются плотностью р, модулем упругости Е (7), коэффициентами теплопроводности X (7), теплоемкости ср (7), линейного расширения а и Пуассона р..

Рассматривается изотропная пластина толщиной Д в системе прямоугольных координат {х, у). Уравнение нестационарной теплопроводности для этих условий имеет вид:

^2-г/л -,2-,

Х(т)

дх2 Эу2

Эг (4)

где Т (í) - температура; X. (7) - коэффициент теплопроводности; р -плотность; с (7) - удельная теплоемкость; f - время.

Если пренебречь подчеркнутым слагаемым в уравнении (4), то получается уравнение стационарной теплопроводности, которое должно подчиняться четырем типам граничных условий на контуре пластины:

1. Если температура известна на некоторой части границы, то граничное условие запишется в виде:

T(t) = Ts(s), (5)

где s — координаты точек границы.

2. Если на границе происходит конвективный теплообмен, характеризуемый коэффициентом теплообмена h, то граничное условие запишется в виде:

,3* д, ') , (6)

где 7'с — температура окружающей среды; lx = sin а, /,, = cos а — направляющие косинусы.

3. Если на границе задан поток тепла Q, то граничное условие запишется в виде:

Цт)

Эх Эу * } . (7)

4. Если граница представляет собой теплоизолированный участок, то граничное условие запишется в виде:

дщ ът

** -Г - 1 V — "

дх ду (8)

Геометрические соотношения плоской задачи теории упругости имеют

вид:

Э и Эу ди Эу

ах ду ду дх; (9)

где £и, е22, £12 - линейные и угловая деформации; и, V - перемещения вдоль осей х и у соответственно.

Физические соотношения для плоского напряженного состояния записываются в форме:

аИ=-^кеи+у£22-(1+у)агГ] (Ю2)

1-у2 , (10)

012 =

im

Ei 2

2(1+ (11) где ом, о22, О12 - нормальные и касательное напряжения; Е, V - модуль упругости и коэффициент Пуассона; а - температурный коэффициент линейного расширения.

Уравнения равновесия имеют вид:

Эс

11

= 0;

ду

Эс12 | дС22 _ Эх ду

= 0

Эх

Интенсивность а, (или эквивалентное напряжение аж„ по энергии формоизменения) этих напряжений вычисляется по формуле:

Ст; =

V°n _0ГП°22 +°22 +4g

(12) теории

12 . (13)

Для решения задач стационарной и нестационарной термоупругости разработаны алгоритмы, реализованные в виде автоматизированной системы термопрочностных расчетов керамических режущих пластан RKS-ST v.1.0, блок-схема которой приведена на рис. 10. Выполненные с использованием этой системы численные эксперименты доказали достоверность разработанных алгоритмов и высокую точность результатов расчетов. Различие результатов расчетов и экспериментов по определению температуры в режущих пластинах не превышало 8 %.

нрепроцессх)!'

Формирование расчетных

схем

ош р\пшн1 и ! v3is 1мп1ыч

процессор м постпроцессор j

I5 с ют теплового и напряженного) i Визуализация резу штатов)

| состояния режущей пластины i ! расчетов

вдзовл Я С. Ж J1 \1 \ iä \k " \ О

(РЛЗРЛЬОГЧНК МГТУ "СТАНМШ KU! ! ( >Ш 11)9111 И IUHÜ ! !

| Формирование графических! 3 документов, калькулятор, j | текстовый редактор. !

Онершши линетшон алгебры

,i Нормирование графпче-jj ских документов, !'

| i калькулятор _ jj

| Ввод я диагностика иехшлых данных, аиторазбишеа да КЭ, | <яршаа чтюгр.'иия! и трут

' \"\1( ( \ : | Фааш яаниых конструкция ' NAME 2 М i Ьаза данных материалов

г

[___ \\\1| ilD ___

| Файл данных по нагрузкам i N\MF 4MD

i<Baüi методических параметров

орш'имллыцле biiokii

Операции метода конечных элементов

NZ - I

CR IÜM - ЗАДАЧА 1 Стационарная термоупрутость

NZ °

CR2_.DM - ЗАДАЧ А 2 Неустановившаяся термоупру! осп.

Отрисовкз результатов

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ поля

НАПРЯЖЕНИЯ

Рис. 10. Блок-схема автоматизированной системы термопрочностных расчетов керамических режущих пластин у.1.0

С использованием автоматизированной системы термопрочностных расчетов керамических режущих пластин МСБ-БТ \\1.0 выполнено

моделирование влияния внешних нагрузок, свойств керамики, покрытия и обрабатываемого материала, а также геометрии лезвия на напряженное состояние режущих пластин из «однородной» и неоднородной керамики. При моделировании напряженного состояния режущих пластин из «однородной» керамики принимали условие, по которому зерно, межзеренная фаза и матрица выполнены из одного тугоплавкого соединения, а из неоднородной -из разных тугоплавких соединений.

Для сравнительной оценки деформаций, температур и напряжений в режущих пластинах использовали контрольные точки, под которыми понимали фиксированные узлы и конечные элементы в расчетной схеме. Расположение контрольных точек приведено на рис. 11, а.

Исследовали следующие варианты нагружения режущих пластин (рис. 11, а): первый - действуют сосредоточенные силы направленные под углами |3, к оси у; второй - действует распределенная силовая нагрузка Р; третий — действует тепловой поток Q■, четвертый — действует смешанная нагрузка, включающая действие сосредоточенных нагрузок направленных под углами Р„ распределенной силовой нагрузки Р и теплового потока (А В третьем и четвертом вариантах нагружения учитывали конвективные потери тепла с коэффициентом теплообмена Ь. В качестве примера на рис. 11, б - в приведены результаты исследования теплового и напряженного состояния режущей пластины под действием смешанной нагрузки.

Рис. 11. Расчетная схема (а), поля температур (б) и напряжений (в - е) в режущей пластине из АЬ03 при = = 0,1 Н; р, = р2 = 45°; Р = 108 Па; <2 = 108 Вт/м2; И= 10' Вт/м2-град; обрабатываемый материал (ОМ) - СЧ32

Установлено, что характер нагружения оказывает значительное влияние на напряженное состояние керамических режущих пластин. Наибольший интерес представляют результаты исследования влияния теплового потока Q на тепловое и напряженное состояние режущих пластин. Установлено, что увеличение теплового потока до ()„ (в условиях стационарной

теплопроводности) стабильно повышает значения температуры Т и напряжения оц, о22, и ai в режущих пластинах (рис. 12, а). Дальнейшее увеличение теплового потока (выше (5П) приводит к многократному увеличению и хаотичному изменению напряжений. Действие этого эффекта также проявляется при нагреве режущих пластин (рис. 12, б).

Т,*х: 2400 1600 800

0 о, МПа 3443 123 Г 0

-2070

Ос'.кк -п. I 1 t .Ж-IIK

i .-•■ -i

-----Л í t í 1 Я т / \

-- - i l4j

7У'С 835 557 278 0 ст. МПа 323

too о -232 -454

f" t > llOTi; м-

/ L______ --u--

_____ Л Ol T

/ V...

- y

0 0,5 1 1,5 2 2.5 а ^Вг/м-' а) 0 0,125 0,25 0,375 0,5 т,с б) Рис. 12. Влияние теплового потока на температуру и напряжения в режущей пластине из ZЮ2 в условиях стационарной (а) и неустановившейся (б) теплопроводности (й = 105 Вт/м2-град, ОМ - АДЗ1)

Выявлены основные закономерности и получены регрессионные модели, отражающие связь модуля упругости Е, коэффициентов Пуасссона |1, линейного расширения а, теплопроводности X обрабатываемого материала (ом), керамики (к) и покрытия (п) с температурой и напряжениями в режущих пластинах:

• обрабатываемый материал (на примере контрольной точки 3, см. рис. 11, а):

Т3 = 312,276 + 0,003 Еш + 3,094 цом - 0,026 аом - 0,458 А.ом,

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

а, i = - 598,422 + 0,159 Еш + 106,897 цом - 61,731 аш + 2,970 о223 = - 855,513 + 0,231 Еш -23,833 цом - 0,582 аом + 1,571 А™, а,23 = 429,285 + 0,018 Евы - 3,638 + 7,446 аом - 0,735 Хом, о/ = 1202,302 - 0,038£ОМ + 31,170 ц^ + 12,213 аом - 2,382 %от

• керамика (на примере контрольной точки 2, см. рис. 11, д):

f = 847,173 + 0,015 Ек - 59,356 цк - 0,175 ак - 5,247 А.к, (19)

о, i2 = 20,009 - 0,153£к + 44,574 цк -11,914 ак + 0,4 К (20)

Липг. 8,495 ак + 0,331 (21)

10,548 ак + 0,735 Хк, (22)

щ = - 1088,916 + 3,658 Ек - 218,948 + 143,901 ак - 9,106 Хк, (23)

• покрытие (на примере контрольной точки 4, см. рис. 11, а):

t = 35,2 + 6,9 цп - 0,9 К, - 2,3 Ап 4- 293,8 F4- 2,9-10'8 Р + 5,95-Ю"6 Q, (24) о/ = 343,8 - 0,1 Еп - 79 цп + 0,4 а„ 4- 1,1 - 17,4 hn 4- 15540 F + 1,2-10"6 Р + 1,48-10 "7б, (25)

где h„ - толщина покрытия; F,P,Q — внешние нагрузки.

Оценка полученных моделей показала их адекватность и высокую значимость регрессий.

с22 -29,431 -0,119 £к 4-20,591 цк

<т,22 = 154,646 - 0,234 Ек - 1,543 цк

2

На основе анализа коэффициентов парной корреляции установлено следующее:

• наибольшее влияние на температуру и напряжения в режущих пластинах оказывает лоч;

• наибольшее влияние на температуру в режущих пластинах оказывает а степень влияния Ек, ак и >.к на напряжения практически одинакова;

• наибольшее влияние на тепловое состояние режущих пластин оказывают Хп и /гп, а на напряжения - Р, Р, к„, Л,, и Е„.

Полученные модели и коэффициенты парной корреляции позволяют формулировать требования к свойствам керамических режущих пластин.

При исследовании влияния геометрии лезвия режущих пластин на их напряженное состояние использовали параметры а и Ъ расчетной схемы (см. рис. 9, б). Лезвие режущих пластин имеет радиус скругления р в случае а = Ь, а при аф Ь - упрочняющую фаску. Установлено, что напряженное состояние керамических режущих пластин оказывается весьма чувствительным к форме и геометрическим параметрам их лезвия. В качестве примера на рис. 13, а приведены зависимости, характеризующие влияние изменения геометрии лезвия на интенсивность напряжений в режущих пластинах из 8 ¡3X1 под действием: 1 = 0,01 Н (Р = 45°); 2 -Р = 0,01 Н ф = 45°), Р = 107 Па; 3 = 0,01 Н (р = 45°), Р = 107 Па, б = 7,5-Ю7 Вт/м2, /г = 105 Вт/м2-град. Анализ приведенных зависимостей показал, что увеличение радиуса скругления лезвия и ширины упрочняющей фаски инструмента приводит к снижению напряжений в керамических режущих пластинах, причем радиус скругления лезвия оказывает наибольшее влияние на напряжения в режущих пластинах под действием сосредоточенной силы Т7.

Рис. 13. Влияние геометрии лезвия на интенсивность напряжений в режущих пластинах из (ОМ -ВТ22)

Увеличение ширины упрочняющей фаски приводит к снижению напряжений в режущих пластинах. Об этом свидетельствуют результаты исследования интенсивности напряжений в трех контрольных точках (см. рис. 11, я) режущих пластин из 81зН4 под действием следующей нагрузки: Г = 0,01 Н; р = 45°; Р = 107 Па; Q = 7,5-Ю7 Вт/м2 и И = 105 Вт/м2-град (рис. 13, б). Однако при а / Ь > 2,5 напряженное состояние режущей пластины переходит

в нестабильную область. Очевидно, что это обстоятельство значительно влияет на эксплуатационные показатели керамических режущих пластин, причем наибольшие напряжения формируются на переходных участках лезвия пластин.

Выполненное моделирование напряженного состояния режущих пластин из неоднородной керамики позволило выявить основные закономерности напряженного состояния компонентов керамики. Установлено значительное влияние внешних нагрузок, свойств обрабатываемого материала, тугоплавких соединений и покрытия на напряжения в зернах основной и упрочняющей фазы, межзеренной фазе, покрытии, а также на их границах. В качестве примера на рис. 14 приведены зависимости, характеризующие изменение температуры и напряжений в режущих пластинах из керамики системы М^О-ТЧС (зерно НС, межзеренная фаза 1^0 и матрица при разных

вариантах нагружения. Из этих графиков видно, что характер нагружения значительно влияет на напряжения в межзеренной фазе, причем тепловой поток оказывает решающее и весьма неоднозначное воздействие. Результаты этих исследований позволяют формулировать требования к свойствам основных компонентов инструментальной керамики.

| р(.>: | у >4% г4

1 \ I \

{

о/'М/огИ с,-1*'

I с, к

Г/'С

1748 1529 1.5] I. 1092 874 655 437 218 0

0 1,75 3,5 5,25 {ЛкЛвгчР а) 0 1.75 3.5 5,25 £?•)<>*Вми2 б) Рис. 14. Влияние теплового потока на температуру и напряжения в межзеренной фазе режущих пластин из керамики системы Гу^О-ПС, находящихся под действием: а — теплового потока и б — смешанной нагрузки (Р= 0,001 Н; р/ = 45"; Р = 5-108 Па; 0 = 7-Ю8 Вт/м2; к = 105 Вт/м2-град; ОМ-ЗХЗМЗФ)

Таким образом, результаты моделирования позволили сделать следующий вывод: изменение свойств основных компонентов керамики и покрытия, а также геометрии лезвия режущих пластин позволяет управлять их напряженным состоянием и влиять на их эксплуатационные показатели.

На базе этого научного положения разработан метод проектирования керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации, основанный на их термопрочностном расчете и целевом выборе компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия режущих пластин. Этот метод позволяет выбирать из числа существующих режущих пластин наиболее рациональные (по критерию минимальных напряжений) для заданных условий

эксплуатации и формировать расширенное техническое задание на их разработку в случае отсутствия приемлемого варианта.

Исходными данными для выбора режущих пластин являются внешние нагрузки, свойства инструментальных керамик и обрабатываемых материалов. С использованием этих данных выполняются термопрочностные расчеты режущих пластин из «однородной» и неоднородной керамики, в результате которых определяются макро- и микронапряжения. Последующее сравнение вариантов проектов позволяет выбрать режущие пластины, в которых формирующиеся напряжения имеют минимальные значения.

Отсутствие приемлемого варианта режущих пластин предполагает их проектирование путем последовательного выбора основных компонентов керамики, геометрии лезвия режущих пластин и покрытия (рис. 15). Исходными данными для проектирования режущих пластин в этом случае являются внешние нагрузки, свойства тугоплавких соединений (возможных компонентов керамики и покрытия) и обрабатываемых материалов.

Г Т. Выбор базового тугоплавкого соединения |

|Г Тугоплавкие \ Термоп^иоетаой расчет рёасундах ^ Сравнение % Базовое ¡|

$ соединения ¿'пластин из "однородной" керамики ,■/ вариантов проектовсоединение к _______—_______-----------____---^ ——---------

_____________________________________________________________________________,

1 2. Выбор тугоплавкого соединения, формирующего межзереннуш фазу |

| Базовое раёчёг'ре^щиА Сравнение "^Базовая |

{соединение/ компонент /пластан из неоднородной квралшки/ва^иакгав проектов/систелт;^

| 3. Выбор тугоплавкого соединения, формирующего упрочняющую фазу |

разо1ш\сшя№^ный\тч»«о11р^1осп1ой расчёт режущих^ Сравнение уУпро«шетюя*11 ¡Ьиегема/ компонент /пдастпн т неоднородной керамики/взриактш проектов/ система j

"У

—----——-----———------------———----г-------■--------------—----------------,

4. Определение формы и геометрических параметров яезвтрежущнхгаастнн |

| "Упрочненная'^ Термопро'тоегно» расчет режущих пластинV Сравнение ^Геометрия]! | система / из "однородной" и неоднородно» керамики/вариантов проектов/ лезвия |

Г__5, Выбор покрытия ______|

{| Режущая шштии^^ ^^^^' Терш.н-ф^алюпкй'расчсг \ Сравнение^ Режущая |

!! определенной )'• ' ' ',' .V )режушихпяасганю"даноршиой** $вариантов «пластина е Ь <■ / соединении „ / / н

|снстемы ч геометрии/____$ и неоднородно!! керамики / проектов / покрытием ¡[

I 6. Проверочные расчеты выбранного варианта проекта керамической режущей пластины j

| 7. Формирование технического задания на разработку керамических режущих пластин { ¡_ дал заданных условна эксплуатации |

| К. Рюраоотка и изготовление опытной тгартнн керамических режушнх пластин |

'_9. Проверочные расчеты но фактическим свойствам изготовленных режушнх пластин |

Рис. 15. Алгоритм проектирования керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации

Важно отметить, что на этапах выбора тугоплавких соединений, формирующих межзеренную и упрочняющую фазы, а также покрытия исключаются из рассмотрения варианты, имеющие химическую и фазовую

нестабильность по отношению к базовому соединению. В результате этих действий определяются возможные варианты, для которых выполняются проверочные расчеты.

Четвертая глава посвящена разработке режущих пластин из нитридной керамики для предварительной механической обработки деталей из разных конструкционных материалов, а также технологии изготовления пластин.

Анализ результатов термопрочностных расчетов, выполненных для повышенных силовых и тепловых нагрузок, показал, что в качестве базового соединения для создания режущих пластин необходимо использовать нитрид кремния. Расчеты, проведенные для режущих пластин из нитридной керамики с межзеренной фазой из М§0, У203 и АЬОз, показали целесообразность использования керамики системы 813^-У2Оз для создания режущих пластин для высоконагруженных операций механической обработки. На этой системе выполнена отработка составов нитридной керамики по традиционному технологическому процессу с использованием горячего изостатического прессования.

На основе анализа результатов этих исследований в качестве базового состава определена керамика 81зЫ4-5%У2Оз. Недостаточную стойкость к окислению этой керамики увеличили за счет введения в ее состав оксида алюминия. Проведенная оптимизация технологических параметров горячего изостатического прессования обеспечила повышение свойств керамики базового состава (81з^-5%У2Оз-2%А12Оз) за счет формирования благоприятной структуры материала (рис. 16, а). Структура керамики базового состава (условное название РКС11) сформирована равноосными зернами 8Ь,М.1 диаметром 0,5 - 1,0 мкм и удлиненными зернами диаметром до 1 мкм и длиной до 3 мкм. Активаторы спекания формируют тонкие прослойки между равномерно распределенными зернами В керамике РКС11 выявлен эффект армирования материала за счет

группирования мелких вытянутых зерен вокруг более крупных, что обеспечивает повышение ее трещиностойкости без использования упрочняющей фазы.

Рис. 16. Микроструктура керамики РКС11 (а), средняя стойкость (б) и характер изнашивания (в) режущих пластин из РКС11 (/) и ВО 13 (2) при точении чугуна СЧ32 (V = 750 м/мин; Г = 2 мм)

Режущие пластины из РКС11 имеют плотность до 99,4 % (открытая пористость не превышает 0,1 - 0,3 %, а закрытая — 0,4 - 0,6 %). Они

характеризуются следующими свойствами: р = 3,2 г/см ; 92 НДС; Ktc = 6,2 МПа-м ; 0ИЗГ = 754 и 480 МПа (при 20 и 1200°С соответственно); Е = 290 ГПа; р = 0,24; термостойкость Тр = 890 циклов. Сравнительные стойкостные испытания режущих пластин го РКС11 и В013 (керамические материалы одного класса) показали, что инструменты из РКС11 имеют более высокие эксплуатационные показатели в условиях повышенных термомеханических нагрузок (рис. 16, б). Это связано с повышенной сопротивляемостью режущих пластин из РКС11 микроразрушению их контактных площадок по сравнению с ВО 13 (рис. 16, в).

При разработке упрочненной керамики на основе РКС11 применили подход, согласно которому хрупкие дисперсные частицы и нитевидные кристаллы, равномерно распределенные в керамической матрице, являются эффективными барьерами, препятствующими развитию трещины. В результате термопрочностных расчетов режущих пластин из РКС11 была выявлена целесообразность использования в качестве упрочняющих добавок TiC (для стабильных условий эксплуатации) и SiC (для эксплуатации с повышенными ударными нагрузками). На этой основе были сформированы технические задания на разработку керамических режущих пластин для предварительной обработки деталей из разных материалов.

Эксперименты позволили определить оптимальные количества этих упрочняющих добавок в РКС11. В качестве примера на рис. 17 приведены зависимости, характеризующие влияние добавок карбида титана и нитевидных кристаллов карбида кремния на среднюю стойкость Ги, коэффициент К]с интенсивности напряжений и его стандартное отклонение s{Rjc}, пористость П, термостойкость Гр и ее стандартное отклонение j{7'p}, прочность оизг при изгибе режущих пластин на основе РКС11.

25

20

15 10

Ки,

MlI-iM«

7,0 6,5 6,0 ГР.

ЦИКЛ! 1000 900 800 cw, М77а 700 600 500 400

-J^r-T-^-т

TV

К ]

' .....

t——о—--

J \ / УП'

j

.Ihizaox

1

0

10

20

30 СТ;с,%

Рис. 17. Влияние упрочняющей фазы на свойства керамик систем 81зМ4-У2Оз-А1 гОз-ТЧС (а) и 8ЬМгУ2Оз-А12Оз-8;С1[К (б)

В результате этих исследований разработаны три марки режущих пластин из упрочненной нитридной керамики (условное название РКС22, РКС31 и РКСЗЗ). Две первые марки режущих пластин изготовлены из керамических материалов, упрочненных дисперсной фазой ($ЬМ.(-5%У20з-2%А 12Оз-18°/оПС и 81з^-5%¥20з-20/оА12Оз-25%В1С), и третья - из керамики, армированной нитевидными кристаллами (813К4-5%У2Оз-2%А12Оз-15 %8ЮПК). Свойства этих режущих пластин приведены в таблице.

Марка. режущих пластин Плотность р', г/см Твердость, нас. Коэфф. интенсивн. напряжений К,,, МПа-м"1 Предел прочности при изгибе с,,.. МПа Модуль упругости £, ГПа Коэфф. Пуассона Термостойкость Тр, циклы

20°С 1200°С

РКС22 3,4 94 7,3 790 510 315 0,24 1060

РКС31 3,15 93 7,4 880 580 325 0,24 1120

РКСЗЗ 3,2 92 8,7 910 590 330 0,24 1100

Установлено, что эксплуатационные показатели режущих пластин РКС22, РКС31 и РКСЗЗ (РКС-керамика) в большой степени зависят от состояния их рабочих поверхностей. При заточке спеченных заготовок удаляются дефекты и трещины, имеющиеся в их поверхностном слое, однако высокие термомеханические нагрузки на шлифуемую поверхность изменяют поверхностную структуру керамики. На рабочих поверхностях режущих пластин из РКС-керамики после их заточки имеются многочисленные трещины, микросколы и локальные разрушения. Эти дефекты являются концентраторами напряжений, которые под действием эксплуатационных нагрузок инициируют разрушение режущих пластшг.

В результате комплексных исследований установлена взаимосвязь прочности спеченных заготовок из РКС-керамики, режимов шлифования, характеристик алмазных кругов и смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС) с прочностью режущих пластин, шероховатостью их рабочих поверхностей и состоянием лезвия. На базе этих исследований разработана физическая модель формирования поверхностного слоя и лезвия режущих пластин из РКС-керамики при заточке. Согласно этой модели в формировании поверхности керамической режущей пластины участвуют пассивные и активные алмазные зерна.

Пассивные зерна 1, проскальзывая по поверхности керамической заготовки, формируют мощный источник тепла и деформируют обрабатываемый материал 2. В результате этого в поверхностном слое керамики образуется сетка микротрещин 6. В некоторых случаях это приводит к вырыву частиц 5 и 7 на гранях заготовок из их поверхностного слоя (рис. 18, а и б). Перед активным зерном 4, внедренным в керамический материал, образуются трещины 8, распространяющиеся в обрабатываемую поверхность в направлешга шлифования и перпендикулярно к нему. Эти трещины приводят к скалыванию частиц 3 керамического материала перед зерном и по сторонам от него. После прохождения активного зерна также образуются трещины 9, ориентированные в направлении, обратном вектору

перемещения алмазного зерна. Рост микротрещин во внутренние объемы пластин приводит к скалыванию микрообъемов 10 материала после прохождения активного алмазного зерна. Образовавшиеся по этому механизму кратеры размерами до 40 мкм имеют эллиптическую форму с большей осью, ориентированной вдоль направления шлифования образца (рис. 18, в и г). Кратеры, расположенные на одной линии, при слиянии образуют борозды разрушенного материала (рис. 18, в).

Рис. 18. Физическая модель формирования поверхностного слоя и лезвия режущих пластин из РКС-керамики при заточке

В наиболее неблагоприятных условиях при заточке оказывается лезвие керамических пластин. В результате слияния канавок от микрорезов и микротрещин на гранях взаимно перпендикулярных поверхностей режущих пластан из РКС-керамики ослабляются связи, удерживающие отдельные поверхностные зерна. Кроме того, граничные поверхности режущих пластин при шлифовании играют роль тепловых преград, в которых формируются высокие локальные напряжения. Под действием алмазных зерен происходят сколы граничных зерен нитрида кремния и их конгломератов с образованием «зазубренной» поверхности на гранях пластин. Эта сколы, имеющие размеры от нескольких микрометров до 100 мкм, под действием эксплуатационных нагрузок становятся очагами первоначального разрушения лезвия режущих пластин при эксплуатации. Поэтому особое внимание уделили вопросу формирования упрочняющей фаски на лезвии режущих пластин из РКС-керамики.

При шлифовании упрочняющей фаски образуются две новые кромки, которые являются линиями сопряжения упрочняющей фаски с задней и передней поверхностями режущих пластин (рис. 19). На первой кромке (обозначена А |) присутствуют сколы вдоль задней поверхности инструмента, на размеры и число которых влияют зернистость и направление вращения алмазного круга относительно задней поверхности режущей пластины. На второй кромке (обозначена А2) имеются риски от микрорезания единичными алмазными зернами, которые формируют радиус скругления этой кромки. В результате исследований определены условия шлифования упрочняющей

фаски, позволяющие минимизировать число и размеры сколов на лезвии режущих пластин из РКС-керамики.

PISK , < \ о ~ vsv .........................................' - ШШ&Ьс' ...............

v Л, ' :

Рис. 19. Упрочняющая фаска на лезвии режущей пластины из РКС22

Однако при обработке керамики жестко закрепленными алмазными зернами исключить появление этих технологических дефектов не удается. Возможность качественного изменения состояния лезвия режущих пластин обеспечила доводка их рабочих поверхностей алмазными пастами на чугунном притире. Результаты исследования влияния технологических параметров доводки свободным абразивом на прочность при изгибе и шероховатость обработанных поверхностей режущих пластин приведены на рис. 20, я и б. В отдельных случаях зафиксировано повышение прочности режущих пластин по сравнению с их прочностью после спекания и практическое отсутствие сколов на их лезвии (рис. 20, в и г). В результате этого снижается интенсивность изнашивания и на 15 - 20 % повышается стабильность эксплуатационных показателей режущих пластин.

Рис. 20. Влияние давления при доводке свободным абразивом АСМ 20/14 (п -100 об/мин) и зернистости алмазной пасты (и = 100 об/мин; Р = 0,1 МПа) на прочность при изгибе и параметр R„ шероховатости поверхности режущих

пластин РКС22

Обобщение выявленных закономерностей формирования поверхностного слоя режущих пластин из РКС-керамики позволило внести соответствующие корректировки в базовый процесс заточки керамических режущих пластин. Структура разработанного технологического процесса приведена на рис. 21.

Для окончательного решения вопроса о формировании поверхностного слоя режущих пластин из РКС-керамики применили дополнительную обработку режущих пластин путем нанесения на пластины газофазовых покрытий. Выбор рационального варианта покрытия сделан на основании результатов термопрочностных расчетов и исследования характера взаимодействия этих покрытий с керамикой. Для этого на режущие пластины РКС22 наносили газофазовые покрытия ПС, ИМ, АЬОз, ПС-ПСМ-ПМ. Установлено, что при нанесении покрытий изменяется структура поверхностного слоя керамических режущих пластин и происходит «залечивание» технологических дефектов. Однако при этом уменьшается прочность при изгибе образцов из РКС22 с покрытиями Т1С, ТТЫ и А1203 (Угп = 7 мкм), причем наибольшее снижение зафиксировано для образцов РКС22+ПС (до 30 %), а наименьшее -для образцов РКС22+ПМ (до 10 %). С увеличением толщины всех покрытий прочность при изгибе образцов уменьшается.

В результате исследования характера взаимодействия покрытия ПС с РКС22 выявлена переходная зона, имеющая разную толщину вдоль границы покрытие - керамика. Например, при формировании покрытия ПС толщиной кп = 7 мкм образуется переходная зона толщиной до 0,5 мкм (рис. 22, а). В режущих пластинах РКС22+АЬ03 переходная зона не обнаружена, но зафиксированы отдельные трещины на границе покрытие - керамика (рис. 22, б). Как показали результаты термопрочностных расчетов, их появление связано с высоким уровнем напряжений на границе матрица - покрытие, формирующихся под действием тепловой нагрузки. Режущие пластины РКС22+ПМ имели весьма развитую морфологию поверхности с отдельными очагами повреждений.

Рис. 22. Микрофотографии изломов режущих пластин РКС22 с покрытиями ПС (а), А1203 (б) и ТЮ-ТСШ-ТШ (в)

Рис. 21. Структура технологического процесса заточки режущих пластин из

РКС-керамики

Шлифование онорных\ Шлифование поверхностей / боковых граней

Шлифование \ Доводки рабочих

/ упрочняющей фаски

Эксплуатационные показатели режущих пластин РКС22 с разными покрытиями исследовали при точении и фрезеровании деталей из серых чугунов и конструкционных сталей в широком диапазоне режимов резания. Установлено, что для режущих пластин РКС22 оптимальным является многослойное покрытие ИС-ТлСМ-ТТМ толщиной Л„ = 5-7 мкм (рис. 22, в). Эти пластины имеют высокую эффективность в условиях предварительной обработки деталей с равномерным припуском. При точении с повышенными ударными нагрузками применение этих режущих пластин нецелесообразно.

Разработанная технология изготовления режущих пластин из РКС-керамики реализована в ВИЛСе (изготовление керамических заготовок) и МГТУ «Станкин» (заточка и окончательный контроль режущих пластин). На всех этапах технологического процесса изготовления инструментов из РКС-керамики контролировали качество выполнения операций. Для окончательного контроля использовали метод сравнения стойкости 7'и изготовленных режущих пластин со стойкостью 7-, эталонных пластин, дополиешшй методикой прогнозирования эксплуатационных показателей инструментов. В основе разработанной методики находится выявленная связь интенсивности изнашивания режущих пластин из РКС-керамики с шероховатостью их очагов износа. Их меньшая шероховатость свидетельствует о более эффективном сопротивлении режущих пластин развитию трещин и разрушению. Разработанная методика позволила достоверно и с малыми затратами паспортизовать изготовленные режущие пластины из РКС-керамики.

В пятой главе исследована производительность предварительной механической обработки деталей из разных конструкционных материалов инструментами с режущими пластинами из РКС-керамики. С учетом выявленных закономерностей отказов этих инструментов сформированы технологические рекомендации по их практическому применению.

Широкая применяемость деталей из чугунов разных марок в машиностроении, авто- и тракторостроении определяет необходимость повышения производительности предварительной механической обработки именно этих деталей. В результате лабораторных испытаний разработанных режущих пластин при точении и фрезеровании чугунов установлено следующее. При продольном точении серого чугуна СЧ32 (V = 500 1000 м/мин и 5 = 0,15 0,8 мм/об) наибольшую стойкость '/'„ имеют режущие пластины из РКС22 (рис. 23, а). С увеличением подачи разница в эксплуатационных показателях режущих пластин РКС22 и ВОК71 увеличивается, причем только использование разработанных режущих пластин из РКС-керамики позволяет обрабатывать детали из чугуна с v = 1000 м/мин и 5 = 0,8 мм/об. За счет этого достигается повышение удельного съема металла за период стойкости инструментов ((?„ = V 5 ( Г„) на операциях получистового и чернового точения деталей из чугунов (рис. 23, б).

Высокая эффективность режущих пластин из РКС-керамики в условиях повышенных ударных нагрузок доказана результатами исследований при

прерывистом точении (у = 400 м/мин, Б = 0,4 мм/об, 1=1 мм) заготовок из чугуна СЧ32 с продольными пазами (рис. 23, в). Наибольшую стойкость при эксплуатации в этих условиях имели режущие пластины РКС31, причем с увеличением уровня ударных нагрузок разница в стойкости пластин РКСЗ1 и РКС22 увеличивается.

|^РК022 ■V « 0,5 мм мин; 1 1 им.

^....ЗЗшш!]

300 500 750 300 500750

Рис. 23. Эксплуатационные показатели режущих пластин из РКС-керамики при непрерывном {а, б), прерывистом (в) точении и фрезеровании (г) чугуна СЧ32 (а -Б = 0,075 (7), 0,15 (2), 0,5 (3) и 0,8 (4) мм/об, 1=1 мм; 6-5 = 0,5 мм/об, I = 1 мм; в - V = 400 м/мин, 5 = 0,4 мм/об, мм; г - у = 800 м/мин, 5 = 0,1 мм/зуб, t= 1 мм)

Эти данные подтверждены результатами сравнительных испытаний этих же режущих пластин при фрезеровании чугунных заготовок, имевших литейную корку на двух боковых поверхностях (рис. 23, г). Установлено, что режущие пластины из РКС-керамики имеют более высокие эксплуатационные показатели по сравнению с режущими пластинами КуопЗООО (КеплатесаП, США).

Результаты производственного применения инструментов с режущими пластинами РКС22 и РКСЗ 1 подтвердили правильность выводов лабораторных исследований. В частности, на рис. 24 приведены данные, характеризующие эффективность применения разработанных режущих пластин из нитридной керамики при растачивании отверстий и фрезеровании поверхностей блока цилиндров двигателя ВАЗ-2115. В рассмотренных случаях достигнуто двух-трехкратное повышение производительности механической обработки.

Рис. 24. Производительность предварительной механической обработки блока цилиндров двигателя В АЗ-2115 инструментами с режущими пластинами

РКС22 и РКСЗ1

Предварительная механическая

блока цилиндров

ОПЁРЛИ! 1(1: ¡1! -П5

В результате многочисленных лабораторных и производственных испытаний установлено, что режущие пластины из РКС-керамики имеют высокие эксплуатационные показатели при обработке деталей из закаленных сталей. При этом ужесточение условий эксплуатации увеличивает преимущества инструментов из РКС-керамики по сравнению с инструментами из оксидной керамики. На базе этих исследований разработаны режущие пластины из РКС-керамики специальной формы для проточки канавок в деталях из закаленных сталей с твердостью до 58 - 60 НЯС. Известно, что выполнение этой операции лезвийным инструментом крайне затруднено из-за неблагоприятных условий стружкообразования и дополнительных силовых и тепловых нагрузок на режущие пластины. Промышленное применение резцов с «канавочными» пластинами РКС22 при обработке деталей типа «штуцер» позволило заменить операцию шлифования лезвийной обработкой со снижением трудоемкости их изготовления до 8 раз.

Исследовали эксплуатационные показатели режущих пластин из РКС-керамики при обработке деталей из жаропрочных сплавов. В качестве примера на рис. 25, а приведены зависимости, характеризующие влияние скорости резания на среднюю стойкость разработанных режущих пластин при точении деталей из никелевого сплава ЭП741-НП с использованием СОТС.

Рис. 25. Влияние скорости резания на стойкость режущих пластин при точении никелевого сплава ЭП741-НП с 5= 0,15 мм/об и ? = 1 мм (а) и на удельный съем металла при точении молибденового сплава М-НП с ? = 1 мм, Б = 0,15 мм/об (сплошные линии) и 0,3 мм/об (штриховые линии) (5)

Установлено, что наибольшую эффективность в этих условиях имеют режущие пластины из армированной нитридной керамики РКСЗЗ. При средней стойкости 3-4 мин. (у = 200 м/мин, 5 = 0,15 мм/об и I = 1 мм) использование этих режущих пластин позволяет увеличить минутный съем материала до 10 раз по сравнению с твердосплавными инструментами.

Исследование производительности механической обработки деталей типа «пробка» из молибденового сплава М-НП показало, что применение режущих пластин РКСЗЗ обеспечивает значительное увеличение удельного съема металла по сравнению с инструментами РКС22 и ВК6 (рис. 25, б). Во всем диапазоне режимов резания стойкость режущих пластин из РКС-керамики в 1,3 - 1,75 раза выше стойкости режущих пластин ВОК71. Также выявлена более высокая стабильность эксплуатационных показателей режущих пластин РКС22, которые имели значительно меньший разброс значений стойкости по сравнению с режущими пластинами ВОК 71. Для расчета значений стандартного отклонения .V {Тя} стойкости режущих пластин ВОК71 и РКС22 получены зависимости ${ГИ} = -0,393 V + 59,8 и л'{7и} = -0,473 у + 72,9 соответственно.

В результате исследований причин отказов режущих пластин из РКС-керамики установлено, что основной причиной выхода их из работоспособного состояния является износ задней поверхности. На этой базе разработана физическая модель отказов режущих пластин из РКС-керамики, основные положения которой приведены на рис. 26.

Рис. 26. Физическая модель отказов режущих пластин из РКС-керамики

На задних поверхностях режущих пластин из РКС-керамики выявлены два характерные участка износа /г3[ и /гз2, отличающиеся морфологией поверхности (рис. 26, а и б). Поверхность участка /г3■ в полной мере характеризуется структурой керамического материала. Это позволяет утверждать, что изнашивание режущих пластин из РКС-керамики на этом

участке происходит в результате микроразрушения керамики (рис. 26, в). На поверхности участка /гз2 обнаружен слой аморфного материала со следами абразивного воздействия и очагами микроразрушений. Очевидно, что изменение структуры поверхностного слоя режущих пластин из РКС-керамики происходит в результате высокотемпературного контакта с обрабатываемым материалом, а очаги разрушений образуются в результате действия конгломератов зерен керамического материала, которые «выносятся» из области /?з! обрабатываемым материалом (рис. 26, г и б). На поверхности аморфного слоя (участок /гз2) также выявлены эксплуатационные дефекты, перерастающие в трещины (рис. 26, е). Развитие этих трещин (рис. 26, е) приводит к локальному разрушению поверхностного слоя керамики (рис. 26, ж) и увеличению протяженности участка }гл\.

На основе результатов лабораторных и производственных исследований, также с учетом основных положений физической модели отказов режущих пластин из РКС-керамики сформированы рекомендации по их практическому применению. Эти рекомендации обеспечили успешное внедрение инструментов с разработанными режущими пластинами из нитридной керамики на машиностроительных предприятиях. Наибольший эффект при использовании таких инструментов достигнут при их эксплуатации с увеличенными значениями подач и глубинами резания (область применения КЗО), получистовой обработке закаленных сталей (область применения К20) и обработке жаропрочных сплавов (область применения М05-М20).

Повышение производительности предварительной механической обработки деталей из разных материалов инструментами с режущими пластинами из РКС-керамики достигается за счет увеличения скорости резания до 5 раз без снижения подачи и глубины резания при замене инструментов из твердых сплавов. В традиционных областях применения эффект от использования инструментов, оснащенных разработанными режущими пластинами из нитридной керамики, обеспечивается главным образом благодаря уменьшению вариационных разбросов стойкости на 30 -50 % по сравнению с режущими пластинами из оксидной керамики.

Таким образом, результаты исследований эксплуатационных показателей и промышленного применения разработанных режущих пластин из РКС-керамики в полной мере подтвердили теоретические положения настоящей работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований получены научно обоснованные технические решения, обеспечивающие повышение производительности предварительной механической обработки деталей за счет применения инструментов с режущими пластинами из нитридной керамики, разработанных на основе их термопрочностного расчета и целевого выбора компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия.

2. Выявленные причины отказов позволили установить взаимосвязи термомеханической напряженности керамических режущих пластин с характером изнашивания и разрушения, а также вскрыть особую роль в этих процессах эксплуатационных дефектов, появляющихся в областях высоких напряжений, и технологических дефектов, являющихся концентраторами напряжений. На базе этих взаимосвязей сформулирован методологический подход к разработке керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации, связавший в единый процесс этапы их проектирования, изготовления и эксплуатации.

3. Выделенные уровни управления эксплуатационными показателями керамических режущих пластин связали их свойства и геометрию с причинами отказов, благодаря чему обоснована необходимость формирования в керамических режущих пластинах барьеров, препятствующих появлению в них эксплуатационных дефектов. В качестве этих барьеров предложено рассматривать условия, формирующие минимальный уровень микро- и макронапряжений в нагруженных режущих пластинах, за счет целевого выбора компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия, что увеличивает время бездефектной работы, а также уменьшает интенсивность изнашивания и вероятность сколов.

4. Разработанная физическая модель процесса резания связала процесс стружкообразования и условия контактного взаимодействия в системе пластина - деталь - стружка с характером ершового и теплового нагружения керамической режущей пластины, что дало возможность определить набор исходных данных для построения ее математической модели. Формализация керамической режущей пластины в виде ее постоянно повторяющегося элементарного фрагмента позволила разработать расчетную схему, представленную в виде конструкции, состоящей из основных компонентов керамики, покрытия и обрабатываемого материала, которая находится под действием внешних нагрузок.

5. Теоретически построенная математическая модель керамических режущих пластин основана на решении двухмерной задачи термоупругости методом конечных элементов и реализована в виде автоматизированной системы их термопрочностных расчетов. Разработанная методика исследований позволила изучить термомеханическую напряженность режущих пластин под действием силовых и температурных нагрузок с учетом неоднородности керамики, нелинейности свойств компонентов керамики, покрытия и обрабатываемого материала.

6. В результате моделирования напряженного состояния керамических режущих пластин установлены взаимосвязи свойств компонентов керамики, свойств обрабатываемого материала, свойств и толщины покрытия, параметров силового и теплового нагружения, геометрии лезвия режущих пластин с температурой, микро- и макронапряжениями, представленные в виде регрессионных моделей. Эти модели позволяют формировать требования к компонентам керамики, покрытию и геометрии лезвия режущих пластин с учетом внешних нагрузок и свойств обрабатываемого материала.

Выявленная взаимосвязь теплового потока с характером и уровнем макро- и микронапряжений в керамических режущих пластинах позволила установить причину их непрогнозируемых отказов.

7. Разработанный метод проектирования керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации, основанный на их термопрочностном расчете и целевом выборе компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия, позволяет выбирать наиболее рациональные (по критерию минимальных напряжений) керамические режущие пластины для определенных условий эксплуатации и формировать техническое задание на их разработку. Процесс формирования технического задания включает определение базовых тугоплавкого соединения и системы керамики, в том числе «упрочненной», типа покрытия и геометрии лезвия режущей пластины. Сформированные технические задания реализованы в виде режущих пластин из керамики, упрочнешюй дисперсными частицами (Si3N4-5%Y203-2%Al203-18%TiC и Si3N4-5%У2Оз-2%А12Оз -2 5%Si С) и армированной нитевидными кристаллами (Si3N4-5%Y203-2%Al203-15%SiC,1K), предназначенных для предварительной обработки деталей из чугунов, закаленных сталей и жаропрочных сплавов.

8. На основе выявленных взаимосвязей свойств керамики, характеристик алмазных инструментов и режимов заточки со свойствами, состоянием поверхностного слоя и эксплуатационными показателями созданных режущих пластин из нитридной керамики разработан технологический процесс их заточки, включающий операцию доводки свободным абразивом их рабочих поверхностей. Применение этой технологии, в совокупности с нанесением газофазового покрытия TiC-TiCN-TiN на разработанные режущие пластины, минимизирует число дефектов на их лезвии и рабочих поверхностях.

9. На основе результатов лабораторных и производственных исследований разработана физическая модель отказов инструментов с предложенными режущими пластинами (Si3N4-5%Y20r2%Al203-18%TiC, Si3N4-5%Y203-2%Al203-25%SiC и Si3N4-5%Y203-2%Al203-15%SiC1IK) и сформулированы рекомендации по их практическому применению. Благодаря этому инструменты с разработанными режущими пластинами из нитридной керамики внедрены на семи машиностроительных предприятиях и обеспечили повышение производительности предварительной механической обработки деталей из разных материалов за счет увеличения скорости резания до 5 раз (без снижения подачи и глубины резания) при замене инструментов с режущими пластинами из твердых сплавов. Наибольший эффект достигнут при использовании инструментов с режущими пластинами из нитридной керамики с увеличенными значениями подач и глубинами резания при черновой обработке чугунов (область применения КЗО), получистовой обработке закаленных сталей (область применения К20) и обработке жаропрочных сплавов (область применения М05 - М20).

Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Кузин В.В. Инструменты с керамическими режущими пластинами. М.: МГТУ «Станкин». 2006. 160 с.

2. Старков В.К., Кузин В.В. Режущий инструмент из нитридокремниевой керамики // Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. Сер. 8. Инструментальное и технологическое оснащение металлообрабатывающего производства: Обзорная информ. Вып. 5. М.: ВНИИТЭМР. 1988. 60 с.

3. Повышение эксплуатациогшых характеристик изделий из керамических материалов методами механической и термической обработки / В.К.Старков, В.В.Кузин, В.Ф.Попов и др. // Машиностроительные производства. Сер. Прогрессивные технологические процессы в машиностроении: Обзорная информ. Вып. 4. М.: ВНИИТЭМР. 1989. 62 с.

4. Третьяков И.П., Кузин В.В. Использование телевизионного метода оценки износа режущего / Повышение эффективности производства механизацией и автоматизацией механосборочных и вспомогательных процессов в машиностроении: Сб. тр. всесоюз. науч.-техн. конф. Ташкент: 1983. С. 110-112.

5. Верещака A.C., Аникин В.Н. Кузин В.В. Повышение производительности монолитно-твердосплавного инструмента нанесением покрытий / Новые конструкции и прогрессивные технологии производства инструмента: Сб. тр. М.: 1984. С. 306-310.

6. Верещака A.C., Кузин В.В. Исследование теплового состояния твердосплавного инструмента с помощью многопозиционных термоиндикаторных веществ / Состояние и перспективы развития средств измерения температуры: Сб. тр. Всесоюз. науч.-техн. конф. 4.1. Львов. 1984. С. 176-178.

7. Верещака A.C., Кузин В.В. Композиционные покрытия как фактор повышения работоспособности и надежности инструмента / Методы повышения производительности и качества обработки деталей на оборудовании автоматизированных производств: Сб. тр. науч.-техн. конф. Ярославль: 1985. С. 53-54.

8. Кузин В.В., Федоров A.A. К вопросу о повышении эффективности стойкостных испытаний инструмента / Методы повышения производительности и качества обработки деталей на оборудовании автоматизированных производств: Сб. тр. науч.-техн. конф. Ярославль: 1985. С. 67 - 68.

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

10. Кузин В.В. Тепловое состояние керамических режущих инструментов / Теплофизика процессов лезвийной обработки: Сб. тр. Всесоюз. науч.-техн. конф. Тольятти, 1988. С. 113-115.

11. К вопросу о диагностике состояния твердосплавных инструментов с покрытием в условиях использования ГПС / А.С.Верещака, М.П.Козочкин, В.В.Кузин и др. //Вестник машиностроения. 1988. № 9. С. 40-44.

12. Комплекс мероприятий по внедрению скоростного токарного фрезерования сложнолегированных сталей / В.К.Старков, В.Э.Пуш, В.В.Кузин и др. / Оптимизация процессов резания жаро- и особопрочных материалов: Межвуз. темат. науч. сб. Уфа: 1989. С. 9-14.

13. Тепловое состояние быстрорежущего инструмента, подвергнутого химико-термической обработке / В.И.Латышев, А.Г.Наумов, В.В.Кузин и др. // Вестник машиностроения. 1992. № 4. С. 49-52.

14. Perspektive koriscenja reznih alata od silicijum nitridne keramike sa ciljem povecanja efektivnosti obradnih procesa / B.Nedic, V.Kuzin, RJecmenica // Tribologija u industriji. 1995. № 3. C. 18-27.

15. Кузин В.В. Технико-экономические аспекты надежной эксплуатации керамического инструмента / Research and development in mechanical industry - RaDMI-2002. V.l. Сб. тр. междунар. конф. Vrnjacka Banja (Yugoslavia).

2002. С. 244-247.

16. Кузин B.B. Режущий инструмент для высокоскоростного резания / Новые материалы и технологии НМТ-2002: Сб. тр. Всерос. науч.-техн. конф. Т. 2. М.: МАТИ — РГТУ им. К.Э. Циолковского. 2002. С. 30-31.

17. Кузин В.В. Повышение эксплуатационной стабильности режущих инструментов из нитридной керамики за счет оптимизации условий их заточки //Вестник машиностроения. 2003. № 12. С. 41-45.

18. Кузин В.В., Ечменица Р., Дашич П. Стабилизация выходных параметров высокоскоростной обработки резанием использованием керамических инструментов нового поколения / 29 Jupiter Konferencija: Сб. тр. междунар. конф. Т.З. Belgrad (Yugoslavia): Univercity ofBelgrad. 2003. C.65-68.

19. Kuzin V., Dasic P. Prospects of coated ceramic cutting tools use / Research and development in mechanical industry - RaDMI-2003. Сб. тр. междунар. конф. Herceg Novi (Serbia and Montenegro): 2003. C. 288-291.

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

2003. C. 292-294.

21. Кузин B.B. Технологические особенности алмазного шлифования деталей из нитридной керамики / Вестник машиностроения. 2004. № 1. С. 37-41.

22. Кузин В.В. Исследование процесса высокоскоростного резания керамическими инструментами // Вестник машиностроения. 2004. № 3. С. 47-51.

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

24. Кузин В.В. Высокопроизводительная обработка молибденовых сплавов резанием // Вестник машиностроения. 2004. № 8. С. 39-44.

25. Кузин В.В. Тепловое состояние керамических режущих инструментов при высо-коскоростной обработке резанием // Вестник машиностроения. 2004. № 9. С. 47-52.

25. Кузин В.В. Вопросы безопасности при изготовлении режущих инструментов из керамики на основе нитрида кремния / Производство,

технология, экология -ПРОТЭК-04: Сб. тр. междунар. конф. Т.1. М.: МГТУ «Станкин». 2004. С. 259-264.

27. Экологические аспекты высокоскоростной лезвийной обработки /

B.В.Кузин, С.Ю.Федоров, С.И.Досько и др. / Производство, технология, экология -ПРОТЭК-04: Сб. тр. междунар. конф. Т.1. М.: МГТУ «Станкин». 2004. С. 265-268.

28. Kuzin V.V. Increasing the operational stability of nitride-ceramic cutters by optimizing their grinding conditions // Russian Engineering Research. 2003. Vol. 23. No. 12. P. 32-36.

29. Kuzin V.V. Technological aspects of diamond grinding of the nitride ceramics // Russian Engineering Research. 2004. Vol. 24.No. 1. P. 23-28.

30. Kuzin V.V. Study of high-speed cutting with ceramic tools // Russian Engineering Research. 2004. Vol. 24. No. 3. P. 40-46.

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

32. Kuzin V.V. Thermal state of ceramic cutting tools in high-speed cutting // Russian Engineering Research. 2004. Vol. 24. No. 9. P. 32-40.

33. Инструментальное обеспечение высокоскоростной обработки резанием / В .В .Кузин, С.И.Досько, В.ФЛопов и др. // Вестник машиностроения. 2005. № 9.

C. 46-50.

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

35. Дашич П., Кузин В.В. Определение показателей нормальной модели надёжности режущего инструмента из нитридной керамики при чистовой обработке закаленных сталей / UNITECH-04: Сб. тр. междунар. конф. Vol. 2. Gabrovo (Bulgaria): Technical University of Gabrovo. 2004. P. 225-228.

36. Dasic P., Kuzin, V., Jecmenica R Reliability analysis of the ceramic cutting tools during turning / BALKANTRIB-2005: Сб. тр. междунар. конф. Kragujevac (Serbia and Monte-negro): University of Kragujevac and Yugoslav Tribology Society. 2005. P. 273-276.

37. Dasic P. Jecmenica R., Kuzin V. Classification, characteristics and application of the ceramic cutting tools / Heavy Machinery - HM-05: Сб. тр. междунар. конф. -Mataruska Banja (Serbia and Montenegro): University of Kragujevac. 2005. P. 71-74.

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

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

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

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кузин Валерий Викторович

Разработка режущих пластин из нитридной керамики для предварительной механической обработки деталей

Подписано в печать 22.10.06 г. Формат 60x90 1/16 Уч.-изд. л.2,25. Тираж 100 экз. Заказ № 1 Отпечатано в Издательском Центре МГТУ «Станкин». Москва, Вадковский пер., д.За

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С КЕРАМИЧЕСКИМИ РЕЖУЩИМИ ПЛАСТИНАМИ.

1.1. Технико-экономическая эффективность применения инструментов с керамическими режущими пластинами.И

1.2. Разработка и изготовление керамических режущих пластин.

1.3. Эксплуатация инструментов с керамическими режущими пластинами.

1.4. Тенденции совершенствования керамических режущих пластин.

1.5. Выводы. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ОТКАЗОВ КЕРАМИЧЕСКИХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН.

2.1. Анализ факторов, определяющих отказы керамических режущих пластин.

2.2. Разработка комплексной методики исследования термомеханической напряженности, изнашивания и разрушения керамических режущих пластин.

2.3. Исследование термомеханической напряженности керамических режущих пластин при эксплуатации.

2.3.1. Контактные процессы при резании инструментами с керамическими режущими пластинами.

2.3.2. Температура и термические напряжения в керамических режущих пластинах.

2.3.3. Построение физической модели процесса резания инструментами с керамическими режущими пластинами.

2.4. Выявление причин отказов керамических режущих пластин.

2.4.1. Кинетика изнашивания керамических режущих пластин.

2.4.2. Исследование характера разрушения керамических режущих пластин.

2.5. Формирование методологического подхода к разработке керамических режущих пластин.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯКЕРАМИЧЕСКИХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН.

3.1. Построение математической модели керамической режущей пластины.

3.1.1. Разработка расчетной схемы.

3.1.2. Постановка задач теплопроводности и термоупругости.

3.1.3. Алгоритмы решения поставленных задач.

3.1.4. Разработка программного и методического обеспечения автоматизированной системы термопрочностных расчетов керамических режущих пластин.

3.1.5. Проверка адекватности построенной математической модели.

3.2. Моделирование термомеханической напряженности керамических режущих пластин.

3.2.1. Методика проведения экспериментов.

3.2.2. Тепловое и напряженное состояние керамических режущих пластин при разных условиях внешнего нагружения.

3.2.3. Влияние свойств обрабатываемого материала на термомеханическую напряженность керамических режущих пластин.

3.2.4.Влияние свойств керамики на тепловое и напряженное состояние режущих пластин.

3.2.5. Напряженное состояние режущих пластин из неоднородной керамики.

3.2.6. Влияние покрытия на термомеханическую напряженность керамических режущих пластин.

3.2.7. Влияние геометрических параметров лезвия керамической режущей пластины на ее напряженное состояние.

3.3. Разработка метода проектирования керамических режущих пластин.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРМИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ.

4.1. Разработка инструментальной керамики из нитрида кремния.

4.1.1. Определение базового состава инструментальной керамики.

4.1.2. Разработка инструментальной керамики из нитрида кремния, упрочненной дисперсными частицами.

4.1.3. Разработка инструментальной керамики из нитрида кремния, армированной нитевидными кристаллами.

4.2. Разработка технологии заточки режущих пластин из нитридной керамики.

4.2.1. Исследование процесса шлифования режущих пластин из нитридной керамики.

4.2.2. Особенности формирования поверхностного слоя режущих пластин из нитридной керамики.

4.2.3. Управление процессом формообразования лезвия режущих пластин из нитридной керамики.

4.3. Разработка режущих пластин из нитридной керамики с покрытием.

4.4. Разработка систем обеспечения качества и экологической безопасности при изготовлении режущих пластин из нитридной керамики.

4.5. Выводы.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТАМИ С РЕЖУЩИМИ ПЛАСТИНАМИ ИЗ

НИТРИДНОЙ КЕРМИКИ.

5.1. Анализ эксплуатационных показателей разработанных режущих пластин при обработке деталей из разных конструкционных материалов.

5.1.1. Обработка деталей из чугунов.

5.1.2. Обработка деталей из сталей.

5.1.3. Обработка деталей из жаропрочных сплавов.

5.2. Выявление причин отказов разработанных режущих пластин.

5.2.1. Исследование кинетики изнашивания режущих пластин из нитридной керамики.

5.2.2. Определение критериев состояния и отказов режущих пластин из нитридной керамики.

5.3. Формирование рекомендаций по практическому применению инструментов с разработанными режущими пластинами в условиях предварительной механической обработки деталей.

5.4. Выводы.

За последние десятилетия машиностроительное производство достигло значительного прогресса. Созданные высокоэффективные станочные системы позволяют повысить производительность механической обработки за счет высоких и сверхвысоких скоростей резания. Однако практическое использование этого потенциала значительно ограничивается эксплуатационными показателями режущих инструментов и их недостаточно высокой способностью сопротивляться процессам изнашивания и разрушения под действием высоких термомеханических нагрузок. Очевидно, что для решения этой проблемы необходимы инструменты, ориентированные на высокоскоростную лезвийную обработку.

Требованиям высокоскоростного резания в наибольшей степени отвечают инструменты, оснащенные керамическими режущими пластинами, которые успешно применяются на окончательных операциях механической обработки деталей из чугунов, закаленных сталей и цветных сплавов. Эти инструменты позволяют значительно увеличить производительность механической обработки и повысить качество изготовленных деталей при выполнении постоянно возрастающих экологических требований. Однако применение инструментов с керамическими режущими пластинами только на финишных этапах технологических процессов, где традиционно и эффективно применяется абразивная обработка, не способно оказать существенное влияние на общие экономические показатели предприятий. Поэтому набольший интерес для ряда отраслей промышленности (станкостроение, автомобилестроение, авиационная промышленность) представляют керамические режущие пластины с более широкой областью применения.

В настоящее время применение инструментов с керамическими режущими пластинами на предварительных операциях механической обработки деталей является неэффективным. Повышенные подачи при резании, переменные припуски и модифицированные свойства поверхностного слоя заготовок, характерные для этих этапов обработки, создают экстремальные условия нагружения режущих пластин. Хрупкие пластины не выдерживает этих нагрузок, что приводит к резкому увеличению вероятности их отказов. Принципиально изменить поведение керамических режущих пластин под действием высоких термомеханических нагрузок только за счет достижений технологии керамических материалов, на которые делается главный упор при решении этого вопроса, не представляется возможным. Ориентация этих исследований на увеличение прочности, трещино- и термостойкости инструментальной керамики не оправдывает надежды.

Это связано с тем, что механизм разрушения керамических материалов основан на процессе зарождения и распространения трещин без заметных пластических деформаций. Традиционные механизмы торможения трещин в керамических материалах оказываются неэффективными для режущих пластин из-за экстремально высоких эксплуатационных нагрузок. Серьезную опасность для керамических режущих пластин также представляют напряжения, возникающие под действием силовых и тепловых нагрузок. Неблагоприятное сочетание основных компонентов , керамики часто приводит к тому, что в режущих пластинах формируются критические микронапряжения, способные стать первопричиной разрушения режущих пластин.

Вместе с тем композиционный характер керамических материалов является благоприятной базой для разработки инструментов нового поколения. Рациональный выбор основных компонентов керамики и формирование структуры определенного типа в материале позволяет управлять ее свойствами в достаточно широком диапазоне. Однако практическая реализация этого подхода крайне затруднена из-за отсутствия методов расчета режущих пластин, учитывающих неоднородный характер керамики.

Кроме этого проблемные вопросы керамических режущих пластин не дифференцированы на группы, обусловленные природой керамических материалов и особенностями их эксплуатации. Усложняет решение этих вопросов ограниченность сведений о причинах отказов керамических режущих пластин, их повышенная чувствительность к состоянию технологической среды и отсутствие научно обоснованных требований к инструментальной керамике. Все это требует изменения отношения к вопросу значительного расширения области применения керамических режущих пластин только как к задаче разработки керамики «с повышенным уровнем прочностных свойств». Очевидно, что ее решение может быть обеспечено только на основе комплексного подхода к проектированию, изготовлению и эксплуатации керамических режущих пластин.

В этой связи разработка керамических режущих пластин, позволяющих выполнять не только окончательную, но и предварительную механическую обработку деталей, является многоплановой и актуальной научно-технической проблемой. В диссертационной работе эта проблема решена за счет использования созданного метода проектирования керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации, основанного на их термопрочностном расчете и целевом выборе компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия.

Научная новизна работы заключается в установлении:

• взаимосвязей термомеханической напряженности керамических режущих пластин с характером их изнашивания и разрушения, позволяющих разрабатывать инструменты для заданных условий механической обработки;

• взаимосвязей свойств керамики, покрытия, геометрии лезвия и условий эксплуатации режущих пластин с температурой и напряжениями в них;

• взаимосвязей состава нитридной керамики и технологических режимов изготовления режущих пластин из нее с эксплуатационными показателями инструментов, оснащенными этими пластинами, и производительностью предварительной механической обработки деталей из разных материалов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

• разработаны и доведены до инженерных решений метод и средства, позволившие создать режущие пластины из нитридной керамики для предварительной механической обработки деталей;

• создана комплексная методика исследования термомеханической напряженности, интенсивности изнашивания и характера разрушения керамических режущих пластин;

• создана автоматизированная система термопрочностных расчетов керамических режущих пластин, на базе которой сформирован метод их проектирования;

• разработаны и изготовлены режущие пластины из нитридной керамики, а также сформулированы рекомендации по их применению.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всесоюзных, всероссийских, международных и республиканских научно-технических конференциях: «Состояние и перспективы развития средств измерения температуры» (Львов, 1984); «Теплофизика технологических процессов» (Ташкент, 1984); «Методы повышения производительности и качества обработки деталей на оборудовании автоматизированных производств» (Андропов, 1985); «Теплофизика процессов лезвийной обработки» (Тольятти, 1988); «Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки» (Москва, 1988); «Проблемы интеграции образования и науки» (Москва, 1990); «Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки» (Иркутск, 1990); «Nove Tehnologue-90» (Cacak, Yugoslavia, 1990); «Научно-практические аспекты автоматизированного машиностроения» (Москва, 1991); «Research and development in mechanical industry - RaDMI» (Serbia and Montenegro, 2002, 2003, 2004); «Новые материалы и технологии НМТ-2002» (Москва, 2002);

29 Jupiter Konferencija» (Beograd, Serbia and Montenegro, 2003); «Производство, технология, экология - ПРОТЭК-04» (Москва, 2004); «UNITECH-04» (Gabrovo, Bulgaria, 2004); «5th International Conference on Tribology - BALKANTRIB-05» (Kragujevac, Serbia and Montenegro, 2005); «International Scientific Conference Heavy Machinery - НМП-05» (Mataruska Banja, Serbia and Montenegro, 2005); «Конструкторско-технологическая информатика - КТИ-05» (Москва, 2005).

Разработанные керамические инструменты демонстрировались и были удостоены медалей (дипломов) на Международной технологической выставке «D-ТЕ» (Гуанджоу, Китай, 2003), Международной промышленной неделе (Москва, 2003) и Международной выставке изобретателей (Шанхай, Китай, 2004).

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на заседаниях кафедр «Инструментальная техника и технология формообразования» и «Высокоэффективные технологии обработки» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин». По результатам исследований опубликовано 69 работ, в том числе три монографии. На новые технические решения получено 16 патентов и авторских свидетельств. Результаты настоящей работы внедрены на семи машиностроительных предприятиях. Отдельные разделы диссертации используются в учебном процессе МГТУ «Станкин» при выполнении практических работ, курсовых и дипломных проектов.

Автор выражает благодарность проф. Старкову В.К. за научные консультации; проф. Верещаке А.С., проф. Волковой Г.Д., проф. Григорьеву С.Н. и проф. Синопальникову В.А. за обсуждение результатов исследований, а также высказанные замечания и рекомендации; к.т.н. Попову В.Ф. за многолетнее научное сотрудничество, благодаря которому на практике были реализованы основные теоретические положения этой работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований получены научно обоснованные технические решения, обеспечивающие повышение производительности предварительной механической обработки деталей за счет применения инструментов с режущими пластинами из нитридной керамики, разработанных на основе их термопрочностного расчета и целевого выбора компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия.

2. Выявленные причины отказов позволили установить взаимосвязи термомеханической напряженности керамических режущих пластин с характером изнашивания и разрушения, а также вскрыть особую роль в этих процессах эксплуатационных дефектов, появляющихся в областях высоких напряжений, и технологических дефектов, являющихся концентраторами напряжений. На базе этих взаимосвязей сформулирован методологический подход к разработке керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации, связавший в единый процесс этапы их проектирования, изготовления и эксплуатации.

3. Выделенные уровни управления эксплуатационными показателями керамических режущих пластин связали их свойства и геометрию с причинами отказов, благодаря чему обоснована необходимость формирования в керамических режущих пластинах барьеров, препятствующих появлению в них эксплуатационных дефектов. В качестве этих барьеров предложено рассматривать условия, формирующие минимальный уровень микро- и макронапряжений в нагруженных режущих пластинах, за счет целевого выбора компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия, что увеличивает время бездефектной работы, а также уменьшает интенсивность изнашивания и вероятность сколов.

4. Разработанная физическая модель процесса резания связала процесс стружкообразования и условия контактного взаимодействия в системе пластина - деталь - стружка с характером силового и теплового нагружения керамической режущей пластины, что дало возможность определить набор исходных данных для построения ее математической модели. Формализация керамической режущей пластины в виде ее постоянно повторяющегося элементарного фрагмента позволила разработать расчетную схему, представленную в виде конструкции, состоящей из основных компонентов керамики, покрытия и обрабатываемого материала, которая находится под действием внешних нагрузок.

5. Теоретически построенная математическая модель керамических режущих пластин основана на решении двухмерной задачи термоупругости методом конечных элементов и реализована в виде автоматизированной системы их термопрочностных расчетов. Разработанная методика исследований позволила изучить термомеханическую напряженность режущих пластин под действием силовых и температурных нагрузок с учетом неоднородности керамики, нелинейности свойств компонентов керамики, покрытия и обрабатываемого материала.

6. В результате моделирования напряженного состояния керамических режущих пластин установлены взаимосвязи свойств компонентов керамики, свойств обрабатываемого материала, свойств и толщины покрытия, параметров силового и теплового нагружения, геометрии лезвия режущих пластин с температурой, микро- и макронапряжениями, представленные в виде регрессионных моделей. Эти модели позволяют формировать требования к компонентам керамики, покрытию и геометрии лезвия режущих пластин с учетом внешних нагрузок и свойств обрабатываемого материала. Выявленная взаимосвязь теплового потока с характером и уровнем макро- и микронапряжений в керамических режущих пластинах позволила установить причину их непрогнозируемых отказов.

7. Разработанный метод проектирования керамических режущих пластин для заданных условий эксплуатации, основанный на их термопрочностном расчете и целевом выборе компонентов керамики, покрытия и геометрии лезвия, позволяет выбирать наиболее рациональные (по критерию минимальных напряжений) керамические режущие пластины для определенных условий эксплуатации и формировать техническое задание на их разработку. Процесс формирования технического задания включает определение базовых тугоплавкого соединения и системы керамики, в том числе «упрочненной», типа покрытия и геометрии лезвия режущей пластины. Сформированные технические задания реализованы в виде режущих пластин из керамики, упрочненной дисперсными частицами (Si3N4-5%Y203-2%Al203-18%TiC и Si3N4-5%Y203-2%Al203-25%SiC) и армированной нитевидными кристаллами (Si3N4-5%Y203-2%Al203-15%SiCHK), предназначенных для предварительной обработки деталей из чугунов, закаленных сталей и жаропрочных сплавов.

8. На основе выявленных взаимосвязей свойств керамики, характеристик алмазных инструментов и режимов заточки со свойствами, состоянием поверхностного слоя и эксплуатационными показателями созданных режущих пластин из нитридной керамики разработан технологический процесс их заточки, включающий операцию доводки свободным абразивом их рабочих поверхностей. Применение этой технологии, в совокупности с нанесением газофазового покрытия TiC-TiCN-TiN на разработанные режущие пластины, минимизирует число дефектов на их лезвии и рабочих поверхностях.

9. На основе результатов лабораторных и производственных исследований разработана физическая модель отказов инструментов с предложенными режущими пластинами (Si3N4-5%Y203-2%Al203-18%TiC, Si3N4-5%Y203-2%Al203-25%SiC и Si3N4-5%Y203-2%Al203-15%SiCHK) и сформулированы рекомендации по их практическому применению. Благодаря этому инструменты с разработанными режущими пластинами из нитридной керамики внедрены на семи машиностроительных предприятиях и обеспечили повышение производительности предварительной механической обработки деталей из разных материалов за счет увеличения скорости резания до 5 раз (без снижения подачи и глубины резания) при замене инструментов с режущими пластинами из твердых сплавов. Наибольший эффект достигнут при использовании инструментов с режущими пластинами из нитридной керамики с увеличенными значениями подач и глубинами резания при черновой обработке чугунов (область применения КЗО), получистовой обработке закаленных сталей (область применения К20) и обработке жаропрочных сплавов (область применения М05 - М20).

1. Абдулов В.Н. Розовский Б.Я., Черняков М.К. Повышение эффективности и качества процесса алмазной обработки минералокерамических материалов // Алмазы и сверхтвердые материалы. 1981. №8. С. 1-2.

2. Агте К., Колерманн Р., Хеймел Э. Минералокерамические режущие материалы. М.: Машгиз. 1962. 192 с.

3. Андриевский Р.А. Свойства спеченных тел // Порошковая металлургия. 1982. № 1. С. 37-42.

4. Андриевский Р.А., Лапин А.Г., Рымашевский Г.А. Прочность тугоплавких соединений. М.: Металлургия, 1974. С. 232.

5. Андриевский Р.А., Попов В.Ф., Теремов С.Г. Температурная зависимость упругих характеристик нитрида кремния // Нитриды, методы их получения, свойства и области применения: Сб. тр. V Всесоюз. семинара. Рига. 1984. Т.2. С. 48.

6. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлургия. 1984. 137 с.

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

8. Астафьев В.И., Григорова Т.В., Пастухов В.А. Влияние поврежденности материала на напряженно-деформированное состояние в окрестности вершины трещины // ФХММ. 1992. Т. 28. № 1. С. 5-11.

9. Астафьев В.И. Григорова Т. В. Распределение напряжений и поврежденности у вершины растущей в процессе ползучести трешины // Изв. РАН. Мех. тверд, тела. 1995. № 3. С. 160-166.

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

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

12. Балкевич B.JI. Керамика нового поколения // Стекло и керамика. 1988. №6. С. 17-20.

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

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

15. Баринов С.М., Красулин Ю.Л. Докритический рост трещины в хрупких материалах в условиях микрорастрескивання // Проблемы прочности. 1982. № 9. с. 84-87.

16. Белов B.C. Основные тенденции развития современного станкостроения // СТИН. 1994. №11. С. 3-6.

17. Беляков А.В., Бакунов B.C. Создание термостойких структур в керамике // Стекло и керамика. 1996. № 8. С. 14-19.

18. Бобров В.Ф., Еремина A.M. К вопросу о физической природе слоя, расположенного под контактной поверхностью стружки // Вестник машиностроения. 1980. № 2. С. 25-27.

19. Бобров В.Ф., Сидельников А. И. Особенности образования суставчатой и элементной стружки при высокой скорости резания // Вестник машиностроения. 1976. № 7. С. 61-66.

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

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

22. Бурмистров В.В., Гусев В.В., Каплун В.А. Выбор рациональных параметров процесса алмазного шлифования керамики из нитрида кремния // Сверхтвердые материалы. 1990. № 4. С. 68-70.

23. Болгар А.С., Литвиненко В.Ф. Термодинамические свойства нитридов. Киев: Наукова думка. 1980. 282 с.

24. Боровский В.Г. Технологическое обеспечение качества поверхности керамического инструмента для повышения его износостойкости при обработке закаленных сталей: Автореф. дисс. .канд. техн.наук / МГТУ «Станкин». М., 2004.

25. Боровский Г.В. Инструментальные материалы и специальный инструмент для высокоскоростного резания // СТИН. 1998. № 8. С. 26-29.

26. Братухин А.Г., Бондарев Б.И., Полькин И.С. Высокоплотная керамика для резания труднообрабатываемых материалов // СТИН. 1994. № 1.С. 20-23.

27. Бушуев В.В. Тенденции развития мирового станкостроения // СТИН. 2000. № 9. С. 20-24.

28. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2001. 448 с.

29. Вельская Э.А., Пелецкий В.Э. Экспериментальное исследование зависимости теплопроводности корундовой керамики от плотности // Тепло-и массоперенос. 1972. Т.7. С. 307-311.

30. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение. 1993. 336 с.

31. Верещака А.С., Калдос А. Современные тенденции совершенствования технологической производственной среды //

32. Производство, технология, экология ШЮТЭК-04: Сб. тр. междунар. конф. Т.2. М.: МГТУ «Станкин». 2004. С. 517-551.

33. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. М.: Машиностроение. 1982. 192 с.

34. Волков-Гусович Т.Д., Янич P.M. Взаимосвязь параметра сопротивления разрушению и критических величин разности температур для керамических материалов // Огнеупоры и техническая керамика. 1997. № 2. С. 22-24.

35. Воробей В.В., Морозов Е.В., Татарников О.В. Расчет термонапряженных конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение. 1992. 240 с.

36. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука. 1967. 360 с.

37. Гелунова З.М. О явлении перекристаллизации металлов и сплавов при обработке ударными волнами / Высокоскоростная деформация. М.: Наука. 1971. с. 80-84.

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

39. Гнесин Г.Г. Основные направления исследований и разработок неоксидных керамических материалов // Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 5. С. 2-7.

40. Гнесин Г.Г., Осипова Н.И. Горячепрессованные материалы на основе нитрида кремния // Порошковая металлургия. 1981. № 4. с. 32-44.

41. Гнесин Г.Г., Осипова Н.И., Сартинская JI.JI. Инструментальные керамические материалы на основе ультрадисперсных порошков нитридов // Порошковая металлургия. 1990. № 12. С. 78-81.

42. Гогоци Г.А., Грушевский Я.Л. Влияние состава на механические свойства материала на основе нитрида кремния // Порошковая металлургия. 1986. №2. с. 93-96.

43. Гогоци Г.А., Грушевский Я.Л. Классификация огнеупоров по характеру хрупкости и оценка их термостойкости // Огнеупоры. 1978. № 4. С. 48-52.

44. Гогоци Г. А., Завада В.П. До критический рост трещин в порошковых материалах // Порошковая металлургия. 1982. № 7. С. 70-74.

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

46. Грабченко А.И., Пыжов И.Н., Островерх Е.В. Алмазное шлифование сверхтвердых материалов // Станки и инструмент. 1986. № 12. С. 21-23.

47. Грант Н. Разрушение. Т. 3. М.: Мир. 1976. С. 528-579.

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

49. Григоренко Я.М., Крюков Н.Н. Численное решение задач статики гибких слоистых оболочек с переменными параметрами. Киев: Наукова думка. 1988. 264 с.

50. Григорьев С.Н., Боровский В.Г. Разработка технологии нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент на основе минералокерамики и кубического нитрида бора // Обработка металлов. 2003. № 3 (20). С. 5-6.

51. Григорьев С.Н., Волосова М.А. Нанесение износостойких покрытий на режущую керамику // ИТО: инструмент, технология, оборудование. 2005. № 9. С. 17-20.

52. Григорьев С.Н., Волосова М.А. Технология комбинированного поверхностного упрочнения режущего инструмента из оксидно-карбидной керамики // Вестник машиностроения. 2006. N° 9. С. 32-36.

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

54. Григорьев О.Н., Трефилов В.И., Шатохин A.M. Влияние температуры на разрушение хрупких материалов при сосредоточенном нагружении // Порошковая металлургия. 1983. № 12. С. 75-81.

55. Гуревич Д.М. Механизм изнашивания твердосплавного инструмента при высоких температурах резания // Вестник машиностроения. №3. 1976. С. 73-75.

56. Гусева Л.Ю. Технологическое обеспечение эффективности алмазной обработки плоских заготовок из термостойкой керамики: Автореф. дисс.канд. техн. наук/СпбТУ. Санкт-Петербург, 2000.

57. Гуэрта М., Малкин С. Механика процесса шлифования стекла // Конструирование и технология машиностроения : Тр. Амер. общества инж.-механиков. 1976. № 2. с. 75-85.

58. Гуэрта М. Малкин С. Структура поверхности и прочность стекла при шлифовании // Конструирование и технология машиностроения : Тр. Амер. общества инж.-механиков. 1976. № 2. С. 85-92.

59. Динамика удара / Дж.А.Зукас, Т.Николас, Х.Ф.Свифт и др. : Пер. с англ. М.: Мир. 1985.296 с.

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

61. Доводка прецизионных деталей машин / П.Н. Орлов, А.А. Савелова и др./ Под ред. Г.М. Ипполитова. М.: Машиностроение. 1978. 256 с.

62. Дорохович В.П., Копань B.C., Силенко П.М. Некоторые механические свойства волокон карбида кремния // Порошковая металлургия. 1984. № 1. С. 55-59.

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

64. Евдаев Н.М. Лабораторное оборудование для горячего изостатического прессования концерна АСЕА и некоторые аспекты технологии получения порошковых материалов и изделий // Порошковая металлургия. 1988. № 10. С. 101-106.

65. Журавлева Н.В., Лукин Е.С. Керамика на основе нитрида кремния // Огнеупоры. 1993. № 1. С. 6-11.

66. Зернин М.В., Морозов Е.М. Механика разрушения тел при контактном взаимодействии // Механика контактных взаимодействий. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2001. С. 624-639.

67. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике : Пер.с англ. М.: Мир. 1975.544 с.

68. Иванова B.C. Разрушение металлов. М.: Металлургия. 1979.168 с.

69. Ивенсен В.А. Феноменология спекания М.: Металлургия, 1986.

70. Ионов В.Н., Огибалов П.М. Напряжение в телах при импульсном нагружении. М.: Высшая школа. 1975. 463 с.

71. Исследование процессов финишной алмазной обработки корундовых керамических материалов / Г.А. Смирнов, В.П. Бахарев, М.Ю. Куликов и др. // Вестник машиностроения. 2001. № 9. С. 56-60.

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

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

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

75. Каратыгин A.M., Коршунов Б.С. Заточка и доводка инструмента. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1977. 182 с.

76. Катастрофический нестабильный сдвиг при высокоскоростном резании стали AISI 4340 / Р. Командури, Т. Шредер, И. Хэзра и др. // Конструирование и технология машиностроения : Тр. Амер. общества инж.-механиков. 1982. № 2. С. 149-160.

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

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

79. К вопросу о термостойкости керамических материалов / Д.А. Иванов, А.С. Балабанов, Г.А. Фомина и др. // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. № 3. С. 5-24.

80. Келина И.Ю., Дробинская В. А., Плясункова JI.A. Микроструктура и свойства композиционных керамических материалов на основе Si3N4 // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. № 1. С. 23-26.

81. Келина И.Ю., Ершова Н.И., Плясункова JI.A. Эффект армирования нитридкремниевой матрицы нитевидными кристаллами карбида кремния // Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 9. С. 14-19.

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

83. Керамика из высокоогнеупорных окислов / Бакунов B.C., Балкевич B.JI., Власов А.С. и др. М.: Металлургия, 1977. 304 с.

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

85. Кильчевский Н.А. Динамическое контактное сжатие твердых тел. Киев: Наукова думка, 1976. 315 с.

86. Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Стройиздат. 1967. 500 с.

87. Кислый П.С., Крыль Я.А., Филипенко В.М. Уплотнение нитрида кремния под воздействием газовых сред высокого давления // Порошковая металлургия. 1991. № 4. С. 44-48.

88. Клушин М.И. О физических основах сверхскоростного резания металлов // Сб. тр. Горьковского политехи, ин-та. 1961. Т. XVI. Вып. 4. с. 1522.

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

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

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

92. Коломейцев В.В., Коломейцева Е.Ф. Основы теории теплового удара в акустическом диапазоне волн напряжений // Огнеупоры и техническая керамика. 1999. № 1/2. С. 62-67.

93. Командури Р. Методика выбора варианта высокоскоростной и высокопроизводительной обработки // Конструирование и технология машиностроения: Тр. Амер. общества инж.-механиков. 1985. № 4. С. 246-258.

94. Комплекс мероприятий по внедрению скоростного токарного фрезерования сложнолегированных сталей / В.К.Старков, В.Э.Пуш,

95. В.В.Кузин и др. // Оптимизация процессов резания жаро- и особопрочных материалов: Межвуз. темат. науч. сб. Уфа: 1989. С. 9-14.

96. Конаков А.В. Повышение работоспособности инструментальной керамики на основе исследований структуры, состава, свойств и механизмов разрушения и изнашивания: Автореф. дисс.канд.техн.наук / АГУ. Благовещенск, 1999.

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

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

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

100. Кривоухов В.А., Чубаров А.Д. Обработка резанием титановых сплавов. М.: Машиностроение. 1970. 184 с.

101. Крылов Ю. И., Балакир Э. А. Карбидно-оксидные системы: Справочник. М.: Металлургия. 1976. 232 с.

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

103. Кузин В.В. Вопросы безопасности при изготовлении режущих инструментов из керамики на основе нитрида кремния // Производство, технология, экология ПРОТЭК-04: Сб. тр. междунар. конф. T.l. М.: МГТУ «Станкин». 2004. С. 259-264.

104. Кузин В.В. Высокопроизводительная обработка молибденовых сплавов резанием // Вестник машиностроения. 2004. № 8. С. 39-44.

105. Кузин В.В. Исследование процесса высокоскоростного резания керамическими инструментами // Вестник машиностроения. 2004. № 3. С. 4751.

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

107. Кузин В.В. Повышение эксплуатационной стабильности режущих инструментов из нитридной керамики за счет оптимизации условий их заточки // Вестник машиностроения. 2003. № 12. С. 41-45.

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

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

110. Кузин В.В. Тепловое состояние керамических режущих инструментов при высокоскоростной обработке резанием // Вестник машиностроения. 2004. № 9. С. 47-52.

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

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

113. Кузин В.В. Технологические особенности алмазного шлифования деталей из нитридной керамики // Вестник машиностроения. 2004. № 1. С. 37-41.

114. Кузнецов А.Д., Ольшанская Г.Н., Чеканин А.В. Основы прочностного моделирования технических систем: Учеб. пособие. М.: МГТУ «Станкин». 2000. 128 с.

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

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

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

118. Лавриненко В.И., Зленко А.А., Сытник А.А. Работоспособность алмазных кругов при шлифовании режущей керамики ВОКбО // Сверхтвердые материалы. 1985. № 4. С. 45-47.

119. Лавриненко В.И., Шкляренко В.В., Шепелев А.А. Шероховатость поверхности керамических пластин при их алмазном шлифовании // Станки и инструмент. 1990. № 10. С. 28-29.

120. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука. 1977.416 с.

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

122. Лоладзе Т.Н. Стружкообразование при резании металлов. М.: Машгиз. 1952. 200 с.

123. Литовский Е. Я., Катан Ф. С., Бондаренко С. Л. Изменение структуры и теплофизических свойств кварцевой керамики в процессе быстрого нагрева // Огнеупоры. 1986. Кг 11. С. 42-46.

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

125. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. М.: Машиностроение. 1966. 264 с.

126. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение. 1976. 278 с.

127. Макаров В.Н., Проскуряков С.Л. Термомеханика высокоскоростной лезвийной обработки // Вестник машиностроения. 1993. № 5/6. С. 28.

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

129. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение. 1974. 320 с.

130. Материалы в машиностроении. Выбор и применение: Справочник в 5 т. / Под общ. ред. И.В.Кудрявцева. Т. 3. Специальные стали и сплавы / Под ред. Ф.Ф.Химушина. М.: Машиностроение. 1968. 446 с.

131. Мержанов А. Г., Боровинская И. П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в химии и технологии тугоплавких соединений // Журнал Всесоюз. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева. 1979. Т. 24. № 3. С. 223227.

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

133. Механизм формирования структуры нитрида кремния. Т.Я.Косолапова, Т.С.Бортнитская, П.П.Пикуза и др. // Неорганические материалы. 1981. Т. 17. №9. С. 1614-1717.

134. Механика контактных взаимодействий. М.: Физматлит. 2001.672 с.

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

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

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

138. Музыкант Я.А., Вертхайм Р. Инструмент для высокоскоростного резания // СТИН. 1998. № 5. С. 22-24.

139. Музыкант Я.А. Металлорежущий инструмент: Номенклатурный каталог. В 4-х ч. Ч. 1. Токарный инструмент. М.: Машиностроение. 1995. 416 с.

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

141. Никитков Н.В., Рабинович В.Б., Субботин В.Н. Скоростная алмазная обработка деталей из технической керамики. Д.: Машиностроение. 1984. 131 с.

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

143. Новая оксидно-нитридная керамика и области ее применения: Методические рекомендации MP 2-036-011-36. Л.: ВНИИАШ. 1985. 41 с.

144. Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения. М.: Металлургия. 1978.256 с.

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

146. Образование нитрида кремния в высокотемпературном потоке азота / Г.М. Хейдемане, А.П. Грабис, Т.Н. Миллер и др. // Физика и химия обработки материалов. 1980. № 3. С 30-36.

147. Огнеупорная керамика в высокотемпературном газовом потоке / Ю. Маяускас, В. И. Даукнис, Р. И. Абрайтис и др. / Под ред. А. Жукаускаса. Вильнюс: Мокслас. 1975. 180 с.

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

149. Определение активности АлАТ и Ac AT в митохондриях и постмитохондриальном супернатанте // Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен) / Под ред. М.И. Прохоровой. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982. 272 с.

150. Орданьян С.С. Физико-химический базис создания композиционных керамических материалов на основе тугоплавких соединений // Огнеупоры. 1992. № 9/10. с. 10-14.

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

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

153. Остова И.И., Ковальченко A.M., Сартинская J1.J1. Оптимизация состава инструментальной нитридокремниевой керамики посредством триботехнических испытаний // Порошковая металлургия. 1992. № 4. С. 4651.

154. Пилянкевич JI.H., Мельникова В.А., Кулик А.И. Структура керамики на основе AI2O3 с добавкой TiC // Порошковая металлургия. 1987. № 11. С. 84-88.

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

156. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Киев: Наукова думка. 1976.416 с.

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

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

159. Полежаев Ю.В, Китих В.Е., Нарожный Ю.Г. Проблемы нестационарного прогрева теплозащитных материалов // ИФЖ. 1975. Т. 29. № 1.С. 39-54.

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

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

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

163. Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы / Под ред. В. Шатта : Пер. с нем. М.: Металлургия. 1983. 520 с.

164. Потапов В.А. Конференция по высокоскоростной обработке // СТИН. 2000. № 2. С. 32-36.

165. Потемкин Г.Я. Универсальный регулируемый инструмент для обработки отверстий и устройство для его закрепления // СТИН. 1995. № 3. С. 27-29.

166. Приварников О.А., Шевченко В.Н. Оценка напряжений, прогибов и механической прочности пластин кремния при шлифовании // Сверхтвердые материалы. 1987. № 3. С. 52-55.

167. Прикладные вопросы вязкости разрушения : Пер. с англ. под ред. Б.А. Дроздовского, Я.Б. Фридмана. М.: Мир. 1968. 552 с.

168. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение. 1978.592 с.

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

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

171. Пчелинцев В.А. Обработка молибдена резанием // Вестник машиностроения. 1975. № 5. С. 73-74.

172. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука. 1977.384 с.

173. Развитие науки о резании металлов / Коллектив авторов. М.: Машиностроение. 1967.416 с.

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

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

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

177. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник / Я.Л. Гуревич, М.В. Горохов, В.И. Захаров и др. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1986. 240 с.

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

179. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение. 1981. 279 с.

180. Рехт Р.Ф. Разрушающий термопластический сдвиг // Конструирование и технология машиностроения : Тр. Амер. общества инж.-механиков. 1964. № 2. С. 189-193.

181. Рикардс Р.Б. Метод конечных элементов в теории оболочек и пластин. Рига: Зинатне. 1988. 284 с.

182. Рогов В.А. Разработка комбинированных корпусов режущих инструментов из синтеграна с повышенными демпфирующими свойствами: Автореф. дисс.докт. техн. наук /МГТУ «Станкин».М., 1998. 28 с.

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

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

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

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

187. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов : Пер. с англ. М.: Мир. 1979. 392 с.

188. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надежность и диагностика технологических систем. М.: Высшая школа. 2005. 343 с.

189. Синопальников В.А., Кремнев Л.С. Изменение структуры и свойств режущей части инструментов из быстрорежущих сталей в процессе непрерывного точения // Вестник машиностроения. 1974. № 5. С. 63-67.

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

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

192. Скругление режущих кромок пластин эластичными шлифовальными кругами / Л.П.Меркулов, Г.Б.Костин, Г.Г.Тонких и др. //

193. Современные инструментальные материалы на основе тугоплавких соединений: Сб. науч. тр. ВНИИТС. М.: Металлургия. 1985.С. 86-91.

194. Слоним Л.С., Шлиомович В.А. Статический и динамический анализ силовых закономерностей упругой заточки // Вестник машиностроения. 1972. № 4. С. 66-69.

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

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

197. Сосновский Л.А., Махутов Н.А. Методологические проблемы комплексной оценки поврежденности и предельного состояния силовых систем // Заводская лаборатория. 1991. № 5. С. 27-40.

198. Справочник конструктора-инструментальщика / Под общ. ред. В.И.Баранчикова. М.: Машиностроение. 1994. 560 с.

199. Стрелов К.К. Структура и свойства огнеупоров. М.: Металлургия. 1972.216 с.

200. Старков В.К. Высокопористый абразивный инструмент нового поколения // Вестник машиностроения. 2002. № 4. с. 56-62.

201. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение. 1989. 296 с.

202. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение. 1988. 238 с.

203. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. 208 с.

204. Сытник А.А. Повышение эффективности алмазного шлифования многогранных пластин из режущей керамики : Автореф. дисс.канд. техн. наук / РУДН. Москва, 1991.

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

206. Тепловое состояние быстрорежущего инструмента, подвергнутого химико-термической обработке / В.И.Латышев, А.Г.Наумов, В.В.Кузин и др. // Вестник машиностроения. 1992. № 4. С. 49-52.

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

208. Термодинамические свойства неорганических веществ: Справочник / Под. ред. А.В. Зефирова. М.: Атомиздат. 1965. 460 с.

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

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

211. Токсическое и фиброгениое действие нитрида кремния, полученного плазмохимическим способом / М.П.Шевченко, Г.А.Шкурко, О.В.Задорина и др. //Порошковая металлургия. 1994. № 1/2. С. 117-119.

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

213. Трент Е.М. Резание металлов : Пер. с англ. Г.И. Айзенштока. М.: Машиностроение. 263 с.

214. Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов / Под ред. М.А.Мейерса, Л.Е.Мурра: Пер. с англ. М.: Металлургия. 1984.512 с.

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

216. Фазовый состав и морфология коротковолокнистых нитевидных кристаллов карбида кремния / В.М.Белецкий, В.Г.Луценко, В.Л.Мильков и др. // Порошковая металлургия. 1986. № 5. С. 44-47.

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

218. Финкель В.М. Физика разрушения. М.: Металлургиздат. 1970.

219. Филимонов Л.Н., Петрашина Т.Я. Особенности стружкообразования в условиях локального термопластического сдвига при высокоскоростном резании // Вестник машиностроения. 1993. № 5/6. С. 2325.

220. Форостяный А.В., Кулик А.И. Стабильность свойств режущей керамики оксидно-карбидного типа при различных режимах горячегопрессования // Тез. докл. XV Всесоюз. науч.-техн. конф. Киев: ИПМ АН УССР. 1985. С. 364.

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

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

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

224. Хайдемане Г.М., Грабис Я.П., Миллер Т.Н. Высокотемпературный синтез мелкодисперсного нитрида кремния // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1979. № 4. С. 289-298.

225. Хечумов Р.А., Кепплер X., Прокопьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций. М.: АСВ, 1994. 353 с.

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

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

228. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука. 1974.640 с.

229. Черепанов Г.П., Ершов Л.В. Механика разрушения. М.: Машиностроение. 1977. 224 с.

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

231. Черных К.Ф. Введение в анизотропную упругость. М.: Наука. 1988. 292 с.

232. Черпаков Б.И. Тенденции развития мирового станкостроения // СТИН. 2001. №4. С. 3-8.

233. Черемской П.Г., Слезов В.В., Бетехтин В.И. Поры в твердом теле. М.: Энергоатомиздат. 1990. 376 с.

234. Численная модель циклической долговечности порошкового структурно неоднородного материала / А.Н.Анциферов, Ю.В.Соколкин,

235. A.А.Чекалкин и др. // Порошковая металлургия. 1994. № 5/6. С. 112-118.

236. Шафран М., Бобрык Е., Ольшина А. Композиты с функциональным градиентом в системе Si3N4-Al203-Y203-TiC // Порошковая металлургия. 1999. № 7/8. с.1-7.

237. Шведков E.JI. Материалы для режущего инструмента. Киев: ИПМ АН УССР. 1983.126 с.

238. Шероховатость поверхности керамических пластин при их алмазном шлифовании / В.И.Лавриненко, А.А.Сытник, А.А.Зленко и др. // Станки и инструменты. 1990. № 10. С. 28-29.

239. Шифрин А.И., Резницкий Л.М. Обработка резанием коррозионностойких, жаропрочных и титановых сталей и сплавов. М.: Машиностроение. 1960. 448 с.

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

241. Экологические аспекты высокоскоростной лезвийной обработки /

242. B.В.Кузин, С.Ю.Федоров, С.И.Досько и др. // Производство, технология, экология ПРОТЭК-04: Сб. тр. междунар. конф. T.l. М.: МГТУ «Станкин». 2004. С. 265-268.

243. Эффективное применение режущего инструмента, оснащенного синтетическими сверхтвердыми материалами и керамикой, в машиностроении: Методические рекомендации / Под общ. ред. В.П.Жедя М.:ВНИИТЭМР. 1986. 208 с.

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

245. Ahn С., Thomas G. Microstructure and Grain-Boundary Composition of Hot-Pressed Silicon Nitride with Yttria and Alumina // Journal of the American Ceramic Society. Vol. 66. 1983. No 1. P. 14-16.

246. A I'affut de tout ce qui sert a reduire les metaux en copeaux // Mach. Prod. Vol.49. 1986. No4. S. 9-21.

247. Bergstrom R.P. Getting a grip on cutting tools // Manufacturing Engineering. 1986. No 2. P. 57-59.

248. Blum S.L., Kalos S.H., Wachtman J.B. Cutting Tools, Heat Engine ceramics begin growth carve // Ceramic Industry. 1985. No 12. P. 22-25.

249. Ceramic and carbon-matrix composites / Ed. by V.I.Trefilov // Chapman and Hall. London-Glasgow-Wemheim-NY-Tokyo-Melburn-Madras: 1995.444 p.

250. Ceramic cutting tools boost productivity // American Machinist. 1985. No 11. P. 173-174.

251. Ceramiche da taglio i giapponesi fanno il punto // Utensil. 1985. Vol. 7. No 7/8. S. 71-74.

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

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

254. Eigenschaften und Anwendung von cermet-Schneidplatten // Werkstatt und Betrieb. 1985. Jg. 118. No 9. S. 631-633.

255. Eimner J.H. Hartwerkstoffe und Kohle in Dichtungen // Materialprufung. 1984. Bd. 26. № 9. S. 299-300.

256. EMO uberracht mit Dynamiksprung // Produktion. 1999. № 20. S. 1.

257. Engel W. Starting powder reguirements for hot pressing of silicon nitride//Powder metal. Int. 1978. Vol. 10. No 3. P. 124-127.

258. Feldmuhle: Verbessertes Leistungsvermogen und Qualitatskonstanz bei Schneidkeramik // Die Maschine. 1985. Vol. 39. No 6. S. 18-21.

259. Gupta Т.К. A qualitative model for the development of tough ceramics//Journal of Materials Science. 1974. Vol. 9. No 10. P. 1585-1589.

260. Gnesin G.G., Yaroshenko V.P. Structure and characteristics of Si3N4 based ceramic cutting tools // Silicon Nitride 93. Aedermansdorf (Switz.): Trans. Tech. Publ. 1993. P. 737.

261. Green D.J., Nicholson P.S., Embury J.D. Microstructure development and fracture toughness of calcia stabilized zirconia // Fracture mechanics of ceramics / Ed. R. C. Bradt et al. N. Y.: Plenum press. 1974. Vol. 2. P. 541-554.

262. Gazza G.E. Effect of ittria additions on hot-pressed Si3N4 // Amer. Ceram. Soc. Bull. 1975. Vol. 54. No 9. P. 778-781.

263. Goryacheva I.G. Contact mechanics in tribology. Kluwer Academic Publisher. 1998.344 р.

264. Hatschek R. L. New ceramics rev up cutting speeds // American Machinist. 1983.Vol. 127. No 1. P. 110-112.

265. Hasselman D. P. H. Unified theory of thermal shock fracture initiation and crack propagation in brittle ceramics // J. Amer. Ceram. Soc. 1969. Vol. 52. No 11. P. 600-604.

266. Hawman M.W., Conen P.H., Conway J.C. The effect of grinding on the flexural strength of sialon eeramic // Journal of Materials Science. 20. 1985. P. 482-490.

267. Heine V., Van Vechten J.A. Effect of electron-holo pairs on phonon frequencies in Si related to temperature dependence of band gaps // Phys. Rev. 1976. Vol. 13. № 4. P. 1623-1640.

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

269. Hoffnungsfroh in die Zukunft// Produktion. 1999. № 50-51. S. 19.

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

271. Hubner H., Jillek W. Sub-critical crack extension and crack resistance in polycrystalline alumina// Journal of Materials Science. 1977. Vol. 12. No 1. P. 117-125.

272. Inasaki I. Grinding of hard and brittle materials // Annals of the CIRP. 1987. Vol. 36. No 2. P. 463-471.

273. Irwin G.R. Handbuch der Physik/B.: Springer. 1958. Bd. 6. 551 s.

274. Jack K.H. Review of sialons and related nitrogen ceramics // Journal of Materials Science. 1976. Vol. 11. P.l 135-1158.

275. Jack K.H. Sialons: a study in materials development // Non-oxide technical and engineering ceramics / Ed. by S. L. Hampshire. N.Y.: Elsevier Appl. Sci. 1986. P. 97-104.

276. Kolaska H., Dreyer K. Schneidkeramik Hochleistungswerkstoffmit Zunkunf // Fachberichte fur Metallbearbeitung. 1985. Bd. 62. No 11/12. S. 643648.

277. Kamiya N., Kamigato O. Prediction of thermal fatigue life of ceramics //Journal of Materials Science. 1979. Vol. 14. N 3. P. 573 582.

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

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

280. Komanduri A., Flom D.G., Lee M. Highlights of the DARPA advanced machining research program // Journal of engineering for industry. 1985. No 4. P. 325-335.

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

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

283. Kuzin V.V. Increasing the operational stability of nitride-ceramic cutters by optimizing their grinding conditions // Russian Engineering Research. 2003. Vol. 23. No. 12. P. 32-36.

284. Kuzin V.V. Study of high-speed cutting with ceramic tools // Russian Engineering Research. 2004. Vol. 24. No. 3. P. 40-46.

285. Kuzin V.V. Technological aspects of diamond grinding of the nitride ceramics // Russian Engineering Research. 2004. Vol. 24.No. 1. P. 23-28.

286. Kuzin V.V. Thermal state of ceramic cutting tools in high-speed cutting // Russian Engineering Research. 2004. Vol. 24. No. 9. P. 32-40.

287. Lange F.F. Silicon nitride polyphase sustems fabrication, microstructure and properties // Intern. Menials Review. 1980. P. 1-7.

288. Laugier M. T. Toughness determination of some ceramic tool materials using the method of Hertzian identation fracture // Journal of Materials Science Letters. 1985. No 4. P. 1542-1544.

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

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

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

292. Mah Tai-il, Mendiratta M.G., Lipsitt H.A. Fracture toughness and strength of Si3N4 TiC composites // Amer. Ceram. Soc. Bull. 1981. Vol. 60. No 11. P. 1229-1231.

293. Merchant M.E. Mechanics of the Metal Cutting Process. Parts 1 and 2 //Journal of Applied Physics. 1945. Vol. 16.

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

295. Murakami S. Anisotropic Aspects of Material Damage and Application of Continuum Damage Mechanics / Continuum Damage Mechanics -Theory and Applications. Eds. D.Krajcinovic and J.Lemaitre. Wien: Springer-Verlag. 1987. P. 91-133.

296. Nagano M., Takano Y., Sato K. Ceramic coated Si3N4-base tools // Nippon Tungsten Review. 1985. Vol. 18. P. 12-15.

297. Nort В., Baker R. D. Silicon Nitride-Based (Sialon) Metal-cutting Tools. Properties and Application // Int. Conf. New Frontiers in Tool Mater. Cut. Tech. Metals Forming. Monte Carlo. 1983. March. P. 1-18.

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

299. Outils: la Tuite en avant // MACH: PRO. 1985. No 428. P. 11-18.

300. Pilspanen V. Theory of Formation of Metal Chips // Journal of Applied Physics. 1984. Vol. 19. Oct. P. 876.

301. Raabe J., Puff Z., Bobryk E. Mullite with functionally gradient properties // Polish Ceramic Bull. 1996. № 12. P. 245-254.

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

303. Rowcliffe D.L, Hollox G.E. Hardness anisotropy, deformation and brittle-to-ductile transition in carbides // J. Mat. Sci. 1971. Vol. 6. No 10. P. 12701276.

304. Shaiek P.D. Petrovic J.J., Hurley G.F. Hot-Pressed SiC whicker Si3N4 matrix composites // Ceramic Bull. 1986. Vol. 65. No 2. P. 351-356.

305. Schleifen von nichtoxidischen keramischen Werkstoffen // Industrie-Anzeiger. 1985. Jg. 107. Vol. 3. No 53. S. 43-44.

306. Schiober L.J., Stiglich J.J. Ceramik Matrix Composites: a literature review // Ceramic Bull. 1986. Vol. 65. No 2. P. 289-291.

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

308. Turkovich B.F. Influence of very high cutting speeds on chip formation mechanics // Proc. NAMRC-VII. 1979. P. 241-247.

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

310. Vigneau J., Bordef P., Leonard A. Influence of the microstructure of the composite ceramic tools on their performance when machining nikel alloys // Annals of the CIRP. 1987. Vol. 36 (1).

311. Vincenzini P. Problemine prospettiveddele ricerca sul nitrido di silicio not-pressed e reaction-bonden per applicarioni strut'turall nol campo dei moteri termiki avanzati // Ceramurgia. 1978. Vol. VIII. No 4. P. 181-191.

312. Wachtman J.B. Ceramic fever advanced ceramic in Japan // Ceram. Ind. 1983. Vol. 121. No 6. P. 24-33.

313. Williams S., Schaal R.D. Elastic deformation, plastic flow and dislocations in single crystals of TiC // J. Appl. Phys. 1962. Vol. 33, No 1. P. 955962.

314. Wills R. Hot isostatic pressing con form ceramics // Industr. week. 1982. Vol.212. No 2. P. 29.

315. Yen Him С., Sikora Paul.P. Consolidation of Si3N4 by hot isostatic pressing // Amer. Ceram. Soc. Bull. 1979. Vol. 58. No 4. P. 444-447.

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

317. Zhao J., Deng J., Zhang J., Ai X. Failure mechanisms of a whisker-reinforced ceramic tool when machining nickel-based alloys // Wear. 1997. Vol. 208. P. 220-225.

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