Ульяненко Наталія Валентинівна. Підвищення працездатності твердосплавного інструменту шляхом застосування магнітно-абразивного оброблення та нанесення зносостійких покриттів

Краткое описание

Ульяненко Наталія Валентинівна. Підвищення працездатності твердосплавного інструменту шляхом застосування магнітно-абразивного оброблення та нанесення зносостійких покриттів : дис... канд. техн. наук: 05.03.01 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін-т". - К., 2006

Ульяненко Н.В.Підвищення працездатності твердосплавного різального інструменту шляхом застосування магнітно-абразивного оброблення та нанесення зносостійких покриттів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01. - процеси механiчної обробки, верстати та iнструмент. Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут”, Київ, 2005.
В дисертації представлено результати досліджень з вирішення наукової проблеми, пов’язаної з підвищенням працездатності багатогранних непереточуваних твердосплавних пластин (БНТП) при комплексному фінішному обробленні, яке полягає у комбінуванні методу магнітно-абразивного оброблення (МАО) у великих магнітних щілинах і нанесення спеціальних зносостійких покриттів методами хіміко-термічного оброблення і іонно-плазмового напилення. Розроблено технологічну наладку до стандартного вертикально-фрезерного верстата, яка забезпечує ефективне фінішне МАО БНТП в умовах великих щілин з врахуванням оптимальних умов взаємодії магнітно-абразивного інструменту (МАІ) з оброблюваними поверхнями в залежності від задач оброблення. Визначено особливості контактної взаємодії поверхні БНТП з МАІ при магнітно-абразивному обробленні в умовах великих магнітних щілин. Розроблено експериментальну методику і визначено особливості кінетики формування мікропрофілю поверхні при МАО. Встановлено основні закономірності зміцнення методом МАО твердосплавного інструменту з покриттями різних типів на різноманітних стадіях технологічного комплексу, що складається з комбінацій МАО та нанесення спеціальних покриттів методами хіміко-термічного оброблення та іонно-плазмового напилення.

У дисертаційній роботі наведено вирішення наукової задачі, пов’язаної з підвищенням працездатності багатограних непереточуваних твердосплавних пластин (БНТП) при використанні комплексного фінішного оброблення, яке полягає у комбінуванні магнітно-абразивного оброблення (МАО) у великих магнітних щілинах і нанесення спеціальних зносостійких покриттів методами хіміко-термічного оброблення і іонно-плазмового напилення.
Вперше на основі комплексного кінематичного, фізичного і реологічного аналізів умов взаємодії магнітно-абразивного інструменту (МАІ) з оброблюваними поверхнями БНТП теоретично доведено і експериментально підтверджено ефективність застосування МАО для одержання високопродуктивного, ефективного оброблення, зміцнення робочих поверхонь інструменту. Доведено, що процес МАО при підвищених швидкостях оброблення відбувається в умовах ударно-фрикційної взаємодії МАІ з оброблюваними поверхнями і суттєво залежить від розміру, фізичних і геометричних характеристик і форми частинок магнітно-абразивних порошкових матеріалів.
Розроблено технологічну наладку до стандартного вертикально-фрезерного верстата, яка забезпечує ефективне фінішне МАО комплекту багатогранних пластин у кільцевій ванні з врахуванням особливостей взаємодії МАІ з оброблюваними поверхнями і можливістю формоутворення.
Експериментально визначено особливості кінетики формоутворення мікропрофілю поверхні в процесі МАО. Доведено, що МАО БНТП дозволяє отримувати: рівномірну шорсткість робочих поверхонь різального інструменту з Ra<0,3; формування різальних кромок непереточуваних пластин без концентраторів напружень; тривалість процесу МАО повинна не перевищувати 200-240с машинного часу, що визначається ефектом розполірування поверхні і окремим викришуванням з поверхні карбідних складових твердих сплавів.

Вперше експериментально підтверджено, що застосування теоретично визначених умов взаємодії МАІ з поверхнями, що оброблюються забезпечують мікропластичну деформацію поверхневих і приповерхневих шарів твердосплавного інструменту на глибину 200-250 мкм і більше. При цьому зростання твердості відбувається на 65-70%. Встановлені зміни фізико-механічних властивостей є визначальними при застосуванні методу МАО, як підготовчої операції перед нанесенням зносостійких покриттів і поліручо-зміцнюючої після нанесення покриттів. Запропоноване комплексне оброблення БНТП, яке полягає в комбінуванні МАО та нанесення покриттів методом ХТО показало, що:
підготовче МАО дозволяє підвищити твердість на поверхні БНТП з покриттям та отримати її рівномірне розподілення по робочим оброблюваним поверхням з покриттями за рахунок формування перехідної зони глибиною до 100 мкм. При цьому забезпечується збільшення товщини покриття на основі ТіС на 50% і товщини внутрішньої фази (Cr7C3) покриття на основі двох карбідів (Nb,Cr)С в 2 рази;
МАО, що виконується після нанесення покриття призводить в усіх випадках до збільшення твердості на поверхні БНТП з покриттями - у інструмента з покриттям на основі карбідів (Nb,Cr)С з 25 ГПа до 2830 ГПа, а на основі карбіду ТіС з 33 ГПа до 36 ГПа. Загальна товщина зміцненої зони досягає 300 мкм.
використання технологічного ланцюжка МАО+ХТО+МАО на фінішних етапах виготовлення БНТП дозволяє отримати як зону високої твердості до 30 ГПа на глибині до 200 мкм, так і загальну зміцнену зону глибиною майже 550 мкм. При використанні запропонованого технологічного ланцюжка працездатність інструменту підвищилась у 1,2-2 рази в порівнянні з необробленим в залежності від етапу комплексного оброблення.

Вперше доведено ефективність застосування поліруючо-зміцнюючого МАО БНТП з іонно-плазмовим покриттям на основі TiN. Експериментально показано, що таке оброблення забезпечує формування шорсткості поверхні інструменту з Ra <0,4 і підвищення твердості приповерхневих шарів на 50-60% в порівнянні з вихідним. Експлуатаційні випробування показали підвищення стійкості у 1,9-2 рази. Розроблено емпірико-статистичну модель визначення працездатності БНТП з покриттям після МАО, яка дозволяє враховувати основні фізико-механічні і мікрогеометричні властивості поверхневого шару деталей.
Теоретичні і експериментальні результати впроваджено на державному підприємстві АВІАКОН”, а також підтверджені при їх використанні в OTTO-VON-GUERICKE-UNIVERSITT MAGDEBURG. Використання комбінованого технологічного ланцюжка МАО та нанесення зносостійких покриттів забезпечило підвищення ресурсу твердосплавного інструменту, а його витрати на підприємстві знизити у 1,2-1,5 рази. Економічний ефект від впровадження результатів роботи склав до 15 тис. грн. на рік