Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ

Табаков В.П., Рандин А.В., Циркин А.В., Порохин С.С.

Повышение эффективности токарного режущего инструмента (РИ) возможно за счет применения износостойких покрытий (ИП). История использования ИП в инструментальном производстве насчитывает несколько десятилетий, в результате чего было создано значительное количество конструкций ИП. Поэтому дальнейшее увеличение их эффективности возможно только за счет проведения широких исследований механизма износа и разрушения ИП, изучения физико-механических и физико-химических процессов, сопровождающих процесс резания инструментом с ИП.

Следует отметить, что в зависимости от инструментального материала РИ (быстрорежущая сталь или твердый сплав) подходы к конструированию ИП могут идти по двум различным направлениям. В случае твердосплавного РИ, работающего в условиях резания, характеризующихся высокой теплосиловой напряженностью, ИП должны обеспечивать высокую трещиностойкость и способность сохранять формоустойчивость режущего клина. При создании ИП для быстрорежущего РИ на первый план выходит требование высокой прочности сцепления ИП с инструментальной основой.

Известно, что разрушение ИП на операциях непрерывного резания (в частности, при токарной обработке) происходит в результате образования в них трещин [1]. На участке пластического контакта трещины имеют относительно большой размер и располагаются вдоль режущей кромки. Природа их образования - упруго-пластические деформации режущего клина РИ в процессе резания. Трещины на участке упругого контакта имеют меньшие размеры и хаотический характер распространения. Причиной их образования являются касательные напряжения, возникающие при скольжении стружки по передней поверхности, и адгезионно-усталостные процессы. В условиях непрерывного резания ИП должны отвечать следующим требованиям: 1) иметь высокий уровень собственных сжимающих остаточных напряжений для сдерживания процессов образования и развития трещин; 2) способствовать повышению формоустойчивости режущего клина за счет увеличения его запаса пластической прочности; 3) иметь высокую прочность сцепления с инструментальной основой. Первому и второму требованиям отвечают многоэлементные ИП, например, TiZrN, TiZrCN и одноэлементн на основе карбонитрида титана, например, TiCN, третьему условию - одноэлементные нитридные покрытия, например, TiN.

Очевидно, что указанные требования в объеме однослойного покрытия обеспечить невозможно, и они могут быть реализованы только в многослойном покрытии (МП). Такое ИП должно иметь как минимум два слоя: верхний слой должен обеспечить повышение запаса пластической прочности и, следовательно, формоустойчивости режущего клина и снижение интенсивности процессов трещинообразования за счет высокого уровня остаточных сжимающих напряжений, а нижний слой - высокую прочность сцепления с инструментальной основой. В соответствии с предложенным принципом разработаны двухслойные покрытия, имеющие верхний слой из TiZrN и TiCN и нижний слой из TiN: TiN-TiZrN и TiN-TiCN.

Результаты исследований показали, что предложенные МП позволяют повысить период стойкости РИ по сравнению с покрытием TiN в 1,7 - 4,4 раза (в зависимости от конструкции покрытия и режима резания). Опытно-промышленными испытаниями, проведенными в производственных условиях ОАО «Автодеталь-Сервис» (г. Ульяновск) и ОАО «Утес» (г. Ульяновск), зафиксировано повышение периода стойкости токарных резцов, оснащенных твердосплавными неперетачиваемыми пластинами, в 2,8 - 3,7 раза по сравнению с РИ без покрытия и в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с РИ с покрытием TiN в зависимости от состава МП, обрабатываемого материала и режима резания.

При создании ИП для быстрорежущих РИ на первое место выходит требование высокой адгезии с инструментальной основой. Повышение прочности адгезионной связи с инструментальной основой можно обеспечить путем нанесения переходного адгезионного слоя (ПАС), расположенного между основным слоем ИП и основой и включающего в себя компоненты инструментальной основы и ИП. Последнее способствует снижению перепада напряжений на их границе и в покрытии в целом [2]. На основе анализа результатов исследований были предложены конструкции МП на основе TiN с ПАС (Ti - Fe), TiFeN и сочетания (Ti - Fe) + TiFeN, а также на основе сложного нитрида TiZrN с сочетанием ПАС (Ti - Zr - Fe) + TiZrFeN. Наличие ПАС в этих МП позволяет снизить перепад напряжений на границе ИП и инструментальной основы.

Опытно-промышленными испытаниями, проведенными в производственных условиях ОАО «Автодеталь-Сервис» (г. Ульяновск), подтверждена высокая работоспособность РИ с разработанными МП, имеющими ПАС. Технико-экономические расчеты показали, что применение РИ с разработанными МП, позволяет снизить себестоимость механической обработки заготовок на 4 - 22 % по сравнению с РИ с покрытием TiN. Ожидаемый годовой экономический эффект от использования таких РИ составит до 52,2 тыс. руб. на один станок по сравнению с применением РИ с покрытием TiN. Разработанные конструкции МП с ПАС защищены патентами на изобретения и полезные модели [3].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. - Ульяновск: УлГТУ, 1998. - 122с.
  2. Табаков В.П., Рандин А.В. Теоретико - экспериментальные исследования формирования свойств и конструкции покрытий с переходными адгезионными слоями //Математическое моделирование физических, экономических, технич., социальных систем и процессов: Труды пятой международной научно-технич. конф. Ульяновск: УлГУ, 2003. С. 185 - 186.
  3. Патент на изобретение RU 2203978 РФ, МКИ 7 С 23 С 14/06, 14/24. Способ получения износостойкого покрытия в вакууме / В.П. Табаков, Г.К. Рябов, Н.А. Ширманов, А.В. Рандин. 2001102159/02. Заявл. 23.01.01. Опубл. 10.05.03. Бюл. № 13.

Библиографическая ссылка

Табаков В.П., Рандин А.В., Циркин А.В., Порохин С.С. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 8. – С. 95-96;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=6481 (дата обращения: 01.12.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674