МОДЕРНИЗАЦИЯ  УСТАНОВКИ  ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО  НАПЫЛЕНИЯ  ННВ-6.6-И1

Гончаров  Максим  Витальевич

старший  преподаватель  Поволжского  государственного  университета  сервиса,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

UPGRADE  OF  ARC-PVD  PLANT  NNV-6.6-I1

Goncharov  Maksim  Vitalyevich

senior  teacher  of  Volga  Region  State  University  of  Service,  Russia  Togliatty

АННОТАЦИЯ

В  работе  предложены  схемы  модернизации  серийных  установок  ионно-плазменного  напыления  с  размером  камеры  меньше  длины  упрочняемого  изделия  (на  примере  протяжек  в  камере  установки  ННВ-6.6-И1).  Апробирована  схема  модернизации  установки  с  горизонтальным  расположением  изделия,  получено  увеличение  стойкости  инструмента  до  2,9  раз.

ABSTRACT

Upgrade  schemes  for  serial  Arc-PVD  plant  with  size  of  hardening  tool  exceeding  camera  size  were  proposed  (on  example  of  long  broaches  hardening  in  serial  PVD  plant  NNV-6.6-I1).  Tested  horizontal  scheme  of  modernization  showed  good  results  with  increasing  in  wear  resistance  up  to  2,9  times.

Ключевые  слова:  ионно-плазменное  напыление;  быстрорежущая  сталь;  износостойкость;  протяжки;  защитные  покрытия.

Keywords:  cathodic  arc  deposition;  high-speed  steel;  wear  resistance;  broaches:  protective  coatings.

В  настоящее  время  значительная  часть  протяжек  изготавливается  из  быстрорежущей  стали,  которая,  имеет  меньшую  твердость  (60—65  HRC)  по  сравнению  с  твердыми  сплавами  (70—73  HRC)  и  склонна  к  разупрочнению  в  результате  тепловых  нагрузок  [6].  При  этом  износ  режущих  кромок  протяжки  приводит  к  невозможности  обеспечения  в  процессе  обработки  поверхностей  деятелей  заданных  конструктом  требований  на  чертеже  [1].  Переточка  цилиндрической  протяжки  осложняется  тем,  что  происходит  уменьшения  ее  диаметра  в  силу  чего,  дальнейшая  обработка  поверхностей  деталей  будет  приводить  к  занижению  размеров  обработанных  поверхностей  с  выходом  за  границы  поля  допуска.

Возможными  путями  повышения  эксплуатационных  характеристик  деталей  и  инструментов  является  поверхностно-пластическое  деформирование  [2]  или  нанесение  защитных  износостойких  покрытий  [4,  5].  Однако,  поверхностного  пластическое  деформирование  не  дает  столь  значительного  прироста  к  стойкости  изделий  из  инструментальных  материалов,  в  то  время,  как  нанесение  покрытий  газопламенными  методами  требует  в  дальнейшем  механической  обработки  с  целью  обеспечения  размеров  изделия  в  заданных  границах  полей  допусков,  что  приводит  к  значительному  повышению  себестоимости  изготовления  инструмента.  Для  упрочнения  длинномерного  режущего  инструмента  ионно-плазменным  методом  разработаны  различные  установки,  которые,  однако,  узкоспециализированы,  имеют  значительные  габариты  и  высокую  стоимость  [3].  Кроме  того,  в  настоящее  время  широко  распространены  серийные  установки  с  габаритами  камеры,  не  позволяющими  размещать  в  них  длинномерный  инструмент,  в  связи  с  чем  актуальна  модернизация  таких  установок  с  расширением  спектра  упрочняемых  изделий. 

Целью  работы  является  повышение  износостойкости  длинномерных  протяжек  и  модернизация  установок  ионно-плазменного  напыления  с  размером  камеры  меньше  размера  упрочняемого  изделия  на  примере  установки  ННВ-6.6-И1.

Для  осуществления  возможности  ионно-плазменного  упрочнения  длинномерных  протяжек  (с  учетом  того,  что  их  хвостовики  не  требуют  упрочнения,  и  следовательно  могут  находиться  вне  зоны  действия  плазменных  потоков)  в  установке  ННВ-6.6-И1  предложены  2  конструкции  вакуумной  камеры  и  оснастки.

На  рисунке  1  представлена  схема  модернизации  камеры  с  вертикальным  расположением  упрочняемого  изделия,  которая  состоит  из  удлиняющих  цилиндров  1  и  11,  направляющих  2  и  12,  зажимов  4,9,  креплений  3  и  10,  кольца  5,  вала  14  и  диска  15. 

Направляющие  выполнены  из  тефлона  для  изоляции  деталей  от  корпуса  вакуумной  камеры  установки.  Вакуумная  камера  имеет  удлинённую  конструкцию  благодаря  нижнему  и  верхнему  цилиндрам,  которые  герметично  крепятся  к  корпусу.  Рабочих  ход  инструмента  определяется  углом  наклона  кольца,  а  вращение  изделия  и  его  перемещение  по  вертикальной  оси  осуществляется  за  счет  передачи  движения  от  вала  к  кольцу,  что  обеспечивает  упрочнение  всей  режущей  части  по  длине.

Рисунок  1.  Предлагаемая  схема  модернизации  камеры  установки  ННВ-6.6-И1  с  вертикальным  расположением  упрочняемого  изделия  (вид  спереди):  1,  11  —  цилиндры;2,  12  —  направляющие;  3,  10  —  крепления;  4,  9  —  зажимы;  5  —  кольцо;  6  —  корпус  вакуумной  камеры;  7,  13  —  катодные  узлы;  8  —  протяжка;  14  —  вал;  15  —  диск

Такая  конструкция  оснастки  позволяет  легко  закреплять  и  жёстко  фиксировать  длинномерный  режущий  инструмент  длиной  до  900  мм  в  вертикальном  положении.  Кроме  того,  при  нанесении  покрытия  на  малогабаритные  изделия  удлиняющие  цилиндры  1  и  11  заменяются  крышками,  что  придает  первоначальный  вид  установке.  Однако,  следует  отметить,  что  данная  конструкция  требует  значительной  модернизации  вакуумной  камеры,  что  существенно  усложняет  ее  практическую  реализацию.

На  рисунке  2  представлена  предлагаемая  схема  модернизации  установки  ННВ-6.6-И1  с  горизонтальным  расположением  упрочняемого  изделия  длиной  до  1500  мм. 

Рисунок  2.  Предлагаемая  схема  модернизации  установки  ННВ-6.6-И1  с  горизонтальным  расположением  упрочняемого  изделия  (вид  сбоку):  1  —  камера;  2  —  удлиняющий  цилиндр;  3  —  фланец;  4  —  упрочняемое  изделие  (протяжка);  5,6  —  крепежные  устройства;  7  —  зажим;  8  —  установочный  винт;  9  —  катодный  узел;  10  —  вал;  11  —  механизм  зацепления;  12  —  токоподвод

На  камеру  1  монтируется  удлиняющий  цилиндр  2,  который  герметизируется  при  помощи  фланца  3  со  смотровым  окном.  Упрочняемое  изделие  (протяжка)  4  устанавливается  в  камеру  при  помощи  крепежных  устройств  5  и  6  таким  образом,  что  может  свободно  вращаться  на  подшипниках  вдоль  своей  продольной  оси.  На  рабочую  часть  протяжки  с  помощью  установочных  винтов  8  устанавливается  зажим  7.  При  вращении  вала  10  механизм  11  входит  в  зацепление  с  установочными  винтами  8,  которые  приводят  во  вращение  упрочняемое  изделие.  При  помощи  изолированного  токоподвода  12  напряжение  от  вала  10  передается  на  упрочняемое  изделие.  При  нанесении  покрытия  на  малогабаритные  изделия  удлиняющий  цилиндр  2  может  заменяться  на  катодный  узел,  что  придает  первоначальный  вид  установке.

Следует  отметить,  что  в  стандартной  конфигурации  установки  ННВ-6.6-И1  боковые  катодные  узлы  расположены  на  одной  оси,  и  плазменные  потоки  сосредоточены  в  центре  камеры,  ось  верхнего  катодного  узла  смещена  относительно  центра  камеры.  С  целью  равномерного  нанесения  покрытия  по  всей  длине  режущей  части  был  произведен  разворот  катодных  узлов  при  помощи  фланцев  с  переменной  толщиной.

Для  проверки  работоспособности  предлагаемой  конструкции  было  проведено  упрочнение  протяжки  длиной  1400  мм  из  быстрорежущей  стали  Р6М5  после  закалки  и  низкого  отпуска.  Перед  загрузкой  в  камеру  изделия  были  промыты  и  обезжирены  с  помощью  ацетона  и  высушены.

Перед  нанесением  покрытия  предварительно  азотировали  рабочую  поверхность  инструмента  на  глубину  30-40  мкм,  что  способствует  компенсации  разницы  тепло-физико-механических  свойств  материалов  покрытия  и  инструмента  и  повышает  твердость  основы.  После  этого  наносили  чередующиеся  твердые  слои  нитрида  титана  (TiN)  толщиной  100  нм  и  пластичные  слои  металлического  титана  толщиной  20  нм.  Время  нанесения  покрытия  составило  1  час.

Металлографический  анализ  показал,  что  максимальная  толщина  покрытия  составляет  до  4  мкм  на  режущих  зубьях  (360—1000  мм  от  входа)  и  1—2  мкм  на  калибрующих  зубьях  (1000—1028  мм  от  входа),  что  не  превышает  предел  допуска  точности  (+0,03  мм  для  калибрующих  зубьев).

Микротвердость  покрытия  составила  26—28  ГПа,  испытания  адгезионной  прочности  показали  достаточную  степень  сцепления  покрытия  с  основой.  Результаты  испытаний  инструмента  при  протягивании  стали  35  показали  увеличение  износостойкости  в  2,9  раза,  что  делает  целесообразным  упрочнение  длинномерного  режущего  инструмента.

Список  литературы:

1.Бобровский  Н.М.,  Бобровский  И.Н.,  Мельников  П.А.Определение  площади  износа  рабочей  поверхности  деталей  машин  и  инструментов  //  Вектор  науки  Тольяттинского  государственного  университета.  —  2009.  —  №  1.  —  С.  17—23.

2.Бобровский  Н.М.,  Мельников  П.А.,  Бобровский  И.Н.,  Ежелев  А.В.  Гиперпроизводительный  способ  обработки  поверхностно-пластическим  деформированием  //  Современные  проблемы  науки  и  образования.  —  2013.  —  №  5.  —  С.  67.

3.Гончаров  В.С.,  Васильев  Е.В.  Упрочнение  длинномерных  протяжек  в  ионно-плазменных  установках  типа  ННВ-6.6-И1  //  Упрочняющие  технологии  и  покрытия.  —  2013.  —  №  6  (102).  —  С.  3—6.

4.Гончаров  В.С.,  Мельников  П.А.,  Попов  А.Н.,  Васильев  Е.В.  Упрочнение  лезвийного  инструмента  с  созданием  эффекта  самозатачивания  //  Известия  Самарского  научного  центра  Российской  академии  наук.  —  2013.  —  Т.  15.  —  №  4-1.  —  С.  233—235.

5.Гончаров  В.С.,  Мельников  П.А.,  Попов  А.Н.,  Васильев  Е.В.  Упрочняющее  покрытие  с  эффектом  самозатачивания  //  Вектор  науки  Тольяттинского  государственного  университета.  —  2013.  —  №  1  (23).  —  С.  101—103.

6.Конструкционные  материалы:  Справочник  /  Под  ред.  Б.Н.  Арзамасова.  М.:  Машиностроение,  1990.  —  688  с.