Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: VI Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 16 января 2012 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Машиностроение и машиноведение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции, Сборник статей конференции часть II

Библиографическое описание:
Маношин Д.В. МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ДЛЯ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. VI междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов
Статья опубликована в рамках:
 
Выходные данные сборника:


 


МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ДЛЯ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ


Маношин Дмитрий Валерьевич


аспирант СГТУ, г. Саратов


E-mail: dimes2012@mail.ru


 


Появление первых износостойких покрытий совершило революцию в металлообработке, даже довольно примитивное по сегодняшним меркам однослойное покрытие TiC, применявшееся на первых покрытых сменных неперетачиваемых пластинах, давало эффект в повышении производительности обработки примерно на 50 %. Происходило это в основном за счет увеличения скоростей резания. Но каждый из известных на сегодняшний день методов нанесения покрытий на режущий инструмент обладает преимуществами и имеет недостатки, а также специфическую область применения, которая зависит от технологических особенностей метода, степени автоматизации, экономических затрат на процесс нанесения покрытия и т. д.


Успех первых износостойких покрытий нанесенных методом химического осаждения, который в англоязычной литературе получил название Chemical Vapour Deposition (CVD) обеспечил их широкое распространение в промышленности. В настоящий момент 80 % выпускающихся в мире твердосплавных инструментов имеют различные покрытия, большую часть которых составляют покрытия, нанесенные по CVD-технологиям. Данные технологии обеспечивают равномерное нанесение покрытий высокой плотности на рабочие поверхности инструмента и обладают достаточно высокой производительностью (в зависимости от химического состава наносимого покрытия – до 15 мкм/ч), что делает их особенно привлекательными для массового производства твердосплавного инструмента. Но одновременно выявились существенные ограничения использования инструмента с покрытиями. Появилась необходимость в серьезных исследований как в области совершенствования технологии, так и в области разработки принципиально иных методов нанесения. Основным направлением совершенствования твердого сплава с покрытием была и остается борьба с хрупкостью его поверхностного слоя. Растягивающие напряжения в его поверхностном слое достигают опасной величины, чреватой зарождением трещин. Причиной образования трещин на поверхности покрытия является разница температурных коэффициентов линейного расширения основы и покрытия. При остывании, пластина сжимается меньше, чем покрытие, и соответственно покрытие покрывается сетью нанотрещин. [3 с. 283] В оставшихся целыми участках покрытия сохраняются остаточные растягивающие напряжения, а такие напряжения в поверхностном слое любого изделия, в том числе и твердосплавной пластины – это потенциальная опасность появления новых трещин и усталостного разрушения при воздействием знакопеременных нагрузок.


Решением указанной проблемы является специальная отделка поверхности. Если известно, что растягивающие напряжения концентрируются в верхних слоях покрытия, то можно сделать его более толстым, а затем удалить эти слои одним из способов абразивной полировки. Вместе с удаленной с поверхности пластины частью слоя покрытия уходят до 80 % остаточных напряжений.


 


Рисунок 1. Микроструктура поверхностного слоя твердосплавного инструмента с покрытием TiCN-Al2O3-TiN


Описание: IMG_8293.JPG


В соответствии с разработанными технологическими принципами на твердосплавную подложку по стандартной технологии наносится покрытие типа TiCN-Al203-TiN (Рис. 1), где каждый слой выполняет свою строго регламентированную функцию. Слой TiCN является прекрасной связкой и используется для повышения прочности адгезионной связи между инструментальным материалом и наружным слоем покрытия, а последующие слои усиливают защитные функции от различных факторов износа. Слой оксида алюминия (Al203), служит для защиты твердого сплава от воздействия высокой температуры и химических видов износа. Слой нитрида титана (TiN), обладает высокой твердостью, низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью.


После этого передняя поверхность пластины полируется по специальной технологии, в результате чего полностью снимается слой нитрида титана и верхняя часть слоя оксида алюминия. Экспериментально доказано, что удаление всего 2...3 микрона от общей толщины покрытия дает возможность снизить уровень внутренних растягивающих напряжений в 2 раза и ликвидировать большую часть зародышей трещин. [2 с. 104] Кроме того, полировка открывает наиболее плотный и износостойкий слой оксида алюминия, который наилучшим образом сопротивляется диффузионному и абразивному износу, а также предохраняет основу пластины от воздействия тепла. Гладкая передняя поверхность дает дополнительные преимущества при обработке вязких материалов - на ней практически отсутствует схватывание с обрабатываемым материалом. Задняя поверхность, сохранившая всю толщину покрытия, эффективно сопротивляется действующим на нее нагрузкам связанных с трением.


Данная технология нанесения износостойкого покрытия позволила улучшить свойства твердого сплава сразу по всем направлениям. В сравнении с пластинами с обычным покрытием данные имеют:


·     большую прочность;


·     высокую стойкость к выкрашиванию режущей кромки, термическим трещинам и всем видам усталостного разрушения;


·     лучшую стойкость к пластической деформации;


·     более высокую износостойкость;


·     более стабильную и предсказуемую работу в неблагоприятных условиях. [1]


У пластин с пониженным уровнем внутренних напряжений в покрытиях процесс изнашивания имеет более равномерный характер, они показывают большую надежность, и тем самым достигается дополнительная экономия за счет сокращения непредвидимых простоев. Всё это значительно расширяет область применения, делая его практически универсальным, что позволяет обрабатывать как обычные стали, так и более сложные труднообрабатываемые материалы. А так же использовать их как при черновой, так и при чистовой обработки. Данные сплавы могут быть созданы для работы в широком диапазоне скоростей резания, при этом превышают показатели сплава со стандартным покрытием на 10 % по скорости резания и до 30 % по уровню подач.


 


Рисунок 2. Твердосплавные пластины с покрытием TiCN-Al203-TiN после продольного точения 330 деталей из конструкционной стали (НВ 300) при v=300м/мин, s=0,4мм/об, t=3мм: а- стандартное покрытие; б- покрытие после полировки.


Описание: C:\Users\Дмитрий\Desktop\IMG_6012.jpg  Описание: C:\Users\Дмитрий\Desktop\IMG_6011.jpg


                               а)                                                           б)


На рис. 2 представлены макрофотографии режущих кромок твердосплавной пластины после обработки 330 деталей с покрытием TiCN-Al203-TiN, нанесенным по традиционной технологии (а) и с полировкой по специальной технологии (б). Как видно, в последнем случае покрытие заметно снижает интенсивность изнашивания инструмента.


Результаты исследований показывают убедительное преимущество новой технологии обработки покрытия и подтверждают перспективность дальнейших исследований в этой области. Очевидно, что резерв совершенствования свойств покрытий за счет новой технологии ещё не исчерпан.

Список литературы:

1.            Беляев М. П. Пластины нового поколения // Мир станочника [электронный ресурс] – Режим доступа. - URL http://mirstan.ru/

2.            Григорьев С. Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учеб. пособие. Машиностроение, 2009. 368 с.

3.            Поляк М. С. Технология упрочнения: Технологические методы упрочнения. Т.1 :учеб. пособие. Машиностроение, 1995, 685 с.

Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.