Особливості точіння покриттів з аморфно-кристалічною структурою

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля

 

Мельнійчук Юрій Олексійович

 

УДК 621. 941

 

 

05. 03. 01 – Процеси механічної обробки, верстати та інструменти

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Київ – 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Клименко Сергій Анатолійович, Інститут надтвердих матеріалів НАН України, завідувач відділом.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Лупкін Борис Володимирович, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», професор кафедри технології виробництва літальних апаратів; кандидат технічних наук, доцент Пилипенко Олександр Михайлович, Черкаський державний технологічний університет, доцент кафедри комп’ютеризованих технологій машинобудування.

Провідна установа: Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», кафедра різання матеріалів та ріжучих інструментів, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

 

 

Актуальність роботи. Новим напрямком у розвитку методів газотермічного напилювання (ГТН) є використання матеріалів, які схильні до утворення аморфної структури в умовах напилювання. Розроблені сучасні технології ГТН реалізують такі швидкості охолодження розплавлених частинок на основі, які дозволяють формувати покриття з аморфно-кристалічною структурою (ПАКС). Для напилювання таких покриттів використовуються економнолеговані порошки, гнучкі шнури, порошкові дроти, а самі покриття характеризуються специфічними фізико-механічними властивостями, мають високу зносостійкість, стійкість проти корозії, міцність зчеплення з основою, що робить перспективним їх застосування в різних галузях техніки.

Проте, використання ПАКС на деталях з високими вимогами до якості поверхні та розмірної точності є обмеженим. Однією з причин, які стримують використання захисних зносостійких покриттів, зокрема, з аморфно-кристалічною структурою, у промисловості, є недостатність науково обґрунтованих рекомендацій щодо їх продуктивної та якісної механічної обробки. Тому з метою розширення кола використання ПАКС особливо актуальною є оцінка можливостей та перспектив застосування процесу точіння, як одного з найбільш розповсюджених методів обробки, по формуванню належного стану поверхневого шару виробів з аморфізованими покриттями, що потребує проведення комплексу експериментальних та теоретичних досліджень. Вимога обов’язкового збереження вихідного вмісту аморфної фази в ПАКС, яка обумовлює їх експлуатаційні властивості, накладає певні обмеження на процеси механічної обробки таких покриттів.

Для ПАКС притаманними є наявність великої кількості структурних складових, а також поєднання аморфної та кристалічної фаз, які мають різні фізико-механічні властивості. Установлення закономірностей процесу різання з урахуванням впливу присутності аморфної фази в покриттях та визначення ступеня гетерогенності їх структури кількісними характеристиками дозволить відшукати ефективні шляхи технологічного управління якістю поверхні виробів з ПАКС.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Робота виконана в Інституті надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України відповідно до відомчих тем 1. 6. 7. 1857 (№ державної реєстрації 0100U004916) та 1. 6. 7. 1858 (№ державної реєстрації 0101U006257) науково-дослідних робіт ІНМ НАН України.

Метою роботи є розробка процесу лезової обробки напилених зносостійких покриттів з аморфно-кристалічною структурою із забезпеченням необхідного стану їх поверхневого шару на основі урахування особливостей структури і властивостей таких покриттів та використання ріжучого інструменту з полікристалічних надтвердих матеріалів.

Для досягнення поставленої мети у роботі вирішувались наступні основні задачі:

- вивчення особливостей структури і властивостей покриттів з аморфно-кристалічною структурою, розробка методики їх оцінки кількісними характеристиками та встановлення на цій основі параметрів оброблюваності різанням;

- дослідження особливостей контактної взаємодії інструментального і оброблюваного матеріалів, температурно-силових закономірностей процесу різання, особливостей зношування інструменту;

- дослідження впливу умов різання на стан поверхневого шару виробів з ПАКС;

- встановлення технологічних обмежень процесу токарної обробки виробів з ПАКС;

- розробка практичних рекомендацій щодо забезпечення працездатності ріжучого інструменту та використання процесу точіння для досягнення найбільш якісного стану поверхні виробів з покриттями, які мають аморфно-кристалічну структуру.

Об’єктом дослідження є процес лезової обробки виробів з напиленими аморфно-кристалічними покриттями та лезовий інструмент з надтвердих матеріалів.

Предмет дослідження – закономірності взаємозв’язку структури та властивостей покриттів з аморфно-кристалічною структурою з показниками оброблюваності їх точінням.

Методи дослідження. Теоретичні та експериментальні дослідження базувались на основних положеннях теорії різання металів, фізико-хімічної теорії контактної взаємодії, деформаційно-спектрального аналізу та склерометрії, теорії фракталів, математичної статистики, теорії математичного планування експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше запропоновано характеристику оброблюваності різанням покриттів з аморфно-кристалічною структурою – фрактальну розмірність сукупності механічних властивостей матеріалу Ds, яка комплексно визначає неоднорідність оброблюваного матеріалу та дозволяє оцінити можливості по забезпеченню належних параметрів стану поверхневого шару покриттів і прогнозувати стійкість ріжучого інструменту.

2. Вперше теоретично показано та експериментально підтверджено, що у процесі точіння із швидкістю різання v  3, 0 м/с ріжучим інструментом, оснащеним полікристалічним надтвердим матеріалом (ПНТМ) «киборит», із величиною зносу hз  0, 3 мм відсутні передумови для протікання процесів кристалізації в покриттях з аморфно-кристалічною структурою під дією температурно-силових умов, які виникають у процесі обробки.

3. На основі використання фрактальних уявлень про структуру оброблюваного матеріалу запропонована методика визначення теплофізичних характеристик напилених покриттів, яка враховує гетерогенність їх