Особливості точіння покриттів з аморфно-кристалічною структурою

6. Установлено величину допустимого зносу інструменту з киборита при чистовому точінні ПАКС, яка нижче ніж при обробці кристалічних покриттів аналогічної твердості, та становить hз = 0, 25…0, 3 мм і визначається вимогами до стану поверхневого шару оброблюваного покриття.

7. Установлено критерій – гранична потужність різання, що визначає обмеження параметрів процесу точіння ПАКС, перевищення межі якого призводить до зменшення вмісту аморфної фази в поверхневому шарі оброблюваного матеріалу, що обумовлює зниження експлуатаційних властивостей аморфізованих покриттів.

8. Установлено умови обробки, які дозволяють забезпечити максимальну стійкість інструменту, отримати належну якість поверхні та забезпечити збереження вихідного вмісту аморфної фази в покриттях з аморфно-кристалічною структурою.

 

1. Клименко С. А., Мельнійчук Ю. О. Лезова обробка захисних покриттів. Стан та перспективи // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. – 1999. – № 10. – С. 10-12.

2. Клименко С. А., Мельнийчук Ю. А. Фрактальный подход к обработке резанием материалов и изделий // Сучасні процеси механічної обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин. Серія Г. Процеси механічної обробки, верстати і інструменти: : Зб. наук. праць. – К. : ИСМ НАНУ. – 2001. – С. 22-32.

3. Мельнійчук Ю. О. До питання про знос інструмента з надтвердих матеріалів при точінні зносостійких напилених покриттів з аморфно-кристалічною структурою // Резание и инструмент в технологических системах: Сб. науч. тр. – Харьков: ХГПУ, 2001. – Вып. 60. – С. 138-143.

4. Клименко С. А., Мельнійчук Ю. О. Шорсткість поверхні при точінні напилених покриттів із аморфно-кристалічною структурою // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. – 2001. – Спец. вип. – С. 176-183.

5. Мельнійчук Ю. О., Клименко С. А. Особливості точіння покриттів з аморфно-кристалічною структурою // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства: Зб. наук. праць – Харьков: ХДТУСГ, 2001. – Вип. 8, Т. 1. – С. 69-74.

6. Мельнийчук Ю. А. Температурно-силовые закономерности и структурно-фазовые превращения в обрабатываемом материале при точении напыленных покрытий с аморфно-кристаллической структурой // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту: Зб. наук. праць. – Черкаси: ЧІТІ, 2001. – № 4. – С. 77-84.

7. Мельнийчук Ю. А. Особенности структуры и свойств покрытий с аморфно-кристаллической структурой, применяемых в машиностроении // Proc. International Conf. «XXVI Jupiter Conference», Beograd, febr. 2000. – Beograd (Yugoslavia), 2000. – P. 3. 51-3. 56.

8. Клименко С. А., Щербаков А. В., Мельнийчук Ю. А. Фрактальная оценка механических свойств материалов // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: Мат. 8-го Междунар. семинара, Ялта, сент. 2000. – Киев: АТМ Украины, 2000. – С. 34-35.

9. Клименко С. А., Мельнийчук Ю. А. Фрактальная размерность механических свойств напыленных покрытий с аморфно-кристаллической структурой и шероховатость обработанной поверхности // Качество машин: Тр. 4-й Междунар. конф., Брянск, май 2001. – Брянск: БГТУ, 2001. – С. 18-19.

10. Клименко С. А., Мельнийчук Ю. А., Полонский Л. Г. Точение напыленных покрытий высокой твердости // Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения: Сб. докл. Междунар. конгр., Омск, окт. 2001. – Омск: ОГТУ, 2001. – ч. 1. – С. 358-360.

11. Клименко С. А., Мельнийчук Ю. А. Оценка обрабатываемости резанием гетерогенных материалов по величине фрактальной размерности совокупности их механических свойств // Фракталы и прикладная синергетика: Тез. докл. 2-го междисциплинар. симпозиума, Москва, ноябрь 2001. – М: МГОУ, 2001. – С. 176-178.

 

 

Мельнійчук Ю. О. Особливості точіння покриттів з аморфно-кристалічною структурою. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 03. 01 – «Процеси механічної обробки, верстати та інструменти». Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, Київ, 2002.

Дисертацію присвячено питанню лезової обробки напилених зносостійких покриттів з аморфно-кристалічною структурою (ПАКС). Розроблено методологічний підхід, що дозволяє кількісно визначити структуру оброблюваного матеріалу фрактальною характеристикою. Запропоновано критерій оброблюваності точінням ПАКС, який дозволяє оцінити можливості по забезпеченню належних параметрів стану поверхневого шару покриттів та прогнозувати стійкість ріжучого інструменту. Представлено результати досліджень температурно-силових закономірностей процесу різання ПАКС, особливостей контактної взаємодії інструментального і оброблюваного матеріалів, впливу умов різання на стан поверхневого шару оброблюваних покриттів, зношування та стійкості ріжучого інструменту та визначено особливості протікання процесу точіння ПАКС на відміну від кристалічних аналогів. Установлено критерій, який обмежує процес точіння покриттів з високим (більше 70%) вмістом аморфної фази.

На підставі результатів досліджень розроблено рекомендації щодо призначення умов точіння ПАКС, за яких досягається максимальна стійкість ріжучого інструменту, мінімальні значення параметрів шорсткості поверхні та забезпечується збереження вихідного вмісту аморфної фази в оброблюваному матеріалі.

Ключові слова: оброблюваність, точіння, різець, напилювання, аморфна структура, фрактальна розмірність, неоднорідність матеріалу.

 

 

Мельнийчук Ю. А. Особенности точения покрытий с аморфно-кристаллической структурой. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 03. 01 – «Процессы механической обработки, станки и инструменты». Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, Киев, 2002.

Диссертация посвящена решению научно-технической задачи, которая заключается в разработке процесса лезвийной обработки газотермических износостойких покрытий с аморфно-кристаллической структурой (ПАКС), напыленных с применением порошков и порошковых проволок, состав которых соответствует эвтектическим системам типа Fe-B, Fe-Cr-B, Fe-Si-B. Актуальность работы обуславливается недостатком научно обоснованных рекомендаций по качественной и производительной механической обработке ПАКС, разработка которых имеет важное значение с точки зрения расширения сферы практического использования такого класса покрытий на деталях с высокой размерной точностью и качеством поверхности.

Научную основу диссертации составляет единый подход к проведению теоретических и экспериментальных исследований, который основывается на представлениях о процессе обработки напыленных покрытий, как неоднородных материалов, количественная характеристика, определяющая структуру которых, выступает в качестве критерия обрабатываемости их резанием. На основе фрактальных представлений о структуре обрабатываемого материала разработана методика определения фрактальной размерности совокупности механических свойств материала (Ds), которая комплексно определяет характер нестабильности механических свойств обрабатываемого материала по величине, гетерогенность и дефектность его структуры. Показана эффективность и перспективность использования величины Ds покрытий с различным содержанием аморфной фазы для оценки их обрабатываемости резанием, которая позволяет прогнозировать интенсивность изнашивания режущего инструмента и значения высотных параметров шероховатости поверхности материалов с гетерогенной структурой.

Установлена величина оптимального припуска при точении ПАКС, которая функционально зависит от толщины покрытия.

Предложена методика определения теплофизических характеристик напыленных покрытий, которая учитывает гетерогенность их структуры и позволяет проводить более точный теплофизический анализ процесса резания неоднородных материалов с использованием аналогичных методик, разработанных для монолитных материалов.

В работе представлены результаты исследования температурно-силовых закономерностей процесса точения напыленных аморфно-кристаллических покрытий. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что в процессе точения режущим инструментом с величиной износа hз  0, 3 мм отсутствуют предпосылки для протекания процессов кристаллизации в обрабатываемых ПАКС. На основе результатов экспериментальных исследований установлено, что только одновременное высокоинтенсивное влияние как температурного, так и силового факторов процесса точения приводит к частичной кристаллизации (уменьшение относительного содержания аморфной фазы составляет до  13%) структуры обрабатываемых покрытий с содержанием аморфной фазы (АФ) более 70%, в связи с чем предложен критерий – допустимая мощность резания, который ограничивает процесс точения таких ПАКС.

Установлено, что при обработке ПАКС допустимая величина износа по задней поверхности режущего инструмента, оснащенного поликристаллическим сверхтвердым материалом «киборит», определяется требованиями к состоянию поверхностного слоя обрабатываемого материала и составляет hз = 0, 25…0, 3 мм.

Результаты проведенных исследований показали, что стойкость режущего инструмента и интенсивность его износа в разных температурно-силовых условиях процесса точения ПАКС определяются как абразивным, так и адгезионным изнашиванием, а также химическим взаимодействием между контактирующими материалами и элементами окружающей среды. Установлен интенсивный массоперенос обрабатываемого материала на контактные поверхности инструмента. В процессе точения со скоростью резания v = 1, 0…1, 5 м/с высокоаморфизированных (больше 70% АФ) покрытий образуется плотное налипание, которое уменьшает интенсивность изнашивания инструмента. На основе анализа явлений, которые определяют износ режущего инструмента, отмечено уменьшение влияния неоднородности обрабатываемого материала на интенсивность его протекания с увеличением скорости резания.

Показаны возможности по технологическому управлению качеством обработанной поверхности в процессе точения покрытий с различным содержанием аморфной фазы. При обработке высокоаморфизованых (больше 70% АФ) покрытий в режиме чистового точения достигается шероховатость поверхности Ra 0, 52…0, 63. Установлены закономерности изменения высоты микронеровностей поверхности от условий процесса точения.

На основе результатов исследований и опытно-промышленной проверки разработаны рекомендации по выбору условий резания ПАКС, при которых отмечается максимальная стойкость инструмента, обеспечивается получение необходимого качества поверхности и сохранение исходного содержания аморфной фазы в покрытиях, что позволяет создавать изделия с необходимыми эксплуатационными свойствами.

Ключевые слова: обрабатываемость, точение, резец, напыление, аморфная структура, фрактальная размерность, неоднородность материала.

 

 

Yu. A. Melniychuk Peculiarities of turning coatings having an amorphous-crystalline structure. Manuscript.

Dissertation for a scientific degree of the Candidate of Science (Engineering) in speciality 05. 03. 01 – «Processes of Machining, Machines and Tools». V. Bakul Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2002.

The dissertation deals with cutting of sprayed wear-resistant coatings having an amorphous-crystalline structure (CACS). A criterion for machinability of CACS by turning is suggested, which quantitatively characterises a degree of the structure heterogeneity of the material being machined, the value of which allows the assessment of the technological control of the machined surface quality and prediction of the cutting tool life. Peculiarities have been established of turning the coatings with an amorphous-crystalline structure, which unlike that of crystalline analogues, are due to temperature and power regularities of cutting, peculiarities of the contact interaction between the tool and workpiece materials, effect of the cutting conditions on the state of the coating surface layer, and the tool wear features. A criterion has been suggested for limitation of turning coatings with a high (> 70%) concentration of the amorphous phase.

From the results of the investigations, the optimal conditions of turning CACS have been developed, at which the highest cutting tool life, the lowest parameters of the machined surface roughness and the maintenance of the initial amorphous phase content of coatings can be achieved. The conditions afford products with required operation properties.

Keywords: machinability, turning, cutting tool, spraying, amorphous structure, fractal dimension, heterogeneity of materials.