Помощь студентам в учебе
Повышение стойкости режущего инструмента путём ионно-плазменного упрочнения поверхности
|
Введение 3
Глава I. Материалы для режущего инструмента и технологии его упрочнения 6
1.1 Применение быстрорежущих сталей для инструмента 6
1.2. Твердые сплавы и их особенности использования для режущего инструмента 12
1.3. Применение порошковых материалов в инструментальной промышленности 18
Глава II. Материалы и методы исследования 25
2.1. Состав и свойства сталей для режущего инструмента 25
2.2. Виды и состав порошковых материалов для режущего инструмента 26
2.3. Металлографические методы исследования стальных изделий 27
2.4. Контроль механических свойств изделий и используемое оборудование 31
2.5. Контроль после нанесения износостойкого покрытия 35
Глава III. Анализ материалов для изготовления режущего инструмента 37
3.1. Характеристика режущего инструмента 37
3.2. Сравнительный анализ материалов (нанесение износостойких покрытий) 39
Глава IV. Анализ возможности производства высокостойкого инструмента - долбяка-скайвинг, для обработки стальных заготовок 45
4.1. Станок с ЧПУ для нарезания зубьев Gleason 300PS 45
4.2. Технология изготовления детали 47
4.3. Технология изготовления инструмента 49
4.3.1. Механическая обработка 49
4.3.2. Термическая обработка 53
4.3.3. Нанесение износостойких покрытий 59
4.3.4. Технология заточки инструмента 65
4.4. Исследование стойкости инструмента с различными покрытиями 69
4.5. Факторы, влияющие на износостойкость режущего инструмента 72
5. Выводы 78
6. Список использованных источников 79
7. Приложения
Глава I. Материалы для режущего инструмента и технологии его упрочнения 6
1.1 Применение быстрорежущих сталей для инструмента 6
1.2. Твердые сплавы и их особенности использования для режущего инструмента 12
1.3. Применение порошковых материалов в инструментальной промышленности 18
Глава II. Материалы и методы исследования 25
2.1. Состав и свойства сталей для режущего инструмента 25
2.2. Виды и состав порошковых материалов для режущего инструмента 26
2.3. Металлографические методы исследования стальных изделий 27
2.4. Контроль механических свойств изделий и используемое оборудование 31
2.5. Контроль после нанесения износостойкого покрытия 35
Глава III. Анализ материалов для изготовления режущего инструмента 37
3.1. Характеристика режущего инструмента 37
3.2. Сравнительный анализ материалов (нанесение износостойких покрытий) 39
Глава IV. Анализ возможности производства высокостойкого инструмента - долбяка-скайвинг, для обработки стальных заготовок 45
4.1. Станок с ЧПУ для нарезания зубьев Gleason 300PS 45
4.2. Технология изготовления детали 47
4.3. Технология изготовления инструмента 49
4.3.1. Механическая обработка 49
4.3.2. Термическая обработка 53
4.3.3. Нанесение износостойких покрытий 59
4.3.4. Технология заточки инструмента 65
4.4. Исследование стойкости инструмента с различными покрытиями 69
4.5. Факторы, влияющие на износостойкость режущего инструмента 72
5. Выводы 78
6. Список использованных источников 79
7. Приложения
Актуальность темы. В настоящее время Актуальность темы. В настоящее время развитие металлообрабатывающего производства связано как с созданием нового, так и с совершенствованием имеющего станочного оборудования, режущего и вспомогательного инструмента.развитие металлообрабатывающего производства связано как с созданием нового, так и с совершенствованием имеющего станочного оборудования, режущего и вспомогательного инструмента.
Режущий инструмент является особым объектом технологии металлообработки. Разнообразные условия эксплуатации и, следовательно, нагружения его режущей части вызывают многообразные виды повреждений и отказов технологической системы, а скорости изнашивания инструмента значительно выше, чем скорости изнашивания деталей и узлов станка. Поэтому работоспособность технологической системы в целом в первую очередь зависит от качества применяемого режущего инструмента.
В подавляющем большинстве случаев разупрочнение начинается с поверхности или в приповерхностных слоях, поэтому в решении проблемы надежности и долговечности деталей важна роль химико-термической обработки. Во многих случаях достаточно защитить лишь внешнюю поверхность деталей износостойкими, корризионно-устойчивыми или жаростойкими покрытиями.
Сегодня в машиностроительных отраслях промышленности широко используется инструменты из быстрорежущей стали, порошковой быстрорежущей стали, а также твердосплавные материалы, с различными вариантами износостойких покрытий.
Обеспечить рациональное применение дорогостоящих высоколегированных быстрорежущих сталей возможно, совершенствуя существующие конструкции инструмента, технологию их производства, а также повышая работоспособность инструментальной стали. Это выражается в повышении механических и эксплуатационных свойств материала.
Рациональный выбор режущего инструмента, который обладает высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, при лезвийной обработке различных металлоизделий, является актуальной задачей для любого машиностроительного производства, и особенно при использовании современного оборудования.
Целью диссертационной работы является повышение стойкости режущего инструмента путем ионно-плазменного упрочнения поверхности специальными соединениями.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Изучить свойства, условия работы и механизмы изнашивания быстрорежущей стали, а также порошковой быстрорежущей стали;
2. Выбор объекта исследования;
3. Разработать технологию изготовления объекта;
4. Анализ термообработки выбранного объекта;
5. Проанализировать методы упрочнения сталей, в частности метод нанесения износостойких покрытий;
6. Выполнить сравнительный анализ стойкости режущего инструмента из различных материалов;
7. Анализ возможности производства высокостойкого инструмента, для обработки стальных заготовок.
Научная новизна:
1. Выполнен сравнительный анализ стойкости режущего инструмента из различных материалов и обосновано применение инструмента изготовленного методом порошковой металлургии.
2. Научно обосновано износостойкое покрытие - тип нитрид алюмотитана (AlTiN) , обеспечивающего максимальную износостойкость режущего инструмента, при зуботочении на стальных деталях.
3. Разработана технология нанесения износостойкого покрытия на режущий инструмент, испытывающий одновременно температурные и силовые нагрузки в сочетании с поверхностным износом по всему контуру инструмента.
Практическая значимость. Проведено нанесение различных видов износостойких покрытий на PVD-установке Alpha 400Р. Завершены испытания покрытия нитрид алюмо-титана (AlTiN) на износостойкость инструмента. Данная технология реализована при упрочнении долбяков- скайвинг, предназначенных для обработки стальных заготовок.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были опубликованы в четырех статьях и доложены на российских и зарубежных конференциях: 1) Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», №3 (2017) «О возможности использования борсодержащих
диффузионных покрытий на режущих инструментах из быстрорежущих сталей» (Режим доступа: http//ivdon.ra/ru/magazine/archive/n3y2017/4399); 2) VIII Международная научно-техническая конференция «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2017» (МНТК «ИМТОМ-2017») «О возможности использования электролитноплазменного борирования деталей» (Казань, Россия, 2017); 3) IX
Международная научно-техническая конференция «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2018» (МНТК «ИМТОМ-2018») «Сравнительный анализ обработки деталей из 38Х2МЮА режущим инструментом из различных материалов» (Казань, Россия, 2017); 4) IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 412 (2018) 012004 doi:10.1088/1757-899X/412/1/012004 «The application of plasma- electrolysis boronizing of parts».
Режущий инструмент является особым объектом технологии металлообработки. Разнообразные условия эксплуатации и, следовательно, нагружения его режущей части вызывают многообразные виды повреждений и отказов технологической системы, а скорости изнашивания инструмента значительно выше, чем скорости изнашивания деталей и узлов станка. Поэтому работоспособность технологической системы в целом в первую очередь зависит от качества применяемого режущего инструмента.
В подавляющем большинстве случаев разупрочнение начинается с поверхности или в приповерхностных слоях, поэтому в решении проблемы надежности и долговечности деталей важна роль химико-термической обработки. Во многих случаях достаточно защитить лишь внешнюю поверхность деталей износостойкими, корризионно-устойчивыми или жаростойкими покрытиями.
Сегодня в машиностроительных отраслях промышленности широко используется инструменты из быстрорежущей стали, порошковой быстрорежущей стали, а также твердосплавные материалы, с различными вариантами износостойких покрытий.
Обеспечить рациональное применение дорогостоящих высоколегированных быстрорежущих сталей возможно, совершенствуя существующие конструкции инструмента, технологию их производства, а также повышая работоспособность инструментальной стали. Это выражается в повышении механических и эксплуатационных свойств материала.
Рациональный выбор режущего инструмента, который обладает высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, при лезвийной обработке различных металлоизделий, является актуальной задачей для любого машиностроительного производства, и особенно при использовании современного оборудования.
Целью диссертационной работы является повышение стойкости режущего инструмента путем ионно-плазменного упрочнения поверхности специальными соединениями.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Изучить свойства, условия работы и механизмы изнашивания быстрорежущей стали, а также порошковой быстрорежущей стали;
2. Выбор объекта исследования;
3. Разработать технологию изготовления объекта;
4. Анализ термообработки выбранного объекта;
5. Проанализировать методы упрочнения сталей, в частности метод нанесения износостойких покрытий;
6. Выполнить сравнительный анализ стойкости режущего инструмента из различных материалов;
7. Анализ возможности производства высокостойкого инструмента, для обработки стальных заготовок.
Научная новизна:
1. Выполнен сравнительный анализ стойкости режущего инструмента из различных материалов и обосновано применение инструмента изготовленного методом порошковой металлургии.
2. Научно обосновано износостойкое покрытие - тип нитрид алюмотитана (AlTiN) , обеспечивающего максимальную износостойкость режущего инструмента, при зуботочении на стальных деталях.
3. Разработана технология нанесения износостойкого покрытия на режущий инструмент, испытывающий одновременно температурные и силовые нагрузки в сочетании с поверхностным износом по всему контуру инструмента.
Практическая значимость. Проведено нанесение различных видов износостойких покрытий на PVD-установке Alpha 400Р. Завершены испытания покрытия нитрид алюмо-титана (AlTiN) на износостойкость инструмента. Данная технология реализована при упрочнении долбяков- скайвинг, предназначенных для обработки стальных заготовок.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были опубликованы в четырех статьях и доложены на российских и зарубежных конференциях: 1) Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», №3 (2017) «О возможности использования борсодержащих
диффузионных покрытий на режущих инструментах из быстрорежущих сталей» (Режим доступа: http//ivdon.ra/ru/magazine/archive/n3y2017/4399); 2) VIII Международная научно-техническая конференция «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2017» (МНТК «ИМТОМ-2017») «О возможности использования электролитноплазменного борирования деталей» (Казань, Россия, 2017); 3) IX
Международная научно-техническая конференция «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2018» (МНТК «ИМТОМ-2018») «Сравнительный анализ обработки деталей из 38Х2МЮА режущим инструментом из различных материалов» (Казань, Россия, 2017); 4) IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 412 (2018) 012004 doi:10.1088/1757-899X/412/1/012004 «The application of plasma- electrolysis boronizing of parts».
Выпускная квалификационная работа посвящена повышению стойкости режущего инструмента путем ионно-плазменного упрочнения поверхности специальными соединениями и анализу возможности производства высокостойкого инструмента, для обработки стальных заготовок:
1. Рассмотрены и изучены свойства, условия работы и механизмы изнашивания инструментов из быстрорежущих сталей, а также из порошковых быстрорежущих сталей.
2. Исследована микроструктура и твердость, в термообработанном состоянии, быстрорежущей стали Р6М5К5 и порошковой стали марки ASP®2052, используемые для изготовления режущего инструмента.
3. В качестве объекта исследования выбран инструмент - долбяк- скайвинг, который применяется для зуботочения методом Skiving. Проанализирован маршрут технологического процесса получения инструмента, и изготовления детали, а также виды и особенности оборудования, используемых для изготовления серийных деталей с применением инструмента из различных материалов.
4. Проведен анализ термообработки инструмента, проанализированы методы упрочнения сталей путем нанесения износостойких покрытий.
5. Выполнен сравнительный анализ стойкости режущего инструмента из различных материалов и обосновано применение инструмента изготовленного методом порошковой металлургии.
6. Научно обосновано износостойкое покрытие - тип нитрид алюмотитана (AlTiN) , обеспечивающего максимальную износостойкость и сопротивляемость к выкрашиванию режущего инструмента, при зубоформировании на стальных деталях.
1. Рассмотрены и изучены свойства, условия работы и механизмы изнашивания инструментов из быстрорежущих сталей, а также из порошковых быстрорежущих сталей.
2. Исследована микроструктура и твердость, в термообработанном состоянии, быстрорежущей стали Р6М5К5 и порошковой стали марки ASP®2052, используемые для изготовления режущего инструмента.
3. В качестве объекта исследования выбран инструмент - долбяк- скайвинг, который применяется для зуботочения методом Skiving. Проанализирован маршрут технологического процесса получения инструмента, и изготовления детали, а также виды и особенности оборудования, используемых для изготовления серийных деталей с применением инструмента из различных материалов.
4. Проведен анализ термообработки инструмента, проанализированы методы упрочнения сталей путем нанесения износостойких покрытий.
5. Выполнен сравнительный анализ стойкости режущего инструмента из различных материалов и обосновано применение инструмента изготовленного методом порошковой металлургии.
6. Научно обосновано износостойкое покрытие - тип нитрид алюмотитана (AlTiN) , обеспечивающего максимальную износостойкость и сопротивляемость к выкрашиванию режущего инструмента, при зубоформировании на стальных деталях.