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
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».
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. Гольдштейн М.И. Специальные стали/ М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер // М.: Металлургия, 2015. - 408 с.
2. Анельник Д.Е. Ремонт, восстановление и испытание инструмента и технологической оснастки: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. [Текст]/ Д.Е. Анельник, С.Н. Полевой, В.Д. Евдокимов //Киев: Техника, 2011. - 200 с.
3. Гадалов, В.Н. Локальное электроискровое нанесение покрытий на металлорежущие инструменты из быстрорежущих сталей / В.Н. Гадалов //Станки и инструменты. - 2009. - с. 15-18.
4. Зеленцов, Н.Ф. Комбинированная упрочняющая обработка инструментов из быстрорежущей стали / Н.Ф. Зеленцев // Станки и инструменты. - 2008. - № 1. - С. 25-27.
5. Борисова Л.Г. Методы исследования материалов и процессов: Методические указания для самостоятельной работы / Л.Г. Борисова //Санкт- Петербургский горный университет. СПб, 2016. 63 с.
6. Зуботочение (обкатной скайвинг) для высокой производительности
при зубообработке [Электронный ресурс]. URL:
https://www.emag.com/ru/tekhnologii/skaiving.html (дата обращения
24.04.2019) .
7. Виды покрытий и твердых сплавов для режущего инструмента:
[Электронный ресурс]. URL: http://engcrafts.com/about-us/rezhushchij-
instrument. (дата обращения 4.03.2019)
8. Перспективное оборудование: [Электронный ресурс]. Дата
обращения: 09.01.2019: URL: http://www.axispanel.ru/
9. Давлетбаева Р. Р. Покрытие для режущего инструмента // Молодой
ученый. — 2017. — №2. — С. 98-101. — URL
https: //moluch.ru/archive/136/38195.
10. Официальный сайт компании Gleason. [Электронный ресурс]. Дата обращения: 10.01.2019: URL: www.gleason.com.
11. Кооп С.Г. Термическая обработка быстрорежущей стали.//М., «Металлургия», 2016, 140 с. с ил.
12. Фадюшина М.Н. Станки и инструмент / М.Н. Фадюшина, Е.И. Малинкина // 2012, № 6 , с. 30-31.
13. Гуляев А.И., Сарманова Л.М. «Металловедение и термическая обработка металлов», 2009, №7, с. 2-9.
14. Инструментальные стали. Твердые сплавы / ВГ.ПТипттта. // Металлы и сплавы: справочник / В.К.Афонин, Б.С.Ермаков, Е.Л.Лебедев, др., Ю.П.Солнцев . - СПб.: Профессионал: Мир и Семья, - 2013.
15. Большая Советская энциклопедия. Гл. ред. Б. А. Введенский, 2-е изд. Т. 16. Железо — Земли. 1952. 672 стр., илл.; 51 л. илл. и карт. (стр. 499— 500)/.
16. Инженерный консалтинг [Электронный ресурс]. Дата обращения: 10.02.2019: URL: http: //www. xn--80ageadl e gj l pcbcdl 4axv6o. com/.
17. Позняк Л.А. Инструментальные стали / Л.А. Позняк, С.И. Тишаев, Ю.М. Скрынченко // Справочник. М.: Металлургия, 2008. - 167 с.
18. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. // М.: Металлургия, 1983. -
527 с.
19. Синопальников В.А. Надежность режущего инструмента //Учебное пособие. М., 2009 - 88 с.
20. Попов С.А. Заточка и доводка режущего инструмента// М.: Высшая школа, 2016. - 223 с.
21. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки. Под ред. проф. П. Г. Петрухи. //Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 2014, 616 с
22. Позняк Л.А. Инструментальные стали // Киев: «Наукова думка», 2015, 488 с.
23. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями// М.: Машиностроение, 2013. - 336 с.
24. Арзамасов Б.Н. Ионная химико-термическая обработка сплавов./ Братухин А.Г., Елисеев Ю.С., Панайоти Г.А. //М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009, 400 с.
25. Rakhadilov B.K. Thesis for the degree of Doctor of Philosophy. 2014. -
144 p.
26. Прокошкин Д.А. Химико-термическая обработка металлов - карбонитрация / Д.А. Прокошкин. - М.: Металлургия, 2014. - 240 с.
27. Околович Г.А. Штамповые стали для холодного деформирования металлов: Монография / Г.А. Околович; Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова. Изд. 2-е, переработанное, дополненное. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010, 202 с.
28. Филянд М.А., Е.И. Семенова. Свойства редких элементов. Справочник. 2010. Москва. с. 405.
29. Войнов Б.А. Износостойкие сплавы и покрытия. - М.: Машиностроение, 2010. - с. 37-50.
30. Все о металлургии [Электронный ресурс]. Дата обращения: 10.02.2019: URL: http://metal-archive.ru/.
31. Остаточные сжимающие напряжения и дефекты слоев, упрочненных химико-термической обработкой/ И.П. Банас, Л.В. Морозова, Е.Н. Коробова, О.В. Седов.// Металлург.- 2013.-№7.- С. 66-68.
32. Keddam, M., Chegroune R. A model for studying the kinetics of the formation of Fe2B boride layers at the surface of a gray cast iron//Appl. Surf. Sci. -2010.- V. 256. Iss. 16.- P. 5025-5030.
33. Беккерт, М. Справочник по металлографическому травлению: Пер. с нем. / М. Беккерт, Х. Клемм. - М.: Металлургия, 2009. - 336с.
34. Лещенко Г.И. Плазменное упрочнение и напыление// К.: «Экотехнология», 2003.
35. Табаков, В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента// М.: Машиностроение, 2008. - 311 с.; ил.
36. Астащенко В.И., Гилазов И.Н. Сравнительный анализ обработки
деталей из 38Х2МЮА режущим инструментом из различных материалов - Материалы международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2018» (МНТК «ИМТОМ-2018»).// Ч. 2. Секция 5
«Инновационные сварочные технологии в промышленности» - Казань. -
2018. - с. 303 - 307.
37. Кожевников Д.В., Кирсанов С.В. Металлорежущие инструменты: Учебник. - Томск: Изд-во Том. К58 ун-та, 2003,-392 с.: ил.
38. Григорьев С.Н., Табаков В.П., Волосова М.А., Технологические методов повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента. Учебник. - М.: ИЦ МГТУ «Станкин», Янус-К, 2005. - 508 с.
39. Калачева М.С. Материаловедение. Часть 1. Выбор материала и режима термической обработки для режущего инструмента, штампов: Учебное пособие. - Калинин-град: КГТУ, 2004.- 46 с.
40. Григорьев С.Н., Ильичев Л.Л., Рудаков В.И.. Ионно-плазменное упрочнение инструментальных сталей. Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. - 415 с.
41. Конева Н.А. Физика прочности металлов и сплавов // Соросовский образовательный журнал. - № 7, 1997. - С. 95-102.
42. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент: Справочник / В.С. Самойлов, Э.Ф. Эйхманс, В.А. Фальковский и др. - М.:Машиностроение, 1988. -368 с.
43. Моисеев В.Ф., Григорьев С.Н. Инструментальные материалы. Монография. - М.: ИЦ МГТУ «СТАНКИН», Янус-К, 2004. - 248 с.
44. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; Под общ. ред. А.А. Панова. 2-е изд., перераб. и доп. -М.:Машиностроение, 2004. -784 с.
45. Поляк М.С. Технология упрочнения: Технологические методы упрочнения. В 2-х т. Т.1. -М.:Машиностроение, Л. В. М.- СКРИПТ, 1995, 827с.
46. Поляк М.С. Технология упрочнения: Технологические методы упрочнения. В 2-х т. Т.2. -М.:Машиностроение, Л. В. М.- СКРИПТ, 1995, 685с.
47. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник / В.П. Жедь, Г.В. Боровский, А.Я. Музыкант, Г.М. Ипполитов. -М.:Машиностроение, 1987. - 320 с.
48. Рогов В.А. Современные методы физико-химической обработки: Учеб. пособие. -М.: Изд-во Рос. ун-та дружбы народов, 1997.-86 с.
49. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.
50. Блинков И.В., Челноков В.С. Покрытия и поверхностное модифицирование материалов. Критерии выбора покрытий, их свойства: Учеб. пособие МИСиС. -М.:Учеба, 2003.-76 с.