Композиционное покрытие для режущего инструмента

Главная Биржа Тендеры Форум

Баннер
Баннер

Вход


-= ВНИМАНИЕ! =- Эта регистрация действует только на ПОРТАЛЕ. На ФОРУМЕ и БИРЖЕ СТАНОЧНИКОВ нужно регистрироваться отдельно!



Главная Статьи Композиционное покрытие для режущего инструмента
[email protected]">
Композиционное покрытие для режущего инструмента PDF Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 34
ХудшийЛучший 
Автор: Станочный парк №10 2013   
06.06.2015 05:13

Композиционное покрытие для режущего инструмента

Высокие температуры оказывают отрицательное влияние на физико-химические характеристики инструмента. Для решения этой проблемы используют композиционные покрытия на основе Al2O3, полученные методом микродугового оксидирования, которые обладают коэффициентом стойкости инструмента до 4 раз выше по сравнению с пластинами твердого сплава с традиционными покрытиями.

Повышение стойкости инструмента с разработанным покрытием при точении стали 50

Рис.1. Повышение стойкости инструмента с разработанным покрытием при точении стали 50.

Повышение эксплуатационных характеристик инструмента при резании деталей на совре­менном высокопроизводительном оборудовании явля­ется ключевой задачей механообработки. Эта задача может быть решена путём нанесения на рабочие по­верхности инструмента износостойких покрытий.

Очень важно разработать покрытие, которое бы имело не только высокую износостойкость, но и могло защищать поверхность инструмента от действия высо­ких температур, т.к. на повышенных скоростях резания, ха­рактерных для современного оборудования, температура в зоне резания достигает значения 1000 - 1200 °С. Покры­тие должно обеспечивать стойкость инструмента при указанных температурах. Применяемые в настоящее время покрытия (Al, Ti)N, многокомпонентные покры­тия, многослойные покрытия типа Ti CN с прослойка­ми Al2O3 не в полной мере могут решить поставленную задачу, т.к. имеют высокую твёрдость, но низкие те­плоизолирующие свойства, прослойки Al2O3 имеют по­ристую, не достаточно твёрдую модификацию γ-Al2O3. Эксплуатационные характеристики инструмента могут быть повышены за счёт получения в покрытии различ­ных модификаций Al2O3: пористые метастабильные мо­дификации Al2O3 обладают высокими тепло- и электро­изоляционными свойствами, а α-Al2O3 имеет высокую микротвёрдость. Для получения указанного результата наиболее приемлемым является метод микродугового оксидирования (МДО), который за счёт температуры разряда (более 1200 °С) обеспечивает переход части по­ристой модификации γ-Al2O3 в более плотную и твердую α-Al2O3 (температура перехода >= 1200 °С) [1].

До настоящего времени метод МДО использовался при оксидировании поверхностных слоёв деталей из лёгких металлов, например алюминия. Возможно его применение для деталей из других металлов, работа­ющих в условиях трения, при высоких температурах, в агрессивных средах и др.

Для получения износостойкого покрытия на инстру­менте метод МДО не применялся. В отличие от оксид­ных защитных покрытий, толщина которых на поверхно­сти деталей из лёгких сплавов достигает 100 - 300 мкм, покрытие на режущем инструменте имеет ряд особен­ностей, связанных с его эксплуатацией.

По данным [2], [3] величина напряжений, действую­щих на режущую кромку, может изменяться в пределах σ~50-300 кг/мм2. Кроме того, процесс резания характе­ризуется ярко выраженной нестационарностью: изме­нением термосиловых характеристик, вибрацией ин­струмента по длине обрабатываемой поверхности и др. Поэтому толщина покрытия на режущем инструменте не должна превышать 25 мкм.

С целью определения возможности использования покрытия, полученного с помощью МДО, были прове­дены экспериментальные исследования по нанесению покрытия и оценке стойкостных параметров инструмента.

В качестве сплава основы использовались пласти­ны SNUN120408 из марки твёрдого сплава ТТ10К8Б. Нанесение износостойкого покрытия проводилось ме­тодом МДО на экспериментальной установке, сделан­ной в МИСИС.

С помощью рентгенофазного анализа установлено, что на образцах получены стабильная α-Al2O3 и мета­стабильные пористые модификации - Al2O3.

Микротвёрдость покрытия определялась послой­но. Верхний - тонкий кремовый слой покрытия, со­стоящий из Al2O3 - карра с добавками delta, theta, beta и eta, - хрупкий и пористый. Его твёрдость измерить не удалось в связи с тем, что при нагрузке индентором по­крытие крошилось.

Плотный слой оксида алюминия, представляющий из себя композит, состоящий из матрицы γ-Al2O3 с ми­кротвёрдостью 2300 - 2500 кг/мм2 и более твёрдых вклю­чений α-Al2O3 с микротвёрдостью 2700 - 3300 кг/мм2.

Испытания по определению стойкости разработан­ного покрытия проводились на токарном станке Л-220 по стандартной методике ВНИИТС [4]. В качестве об­рабатываемого материала использовалась сталь 50. Испытания проводились на следующих режимах: V = 200 м/мин, S = 0,2 мм/об; t = 1,0 мм.

Диаграмма повышения коэффициента стойкости (Кст) инструмента с разработанным покрытием при об­работке стали 50 приведена на рис. 1.

Наибольшую стойкость имеют пластины с толщиной покрытия 10 - 20 мкм. При обработке стали 50 коэффици­ент повышения стойкости составляет 4 по отношению к непокрытой основе и 2 - к используемым в настоящее время покрытиям.

Повышение стойкости инструмента с разработанным покрытием при точении стали 50

Рис.2. Повышение стойкости инструмента с разработанным покрытием при точении серого чугуна СЧ-30

Определение стойкости инструмента с разрабо­танным покрытием при обработке серого чугуна СЧ-30 производилось на следующих режимах: V = 200 м/мин, S = 0,2 мм/об; t = 1,0 мм. Сравнение производилось с пластинами одной марки и партии, покрытыми (AI,Ti)N. Результаты испытаний приведены на рис. 2.

На основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

  • метод МДО может быть использован при получе­нии керамикоподобных композитных покрытий на режу­щем инструменте;
  • с помощью метода МДО получено композитное покрытие, содержащее матрицу из пористой модифи­кации у-Al2O3 с включениями плотной и твёрдой моди­фикации а-Al2O3;
  • полученное покрытие повышает стойкость инстру­мента до 2 раз по сравнению с покрытием (Ti,Nb,Zr)N при точении стали 50 и в 4 раза по сравнению с покры­тием (Al,Ti)N при обработке серого чугуна марки СЧ-30.

В.Н. Аникин, к.т.н.; А.И. Пьяное, к.т.н.; А.А. Пьянов. аспирант.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС».

 

ЛИТЕРАТУРА:
1.    Чалый В.П. Гидроокиси металлов, К. 1972 г.
2.    Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента, Москва, Машиностроение - 1982 г. 320 с.
3.    Палетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. М. Машгиз,1962 г. 150 с.
4.    Сплавы твёрдые, порошковые и керамика, изделия для режущего инструмента. Методика испытания режущих свойств. СТП 19.-0-6-88. ВНИИТС.

Обновлено 06.06.2015 05:54
 

Просьба оставлять свои комментарии. Этим вы поможете развитию сайта, сделав его содержание более полезным! Также в комментариях можно писать о замеченных ошибках и неработающий ссылках.


Защитный код
Обновить