Дискретні покриття на різальному інструменті
Для підвищення ресурсу різального інструменту запропоновано формувати на його поверхні зносостійкі покриття дискретної структури. Із метою забезпечення когезійної міцності покриття за розмір дискретної ділянки беруть крок тріщини покриття. Показано, що в умовах контактного навантаження такі покри...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48004 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Дискретні покриття на різальному інструменті / В.С. Антонюк, О.Б. Сорока, Б.А. Ляшенко, А.В. Рутковський // Проблемы прочности. — 2007. — № 1. — С. 138-143. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48004 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Антонюк, В.С. Сорока, О.Б. Ляшенко, Б.А. Рутковський, А.В. 2013-08-12T13:01:49Z 2013-08-12T13:01:49Z 2007 Дискретні покриття на різальному інструменті / В.С. Антонюк, О.Б. Сорока, Б.А. Ляшенко, А.В. Рутковський // Проблемы прочности. — 2007. — № 1. — С. 138-143. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48004 539.4 Для підвищення ресурсу різального інструменту запропоновано формувати на його поверхні зносостійкі покриття дискретної структури. Із метою забезпечення когезійної міцності покриття за розмір дискретної ділянки беруть крок тріщини покриття. Показано, що в умовах контактного навантаження такі покриття дозволяють запобігти контактному руйнуванню завдяки зменшенню залишкових напружень. Для повышения ресурса режущего инструмента предложено формировать на его поверхности износостойкие покрытия дискретной структуры. С целью обеспечения когезионной прочности покрытия за размер дискретного участка принимают шаг трещины покрытия. Показано, что в условиях контактного нагружения такие покрытия позволяют предотвратить контактное разрушение благодаря уменьшению остаточных напряжений. In order to improve durability of cutting tools, we propose to apply wear-resistant coatings of discrete structure on their surfaces. To ensure high cohesion and strength of coating, the size of a discrete coating area is correlated with crack size in a coating. It is shown that, under contact loading conditions, application of such coatings makes it possible to avoid contact fracture due to the reduction of residual stresses. uk Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Производственный раздел Дискретні покриття на різальному інструменті The analysis of stress localization in the stator-water turbine scroll system Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Дискретні покриття на різальному інструменті |
| spellingShingle |
Дискретні покриття на різальному інструменті Антонюк, В.С. Сорока, О.Б. Ляшенко, Б.А. Рутковський, А.В. Производственный раздел |
| title_short |
Дискретні покриття на різальному інструменті |
| title_full |
Дискретні покриття на різальному інструменті |
| title_fullStr |
Дискретні покриття на різальному інструменті |
| title_full_unstemmed |
Дискретні покриття на різальному інструменті |
| title_sort |
дискретні покриття на різальному інструменті |
| author |
Антонюк, В.С. Сорока, О.Б. Ляшенко, Б.А. Рутковський, А.В. |
| author_facet |
Антонюк, В.С. Сорока, О.Б. Ляшенко, Б.А. Рутковський, А.В. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2007 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Проблемы прочности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The analysis of stress localization in the stator-water turbine scroll system |
| description |
Для підвищення ресурсу різального інструменту запропоновано формувати на його поверхні
зносостійкі покриття дискретної структури. Із метою забезпечення когезійної міцності
покриття за розмір дискретної ділянки беруть крок тріщини покриття. Показано, що в
умовах контактного навантаження такі покриття дозволяють запобігти контактному
руйнуванню завдяки зменшенню залишкових напружень.
Для повышения ресурса режущего инструмента предложено формировать
на его поверхности износостойкие покрытия дискретной структуры. С целью
обеспечения когезионной прочности покрытия за размер дискретного участка
принимают шаг трещины покрытия. Показано, что в условиях контактного
нагружения такие покрытия позволяют предотвратить контактное разрушение
благодаря уменьшению остаточных напряжений.
In order to improve durability of cutting tools,
we propose to apply wear-resistant coatings of
discrete structure on their surfaces. To ensure
high cohesion and strength of coating, the size
of a discrete coating area is correlated with
crack size in a coating. It is shown that, under
contact loading conditions, application of such
coatings makes it possible to avoid contact fracture
due to the reduction of residual stresses.
|
| issn |
0556-171X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48004 |
| citation_txt |
Дискретні покриття на різальному інструменті / В.С. Антонюк, О.Б. Сорока, Б.А. Ляшенко, А.В. Рутковський // Проблемы прочности. — 2007. — № 1. — С. 138-143. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT antonûkvs diskretnípokrittânarízalʹnomuínstrumentí AT sorokaob diskretnípokrittânarízalʹnomuínstrumentí AT lâšenkoba diskretnípokrittânarízalʹnomuínstrumentí AT rutkovsʹkiiav diskretnípokrittânarízalʹnomuínstrumentí AT antonûkvs theanalysisofstresslocalizationinthestatorwaterturbinescrollsystem AT sorokaob theanalysisofstresslocalizationinthestatorwaterturbinescrollsystem AT lâšenkoba theanalysisofstresslocalizationinthestatorwaterturbinescrollsystem AT rutkovsʹkiiav theanalysisofstresslocalizationinthestatorwaterturbinescrollsystem |
| first_indexed |
2025-11-25T22:19:04Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:19:04Z |
| _version_ |
1850562215338311680 |
| fulltext |
УДК 539.4
Дискретні покриття на різальному інструменті*
В. С. А н тон ю ка, О. Б . С ор о ка6, Б. А. Л яш ен ко 6, А. В. Р у тк о в сь к и й 6
а Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”,
Київ, Україна
6 Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України, Київ, Україна
Для підвищення ресурсу різального інструменту запропоновано формувати на його поверхні
зносостійкі покриття дискретної структури. Із метою забезпечення когезійної міцності
покриття за розмір дискретної ділянки беруть крок тріщини покриття. Показано, що в
умовах контактного навантаження такі покриття дозволяють запобігти контактному
руйнуванню завдяки зменшенню залишкових напружень.
К л ю ч о в і с л о в а : різальний інструмент, покриття дискретного типу, когезійне
розтріскування, залишкові напруження, контактне навантаження.
Постійно зростаючі вимоги до підвищення експлуатаційних характе
ристик різального інструменту з покриттям, який широко використовується
в металообробній промисловості, пов’язані з їх покращанням шляхом по
шуку нових сполук, архітектури покриття та вдосконалення методів отри
мання.
Інструментальний матеріал для високопродуктивної обробки деталей
повинен мати такі властивості: твердість і зносостійкість алмазу, хімічну
стабільність мінералокераміки і питому в ’язкість швидкорізальної сталі.
Окрім цього для нього характерні: висока стійкість, теплопровідність і
низька чутливість до перепаду температур. Доки такий матеріал ще не
створений, найбільш перспективним шляхом підвищення стійкості різаль
ного інструменту є застосування зносостійких покриттів [1].
Разом із тим формування на важковантажних робочих поверхнях різаль
ного інструменту зміцнюючих суцільних покриттів не забезпечує високі
показники його працездатності [2]. Значно підвищити експлуатаційні харак
теристики робочих поверхонь інструменту можна шляхом формування за
хисних покриттів дискретного типу [3]. Відсутність рекомендацій для визна
чення їх параметрів та систематизованих даних щодо впливу модифікованого
поверхневого шару на підвищення працездатності різального інструменту
зумовлює необхідність проведення досліджень.
Регулювання складу покриття, мікрогеометрії, структури і фізико-меха-
нічних властивостей поверхневих шарів дозволяє забезпечити умови опти-
мізації процесу тертя і мінімізації зношення різального інструменту. Тому
метою роботи є вибір таких параметрів дискретної структури покриття, за
яких знижується рівень напружень, відповідальних за зносостійкість поверх
ні тертя.
* За матеріалами доповіді на міжнародній науково-технічній конференції “Динамика, проч
ность и ресурс машин и конструкций” (1-4 листопада 2005 г., Київ, Україна).
© В. С. АНТОНЮК, О. Б. СОРОКА, Б. А. ЛЯШЕНКО, А. В. РУТКОВСЬКИЙ, 2007
138 Ї88И 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 1
Дискретні покриття на різальному інструменті
Руйнування покриття може відбуватися шляхом когезійного розтріску
вання під впливом нормальних напружень, що виникають внаслідок дії
зовнішнього навантаження та нагрівання інструменту, а також залишкових
напружень, зумовлених процесом нанесення покриття. У цьому випадку
параметри дискретного покриття визначають на основі розрахунку величини
критичного кроку тріщ ини [4, 5]. М аксимально припустимий крок тріщини
в суцільному покритті буде:
1
с - - ї 1”
a T + а E „ h „
0,1 + —1— — Іі + —
V £ крE п І E oH o ! j
(1)
Т ■ ■де о п - напруження в покритті, що виникають під дією температурного
градієнта; о пал - залишкові напруження в покритті; є - критична дефор
мація основи, за перевищення якої починається когезійне розтріскування;
Н о - напівтовщина основи; Нп - товщина покриття; Е о, Е п - модулі
пружності основи і покриття; к - коефіцієнт, що залежить від модулів
пружності основи і покриття,
G oh n + G пH о \ Е пh п Е оН о /
(2)
(G п , G o - модулі зсуву покриття і основи).
М аксимальний розмір ділянки дискретного покриття складає:
D max ^ C п. (3)
Аналіз виразу (1) дозволяє отримати залежності критичного розміру
дискретної ділянки покриття від відношення суми залишкових і темпера
турних напружень до когезійної міцності покриття. На основі цієї залеж
ності для конкретного матеріалу покриття можна отримати таке відношення
товщини до розміру дискретної ділянки покриття, що дозволить запобігти
когезійному розтріскуванню для заданих умов експлуатації різального інст
рументу. При цьому збільш ення товщ ини дискретної ділянки покриття
можна досягнути за рахунок зменшення залишкових напружень або підви
щення когезійної міцності.
Руйнування покриття може відбуватися не тільки внаслідок порушення
його когезійної або адгезійної міцності, але й контактної міцності. При
цьому наявність залишкових напружень стиску значно підвищує рівень
максимального еквівалентного напруження. Тому для зниження еквівалент
ного напруження в покритті формують його дискретну структуру, для якої
залишкові напруження значно менші, аніж в суцільних покриттях. Стан,
коли в покритті діють значні напруження стиску, є типовим для покриттів,
що отримані методом вакуум-плазмової конденсації [6-8].
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, N2 1 139
В. С. Антонюк, О. Б. Сорока, Б. А. Ляшенко, А. В. Рутковсъкий
Вивчення впливу конструкції покриття на величини залишкових напру
жень стиску в вакуум-плазмових покриттях на основі нітриду титану пока
зало, що в покриттях дискретної структури порівняно з суцільними покрит
тями спостерігається їх зниження. Ці напруження зменшуються зі зменшен
ням розмірів дискретної ділянки (рис. 1).
о 0,1 0,2 0,3 0,4 Д м м
о
-1
-2
-з
-4
-5
-6
ГПа
Рис. 1. Залежність залишкових напружень стиску о^“ від розміру ділянки Б дискретних
покриттів ТІК різної товщини: 1 - Н = 3 мкм; 2 - Н = 5 мкм; 3 - Н = 12 мкм.
Важливим геометричним параметром покриття дискретної структури є
його щільність ф. Нижню межу щільності можна визначити за умови, що
для такого покриття еквівалентне напруження на поверхні контакту від дії
зовнішнього навантаження та залишкових напружень повинно бути мен
шим, аніж допустиме напруження для матеріалу покриття при стисканні:
1ЄКВ
де о п - еквівалентні напруження на поверхні суцільного покриття від дії
зовнішнього контактного і дотичного навантаження та залишкових напру
жень; [дп ] - допустиме напруження при стисканні для матеріалу покриття;
к і ( Б , Н) - коефіцієнт, що визначає частку, яку становлять залишкові напру
ження в покритті дискретної структури заданого розміру Б і товщини Н
відносно залишкових напружень у суцільному покритті.
Верхню межу щільності покриття визначимо за умови, що в проміжках
між ділянками дискретного покриття при дії контактного навантаження
спостерігається підвищення напружень в основі при зближенні цих ділянок.
Ці напруження повинні бути меншими, аніж допустимі напруження при
стисканні для матеріалу основи:
0 Оеквф 2(а) £ [д 0 ]> (5)
де о 0 - еквівалентні напруження в основі з суцільним покриттям від дії-’екв
зовнішнього навантаження; [д0 ] - допустиме напруження при стисканні для
матеріалу основи; к 2 ( а ) - коефіцієнт, що показує, наскільки змінюються
напруження в основі при зміні кроку а ділянок дискретного покриття.
140 ІББМ 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 1
Дискретні покриття на різальному інструменті
За допомогою формул (4), (5) отримуємо співвідношення для щільності
покриття дискретного типу:
апеквк 1(О , к ) [до ]
• (6)[д п ] к 2 ( а )а Се
Використання покриттів дискретної структури дозволяє значно знизити
рівень напружень у покритті, виключити його когезійне розтріскування та
руйнування від дії контактного навантаження.
Проведено також дослідження впливу конструктивних параметрів по
криття на працездатність різального інструменту. Для досліджень викорис
товували твердосплавні пластини ВК8 із покриттями ТІК суцільного та дис
кретного типу. Порівняльні дослідження на зносостійкість твердосплавних
пластин ВК8 із покриттями проводили при точінні сталі ХВГ (И Я Є 62...64)
на токарному верстаті 16К20. Покриття наносили на устаткуванні вакуум-
плазмового напилення ННВ-6,6-И1. Товщина покриття становила 8 мкм.
Режими обробки вибирали в межах: швидкість різання V — 0,83...2,56 м/с;
подача я — 0,1 ...0,3 мм/об; глибина різання і — 0,1...0,25 мм. За критерій
спрацю вання вибирали смужку зносу (кз — 0,4 мм) по задній поверхні
різця.
Як показали експериментальні дослідження, внаслідок значних термо
силових навантажень суцільні покриття в процесі різання розтріскуються і
відшаровуються від основи (рис. 2,а), в той час як в покриттях дискретної
структури відшаровування від основи практично відсутнє (рис. 2,6).
а б
Рис. 2. Характер зношування різальної пластини ВК8 із покриттям ТІМ суцільного (а) та
дискретного типу (б).
При цьому ресурс інструменту з покриттям дискретної структури під
вищується в 1,8-2,6 раза порівняно з інструментом без покриття і в 1,3—1,8
раза порівняно з інструментом із суцільним покриттям (рис. 3). Отримані
результати можна пояснити на основі експериментально-розрахункових до
сліджень [9], враховуючи, що в умовах контактного навантаження відбува
ється перерозподіл напружень у системі основа-покриття, коли саме по
криття стає найбільш напруженою ланкою.
0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 1 141
В. С. Антонюк, О. Б. Сорока, Б. А. Ляшенко, А. В. Рутковский
Т. хв
60 ■,
Рис. 3. Порівняльні значення ресурсу інструменту з твердого сплаву ВК8 із покриттям ТІК
при точінні сталі ХВГ: а - без покриття; б - суцільне покриття; в - покриття дискретної
структури.
На рис. 4 наведено залежність ресурсу різального інструменту з покрит
тям ТІК від щільності \р. Як видно, існує інтервал оптимальних значень
щ ільності покриття, що відповідаю ть умовам оптимального напружено-
деформованого стану поверхневого шару покриття і забезпечують макси
мальну стійкість інструменту.
Рис. 4. Залежність ресурсу різального інструменту з покриттям ТІК від щільності р .
Проведені дослідження зносостійкості та характеру спрацювання р і
зального інструменту показали, що суцільні покриття в процесі різання мо
жуть відшаровуватись, що призводить до зміни механізму зношування і
втрати захисних зносостійких властивостей, в той час як поверхневий шар
інструменту з покриттям дискретної структури зберігає зносостійкість.
Установлено, що підвищити експлуатаційні характеристики різального інст
рументу можна за рахунок формування покриттів дискретної структури з
оптимальними параметрами (щільність, розмір дискретних ділянок, рівень
залишкових напружень).
Р е з ю м е
Для повышения ресурса режущего инструмента предложено формировать
на его поверхности износостойкие покрытия дискретной структуры. С целью
обеспечения когезионной прочности покрытия за размер дискретного участ
ка принимают шаг трещины покрытия. Показано, что в условиях контакт
ного нагружения такие покрытия позволяют предотвратить контактное раз
рушение благодаря уменьшению остаточных напряжений.
Т, хв
20
10
0
0 25 50 75 у, %
142 ІББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 1
Дискретні покриття на різальному інструменті
1. K lo c k e F. a n d K r ig T. Coated tools for m etal cutting - features and
applications // Annals o f the CIRP. - 1999. - 48/2. - P. 515 - 525.
2. Л я ш е н к о Б. А., К л и м е н к о С. А . Тенденции развития упрочняющей
поверхностной обработки и положение в Украине // Сучасне маш ино
будування. - 1999. - № 1. - С. 94 - 104.
3. Л я ш е н к о Б. А., К у зе м а Ю . А., Д и г а м М . С. и др. Упрочнение поверх
ности металлов покрытиями дискретной структуры с повышенной адге
зионной и когезионной стойкостью. - Киев: Ин-т пробл. прочности АН
УССР, 1984. - 57 с.
4. А н т о н ю к В. С ., Л я ш е н к о Б. А ., С о р о к а Е. Б . Выбор параметров покры
тий дискретной структуры при модификации поверхности режущего
инструмента // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2005. - № 3. -
С. 49 - 50.
5. Л я ш е н к о Б. А ., С о рока Е. Б ., Р у т к о вс к и й А . В ., Л и п и н с к а я Н . В . Опре
деление параметров дискретной структуры покрытий с учетом оста
точных напряжений // Пробл. прочности. - 2002. - № 4. - С. 119 - 125.
6. В н у к о в Ю . Н ., М а р к о в А . А ., Л а в р о в а Л . В ., Б е р д ы ш е в Н . Ю . Нанесение
износостойких покрытий на быстрорежущий инструмент / Под общ.
ред. Ю. Н. Внукова. - Киев: Техніка, 1992. - 143 с.
7. Л я ш е н к о Б. А ., Р у т к о вс к и й А . В., С о р о к а Е. Б., Л и п и н с к а я Н . В . О
снижении остаточных напряжений в вакуум-плазменных покрытиях //
Пробл. прочности. - 2001. - № 4. - С. 62 - 67.
8. Л я ш е н к о Б. А ., А н т о н ю к В. С., С о р о к а Е. Б., Р у т к о вс к и й А . В . О сни
жении остаточных напряжений в вакуум-плазменных покрытиях дис
кретной структуры // Сверхтвердые материалы. - 2005. - № 2. - С. 72 -
75.
9. А н т о н ю к В. С ., С о р о к а О. Б ., К а л ін іч е н к о В. І. Аналіз напружено-
деформованого стану різального інструменту з покриттями // Вісник
Національного технічного університету України “Київський політехніч
ний інститут”. Сер. Приладобудування. - 2004. - Вип. 27. - С. 84 - 89.
Поступила 04. 11. 2005
ISSN 0556-171X. Проблемыг прочности, 2007, № 1 143
|