Анализ конструкторских особенностей детали "Втулка" и технических условий ее изготовления, страница 20

Большое влияние на толщину покрытия оказывает условия протекания процесса резания. С одно стороны, толстое покрытие заметно повышает износостойкость инструментальной матрицы за счет роста твердости, температурной устойчивости против окисления и коррозии, снижение граничной адгезии. С другой стороны, рост толщины покрытия приводит к заметному увеличению количества дефектов в объеме покрытия, причем таких опасных дефектов как макро- и микропоры, микротрещины, нестехиометрия состава, неоднородность зерна и рост его размера по сечению покрытия по мере удаления его от матрицы и т.д. Таким образом, с увеличением толщины покрытия резко возрастает вероятность появления опасного дефекта, который может привести к динамическому разрушению покрытия. Отсюда и связь оптимальной толщины покрытия с условиями протекания процесса резания.

Для стационарных процессов резания с образованием сливных стружек (т.е. процессов протекающих при высоких скоростях резания, малых толщинах среза при обработке относительно пластичных материалов) толщина покрытия может быть предельно увеличена. Для нестационарного и прерывистого резания (т.е. при формировании дискретных типов стружек, выраженных адгезионноусталостных процессах, резких колебаниях по времени скорости, сечения среза, напряжений и температур) толщину покрытий необходимо снижать из-за склонности к хрупкому разрушению. Таким образом, толщина покрытия является параметром, подлежащем оптимизации в каждом конкретном случае.

Ниже приведены данные оценки оптимальной толщины покрытия на твердосплавных и быстрорежущих инструментах в различных условиях резания. С учетом сильной склонности покрытия к хрупкому разрушению по мере роста толщины, критерием оценки оптимальности служит среднее значение стойкости Тср, полученное при 10-15 дублях испытаний, и коэффициент ее вариации ν.

Влияние толщины покрытия  NiC ГТ на стойкость твердосплавных пластинок ВК6, ТТ10К8Б, Т15К10 при продольном точении стали 45            (НВ 180) и чугуна СЧ32 (НВ 200) показано на рисунке 17.

Для рассматриваемых условий процесса резания толщина покрытий NiC ГТ на всех исследованных твердосплавных матрицах имеет оптимальное значение, которое снижается при обработке чугуна до 5-7 мкм (кривая 2) и увеличивается до 6-10 мкм при обработке стали (кривая 1). Обращает внимание факт большой эффективности покрытий NiC на твердых сплавах ТТ15К8Б и Т15К10 (кривые 1, 4). Так, у контрольных пластинок Т15К10 стойкость была выше стойкости контрольных пластинок ТТ10К8Б и ВК6, в то время как при нанесении на эти пластинки покрытий NiC ГТ оптимальной толщиной (около 8 мкм) стойкость пластинок ВК6 и ТТ10К8Б была выше стойкости пластинок Т5К10 более чем в 2 раза. Это указывает на важную роль свойств твердосплавной матрицы в работоспособности покрытий и поддерживает высказанную выше мысль о увеличении эффективности покрытий при повышении жесткости основы и роста ее сопротивляемости термической деформации.

Эффективность любых покрытий заметно снижается по мере роста подачи, однако такое снижение меньше для более тонких покрытий (см. рисунок 20). Где данные демонстрируют, на сколько сильно зависят коэффициенты повышения стойкости Кст от величины подачи при разных толщинах покрытия. Коэффициент повышения стойкости Кст определяли как отношение средней стойкости инструмента с покрытием к средней стойкости инструмента без покрытия: Тср п / Тср (кривая 1 с толщиной покрытия 1 мкм, 2-2, 3-4, 4-7, 5-14).

На рисунке 21 показана идеализированная схема выбора оптимального значения толщины покрытия по двум параметрам ­– средней стойкости инструмента и коэффициентам вариации. Как правило, область оптимальных значений толщины покрытия лежит между минимальным коэффициентом вариации стойкости νmin и максимальной средней стойкостью Тср max. Режущие инструменты, имеющие толщину покрытия в пределах указанной области, обладают не только максимальной производительностью, но и максимальной надежностью.

Для твердосплавных пластинок, предназначенных для обработки жаропрочных сталей и сплавов, толщина покрытий должна быть уменьшена до 4-6 мкм при получении методом КИБ и 3-5 мкм методом ГТ.

Наиболее эффективным путем повышения способности покрытия сохраняться без разрушения на контактных площадках инструмента более длительное время является комплексная обработка быстрорежущей стали. Например, предварительное ионное азотирование контактных площадок инструмента позволяет не только повысить поверхностную теплостойкость быстрорежущей матрицы и ее способность сопротивляться термопластической деформации, но и создать промежуточный слой между покрытием и матрицей, таким образом снизить критические напряжения на границе их раздела.

Преимущества предварительного ионного азотирования по сравнению с другими методами предварительной химико-термической обработки инструмента из быстрорежущей стали заключается в возможности совмещения обеих операций в одном технологическом цикле при использовании вакуумно-плазменных установок.

Стойкостные исследования инструментов из быстрорежущей стали с различными вариантами покрытий проводили в широком диапазоне изменения режимов резания V = 30..110 м/мин, S = 0,08..0,57 мм/об,                 t = 0,5..2 мм при непрерывном точении стали 45 (НВ 180) при V = 60 м/мин,                     S = 0,03 мм/зуб, t = 0,2 мм, В = 140 мм.

Были проведены стойкостные исследования резцов из быстрорежущей стали с различными типами покрытий: TiC, TiN, MoN, CrN, CrO, (Ni-Cr)N, а также комплексной обработки различных поверхностей (ионное азотирование – покрытие). На рисунке 72 представлены результаты стойкостных исследований пластинок Р6М5 с покрытием монослойного типа MoN и TiN толщиной около 5 мкм. Видно, что стойкость пластинок Р6М5 с покрытием TiN повысилась 2,5-8 раз, а пластин Р6М5 с покрытием MoN – в 1,5-3 раза. Меньшая эффективность пластин Р6М5–MoN объясняется меньшей термодинамической устойчивостью покрытия MoN и склонность к диссоциации при температурах выше 400-500 ºС.