WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

КУРОЧКИН АНТОН ВАЛЕРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОНОЛИТНЫХ

ТВЕРДОСПЛАВНЫХ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ ПУТЕМ

ОПТИМИЗАЦИИ АРХИТЕКТУРЫ МНОГОСЛОЙНЫХ

НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ

ПОКРЫТИЙ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рыбинск – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева».

Научный руководитель:

заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Кожина Татьяна Дмитриевна.

Официальные оппоненты:

Постнов Владимир Валентинович, доктор технических наук, профессор, Уфимский государственный авиационный технический университет, заведующий кафедрой «Мехатронные станочные системы»;

Михайлов Станислав Васильевич, доктор технических наук, профессор, Костромской государственный технологический университет, профессор кафедры «Технологии машиностроения».

Ведущая организация: открытое акционерное общество "Научно– производственное объединение "Сатурн", г. Рыбинск.

Защита диссертации состоится 4 апреля 2012 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета Д 212.210.01 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева» по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославской области, ул. Пушкина, 53, ауд. Г-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева».





Автореферат разослан 2 марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Конюхов Борис Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации рассматриваются вопросы повышения стойкости монолитных твердосплавных концевых фрез за счет применения многослойных наноструктурированных износостойких покрытий.

Актуальность темы.

Непрерывное совершенствование конструкций авиационных двигателей, широкое применение труднообрабатываемых материалов для изготовления ответственных деталей с высокой точностью рабочих поверхностей привело к широкому внедрению станков с числовым программным управлением, обрабатывающих центров, автоматических линий и другого дорогостоящего оборудования, требующего значительной интенсификации режимов резания и как следствие, вызывающих повышенный расход режущего инструмента.

Одним из эффективных средств сокращения расхода инструмента при достижении высокого уровня производительности металлообработки является применение инструмента с износостойкими покрытиями. Износостойкие покрытия позволяют получить рабочие поверхности инструмента с необходимыми служебными характеристиками, как правило, не изменяя свойств основного инструмента. Поэтому в настоящее время фирмы-производители инструмента, такие как Sandvik Coromant, Iscar, Dormer, Walter, ЗАО «НИР», Кировоградский завод твердых сплавов и др., ведут активные разработки по следующим основным направлениям: совершенствование геометрии и материала режущей части, разработка технологий износостойких покрытий.

Сейчас все большее распространение получают наноструктурированные многослойные покрытия, состоящие из нескольких основных слоев, разделенных тонкими промежуточными. Технология нанесения позволяет придать им характеристики, необходимые для конкретных условий обработки, и гарантировать, что покрытие эффективно дополняет физико-механические свойства основы из тврдого сплава. В многослойном покрытии каждый износостойкий слой выполняет свою функцию, улучшающую эксплуатационные свойства режущей кромки. Варьируя составом и толщиной слоев, можно создать режущие кромки из тврдых сплавов, предназначенные для обработки определенной группы материалов для выполнения конкретных операций, либо универсальные в применении для различных обрабатываемых материалов и технологических операций обработки.

Наиболее эффективно многослойные наноструктурированные покрытия применяются для твердосплавных концевых фреза с целью предотвращения сколов режущих кромок при возникновении ударных нагрузок. Во многих случаях фрезами производятся операции по обработке сложных поверхностей на дорогостоящем оборудовании, поэтому существенное увеличение режимов обработки и повышение стойкости фрезы, благодаря применению многослойных многофункциональных наноструктурированных покрытий, существенно снижает себестоимость изделия и позволяет эффективнее использовать оборудование.

Таким образом, оптимизация параметров технологических процессов нанесения и эксплуатации многослойных износостойких наноструктурированных покрытий твердосплавных концевых фрез становится актуальным и значимым направлением работы на пути к созданию режущего инструмента, применимого в различных областях современной промышленности.





Целью работы является повышение работоспособности монолитных твердосплавных концевых фрез путем оптимизации архитектуры многослойных наноструктурированых износостойких покрытий.

Поставленная цель достигается решением следующих теоретических и прикладных задач:

Разработкой математических моделей резания осевым твердосплавным инструментом с наноструктурированными износостойкими покрытиями с учетом особенностей резания монолиными твердосплавными фрезами с многослойными покрытиями.

Исследованием зависимостей, характеризующих разрушение покрытий на инструменте, на основе которых должны быть сформированы наиболее рациональные архитектуры многослойных наноструктурированных покрытий монолитных твердосплавных концевых фрез.

Анализом основных методов износостойких покрытий монолитных твердосплавных концевых фрез и выбором наиболее эффективных способов покрытий с точки зрения повышения работоспособности инструмента.

Оптимизацией технологии синтеза многослойных износостойких наноструктурированных покрытий монолитных твердосплавных концевых фрез по граничному комплексу отслоения покрытия и разработкой оптимального варианта структуры демпфирующего покрытия.

5. Испытанием и исследованием силовых параметров резания с целью выявления стойкостных характеристик монолитных твердосплавных концевых фрез с полученным многослойным покрытием, определением достоверности полученных математических моделей и внедрением результатов исследования в производство монолитных твердосплавных концевых фрез.

Общая методика исследований основана на теоретических исследованиях, проводимых с использованием фундаментальных положений механики, теории резания и теории упругости, технологии машиностроения, теории пластической деформации, теории вероятности, методов планирования экспериментов, методов моделирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования выполнены в производственных и лабораторных условиях на специальном оборудовании с использованием системы автоматизированной фиксации экспериментальных данных и их обработкой с использованием программных продуктов Mathsoft Mathcad, Microsoft Office Excel.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных методов обработки и сопоставления расчетных и экспериментальных данных с помощью программ: MathStat-5, Statistica, Statgraf.

Научная новизна работы заключается в - предложенной автором оптимизации архитектуры многослойного износостойкого наноструктурированного покрытия монолитных твердосплавных концевых фрез по граничному комплексу отслоения, на основе разработки математических моделей оценки напряженного деформированного состояния покрытий, и процесса резания монолитными твердосплавными концевыми фрезами с многослойными износостойкими покрытиями, позволяющих прогнозировать их стойкостные характеристики;

- разработанном алгоритме выбора рационального покрытия монолитных твердосплавных концевых фрез, учитывающем комплекс факторов, определяющих стойкость покрытия на инструменте, в том числе физикомеханические свойства обрабатываемого и инструментального материала, режимы резания, геометрические параметры режущего инструмента, что позволило прогнозировать структуру многослойного покрытия на стадии технологической подготовки производства.

- установлении закономерности о наименьшей дефектации многослойного износостойкого наноструктурированого покрытия монолитной концевой фрезы достигаемой рациональными значениями граничного комплекса отслоения покрытия, характеризующегося пороговым значением составляющей силы резания Pz на задней поверхности зуба фрезы;

- теоретически обоснованном и экспериментально подтвержденном способе повышения стойкостных характеристик монолитных твердосплавных концевых фрез за счет оптимизации архитектуры многослойных износостойких наноструктурированных покрытий по граничному комплексу отслоения.

Практическая ценность работы состоит в оптимизации технологии демпфирующего многослойного износостойкого покрытия на монолитные твердосплавные концевые фрезы по граничному комплексу отслоения, обеспечивающей повышение ресурса работы инструмента между переточками, а также оптимизации процесса нанесения покрытия по граничному комплексу отслоения покрытия, обеспечивающим оптимальные режимы резания.

В процессе работы выполнен анализ состояния исследуемой проблемы с учтом результатов прогнозных исследований, сформулированы требования к технологическим процессам изготовления многослойных износостойких наноструктурированных покрытий монолитных твердосплавных концевых фрез, применяемых при обработке деталей авиационных газотурбинных двигателей из труднообрабатываемых материалов и характеристикам износостойких покрытий.

Автор защищает 1. Модель синтезирования многослойного износостойкого наноструктурированного покрытия и возможность прогнозирования стойкостных характеристик покрытий по граничному комплексу отслоения.

2. Модели процесса резания твердосплавными монолитными концевыми фрезами с наноструктурированными износостойкими покрытиями с учетом особенностей резания и элементного формирования стружки.

3. Модели оценки напряженно-деформированного состояния покрытий монолитных твердосплавных концевых фрез, позволяющие прогнозировать рекомендации области их применения.

4. Предложенную оптимизированную демпфирующую архитектуру многослойного износостойкого наноструктурированного покрытия по граничному комплексу отслоения.

Реализация результатов работы. Основные положения диссертации внедрены на предприятии ЗАО «Новые инструментальные решения» в виде каталога предприятия, включающего в себя рекомендации по использованию инструмента с многослойными износостойкими покрытиями, применяемого при обработке деталей авиационных газотурбинных двигателей из труднообрабатываемых материалов, с целью повышение эффективности изготовления металлорежущего инструмента с наноструктурированными покрытиями.

Апробация работы: отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на «Конкурсе молодых специалистов авиационно-космической отрасли» в 2008 г., г. Москва, Организатор – Торгово-промышленная палата Российской Федерации (работа награждена дипломом третьей степени); на «Международном форуме по нанотехнологиям» декабрь 2008г. Организатор – ГК «РОСНАНОТЕХ»; конкурсе работ молодых ученых «У.М.Н.И.К.» г. Алушта 2009 г. Организатор – МАИ; доклад на конференции в рамках выставки «Высокие технологии, инновации, инвестиции» 2008г. г. Санкт-Петербург; конкурсе молодых специалистов в рамках авиационного салона МАКС-2009 г. Жуковский, организатор – РГАТА им. П.А. Соловьева; доклад на конгрессе в рамках выставки «Двигатели 2010», организатор конгресса – ФГУП «ВИАМ», г.

Москва, апрель 2010г., полностью работа докладывалась и обсуждалась на кафедре «Резание материалов, станки и инструмент» им. С.С. Силина РГАТА им.

П.А. Соловьева.

Автором диссертации выполнялись научно-исследовательские работы по грантам и программам Министерства образования и науки РФ совместно с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «У.М.Н.И.К.-2011».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 из них в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 учебно-методических пособия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с общими выводами по работе, списка использованных источников из 142 наименований и приложений. Объем работы 206 страниц, диссертация содержит 64 рисунка, 13 таблиц, 30 формул.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационной работы, кратко сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена анализу состояния вопроса особенностей эксплуатации монолитных твердосплавных концевых фрез с износостойкими покрытиями и причин их отказов. Вопросом повышения работоспособности режущего инструмента занимались многие отечественные и зарубежные ученые:

Аваков А.А., Безъязычный В.Ф., Бобров В.Ф., Быков Ю.М., Васин С.А., Верещака А.С., Волков Д.И., Грановский Г.И., Жилин В.А., Зорев Н.Н., Кабалдин Ю.Г., Кожина Т.Д., Лоладзе Т.Н., Макаров А.Д., Михайлов С.В., Паладин Н.М., Постнов В.В., Силин С.С., Табаков В.П., Талантов Н.В., Krishnamurthy S., Matthews, A., Bouzakis, K. D., Venkatesh, T.A., Wang, J.S.

и др. Наиболее эффективным и активно развивающимся направлением повышения работоспособности инструмента во всем мире, является разработка и применение методов модификации поверхностных свойств инструмента: пластическим деформированием, электроэрозионным и лазерным легированием, синтезом покрытий и др.

(Chemical vapor deposition - химическое парофазное осаждение) (physical vapor deposition - Напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы) Метод магнеВысокое качество и однородность испаритель 2 – инструмент; 3 – дуга;

4 – изолятор; 5 – система Несмотря на имеющиеся преимущества и недостатки различных методов модификации поверхностного слоя инструмента наиболее эффективным методом повышения различных его свойств, является направленная модификация поверхности путем осаждения функциональных покрытий. Состав и свойства износостойких покрытий в значительной степени зависят от техники и технологии их нанесения (рис. 1).

Проведенный анализ показывает, что вопросы эффективного применения концевого инструмента с износостойким покрытием, изучены недостаточно.

Рекомендации по выбору условий синтеза износостойких покрытий, имеют широкий диапазон параметров, по разным данным они могут значительно отличаться.

Изучение опыта разработки износостойких покрытий и технологических процессов их нанесения на монолитные твердосплавные концевые фрезы показывает, что наиболее удовлетворительным комплексом свойств могут обладать многослойные наноструктурированные покрытия сложного состава с определенной структурой, полученные методом магнетронного ионно-плазменного осаждения, при котором температуры подложек невелики (менее 100-2000C), что расширяет возможности получения наноструктурных покрытий с небольшим размером зерен без образования металлической капельной фазы.

Рис. 2. Схема расчета сил резания при фрезеровании инструментом с покрытием: 1 – режущая кромка зуба инструмента;

2 – обрабатываемый материал; 3 – срезаемая стружка;

Во второй главе на основе анализа ранее выполненных исследований, представлена разработка математической модели резания осевым инструментом, на примере концевой фрезы, деталей из труднообрабатываемых материалов.

Силы, действующие на режущее лезвие, складываются из сил, возникающих в зоне стружкообразования, и сил, развиваемых на задней поверхности инструмента (рис. 2). Силы трения на задней поверхности складываются из трех частей: во-первых, действует сила трения на задней поверхности застойной зоны; во-вторых, сила трения на радиусном переходе с покрытием, производящем пластическое подмятие металла; в-третьих, сила трения на площадке износа покрытия, образующей заднюю поверхность зуба. Учитывая длину задней поверхности, радиусного участка, застойной зоны, наличия покрытия на инструменте, средний коэффициент трения на этих поверхностях, а также напряжения сдвига, можно определить проекции сил на оси z и y. При суммировании необходимо учитывать то обстоятельство, что в случае недостаточной глубины внедрения зуба фрезы происходит лишь подмятие материала, при котором силы в плоскости сдвига отсутствуют. Таким образом, проекции сил на оси z и y можно записать в следующем виде:

где Pz – проекция силы резания, действующей на одно из лезвий режущего зуба фрезы на ось Оz; Н; Py – проекция силы резания, действующей на одно из лезвий режущего зуба фрезы на ось Оy; Н; р – сопротивление пластическому сдвигу; Па; b1 – ширина среза; м; а1i – глубина внедрения зуба фрезы; м; 1 – высота подминаемого слоя, м; 1 – радиус округления режущей кромки; м; В – тангенс угла наклона условной плоскости сдвига; м – плотность обрабатываемого материала; vр – скорость резания; ср – среднее значение переднего угла; lз – длина площадки износа на режущем лезвии; lн – длина застойной зоны; µ – средний коэффициент трения по задней поверхности; hПn – толщина n слоя многослойного покрытия, м.

Полученное выражение для составляющих силы резания зуба фрезы с режущей кромкой с покрытием полностью учитывает особенности, характерные для обработки концевыми фрезами с покрытием. Главной особенностью является то, что часть сечения среза подминается, другая часть срезается в виде стружки.

Это означает, что происходит пластическая деформация обрабатываемой поверхности заготовки, где создается наклепанный слой материала. Важнейшую роль при этом играют процессы трения на контактных поверхностях вызывающие разрушение покрытия.

Полученные аналитические зависимости для расчета силы резания инструментом с покрытием учитывают пластическое подмятие обрабатываемого материала режущей кромкой с нанесенным на нее покрытием с учетом возможно износа покрытия и позволяют рассчитать силы резания при обработке любых материалов.

В третьей главе представлены исследования дефектации многослойных покрытий с целью выявления наиболее рациональных архитектур многослойных покрытий применительно к монолитным твердосплавным концевым фрезам. Для оценки дефектации покрытий, автором предлагается рассмотреть двумерную конечно-элементную модель растрескивания системы «покрытие – подслой – подложка». Рассматривается составная модель, представляющая собой твердое износостойкое покрытие с промежуточным слоем титана и твердосплавным основанием. Для изучения распределения напряжений и образования трещин свойства материала покрытия и промежуточного слоя были выбраны различными. Распределение напряжений неравномерно через всю толщину покрытия. Для решения данной задачи использовался программный комплекс ABAQUS 6.1.

Установлено, что в результате изгиба покрытия происходит возникновение сжимающих напряжений, вызывающих развитие трещины вблизи поверхности раздела. Сжимающие напряжения, которые фиксируются вблизи поверхности покрытия, тормозят развитие трещин на поверхности покрытия не увеличилось, а с ростом напряжений трещиРис. 3. Распространение трещин к поверхности покрытия вследствие увеличения напряжений оценить реакцию системы «покрытие-подслой-подложка» на возникающие растягивающие напряжения. Из проведенного анализа видно, что зарождение трещины происходит в поверхности раздела с последующим ее распространением к поверхности покрытия, и часто останавливается около поверхности покрытия из-за наличия сжимающих напряжений. Система «покрытие-подслойподложка» чувствительна к свойствам входящих в нее компонентов, что дает возможность принять меры по оптимизации покрытия. Системы покрытий являются склонными к разрушению из-за возникающих трещин в покрытии и/или деформаций подложки. Разрушения в системах покрытий в основном состоят из когезионных и межфазовых расслаиваний.

Для оценки отслоения покрытий была рассмотрена конечно-элементная модель деформирования многослойного покрытия сферическим индентором.

Индентор представлял собой твердый шар радиусом 250 мкм, контакт между индентором и покрытием был установлен при помощи контактных алгоритмов ABAQUS. Конечно-элементные модели многослойных покрытий представляли собой чередующиеся слои AlTiN/Ti, с изменяющимся числом и толщиной слоев. Во всех моделях AlTiN принимался самым верхним слоем, а прослойка Ti всегда был самым нижним (рис. 4).

2,5103 нм Ti-демпфер 50нм Ti-демпфер 50нм (10 слоев) Ti-демпфер 50 нм (4 слоя) Чтобы получить сведения о рабочих характеристиках многослойных покрытий, сначала было смоделировано однослойное покрытие в условиях контактного взаимодействия со сферическим индентором. После проведения анализа однослойного покрытия, конечно-элементная модель была расширена для исследования многослойных покрытий при тех же условиях нагружения.

В результате анализа выявлено, что в двухслойной архитектуре покрытия возникают максимальные остаточные напряжения, которые являются основным фактором вызывающим отслоение покрытия, а минимальные напряжения наблюдаются в многослойном покрытии с изменяющейся толщиной слоев AlTiN. Кроме того, видно, что остаточные нормальные напряжения в прослойках Ti для всех случаев являются сжимающими (рис. 5) Рис. 5. Распределение максимальных остаточных напряжений в зависимости от Двумерные конечно-элементные модели позволили имитировать реакцию многослойной системы «покрытие-подслой-подложка» в различных ее вариациях на нагружение, характеризующее работу режущего инструмента. Из проведенного анализа следует, что многослойное покрытие общей толщиной 2. мкм состоящее из восьми чередующихся прослоек Ti (играющего роль демпфирующего слоя) и AlTiN с изменяющейся толщиной каждого рабочего слоя, выдерживает наибольшую нагрузку и менее подвержено разрушению.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований процесса фрезерования концевыми твердосплавными фрезами с предложенными в 3 главе архитектурами многослойных покрытий деталей из материалов применяемых при производстве авиационных двигателей. Представлена методика экспериментальных исследований, дано описание используемой аппаратуры, выполнены исследования изменения составляющих силы резания в зависимости от изменения скорости, глубины резания, исследован характер изменения износа по задней поверхности зубьев в зависимости от покрытия, проведены исследования физико-механических свойств предложенных покрытий.

Проведенные экспериментальные исследования позволили сделать заключение о высокой стабильности и повторяемости результатов, выявить особенности изменения составляющих силы резания, подтверждающие адекватность созданных расчетных моделей и функциональных зависимостей.

Сравнение рассчитанных и замеренных в ходе эксперимента значений составляющих силы резания позволяют сделать вывод об их удовлетворительном совпадении с погрешностью не более 10 %, что комплексно подтверждает достоверность разработанной модели обработки концевыми фрезами с износостойкими покрытиями.

При исследовании износостойкости инструмента было выявлено, что площадки износа наблюдаются на всех исследуемых фрезах. При работе фрез без покрытия наблюдался абразивный износ по задней поверхности и интенсивное наростообразование с последующим выкрашиванием мелких частиц из режущей кромки, что приводило к ухудшению качества обработанной поверхности. При работе фрез с покрытием AlTiN-Ti наблюдался равномерный износ по задней поверхности и образование термотрещин с очагами отслаивания. Это было связано с остаточными напряжениями из-за переменных теплосиловых нагрузок на инструмент, характерных для фрезерования. Фрезы с покрытиями AlTiN-TiN-Ti (10 слоев) и AlTiN-TiN-Ti (с варьируемой толщиной AlTiN), как и ожидалось согласно расчетам главы 3, показали наилучшую износостойкость без образования трещин ввиду наличия «демпфирующей» прослойки Ti.

Пятая глава посвящена разработке оптимизированного по граничному комплексу отслоения покрытия технологического процесса нанесения многослойного наноструктурированного покрытия монолитных твердосплавных концевых фрез.

Выражение для определения граничного комплекса отслоения покрытия kП имеет вид:

где kП – граничный комплекс отслоения покрытия; R – радиус индентора, м; d – глубина индентирования, м; hПn – толщина n слоя многослойного покрытия, м;

n – количество слоев многослойного покрытия; – остаточные суммарные напряжения в покрытии; Па; hП – общая толщина многослойного покрытия, м;

Pz – сила резания, определяемая из зависимости (1).

При разработке технологической операции осаждения многослойного покрытия монолитных твердосплавных концевых фрез режимы обработки и распределение слоев покрытия на поверхности инструмента во многом определяют стратегию построения технологических переходов. Основные преимущества применения инструмента с покрытием связаны с увеличением скорости резания, значительным периодом стойкости инструмента и повышением точности обработки.

Схема оптимизации процесса нанесения многослойного износостойкого наноструктурированного покрытия приведена на рисунке 6.

1.Рекомендации по выбору режимов нанесения покрытия 2. Рекомендации по выбору толщины слоев и их количества Рис. 6. Схема оптимизации процесса нанесения многослойного износостойкого Данная методика разработана на основе математического анализа механических явлений, сопровождающих процесс резания с применением инструмента с многослойным износостойким покрытием и с учетом свойств покрытий. В результате предложен научно-обоснованный аналитический подход оптимизации нанесения многослойного износостойкого наноструктурированного покрытия монолитных твердосплавных концевых фрез по граничному комплексу отслоения, позволяющий без проведения длительных и трудоемких экспериментальных исследований с высокой степенью достоверности определить основные характеристики процесса синтеза и обеспечить подбор оптимизированного покрытия, для достижения его наибольшей стойкости на инструменте, что дает возможность увеличить количество переточек применяемого инструмента, продлить период стойкости инструмента между переточками и повысить качество обрабатываемой поверхности, используя возможности многослойного износостойкого покрытия и станочного оборудования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе проведенного анализа методов поверхностной модификации режущей части монолитных твердосплавных концевых фрез установлено, что наиболее рациональным является метод высокоскоростного магнетронного распыления, так как в процессе покрытия поверхности твердых сплавов не происходит нарушение исходной структуры поверхностного слоя, отсутствует наличие капельной фазы, нет необходимости в дополнительном нагреве режущего инструмента в процессе покрытия.

2. Разработанная аналитическая модель определения составляющих силы резания при обработке монолитными твердосплавными концевыми фрезами с многослойными износостойкими ноноструктурированными покрытиями позволила исследовать процесс изменения составляющих силы резания при обработке широкой гаммы обрабатываемых материалов, применяющихся при изготовлении высокоответственных деталей ГТД нового поколения, с учетом пластического подмятия обрабатываемого материала режущей кромкой с многослойным покрытием.

3. Выявлен механизм влияния архитектуры многослойного покрытия на его структурные параметры, механические свойства, износ и разрушение покрытия. Установлено что, эффективное сопротивление распространению отслоения может быть временно повышено или понижено за счет термоупругих напряжений, реализуемых посредством резкого изменения температуры слоев покрытия.

4. В результате исследования выявлено, что применение демпфирующего многослойного покрытия AlTiN-TiN-Ti (с варьируемой толщиной AlTiN) существенно повышает работоспособность концевых твердосплавных фрез, что позволяет расширить область их применения на операциях механической обработки, где возникают нагрузки, зачастую приводящие к разрушению обычных покрытий уже в самом начале работы инструмента, в частности при фрезеровании заготовок из труднообрабатываемых материалов с большими толщинами среза.

5. Разработанная методика оптимизации процесса нанесения многослойных износостойких наноструктурированных покрытй монолитных твердосплавных концевых фрез по граничному комплексу отслоения, учитывает обширный комплекс факторов, определяющих стойкость покрытия на инструменте, в том числе физико-механические свойства обрабатываемого и инструментального материала, режимы резания, геометрические параметры режущего инструмента, что позволяет прогнозировать структуру многослойного покрытия на стадии технологической подготовки производства концевых фрез.

6. Как показали результаты экспериментов, при одинаковых условиях резания покрытия обеспечивают более низкую интенсивность изнашивания инструментального материала и являются предпочтительными в данных условиях эксплуатации даже при равенстве силовых характеристик, часто используемых в качестве критериальных параметров в сравнительных экспериментах.

7. Разработанные практические рекомендации для технологий нанесения покрытий позволили в среднем повысить стойкость инструмента 16%, увеличить количество переточек на 8% и повысить производительность обработки на 28% при обеспечении требуемой точности обрабатываемой поверхности.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах (издания входят в перечень ВАК).

1. Курочкин, А. В. Исследование работоспособности многослойного износостойкого покрытия AlSiTiN [Текст] / А. В. Курочкин, М. О. Мезенцев // Справочник. Инженерный журнал. – 2009. – № 4 (145). – С. 62 – 64.

2. Курочкин, А. В. Технологические особенности многофункциональных наноструктурированных покрытий для режущего инструмента [Текст] / А. В.

Курочкин // Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева. – Рыбинск: РГАТА, 2010.

– № 3 (18). – С. 166 – 172.

3. Курочкин, А. В. Исследование температурного состояния охлаждаемой лопатки турбины с термобарьерным покрытием / А. В. Курочкин, Д. И.

Волков [Текст] // Вестник ЯВЗРУ ПВО. – Ярославль. – 2009 г. – Вып. 11. – С.

92 – 97. – секретно.

Другие публикации по теме диссертации.

1. Курочкин, А. В. Разработка технологических решений, направленных на повышение работоспособности термобарьерных покрытий [Текст] / А. В.

Курочкин, Д. И. Волков // Будущее авиации за молодой Россией: Материалы международного молодежного форума. – Рыбинск: РГАТА, 2009. – С. 83 – 88.

2. Курочкин, А. В. Повышение стойкости термобарьерных покрытий [Текст] / А. В. Курочкин // Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений: Материалы Всероссийской научнотехнической конференции. – Рыбинск: РГАТА, 2009. – Ч. 2. – С. 52 – 56.

3. Курочкин, А. В. Исследование процессов разрушения термобарьерных покрытий на охлаждаемых лопатках [Текст] / А. В. Курочкин, Д. И. Волков // Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева. – Рыбинск: РГАТА, 2009. – № 1 (15).

– С. 164 – 169.

4. Курочкин, А. В. Пути совершенствования термобарьерных покрытий турбинных лопаток ГТД [Текст] / А.В. Курочкин // Актуальные проблемы в науке и технике. Том 2. Машиностроение, электроника, приборостроение.

Сборник трудов седьмой Всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. – Уфа: УГАТУ, 2012. – 332 с. С. 90 – 93.

5. Курочкин, А. В. Технологические особенности наноструктурированных покрытий для режущего инструмента [Текст] / А. В. Курочкин // Нанотехнологии в производстве авиационных газотурбинных двигателей летательных аппаратов и энергетических установок («ГТДнаноехнологии-2010»): Материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи. – Рыбинск: РГАТА, 2010. – С. 52 – 56.

6. Свидетельство о регистрации объекта интеллектуальной собственности № 08-200. Научно-техническое описание технологии нанесения наноструктурированных износостойких покрытий «Циркон-1» и «Циркон-2» на монолитный твердосплавной инструмент (фрезы) [Текст]/ В. А. Полетаев, Б. Л.

Карпов, В. В. Клейменов, Т. Д. Кожина, Д. С. Пиотух, Д. И. Волков, А. В. Курочкин; заявитель и патентоообладатель ГОУ ВПО «РГАТА имени П. А. Соловьева», заявл. 07.11.2008 г.

7. Свидетельство о регистрации объекта интеллектуальной собственности № 08-201. Научно-техническое описание технологии нанесения покрытий электронно-искровым методом на заднюю поверхность зуба протяжек на установке UR-121[Текст]/ В. А. Полетаев, Б. Л. Карпов, В. В. Клейменов, Т. Д. Кожина, Д. С. Пиотух, Д. И. Волков, А. В. Курочкин; заявитель и патентоообладатель ГОУ ВПО «РГАТА имени П. А. Соловьева», заявл.

07.11.2008 г.

8. Свидетельство о регистрации объекта интеллектуальной собственности № 10-277. Проектирование и изготовление износостойких покрытий для твердосплавного режущего инструмента, применяемого для обработки деталей авиационных газотурбинных двигателей из труднообрабатываемых материалов [Текст] / Д. И. Волков, В. А. Полетаев, В. В. Михрютин, А. В. Курочкин, М. О. Мезенцев; заявитель и патентоообладатель ГОУ ВПО «РГАТА имени П. А. Соловьева», заявл. 29.06.2010 г.

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева (РГАТУ имени П. А. Соловьева) 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, Отпечатано в множительной лаборатории РГАТУ имени П. А. Соловьева 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина,

 
Похожие работы:

«АЛТУНИН ВИТАЛИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООТДАЧИ К УГЛЕВОДОРОДНЫМ ГОРЮЧИМ И ОХЛАДИТЕЛЯМ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Специальность: 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Казань – Работа выполнена на кафедре Конструкции, проектирования и эксплуатации артиллерийских орудий и...»

«МОСКОВКО Юрий Георгиевич МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ С ПРОФИЛЯМИ ЛОПАТОК СПЕЦИАЛЬНОЙ ФОРМЫ Специальность: 05.04.06 - Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург- 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный...»

«УДК 621.87+541.6:678.02 Рыскулов Алимжон Ахмаджанович НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ И МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ 05.02.01 – Материаловедение в машиностроении АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Ташкент - ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы....»

«КОНДРЕНКО Виталий Андреевич ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК (на примере дизелей типа ЧН 12/12) 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул-2008 Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии 15 Центральный автомобильный ремонтный завод Министерства обороны РФ Научный руководитель : доктор...»

«Малкин Илья Владимирович Разработка технических средств снижения шумовых излучений системы газообмена двигателя легкового автомобиля 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2014 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет на кафедре Управление промышленной и экологической безопасностью. Научный...»

«Барабанов Андрей Борисович ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ СПОСОБОМ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ Специальность 05.03.01. Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена на кафедре Высокоэффективные технологии обработки Государственного образовательного...»

«САЖИН ПАВЕЛ ВАСИЛЬЕВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ НАПРАВЛЕННОГО ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД Специальность: 05.05.06 - Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск - 2007 Работа выполнена в Институте горного дела Сибирского отделения Российской академии наук Научный руководитель – доктор технических наук Клишин Владимир Иванович Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор Маметьев Леонид...»

«Панов Владимир Анатольевич РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА ДВИГАТЕЛЕЙ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ В ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХ ОРГАНИЗАЦИЯХ. Специальность 05.07.05 Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 Работа выполнена в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) МАИ Научный руководитель : д. т. н., профессор...»

«КРУСАНОВ Виктор Сергеевич РОБОТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ДЕЗАКТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОСЫПЕЙ И ПРОЛИВОВ Специальность 05.02.05 – роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2005 Работа выполнена в ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Научный руководитель : -доктор технических наук, старший научный сотрудник Маленков Михаил Иванович...»

«Тихомиров Станислав Александрович РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПУСКА И ПРОГРЕВА КОНВЕРТИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО ДВС С ДИСКРЕТНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород 2014 Работа выполнена на кафедре Энергетические установки и тепловые двигатели Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева Научный руководитель : доктор...»

«ФАРХАТДИНОВ ИЛЬДАР ГАЛИМХАНОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ НА ОСНОВЕ ПОЗИЦИОННО-СИЛОВЫХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ КАНАЛА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ СИСТЕМ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ Специальность: 05.02.05 - Роботы, мехатроника и робототехнические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата наук Москва 2011 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет СТАНКИН. Научный руководитель д.т.н.,...»

«Пещерова Татьяна Николаевна Технология формирования и повышения прочности клеевых соединений деталей машиностроительных конструкций Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном технологическом университете Станкин Научный руководитель : доктор химических...»

«КАНАТНИКОВ НИКИТА ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗУБОСТРОГАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Орел - 2014 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс...»

«Грановский Андрей Владимирович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ СТУПЕНЕЙ ОХЛАЖДАЕМЫХ ГАЗОВЫХ ТУРБИН Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные установки АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Московском Энергетическом Институте (Техническом университете) Официальные оппоненты : доктор технических наук профессор Зарянкин А. Е. доктор технических наук...»

«Костюк Инна Викторовна МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОГО РАСТРИРОВАНИЯ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010   Работа выполнена на кафедре Технологии допечатных процессов в ГОУ ВПО Московский государственный университет печати. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Кузнецов Юрий Вениаминович Официальные...»

«ХО ВЬЕТ ХЫНГ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КИПЕНИИ ХЛАДАГЕНТА R410A И ЕГО СМЕСИ С МАСЛОМ НА ТРУБАХ С РАЗВИТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ В ИСПАРИТЕЛЯХ СУДОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Астрахань - 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Маслов Николай Александрович СОЗДАНИЕ СТЕНДА ДЛЯ ПОСЛЕРЕМОНТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОМОТОРОВ ДОРОЖНЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ И ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН Специальность: 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2006 2 Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Мокин Николай Васильевич...»

«БУЯНКИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМ И НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ ЭКСКАВАТОРОВ-МЕХЛОПАТ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово - 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева. Научный руководитель - доктор...»

«Савченко Андрей Владимирович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СКВАЖИННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ПРИ ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Специальность: 25.00.22 – Геотехнология (подземная, открытая и строительная) 05.05.06 – Горные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте горного дела Сибирского отделения РАН академик РАН, профессор Научный...»

«Сахаров Александр Владимирович УСТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНКОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОСНОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.