Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента
The given article considers the changes in the cutting wedge deformation mode while machining caused by ion implantation of surface layer of the face of tool. The last influences the machining process characteristics, improving the tool functionality.
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Series: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/22661 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента / А.А. Ласуков, А.А. Моховиков // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 440-443. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-22661 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-226612011-06-28T12:05:39Z Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента Ласуков, А.А. Моховиков, А.А. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности The given article considers the changes in the cutting wedge deformation mode while machining caused by ion implantation of surface layer of the face of tool. The last influences the machining process characteristics, improving the tool functionality. 2009 Article Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента / А.А. Ласуков, А.А. Моховиков // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 440-443. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0065 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/22661 621.9.1.011:621.941.025 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| spellingShingle |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Ласуков, А.А. Моховиков, А.А. Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
The given article considers the changes in the cutting wedge deformation mode while machining
caused by ion implantation of surface layer of the face of tool. The last influences the machining
process characteristics, improving the tool functionality. |
| format |
Article |
| author |
Ласуков, А.А. Моховиков, А.А. |
| author_facet |
Ласуков, А.А. Моховиков, А.А. |
| author_sort |
Ласуков, А.А. |
| title |
Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента |
| title_short |
Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента |
| title_full |
Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента |
| title_fullStr |
Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента |
| title_full_unstemmed |
Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента |
| title_sort |
влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/22661 |
| citation_txt |
Влияние ионной имплантации на напряженно – деформированное состояние режущей части инструмента / А.А. Ласуков, А.А. Моховиков // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 440-443. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT lasukovaa vliânieionnojimplantaciinanaprâžennodeformirovannoesostoânierežuŝejčastiinstrumenta AT mohovikovaa vliânieionnojimplantaciinanaprâžennodeformirovannoesostoânierežuŝejčastiinstrumenta |
| first_indexed |
2025-07-03T00:33:48Z |
| last_indexed |
2025-07-03T00:33:48Z |
| _version_ |
1836583847645413376 |
| fulltext |
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
440
2. Ovcharenko V. E., Baohai Yu, Psahie S. G. Electron-beam Treatment of Tungsten-free
TiC/NiCr Cermet. I: Infiuence of Subsurface Layer Microctructure on Resistance to Wear
during Cutting of Metals // J. Materials Science&Technology. – 2005. – V. 21, N 3. – P.
427–429.
3. Овчаренко В. Е., Лапшин О. В. Расчет температурного поля в поверхностном слое ме-
таллокерамического сплава при электронно-пучковом облучении // Металловедение и
термическая обработка металлов. – 2008. – № 5 (635). – С. 33 37.
4. Овчаренко В. Е., Иванов Ю. Ф. Влияние электронно-импульсного облучения на мик-
роструктуру поверхностного слоя металлокерамического сплава // Металловедение и
термическая обработка металлов. – 2008. – № 7 (637). – С. 48–52.
Поступила 15.05.09
УДК 621.9.1.011:621.941.025
А. А. Ласуков, А. А. Моховиков, кандидаты технических наук
Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета,
Россия
ВЛИЯНИЕ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ НА
НАПРЯЖЕННО – ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ
РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА
The given article considers the changes in the cutting wedge deformation mode while ma-
chining caused by ion implantation of surface layer of the face of tool. The last influences the ma-
chining process characteristics, improving the tool functionality.
Обработка металлов резанием сопровождается высокой температурой и значительны-
ми контактными контактных нагрузками. Это вызывает повышенный износ инструмента,
снижение его стойкости и работоспособности. В этой связи становятся актуальными вопро-
сы повышения работоспособности металлорежущего инструмента.
В качестве методов повышения работоспособности металлорежущего инструмента
наиболее широко используют упрочняющую технологию и химико-термическую обработку
[5]. Эти методы применимы для инструмента различных форм с различными геометриче-
скими параметрами.
К наиболее перспективным методам повышения стойкости инструмента относится
ионная имплантация [9]. Материалы, полученные с использованием ионной имплантации, по
свойствам близки к идеализированным инструментальным материалам [1], а инструменты,
изготовленные из таких материалов, имеют удовлетворительный запас как хрупкой, так и
пластической прочности. Указанный метод лишен основного недостатка, свойственного всем
применяемым видам покрытий – отслаивания. Стойкость инструмента может увеличиваться
кратно, что объясняется повышением микротвердости и уменьшением коэффициента трения
между инструментом и обрабатываемым материалом. Ионная имплантация позволяет улуч-
шить все основные показатели процесса резания [2].
В работе исследовали влияние указанного метода повышения работоспособности на
напряженно-деформированное состояние режущей части инструмента при обработке конст-
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
441
рукционной стали 30ХГСА режущими пластинами из твердого сплава Т5К10, имплантиро-
ванными Al, TiB2 и Zr (использовали как обычные пластины, так и пластины с покрытием
TiN).
В результате анализа процесса стружкообразования было выявлено, что при обработ-
ке исходным инструментом [3] во всем диапазоне режимов резания образуется сливная
стружка. Наматывание стружки на инструмент может приводить к потере его работоспособ-
ности. Одновременно наблюдается высокая сила резания, что снижает стойкость инструмен-
та.
При работе имплантированным инструментом сила схватывания поверхностей струж-
ки и инструмента различна, поэтому наблюдается разная степень деформации внутри струж-
ки. Интенсивность схватывания определяется способностью контактирующих металлов вза-
имно растворяться [2]. Шлифы стружки при обработке инструментами с различными свойст-
вами передней поверхности с явными изменениями текстуры внутри стружки показаны на
рис. 1.
а б в
Рис. 1. Шлифы стружки, полученные при обработке стали 30ХГСА имплантированным ин-
струментом (V = 126 м/мин): а – Al; б – BN; в – ZrGf
При этом изменяются угол текстуры стружки и размер контактного слоя (минималь-
ный угол текстуры внутри стружки (49) и
максимальный размер контактного слоя на-
блюдаются при имплантации алюминием,
максимальный угол (58) и минимальный
размер слоя – при имплантации цирконием).
Вследствие этого разными являются условия
нагружения режущего инструмента.
Изменение значения равнодействую-
щей сил [5] в зависимости от скорости реза-
ния и вида имплантируемого материала по-
казаны на рис. 2.
В результате имплантации инстру-
мента любым из применяемых в экспери-
ментах материалов снижаются усилия реза-
ния, что приводит к более благоприятным
условиям обработки стали.
Зависимости угла между равнодействующей
силы резания и биссектрисой угла режущего
клина [5] от скорости резания показаны на рис. 3. Практический интерес представляет об-
работка стали пластинами с покрытием TiN, имплантированными ионами ZrGf
(20 % гафния). При работе таким инструментом указанный угол уменьшается и равнодейст-
вующая сил приближается к оси симметрии режущего клина. При 830 и 50 в клине
преобладают сжимающие напряжения [5, 6], что наблюдается при работе инструментом с
покрытием TiN+ZrGf.
Рис. 2. Зависимости равнодействующей
силы резания от скорости резания (сплав
Т5К10): – без имплантации; – покры-
тие TiN+ZrGf; ■ – TiB2; ▲ – TiN+Al
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
442
Рис. 3. Зависимости угла от скорости резания (сплав Т5К10): – без имплантации;
– покрытие TiN+ZrGf; ■ – TiB2; ▲ TiN+Al
Радиальные напряжения, возникающиие в режущем клине под действием сосредото-
ченной силы рассчитываются по формуле [4]
,
])cossincos(sin
]sin)cos(cos)sin([sin...
...
)cos[(sin
]cos)cos(sin)sin([cos
2
2
222
z
xy
r
P
r
R
где α – главный задний угол; γ – передний угол; β – угол заострения инструмента; r, θ – по-
лярные координаты.
Изолинии напряжений рассчитывали и строили с помощью программы разработанной
в среде универсального математического пакета Maple (рис. 4).
-100
-60
-40 -25
-15
-10
-5
мм
мм
Т5К10 + TiB2
10
-100
-40 -25 -15
-10
-5
5
20
15
-60
мм
мм
а б в
Рис. 3. Изолинии радиальных напряжений в режущей части инструмента за пределами
контактной зоны
В результате имплантации инструмента без покрытия ионами TiB2 и Zr появляются
растягивающие напряжения в верхней части режущего клина, с покрытием ионами TiB2 и
ZrGf – только сжимающие напряжения в режущей части клина (благоприятно при эксплуа-
тации твердосплавного инструмента). При этом указанные напряжения превышают напря-
жения в режущем клине исходного инструмента.
Относительно прочности режущего инструмента наилучшей из рассмотренных вари-
антов является имплантация ионами ZrGf (20 % гафния) пластин из твердого сплава Т5К10 с
покрытием из TiN. При этом изолинии напряжений располагаются наиболее концентрично и
не проявляются зоны растяжения за пределами контактной зоны, что подтверждается на-
правлением равнодействующей силы резания относительно оси симметрии режущего клина
(рис. 3).
Таким образом, при изменении свойств поверхности инструмента способом ионной
имплантации существенно изменяются характер распределения и величина напряжений в
режущей части инструмента. Исходя из анализа экспериментальных данных на автоматиче-
ских линиях и станках с ЧПУ при обработке стали 30ХГСА целесообразно применять пла-
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
443
стины из твердого сплава Т5К10 с покрытием из TiN, имплантированные ионами ZrGf
(20 % гафния). При этом не усложняется конструкцию инструмента дополнительными эле-
ментами для дробления стружки.
Литература
1. Васин С. А., Верещака А. С., Кушнер B. C. Резание металлов. Термомеханический
подход к системе взаимосвязей при резании: Учебник для техн. вузов. – М: Изд-во
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 448 с.
2. Брюхов В. В. Повышение стойкости инструмента методом ионной имплантации. –
Томск: Изд-во НТЛ, 2003. – 120 с.
3. Ласуков А. А., Брюхов В. В., Зайцев К. В. Исследование влияния свойств поверхности
инструмента на процесс стружкообразования // Современные проблемы машино-
строения: Тр. II междунар. науч.-техн. конф. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. –С. 482–484.
4. Петрушин С. И., Бобрович И. М., Корчуганова М. А. Оптимальное проектирование
формы режущей части лезвийных инструментов: Учеб. пособие. – Томск: Изд-во
ТПУ, 1999. – 92 с.
5. Утешев М. Х. Разработка научных основ расчета прочности режущей части инстру-
мента по контактным напряжениям с целью повышения его работоспособности: Дис.
д-ра техн. наук: 05.03.01, 01.02.06. – Томск, 1995. – 663 с.
6. Артамонов Е. В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин
сборных режущих инструментов. – Тюмень: Вектор Бук, 2003. – 190 c.
7. Dzieyk Bruno. Fortschritte in der Zerspanungstechnik durch mehrlagige Hartmetall-
beschichtug // Technisches Zentralblatt für practische Metallbearbeitung. – 1974. – 68, № 6.
– S. 199–200.
Поступила 20.05.09
УДК 621.762.4.045: 621.921.34: 621.73
О. А. Розенберг, д-р техн. наук, проф., С. Е. Шейкин, д-р техн. наук, А. А. Шульженко,
член-корр. НАН Украины, А. А. Шепелев, д-р техн. наук, В. Г. Гаргин, канд. техн. наук, И.
Ю. Ростоцкий, Д. В. Ефросинин, Н. А. Русинова
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ИНСТРУМЕНТ ИЗ АКТМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ
СПЛАВОВ ОБКАТЫВАНИЕМ
The new technology of preparation of blank from a diamond composite heat-resistant mate-
rial (АКТМ) in the form of a sphere is described. Results of tests of working element of rolling de-
vice from АКТМ at machining of titanic alloy ВТ1-0 are presented. Dependence of a roughness of a
machined surface on technological modes rolling is investigated. It is established, that the resis-
tance of wear of a deforming element from АКТМ at least 10 times more the steel.
Обработка методами холодного поверхностного пластического деформирования
(ХППД) позволяет получить комплекс свойств, существенно повышающих эксплуатацион-
ные характеристики деталей машин.
|