CC BY
20
Таблица ]
Коэффициент навалов ен при различных температурах подогрева заготовки Т., и интенсивности засаливания ( а? - 3 мкм)
Б И БЛИОГРАФИЧЕС К И Й СПИСОК
1. Ефимов В. В. Модель процесса шлифования с применением СОЖ / В. В. Ефимов. - Саратов: Сарат. гос. ун-т., 1992. - 132 с.
2. Корчак С. Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей / С. Н. Корчак. - М.: Машиностроение, 1974. - 280 с.
3. Худрбин J1. В. Исследование кинетики процесса налипания частиц материала заготовки на абразивные зерна / JI. В. Худобин, А. Н. Унянин // Материалы междунар. науч.-техн. конф. «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Технология - 2002». - Орел: Орловский гос. техн. ун -т, 2002. - С. 53 - 56.
4. Худобин Л. В. Исследование процесса микрорезания заготовок из пластичных материалов единичным абразивным зерном / Л. В. Худобин, А. Н. Унянин // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: Сб. ст. конф. - Волжский: Волжский инженерно-строит. ин-т, 2002 - С. 108 -111.
5. Унянин А. Н. Микрорезание заготовок из пластичных материалов засаленными абразивными зернами / А. Н. Унянин, Е. С. Киселев // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. тр. - Донецк: ДонНТУ, 2003. - Вып. 26. - С 129 - 134.
Матери-ал заготовки (сталь) Температура заготовки т„°с Коэффициент засаливания К, Коэффициент навалов £н
40Х 20 0 1,13
0,25 1,15
0,50 1,20
200 0 1,02
0,25 1,04
0,50 1,05
3X3 МЗФ 20 0 1 V 1 >1 ~
0,25 1,15
0,50 1,18
200 0 1,05
0,25 1,07
0,50 1,08
зох 13 20 0 1,08
0,25 1,12
200 0 ! ,01
0,25 1,03
Полученные результаты можно использовать при расчете составляющих сил шлифования и высотных параметров микрогеометрии заготовок, когда используемые для этого зависимости, приведенные, например, в [1], содержат параметры е„ и а^.
Унянин Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» УдГТУ. Имеет статьи в области технологии абразивной обработки заготовок с применением смазочно-охяаждающих технологических средств.
УДК 621.9.025 А. В. ЦИРКИН
РАЗРАБОТКА МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ
Предложена конструкция многослойного износостойкого покрытия для твердосплавных торцовых фрез. Приведены результаты исследований механических свойств износостойких покрытий. Показана эффективность режущего инструмента с разработанным покрытием при обработке заготовок из конструкционных сталей.
Как известно, нанесение износостойких покрытий (ИП) методом КИБ является эффективным способом повышения стойкости режущего инструмента (РИ), причем на различных технологических операциях обработки резанием эффективность инструмента с покрытиями неодинакова. В частности, при переходе от непрерывного к прерывистому резанию эффективность РИ с покрытиями снижается примерно в 2 раза. Известно, что потеря работоспособности твердосплавного РИ при прерывистом резании обуслов-
лена разрушением ИП в результате образования трещин из-за переменных теплосиловых нагрузок, которое инициируется адгезионно-усталостным процессами при отделении «застойной зоны» - области стружки на участке пластического деформирования [1]. При этом на контактной площадке по передней поверхности РИ наблюдаются два типа трещин: трещины первого типа, образующиеся на границе инструментальной основы с ИП, которые прорастают как в инструментальную основу, так и в покрытие; тре-
щины второго типа, образующиеся на поЕзерхности покрытия и прорастающие в инструментальную основу [2 - 3].
Для повышения эффективности РИ, работающего в условиях прерывистого резания, предложены различные конструкции многослойных покрытий (МП) [3, 4]. Так, в работе [4J предложена конструкция МП с верхним слоем TiN, предназначенным для снижения контактных температур и амплитуды их колебаний во время рабочего и холостого ходов РИ, и нижним слоем TiCN, создающим высокие сжимающие напряжения, препятствующие образованию и росту трещин. Эта конструкция отвечает требованиям, предъявляемым к покрытиям, работающим в условиях прерывистого резания, однако ее трещино-стойкость недостаточно высока.
Трещиностойкость МП можно повысить путем увеличения количества его слоев посредством нанесения между верхним и нижним промежуточного слоя.
Наибольшей трещиностойкостью обладают слоистые композиции, сочетающие слои различной твердости (то есть имеющие различные микротвердость и модуль Юнга Е) [5]. При этом наименьшие сдвиговые напряжения на границе слоев имеют место в случае движения трещины из мягкого слоя в твердый. Учитывая этот факт и характер разрушения ИП в условиях прерывистой обработки, промежуточный слой должен иметь высокую твердость по сравнению с верхним и нижним слоями. В то же время он должен иметь повышенную трещиностойкость для эффективного торможения трещин.
Для выбора состава промежуточного слоя проведены исследования микротвердости HfI, модуля Юнга Е и трещиностойкости ИГ1. Микротвердость ИП определяли по методике [6], модуль Юнга - по методике [7]. Оцежу трещиностойкости проводили по коэффициентам интенсивности напряжений Кс и трещиностойкости КТр. Коэффициент Кс рассчитывали по методике [7], а коэффициент КТР определяли экспериментально путем алмазного индентирования ИП на твердомере ТК-2М при нагрузке 1000 Н. Коэффициент КТР оценивали по отношению площади разрушенного ИП вокруг отпечатка индентора к площади возможного отслоения, занимаемой радиальными трещинами. Покрытия толщиной 6 мкм наносили на твердосплавные пластины МК8. Результаты расчетов и экспериментальных исследований приведены в табл. 1.
Таблица 1
Как видно из табл.1, наибольшую микротвердость, модуль Юнга и трещиностойкость имеет покрытие Т12гМ, для которого характерны наибольший коэффициент Кс и наименьший коэффициент КТр. Высокая трещиностойкость этого ИП объясняется его микрослоистостью, которая реализуется при нанесении ИП из раздельных катодов [6]. Таким образом, в качестве промежуточного слоя МП следует использовать покрытие
Для проверки эффективности разработанной конструкции МП были проведены исследования его микротвердости, прочности сцепления с инструментальной основой (по коэффициенту отслоения в соответствии с работой [6]), трещиностойкости, механизма разрушения при трещинообразовании на контактной площадке на передней поверхности в процессе резания и интенсивности износа РИ.
Установлено (табл. 2), что трехслойное покрытие обладает большей микротвердостью, трещино-стойкостью и прочностью сцепления с инструментальной основой, чем двухслойное покрытие 71СМ-'ПМ.
Таблица 2
Механические свойства многослойных покрытий
Покрытие Микротвердость Нц Ю9, Па Коэффициент Ко Коэффициент КТР
TiCN-TiN 34,1 1,16 0,39
TiCN-TiZrN-TiN 38,7 0,21 0,28
Исследования механизма разрушения при трещинообразовании проводили по методике, предложенной в работе [4]. Определяли число циклов работы РИ до выхода трещин 1-го типа на режущую кромку (КЦ1), число циклов до образования сетки трещин 2-го типа на контактной площадке на передней поверхности (NU2) и число циклов до разрушения МП на контактной площадке (NU3). Исследования проводили при торцовом фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ торцовыми фрезами со сменными пластинами из твердого сплава МК8. Результаты исследований приведены в табл. 3.
Таблица 3
Число циклов работы инструмента с многослойными покрытиями (V = 247 м/мин, Sz = 0,4 мм/зуб, t = 1,5
мм)
Покрытие Число циклов Nm Число циклов Nu2 Число циклов N1J3
TiCN-TiN 6300 9450 12600
TiCN-TiZrN-TiN 9450 12600 18900
Анализ полученных данных выявил, что благодаря более высокой трещиностойкости МП ТЮМ-TiZrN-TiN снижается интенсивность образования и развития трещин и разрушения покрытия. Число циклов работы РИ с разработанным МП до выхода трещин на режущую кромку, образования сетки трещин и разрушения покрытия в 1,5 раза больше по сравнению с РИ с МП ТЧСЫЛЖ
Механические свойства однослойных покрытий
Микро- Коэф-
По- твер- Модуль фици- Коэф-
кры- дость Юнга ент фици-
тие H(.i 109, Е 109, Па Кс Ю6, ент КТР
Па Н/м3'7
TiN 21,2 350,1 1,09 0,77
TiCN 31,1 370,0 1,11 0,67
TiAlN 31,7 350,1 1,11 0,65
TiZrN 41,5 420,0 1,12 0,44
Результаты исследования интенсивности изнашивания РИ представлены на рисунке 1. Интенсивность износа определяли по методике [4]. Фрезеровали заготовки из стали 5ХНМ на двух режимах: Р1 — V = 247 м/мин, = 0,4 мм/зуб, Г = 1мм, В = 20 мм; Р2 - V = 157 м/мин, = 0,25 мм/зуб, г = 1,5 мм, В = 20 мм.
5
3
J -1 о7
2
1
0
Рис 1. Интенсивность износа пластин МК8 на режимах резания PI (а) и Р2 (б) с МП: 1 -TiCN-Ti*N, 2 - TiCN-TiZrN-TiN
Как видно из рис.], интенсивность изнашивания пластин MKS с МП TiCN-TiZrN-TiN в 1,5 - 1,6 раза ниже по сравнению с пластинами с МП TiCN-TiN и в 2,7 - 3,1 раза с ИП TiN (в зависимости от режима обработки).
Таким образом, проведенные исследования показали высокую эффективность предложенной конструкции МП.
Б И Б Л И О Г Р А Ф И ЧЕС К И Й СП И СО К
1. Зорев Н. П. Обработка стали твердосплавным инструментом в условиях прерывистого резания с большими сечениями среза // Вестник машиностроения. - 1963. - № 2. - С. 62 - 67.
2. Кабалдин Ю. Г. Структура, прочность и износостойкость композиционных инструментальных материалов. - Владивосток: Дальнаука, 1996. - 183 с.
3. Паладин Н. М. Создание композиционных инструментальных материалов на основе исследования микромеханизмов разрушения твердых сплавов с покрытиями: Автореферат дис. ... канд. техн. наук. -
М., 1990.
4. Смирнов М. Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкции износостойких покрытий: Дис____канд. техн. наук/Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск, 2000 - 232 с.
5. Финкель В. М. Физические основы торможения разрушения. - М.: Металлургия, 1977. - 360 с.
6. Табаков В. П. Повышение эффективности режущего инструмента путем направленного изменения параметров структуры и свойств материала износостойкого покрытия: Дис.... д-ра техн. наук/ Ульян, политехи, ин-т. - Ульяновск, 1992. - 605 с.
7. Новиков Н. В. Методы микроиспытаний иатреици-ностойкость (Обзор)/ Н. В. Новиков, С. Н. Дуб, С. И. Бу-лычов// Заводская лаборатория. - 1987. - № 7. - С. 60 - 67.
Циркип Алексей Валерьевич, ию/сенер кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» Ул/ТУ. Имеет статьи в области технологии нанесения износостойких покрытий КИБ.
1
УДК 621.315.592
Л. В. ХУДОБИН, О. Г. КРУ ПЕННИКОВ, А. Е. ДОРМУШЕВ
ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ ЗАГОТОВОК ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ РАЗРЕЗАНИЯ НА ПЛАСТИНЫ
Приведены результаты экспериментального исследования влияния ультразвуковых колебаний полупроводниковых монокристаллов на эффективность их разрезания алмазными отрезными кругами
Известно, что создание современной элементной базы для электронной промышленности неразрывно связано со все более ужесточающимися требованиями, предъявляемыми к качеству полупроводниковых подложек, на которых формируется топология приборов и микросхем.
Операция разрезания заготовок из полупроводниковых материалов на пластины, являясь основной заготовительной операцией, в ходе выполнения которой происходит формообразование пластин, не может
обеспечить требуемого их качества. В силу технологической наследственности дефекты макро- и микрогеометрии пластин переносятся с операции (разрезания) на отделочные операции (шлифование, полирование). Следовательно, важно уже на операции разрезания получать пластины с наименьшими дефектами.
Экспериментально исследована возможность повышения эффективности операции разрезания за счет наложения ультразвуковых (УЗ) колебаний на разрезаемую заготовку (полупроводниковый слиток).
