CC BY
180
МОДЕРНИЗАЦИЯ УСТАНОВКИ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО
НАПЫЛЕНИЯ ННВ-6.6-И1
Гончаров Максим Витальевич
старший преподаватель Поволжского государственного университета
сервиса, РФ, г. Тольятти E-mail: gvs777@gmail. com
UPGRADE OF ARC-PVD PLANT NNV-6.6-I1
Goncharov Maksim Vitalyevich
senior teacher of Volga Region State University of Service, Russia Togliatty
АННОТАЦИЯ
В работе предложены схемы модернизации серийных установок ионно-плазменного напыления с размером камеры меньше длины упрочняемого изделия (на примере протяжек в камере установки ННВ-6.6-И1). Апробирована схема модернизации установки с горизонтальным расположением изделия, получено увеличение стойкости инструмента до 2,9 раз.
ABSTRACT
Upgrade schemes for serial Arc-PVD plant with size of hardening tool exceeding camera size were proposed (on example of long broaches hardening in serial PVD plant NNV-6.6-I1). Tested horizontal scheme of modernization showed good results with increasing in wear resistance up to 2,9 times.
Ключевые слова: ионно-плазменное напыление; быстрорежущая сталь; износостойкость; протяжки; защитные покрытия.
Keywords: cathodic arc deposition; high-speed steel; wear resistance; broaches: protective coatings.
В настоящее время значительная часть протяжек изготавливается из быстрорежущей стали, которая, имеет меньшую твердость (60—65 HRC) по сравнению с твердыми сплавами (70—73 HRC) и склонна к разупрочнению в результате тепловых нагрузок [6]. При этом износ режущих кромок протяжки приводит к невозможности обеспечения в процессе обработки поверхностей
деятелей заданных конструктом требований на чертеже [1]. Переточка цилиндрической протяжки осложняется тем, что происходит уменьшения ее диаметра в силу чего, дальнейшая обработка поверхностей деталей будет приводить к занижению размеров обработанных поверхностей с выходом за границы поля допуска.
Возможными путями повышения эксплуатационных характеристик деталей и инструментов является поверхностно-пластическое деформирование [2] или нанесение защитных износостойких покрытий [4, 5]. Однако, поверхностного пластическое деформирование не дает столь значительного прироста к стойкости изделий из инструментальных материалов, в то время, как нанесение покрытий газопламенными методами требует в дальнейшем механической обработки с целью обеспечения размеров изделия в заданных границах полей допусков, что приводит к значительному повышению себестоимости изготовления инструмента. Для упрочнения длинномерного режущего инструмента ионно-плазменным методом разработаны различные установки, которые, однако, узкоспециализированы, имеют значительные габариты и высокую стоимость [3]. Кроме того, в настоящее время широко распространены серийные установки с габаритами камеры, не позволяющими размещать в них длинномерный инструмент, в связи с чем актуальна модернизация таких установок с расширением спектра упрочняемых изделий.
Целью работы является повышение износостойкости длинномерных протяжек и модернизация установок ионно-плазменного напыления с размером камеры меньше размера упрочняемого изделия на примере установки ННВ-6.6-И1.
Для осуществления возможности ионно-плазменного упрочнения длинномерных протяжек (с учетом того, что их хвостовики не требуют упрочнения, и следовательно могут находиться вне зоны действия плазменных потоков) в установке ННВ-6.6-И1 предложены 2 конструкции вакуумной камеры и оснастки.
На рисунке 1 представлена схема модернизации камеры с вертикальным расположением упрочняемого изделия, которая состоит из удлиняющих цилиндров 1 и 11, направляющих 2 и 12, зажимов 4,9, креплений 3 и 10, кольца 5, вала 14 и диска 15.
Направляющие выполнены из тефлона для изоляции деталей от корпуса вакуумной камеры установки. Вакуумная камера имеет удлинённую конструкцию благодаря нижнему и верхнему цилиндрам, которые герметично крепятся к корпусу. Рабочих ход инструмента определяется углом наклона кольца, а вращение изделия и его перемещение по вертикальной оси осуществляется за счет передачи движения от вала к кольцу, что обеспечивает упрочнение всей режущей части по длине.
Рисунок 1. Предлагаемая схема модернизации камеры установки ННВ-6.6-И1 с вертикальным расположением упрочняемого изделия (вид спереди): 1, 11 — цилиндры ;2, 12 — направляющие; 3, 10 — крепления; 4, 9 — зажимы; 5 — кольцо; 6 — корпус вакуумной камеры; 7, 13 — катодные узлы; 8 —
протяжка; 14 — вал; 15 — диск
Такая конструкция оснастки позволяет легко закреплять и жёстко фиксировать длинномерный режущий инструмент длиной до 900 мм в вертикальном положении. Кроме того, при нанесении покрытия на малогабаритные изделия удлиняющие цилиндры 1 и 11 заменяются крышками, что придает первоначальный вид установке. Однако, следует отметить, что данная конструкция требует значительной модернизации вакуумной камеры, что существенно усложняет ее практическую реализацию.
На рисунке 2 представлена предлагаемая схема модернизации установки ННВ-6.6-И1 с горизонтальным расположением упрочняемого изделия длиной до 1500 мм.
9
Рисунок 2. Предлагаемая схема модернизации установки ННВ-6.6-И 1 с горизонтальным расположением упрочняемого изделия (вид сбоку): 1 — камера; 2 — удлиняющий цилиндр; 3 — фланец; 4 — упрочняемое изделие (протяжка); 5,6 — крепежные устройства; 7 — зажим; 8 — установочный винт; 9 — катодный узел; 10 — вал; 11 — механизм зацепления; 12 —
токоподвод
На камеру 1 монтируется удлиняющий цилиндр 2, который герметизируется при помощи фланца 3 со смотровым окном. Упрочняемое
изделие (протяжка) 4 устанавливается в камеру при помощи крепежных устройств 5 и 6 таким образом, что может свободно вращаться на подшипниках вдоль своей продольной оси. На рабочую часть протяжки с помощью установочных винтов 8 устанавливается зажим 7. При вращении вала 10 механизм 11 входит в зацепление с установочными винтами 8, которые приводят во вращение упрочняемое изделие. При помощи изолированного токоподвода 12 напряжение от вала 10 передается на упрочняемое изделие. При нанесении покрытия на малогабаритные изделия удлиняющий цилиндр 2 может заменяться на катодный узел, что придает первоначальный вид установке.
Следует отметить, что в стандартной конфигурации установки ННВ-6.6-И1 боковые катодные узлы расположены на одной оси, и плазменные потоки сосредоточены в центре камеры, ось верхнего катодного узла смещена относительно центра камеры. С целью равномерного нанесения покрытия по всей длине режущей части был произведен разворот катодных узлов при помощи фланцев с переменной толщиной.
Для проверки работоспособности предлагаемой конструкции было проведено упрочнение протяжки длиной 1400 мм из быстрорежущей стали Р6М5 после закалки и низкого отпуска. Перед загрузкой в камеру изделия были промыты и обезжирены с помощью ацетона и высушены.
Перед нанесением покрытия предварительно азотировали рабочую поверхность инструмента на глубину 30-40 мкм, что способствует компенсации разницы тепло-физико-механических свойств материалов покрытия и инструмента и повышает твердость основы. После этого наносили чередующиеся твердые слои нитрида титана (ПК) толщиной 100 нм и пластичные слои металлического титана толщиной 20 нм. Время нанесения покрытия составило 1 час.
Металлографический анализ показал, что максимальная толщина покрытия составляет до 4 мкм на режущих зубьях (360—1000 мм от входа) и 1—2 мкм на калибрующих зубьях (1000—1028 мм от входа), что не превышает предел допуска точности (+0,03 мм для калибрующих зубьев).
Микротвердость покрытия составила 26—28 ГПа, испытания адгезионной прочности показали достаточную степень сцепления покрытия с основой. Результаты испытаний инструмента при протягивании стали 35 показали увеличение износостойкости в 2,9 раза, что делает целесообразным упрочнение длинномерного режущего инструмента.
Список литературы:
1. Бобровский Н.М., Бобровский И.Н., Мельников П.А.Определение площади износа рабочей поверхности деталей машин и инструментов // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. — 2009. — № 1. — С. 17—23.
2. Бобровский Н.М., Мельников П.А., Бобровский И.Н., Ежелев А.В. Гиперпроизводительный способ обработки поверхностно-пластическим деформированием // Современные проблемы науки и образования. — 2013.
— № 5. — С. 67.
3. Гончаров В.С., Васильев Е.В. Упрочнение длинномерных протяжек в ионно-плазменных установках типа ННВ-6.6-И1 // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2013. — № 6 (102). — С. 3—6.
4. Гончаров В.С., Мельников П.А., Попов А.Н., Васильев Е.В. Упрочнение лезвийного инструмента с созданием эффекта самозатачивания // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2013. — Т. 15.
— № 4-1. — С. 233—235.
5. Гончаров В.С., Мельников П.А., Попов А.Н., Васильев Е.В. Упрочняющее покрытие с эффектом самозатачивания // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. — 2013. — № 1 (23). — С. 101—103.
6. Конструкционные материалы: Справочник / Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.
