CC BY
59
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_
на современном этапе // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2005. № 1. С. 9-12.
2. Леонов О.А., Темасова Г.Н. Организация системы контроля затрат на качество на предприятиях технического сервиса АПК // Вестник ФГБОУ ВПО МГАУ. 2009. № 8-1. С. 56-59.
3. Леонов О.А., Темасова Г.Н. Методология оценки затрат на качество для предприятий // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2007. № 5. С. 23-27.
4. Леонов О.А., Темасова Г.Н. Процессный подход при расчете затрат на качество для ремонтных предприятий // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2007. № 2.
5. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж. Расчет затрат на контроль технологических процессов ремонтного производства // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2004. № 5.
6. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж. Результаты экономической оптимизации выбора средств измерений при контроле качества технологических процессов в ремонтном производстве // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2007. № 5. С. 109-112.
7. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж. Расчет затрат на контроль технологических процессов ремонтного производства // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2004. № 5.
8. Леонов О.А., Темасова Г.Н. Методика оценки внутренних потерь для предприятий ТС в АПК при внедрении системы менеджмента качества // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2012. № 1 (52). С. 128-129.
9. Леонов О.А., Темасова Г.Н. Использование диаграммы Парето при расчете внешних потерь от брака // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2004. № 5. С. 81-82.
10. Леонов О.А., Темасова Г.Н. Построение функциональной модели процесса «Техническое обслуживание и ремонт сельскохозяйственной техники» с позиции требований международных стандартов на системы менеджмента качества // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2009. № 7. С. 35-40.
11. Леонов О.А., Карпузов В.В., Темасова Г.Н. Стандартизация. М. 2008.
12. Леонов О.А., Темасова Г.Н. Экономика качества. Saarbrucken. 2015.
© Леонов О.А., Бондарева Г.Н., Шкаруба Н.Ж., Вергазова Ю.Г., 2015
УДК 621.91.02:620.197
Либерман Яков Львович,
доктор наук honoris causa, профессор РАЕ, доцент УрФУ, г.Екатеринбург, РФ, E-mail: yakov_liberman@list.ru Штерензон Вера Анатольевна, канд.техн.наук, доцент РГППУ, г.Екатеринбург, РФ, E-mail: v.shterenson@gmail.com
ЯВЛЕНИЕ СНИЖЕНИЯ СТОЙКОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ НАНЕСЕНИИ ТВЕРДОГО АЛМАЗОПОДОБНОГО ПОКРЫТИЯ
Аннотация
В статье рассматриваются результаты обобщения известных на сегодняшний день сведений о снижении стойкости металлорежущих инструментов с алмазоподобными покрытиями (DLC).
Ключевые слова
Металлорежущий инструмент, алмазоподобные покрытия, износостойкость инструмента,
шероховатость поверхности.
Повышение износостойкости металлорежущего инструмента на операциях точения, фрезерования, сверления и др., как известно, осуществляется различными способами. Это и выбор рациональной геометрии
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_
его режущей части, и оптимизация режимов резания, и применение специальных инструментальных материалов. Используются и способы особой термической, химической и физической обработки поверхности инструмента: поверхностная закалка, ионная имплантация, лазерное упрочнение, нанесение специальных покрытий. Из последних наиболее популярны тонкопленочные вакуумные покрытия из нитрида титана и алмазоподобные - DLC.
Покрытие из нитрида титана имеет существенный недостаток: при его нанесении температура подложки (поверхности покрываемого инструмента) превышает температуру отпуска, и металл (например, быстрорежущая сталь), закаленный перед покрытием, теряет твердость. Этого недостатка лишено покрытие DLC, технология нанесения которого разработана в Институте физики металлов Уральского отделения РАН [1, 2]. Его наносят путем катодного распыления графита, температура подложки при этом не превышает 180 0С, и отпуска закаленных поверхностей не происходит.
К настоящему времени имеется уже значительный опыт эксплуатации режущего инструмента с покрытием DLC. В целом он положительный, однако, сведения о нем разрозненны и представляют собой, как правило, частные результаты. Если среди этих результатов встречаются отрицательные, то их обычно принято считать случайными, вызванными либо ошибками эксперимента, либо погрешностями его математической обработки.
В связи с изложенным, на кафедре «Станки и инструменты» Уральского федерального университета авторами статьи было проведено аналитическое исследование, цель которого состояла в обобщении известных на сегодня данных об эффективности инструмента с покрытиями DLC, углубленном изучении отрицательных сведений о его применении и выявлении причин получения таких сведений.
Объектами исследования послужили данные об износе и стойкости концевых и дисковых фрез, токарных резцов, сверл диаметром 0,5-25 мм и ножей гильотинных ножниц [3-9]. Методика исследования базировалась на анализе достоверности математических моделей, описывающих зависимость износа инструмента от времени его эксплуатации при различных сочетаниях режимов резания и при обработке различных материалов. Использовались также данные металлографического исследования структуры инструмента до и после его применения, результаты микроскопического исследования и профилографирования поверхности режущей части инструмента.
В результате было установлено следующее:
1. Покрытие DLC действительно снижает износ и повышает стойкость режущего инструмента в 3-4 раза во всем диапазоне режимов резания, рекомендуемых «Справочником технолога-машиностроителя» [10] для чистового точения и фрезерования.
2. При черновой обработке точением и фрезерованием интенсивность износа инструмента с покрытием по сравнению с инструментом без покрытия оказывается, наоборот, больше в 3-4 раза.
3. При обработке отверстий сверлами диаметром 4 мм и более при режимах, рекомендуемых тем же справочником, износ инструментов снижается так же, как при чистовом точении и фрезеровании.
4. При обработке отверстий сверлами малого диаметра (до 2,5-3 мм) покрытие DLC способствуют резкому уменьшению периода стойкости инструмента, вызывая его поломку.
5. При скоростной обработке металлов точением, фрезерованием и сверлением стойкость инструмента с покрытием DLC оказывается не выше, чем инструмента без покрытия.
6. При резке тонколистового металла гильотинными ножницами, развертывании отверстий и других видах обработки с малыми скоростями резания (за исключением указанных в п.2), стойкость режущего инструмента при нанесении покрытия DLC возрастает от 2 до 5 раз.
Анализ физики процесса резания инструментом с покрытиями DLC и его сопоставление с вышеупомянутыми условиями обработки позволяет утверждать, что ситуации, в которых применение покрытия либо не даёт никакого эффекта, либо создаёт отрицательный эффект, совсем не случайны. Имеет место вполне определенное явление снижения стойкости инструмента при нанесении покрытия DLC, которое вызвано вполне конкретными причинами. Первая из них - высокая хрупкость покрытия. При черновом фрезеровании и точении под действием значительных сил резания и даже при чрезвычайно малой деформации подложки покрытие разрушается, образуя осколки и абразивную пыль в зоне резания. Абразив
же вызывает повышение интенсивности износа , отмеченное выше в п.2.
Вторая причина - увеличение шероховатости поверхности инструмента и коэффициента трения в паре «инструмент-заготовка». Сегодня принято считать, что указанный коэффициент при нанесении покрытия DLC снижается. Это выводят из экспериментов, при которых на поверхность с покрытием и без покрытия воздействуют особо твердым шариком. По размеру следа шарика судят о коэффициенте трения - на более твердой поверхности он естественно мельче. Отсюда и делают вывод. Однако, этот вывод справедлив лишь при рассуждениях о коэффициенте трения качения, а не скольжения. В паре же «инструмент-заготовка» имеет место трение скольжения, и коэффициент такого трения при нанесении твердого покрытия DLC увеличивается из-за того, что при катодном распылении графита он оседает на подложке не равномерно, а рельефно, образуя существенные микронеровности. Высота последних превышает микронеровности шлифованной подложки более, чем в 50 раз, что влечет за собой увеличение коэффициента трения более, чем на 30% [1-2]. Но увеличение коэффициента трения и, соответственно, силы трения приводит к соответствующему росту сил резания, и если напряжения в теле инструмента превышают из-за них предел прочности инструмента, то он ломается. Именно этим объясняются поломки сверл малого диаметра, отмечаемые в п.4.
Таким образом, случаи снижения стойкости режущего инструмента при нанесении на него покрытия DLC - явление закономерное, обусловленное как особенностями применения, так и особенностями получения покрытия. Бороться с этим явлением, однако, можно. Для этого, нанося покрытие на мелкоразмерный инструмент, подобный сверлам малого диаметра, следует принимать специальные меры, предотвращающие увеличение шероховатости поверхности. Такими мерами могут быть ионное травление покрытия кислородом сразу же после его нанесения, предложенное авторами настоящей статьи ещё в 1998 году в работе [4], импульсное лазерное испарение [11], магнитная сепарация распыленного графита, применяемая компанией «Новые плазменные технологии» с 2011 года по предложению швейцарской фирмы CreepService Sari [12-13]. Нельзя также применять инструмент с покрытием DLC при черновой механообработке и при обработке с высокими скоростями резания. Хотя силы резания с увеличением скорости резания, как правило, уменьшаются, температура резания растёт, и структура покрытия меняется [1-2]. Этим и объясняется отмеченное выше в п.5 отсутствие полезного эффекта от покрытия. Список использованной литературы:
1. Diamond Films - 91/ S. D. Gorpinchenko, S. M. Klonsman, E. V. Kuzmina, S. A. Piotnikov, I. Sh. Trakhtenberg. // Abstracts 2-nd Europian Conf. on Diamond-like and Related Coatings. Nice, September 1991. P. 12.
2. Trakhtenberg I.Sh., Plotnikov S.A., LibermanYA.L., Kanalina V.A., Vladimirov A.V. Service properties of cutting tools hardened with diamond-like coating // Diamond and Related Materials. - 1993. - №.2. - Р.1434-1438.
3. Либерман Я. Л. Исследование износа и стойкости сверл с алмазоподобным покрытием / Либерман Я. Л., Каналина В. А., Тулаев Ю. И. // Управление качеством финишных методов обработки: сб. науч. тр. — Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, УрО РАН. — 1996. — С. 255-258.
4. Либерман Я. Л., Каналина В. А. Силы резания при обработке инструментом с алмазоподобным покрытием // Вестник машиностроения. - 1998. - №5. - С.62-64.
5. Либерман Я. Л., Каналина В. А., Фейгин Д. М. и др. Износ и стойкость фрез с алмазоподобным пленочным покрытием // Станки и инструмент. - 1994. - №6. - С.23,26-27.
6. Либерман Я. Л., Каналина В. А., Иванов И. Ю. Износ и стойкость токарных резцов с алмазоподобным покрытием // Вестник машиностроения. - 1996. - №3. - С.23-26.
7. Либерман Я. Л., Каналина В. А., Тулаев Ю. И. Об эффективности повышения стойкости мелкоразмерных сверл с помощью алмазоподобных пленочных покрытий // Фундаментальные и прикладные исследования -транспорту: тез. докл. Всерос. науч.-практ.конф. (Екатеринбург, 1994) Ч.1. - Екатеринбург: Изд.Урал.гос.акад. путей сообщ. - 1994. - С.84-86.
8. Либерман Я. Л., Каналина В. А. Стойкость дисковых фрез с алмазоподобным покрытием // Станки и инструмент. - 1997. - №6. - С.11-13.
9. Либерман Я. Л., Каналина В. А., Ножи с алмазоподобным покрытием для гильотинных ножниц // Станки и инструмент. - 1995. - №8. - с.43-45.
10. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.
11. Напыление гладких пленок ВТСП твердотельным АИГ:№3+-лазером / Варлашкин А.В., Красносвободцев С.И. и др. // Журнал технической физики. - 2007. - Том 77. Вып.5. - С. 127-129.
12. Чизик А. А., Михайлов А. С. Способ и устройство для модификации поверхности // Патент № 2470407. 2012.
13. Башков В. М., Беляева А. О., Додонов А. И. Способ и устройство для получения многослойно-композиционных наноструктурированных покрытий и материалов // Патент №2463382. 2012.
© Либерман Я.Л., Штерензон В.А., 2015
УДК 004
Максимова Айыына Егоровна,
aiyy-kyo@mail.ru Дьячковская Саргылана Семеновна,
sargychoook@mail. ru Студенты Северо-Восточного Федерального Университета Технологического института г. Якутска рук. Гаенкова Ирина Влаимировна
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ WI-FI И LI-FI
Аннотация
В данной статье приведено сравнение беспроводных технологий связи Wi-Fi и Li-Fi (Light Fidelity). Даны характеристики обеих технологий, их преимущества и недостатки.
Ключевые слова Wi-Fi, Li-Fi, беспроводные технологии, светодиодные лампы.
В настоящее время актуальным является внедрение беспроводных технологий в различные сферы деятельности. Представляет интерес сравнение беспроводных технологий Wi-Fi и Li-Fi для расширения областей их применения.
Wi-Fi - это беспроводная технология передачи данных по радиоканалу. Принцип действия Wi-Fi заключается в следующем. Адаптер Wi-Fi преобразует поток данных в электрический радиосигнал и передает его через антенну [1]. Маршрутизатор, в свою очередь, получает радиосигнал и дешифрует его, отправляет данные с помощью физических, проводных соединений. Преобразование сигнала может происходить и в обратном направлении. Маршрутизатор получает информацию из интернета и переводит его в радиосигнал, который затем передается беспроводным адаптером компьютера. Для работы Wi-Fi необходимо соответствующее оборудование беспроводной связи. Все оборудование делится на две группы: «точка доступа» и беспроводной роутер.
Li-Fi - это современная беспроводная технология передачи данных с помощью света. Li-Fi состоит из четырех главных компонентов: светодиодной лампы, радиочастотного усилителя мощности, печатной платы и корпуса [2]. Печатная плата управляет электрическими входами и выходами лампы микроконтроллера и используется для управления различных функций лампы. Радиочастотный сигнал генерируется в радиочастотном усилителе мощности и направляется в электрическое поле лампы. Высокая концентрация энергии в электрическом поле испаряет содержимое колбы в состояние плазмы в центре лампы, плазма формирует интенсивный источник света. Все они содержатся в алюминиевом корпусе.
Принцип работы Li-Fi заключается в изменении параметров свечения светодиодных ламп с очень высокой скоростью, который не заметен человеческому глазу. Процессом управляет специальный микрочип, кодирующий информацию. Особый фотодетектор регистрирует световые пучки и осуществляет обратное преобразование данных. Вместо модемов в Li-Fi используется приемопередатчик, оборудованный в светодиодных лампах, которые могут передавать и принимать информацию и при этом использоваться для освещения комнаты. Светодиодные лампы являются точкой доступа для любого количества пользователей.
