Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Процессы механической обработки, станки и инструменты

Диссертационная работа:

Филатов Павел Николаевич. Повышение стойкости и производительности протяжек из порошковой быстрорежущей стали при обработке жаропрочных материалов за счет применения комплексного ионно-плазменного упрочнения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.01 / Филатов Павел Николаевич; [Место защиты: Моск. гос. технол. ун-т "Станкин"].- Москва, 2009.- 248 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2009

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ УПРОЧНЕНИЯ
ПРОТЯЖНОГО ИНСТРУМЕНТА. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ 6

  1. Конструктивные особенности протяжек 6

  2. Свойства жаропрочных и жаростойких материалов и основные трудности, возникающие при их обработке 14

  1. Материалы, используемые при изготовлении протяжного инструмента 20

  2. Методы повышения режущей способности инструмента 25

  3. Постановка цели и задач исследований 39

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 41

2.1. Методика определения режущих свойств инструмента 41

  1. Физико-механические свойства обрабатываемых материалов 41

  2. Станки и приспособления, используемые при проведении испытаний протяжек 46

  3. Протяжной инструмент, схемы и режимы резания, используемые при проведении экспериментальных и производственных испытаний 49

  1. Методика вакуумно-плазменной поверхностной обработки опытных образцов и протяжного инструмента 63

  2. Методика металлографических и металлофизических исследований 65

  3. Методика экспериментальных испытаний 69

  4. Методика испытаний в производственных условиях 74

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ИЗНОСОСТОЙКОГО
КОМПЛЕКСА, ФОРМИРУЕМОГО ПРИ ОБРАБОТКЕ
ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ В ПЛАЗМЕ
ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РАЗРЯДА 77

  1. Выбор упрочняющей обработки протяжного инструмента из быстрорежущей стали при обработке труднообрабатываемых материалов 77

  2. Физические принципы и особенности двухступенчатого вакуумно-дугового разряда 78

  3. Влияние параметров процесса ДВДР на величину ионного

тока 80

3.4. Азотирование инструмента из быстрорежущей стали в плазме
двухступенчатого вакуумно-дугового разряда и последующее
осаждение композиционных покрытий 83

  1. Оптимизация процесса азотирования при комплексной ионно-плазменной обработке инструмента из порошковой быстрорежущей стали 94

  2. Металловедческие исследования свойств наносимых сложнолегированных покрытий 95

3.5. Выводы 103

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ИЗНАШИВАНИЯ

ИНСТРУМЕНТА ИЗ ПОРОШКОВОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ С

ПОВЕРХНОСТНОЙ ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКОЙ 104

  1. Износ протяжного инструмента 104

  2. Исследование кинетики изнашивания протяжного инструмента 106

  3. Выводы 129

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ ш

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 134

ПРИЛОЖЕНИЯ 138

Введение к работе:

Актуальность темы. Качество режущего инструмента во многом определяет производительность процесса обработки, а в некоторых случаях является определяющим фактором для получения деталей требуемой формы и размеров. Поэтому повышение качества режущего инструмента является важнейшей задачей, которая стала особенно актуальна в последнее время, когда все большее распространение получают дорогостоящие станки с числовым программным управлением.

Получение пазов сложнофасонного профиля в дисках турбин сегодня является одним из самых трудоемких производственных процессов при изготовлении авиационных двигателей. Наиболее эффективным методом получения элементов такого типа является протягивание. В тоже время в условиях постоянной модернизации и усовершенствования двигателей, связанных с повышением их ресурса и увеличением тяговой способности, а также с использованием все более совершенных материалов при изготовлении дисков турбин, сохраняющих физико-механические свойства при повышенных температурах, становится все сложнее гарантировать требуемое качество изготовления деталей такого класса.

Помимо традиционных быстрорежущих сталей для изготовления протяжного инструмента все большее промышленное применение находят быстрорежущие стали, полученные методом порошковой металлургии типа Р6М6ФЗ-МП, Р7М2Ф6-МП, Р12МФ5-МП, Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП и др. Такие стали по сравнению со сталями аналогичного химического состава, изготовленными по традиционной технологии, имеют однородную структуру, являются более прочными и лучше шлифуются, а их применение позволяет повысить стойкость инструмента в 1,3...2 раза. Однако при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе типа ХН77ТЮР (ЭИ437БУ), ХН73МБТЮ (ЭИ698), ХН62БМКТЮ (ЭП742) и др., которые используются для изготовления дисков турбин, стойкость протяжного инструмента из по-

рошковой быстрорежущей стали не всегда является достаточной. Как показывает производственный опыт, процесс протягивания указанной группы материалов сопровождается повышенным износом протяжного инструмента. При этом протяжной инструмент является наиболее сложным в изготовлении и, как следствие, дорогостоящим инструментом, что, несомненно, сказывается на окончательной стоимости изделия (двигателя) в целом и ставит задачу повышения стойкости инструмента, являющуюся одним из основных показателей его качества.

Одним из наиболее перспективных способов повышения стойкости режущего инструмента является использование комплексной ионно-плазменной обработки (упрочнения), включающей в себя последовательное применение двух технологических процессов - ионного азотирования и последующего нанесения износостойких покрытий на основе нитрида титана (TiN), окиси алюминия (AI2O3), нитрида циркония (ZrN) и др. Сегодня использование металлорежущего инструмента, подвергнутого указанной обработке, обеспечивает ряд важных преимуществ: повышение производительности обработки резанием, увеличение срока службы инструмента при обработке конструкционных сталей, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей; также наблюдается эффект при обработке титановых и никелевых сплавов.

Исследованию процесса протягивания посвящен целый ряд работ, однако, ни в одной из них не решается проблема обработки жаропрочных сплавов инструментом из порошковой быстрорежущей стали, подвергнутым комплексной обработке. Поэтому настоящая работа, направленная на повышение стойкости и производительности протяжного инструмента при обработке "ёлочных" пазов в жаропрочных материалах, применяемых при изготовлении деталей газотурбинных авиационных двигателей, за счет комплексного ион-но-плазменного упрочнения является весьма актуальной и имеет важное практическое и научное значение.

Цель работы. Повышение стойкости и производительности сложнофа-сонного протяжного инструмента при обработке дисков турбины из жаропрочных сплавов и теплостойких сталей за счет применения комплексного ионно-плазменного упрочнения, включающего ионное азотирование и последующее осаждение сложнолегированного износостойкого покрытия.

Общая методика исследований.

Сравнительные стойкостные испытания выполняли на специально изготовленном опытном протяжном инструменте, имитирующем предварительные прорезные протяжки, применяемые при обработке пазов в дисках из жаропрочных сталей и сплавов. Экспериментальное изучение свойств порошковой быстрорежущей стали проводили в лабораторных условиях с использованием металлографичеких и металлофизических методик по измерению микротвердости, исследованию структуры азотированного слоя, измерению толщины азотированного слоя и покрытия, рентгеноструктурному анализу образцов и оценке прочности адгезионной связи покрытия с поверхностью инструментальной основы. Подготовка металлографических шлифов осуществлялась на оборудовании фирмы Struers (Дания). Исследование образцов проводили с использованием оптического микроскопа "Polyvar Met", оснащенного приставкой для измерения микротвердости MICRO-DUROMAT 4000. Для проведения испытаний и оценки износа инструмента использовался индикатор часового типа для контроля величины подъема на зуб, микроскоп отсчетного типа МПБ-2 и др. Структуру и характер износа изучали с помощью инвертируемого металлографического микроскопа Olympus GX-51, оснащенного цифровой камерой. Производственные испытания проводились на вертикально-протяжном станке модели RASX 25x2600x630 KURT HOFFMANN (Германия), оснащенном системой ЧПУ "Sinumerik 840D" фирмы Siemens.

Научная новизна работы заключается:

в разработке и научном обосновании принципов ионно-плазменного упрочнения протяжек из порошковой быстрорежущей стали типа Р12МЗК5Ф2-МП, обеспечивающих повышение стойкости и производительности инструмента при обработке дисков турбины из жаропрочных материалов;

в математической зависимости, устанавливающей связь между соотношением газов N2 и Аг при комплексном ионно-плазменном упрочнении протяжек, влияющем на формирование рельефа рабочих поверхностей инструмента, и шероховатостью обрабатываемого изделия;

в установлении закономерности изнашивания рабочих поверхностей протяжек из порошковой быстрорежущей стали типа Р12МЗК5Ф2-МП с различными вариантами ионно-плазменного упрочнения при обработке теплостойких сталей типа ЭП609Ш и никелевых сплавов типа ЭП741НП.

Практическая ценность работы состоит:

в рекомендациях по назначению режимов комплексного ионно-плазменного упрочнения порошковых быстрорежущих сталей типа Р12МЗК5Ф2-МП, обеспечивающих максимальное повышение стойкости протяжного инструмента при обработке жаропрочных материалов;

в установлении оптимального состава износостойкого покрытия и режимов его нанесения на протяжной инструмент из порошковой быстрорежущей стали Р12МЗК5Ф2-МП, предназначенный для обработки жаропрочных материалов;

в установлении оптимальных параметров поверхностного слоя, формируемого в процессе комплексного ионно-плазменного упрочнения, в зависимости от группы обрабатываемых материалов и режимов резания для протяжного инструмента из порошковых быстрорежущих сталей типаР12МЗК5Ф2-МП;

в технологических рекомендациях по назначению режимов протягивания изделий из жаропрочных сталей инструментом из порошковой быстрорежущей стали с износостойким покрытием, позволившим повысить производительность обработки указанных материалов;

в технологических рекомендациях по назначению режимов протягивания изделий из жаропрочных никелевых сплавов инструментом из порошковой быстрорежущей стали с комплексным упрочнением, позволившим увеличить стойкость протяжного инструмента при обработке указанных материалов.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на заседаниях кафедры "Высокоэффективные технологии обработки" ГОУ ВПО МГТУ "Станкин"

Производственное внедрение результатов работы произведено в рамках договора, заключенного между МГТУ «Станкин» и ФГУП ММПП «САЛЮТ», на выполнение научно-исследовательских работ по теме: «Проведение исследований по влиянию износостойких покрытий на стойкость протяжек при протягивании пазов в дисках турбины из жаропрочных сплавов типа ЭП741НП и теплостойких сталей типа ЭП517, ЭП609. Разработка технологии и внедрение комплексной ионно-плазменной обработки протяжного инструмента».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net