Повышение эффективности низкоскоростных процессов обработки резанием за счет нанесения нанопокрытий на режущую часть инструмента тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кудрявцев Сергей Васильевич

• Кудрявцев Сергей Васильевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Кудрявцев Сергей Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Развертки и их применение

1.2 Классификация разверток

1.3 Производство разверток

1.4 Поверхность и поверхностные явления рабочей части развертки

1.4.1 Поверхность и поверхностный слой инструмента

1.4.2 Дефекты кристаллического строения металлических материалов

1.4.3 Влияние температур на поверхность рабочей части инструмента

1.4.4 Поверхностный износ инструмента

1.5 Влияние режимов обработки и параметров процесса развертывания на стойкость развертки

1.6 Применение смазочно-охлаждающих технологических сред - СОТС

1.7 Технологические методы повышения стойкости инструмента

1.7.1 Методы термической обработки

1.7.2 Методы химико-термической обработки

1.7.3 Методы нанесения покрытий

1.7.4 Методы электролитического и химического осаждения плёнок из растворов

1.8 Повышение стойкости инструмента методом нанесения нанопокрытий

1.9 Механизм взаимодействия эпиламных покрытий с поверхностью инструмента

1.10 Методы измерения температуры в зоне резания

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ НА ТЕМПЕРАТУРУ ПРОЦЕССА РАЗВЕРТЫВАНИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЭПИЛАМНЫХ ПОКРЫТИЙ

2.1 Теоретическое исследование влияние режимов обработки и геометрических параметров на температуру в зоне резания

2.2 Моделирование процесса резания

2.3 Максимальная скорость резания развертки при применении эпиламных покрытий и СОТС

2.4 Скорость резания, обеспечивающая минимальный износ инструмента

Выводы по главе

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1 Методика проведения эксперимента при применении эпиламных покрытий

3.2 Методика определения температуры развертывания в режиме реального времени

3.2.1 Автоматизированный лабораторный комплекс для определения относительных изменений температуры при процессе развертывания

3.2.2 Метод определения температуры процесса развертывания в режиме реального времени

3.2.3 Методика проведения эксперимента по измерению температуры процесса развертывания

3.2.4 Методика управления процессом развертывания

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОПОКРЫТИЙ НА РЕЖУЩУЮ ЧАСТЬ ИНСТРУМЕНТА

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОПОКРЫТИЙ

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности низкоскоростных процессов обработки резанием за счет нанесения нанопокрытий на режущую часть инструмента»

ВВЕДЕНИЕ

Современное машиностроение предъявляет все более высокие требования к процессам обработки отверстий осевым инструментом, в том числе процессам окончательной обработки отверстий от которых напрямую зависит качество обработанной поверхности.

Одним из инструментов, применяемым для окончательной обработки отверстий и работающим на сравнительно малых скоростях резания, является развертка, позволяющая получать высокий класс точности и низкую шероховатость обработанной поверхности.

Развертка представляет собой сравнительно дорогостоящий инструмент, поэтому повышение эффективности процесса развертывания является важной задачей.

Ключевым параметром развертки является период стойкости, напрямую зависящий от износа задней поверхности инструмента, который приводит к ухудшению качества обрабатываемого отверстия.

Повышение эффективности процесса развертывания возможно за счет применения одного из наиболее перспективных способов повышения стойкости инструмента - нанесения нанопокрытий на режущую часть инструмента, что позволяет защитить и укрепить поверхностный слой, снизить коэффициент трения и напряжения в зоне непосредственного контакта с обрабатываемым материалом. Эффект применения нанопокрытий усиливается в совместном применении со смазочно-охлаждающими технологическими средствами - СОТС.

Одной из разновидностей нанопокрытий являются эпиламные покрытия, образующие тонкие пленки размером от 40 до 80 нм и создающие на поверхности твердого тела строго ориентированную структуру, существенно снижающую поверхностную энергию материала инструмента. Данные покрытия применяют в качестве противоизносной присадки для

увеличения моторесурса, антиадгезионной обработки, повышения качества штамповки такие большие компании как «Силовые машины», «Росатом», завод ГАЗ, КамАЗ, Белшина (Бобруйский шинный завод) и т. д.

В свою очередь, применение эпиламных покрытий в качестве износостойкого покрытия при низкоскоростной металлообработке малоизучено. Следовательно, выявление рациональных режимов эксплуатации разверток при применении эпиламных покрытий является важной задачей.

Степень разработанности:

Изучением процесса эпиламирования, влияния тонкопленочного покрытия на работоспособность узлов трения занимались Г.И. Фукс, Л.В. Тимофеева, И.Б. Ганцевич, Н.А. Рябинин, А.В. Рогачев, И.С. Напреев, М.И. Харченко и др.

Проблемам повышения технологического обеспечения эффективности обработки эпиламированными быстрорежущими сверлами посвящены труды Киричека А.В. и Звягиной Е.А. Их работы показали влияние эпиламных покрытий на стойкость эпиламированных сверл, а также на взаимодействие эпиламных покрытий со смазочно-охлаждающими технологическими средствами.

Однако в их трудах не рассматривается влияние эпиламных покрытий на низкоскоростной процесс развертывания и управление процессом развертывания за счет контроля температуры в зоне резания в режиме реального времени.

Цель работы: повышение эффективности низкоскоростного процесса обработки отверстий развертыванием за счет применения нанопокрытий на режущую часть инструмента.

Объект исследования: низкоскоростной процесс обработки разверткой отверстий заготовки.

Предмет исследования: влияние режимов обработки (подача, скорость резания, глубина резания) низкоскоростного процесса развертывания на температуру в зоне резания и стойкость развертки.

Задачи исследования:

1. Провести аналитическое исследование поверхности и поверхностных явлений инструмента, влияния параметров и режимов обработки на стойкость развертки, возможных способов повышения стойкости инструмента, методов определения температуры процесса резания.

2. Провести теоретическое исследование влияния режимов обработки (скорость резания, подача, глубина резания) на температуру (стойкость) процесса развертывания для определения наиболее эффективных и максимальных режимов обработки при применении эпиламных покрытий.

3. Разработать методику управления низкоскоростным процессом развертывания за счет контроля и измерения температуры в зоне резания в режиме реального времени и устройство его реализации.

4. Определить влияние эпиламных покрытий на стойкость развертки, а также экономическую эффективность применения эпиламных покрытий при низкоскоростном процессе развертывания.

Научная новизна работы:

- установлена зависимость температуры низкоскоростного процесса развертывания от режимов обработки (скорость резания, подача, глубина резания) для выбора наиболее подходящего типа эпиламного покрытия в соответствии с его характеристиками (предельная температура эксплуатации);

- установлена зависимость максимальной скорости резания от подачи, а также режимы обработки, обеспечивающие минимальный износ инструмента, при совместном применении эпиламных покрытий и смазочно-охлаждающих технологических средств;

- установлена зависимость стойкости развертки от режимов обработки (скорость резания, подача, глубина резания) и диаметра развертки при

совместном применении эпиламных покрытий и смазочно-охлаждающих технологических средств.

Методология и методы исследования представлены теоретическими исследованиями, базирующимися на теории обработки материалов, инженерии поверхности, экспериментальными исследованиями эпиламированных и неэпиламированных разверток. Исследования программного моделирования процесса резания произведено в программе Ве£огт-3В.

Теоретическая значимость. Рассчитанные зависимости температуры в зоне резания от режимов обработки (скорость резания, подача, глубина резания), максимальная скорость резания, а также режимы обработки, обеспечивающие минимальный износ инструмента при совместном применении эпиламных покрытий и смазочно-охлаждающих технологических средств вносят вклад в исследование низкоскоростного процесса развертывания и могут быть использованы при разработке расчетных методик.

Практическая значимость:

- впервые разработано устройство для управления низкоскоростным процессом развертывания за счет контроля и измерения температуры в зоне резания в режиме реального времени;

- разработаны научно обоснованный метод и методика контроля, измерения температуры в зоне резания при низкоскоростном процессе развертывания в режиме реального времени;

- разработана научно обоснованная методика управления низкоскоростным процессом развертывания, которая позволяет определять режимы обработки, обеспечивающие высокие значения стойкости инструмента, в том числе при совместном применении эпиламных покрытий и смазочно-охлаждающих технологических средств и их функциональные алгоритмы для последующего использования на станках с автоматическим управлением.

Автор защищает:

1. Результаты экспериментальных исследований по повышению стойкости развертки из быстрорежущей стали до 2 раз при совместном применении эпиламных покрытий со смазочно-охлаждающими технологическими средствами на рабочую часть инструмента.

2. Разработанное устройство для управления процессом развертывания за счет контроля и измерения относительных изменений температуры в зоне резания на основе патентов соискателя, научно обоснованный метод и методику измерения температуры в зоне резания, а также методику управления низкоскоростным процессом развертывания.

3. Результаты теоретического исследования влияния режимов обработки (скорость резания, подача, глубина резания) низкоскоростного процесса развертывания на температуру в зоне резания для выбора наиболее подходящего типа эпиламного покрытия в соответствии с его характеристиками (предельная температура эксплуатации), а также режимы обработки (скорость резания, подача), обеспечивающие минимальный износ инструмента с сохранением качества обрабатываемой поверхности, зависимость максимальной скорости резания от подачи при совместном применении эпиламных покрытий и смазочно-охлаждающих технологических средств.

4. Экономическую эффективность применения эпиламных покрытий при низкоскоростном процессе развертывания.

Степень достоверности. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки и формализации задач исследования, обоснованностью используемых теоретических зависимостей, принятых допущений, использованием общепринятых методов решения и анализа, а также применением альтернативных методов и подходов в решении задач исследования.

Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в работе, опубликованы в статьях и доложены на 8, 9 и 10 -й Всероссийской

научно-практической конференции с международным участием им. Академика А. Г. Шипунова (г. Ливны, 2021, 2022 и 2023 г.), 6-й Международной научной конференции студентов и молодых ученых (г. Курск, 2021 г.), 11-й и 12-й международной научно-практической конференции (г. Курск 2022 г.), а также на научных семинарах и других конференциях.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «ОГУ имени И. С. Тургенева» при реализации программы бакалавриата по направлению 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» и программы магистратуры 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

Публикации: по теме диссертации получено 2 патента на изобретение, опубликовано 15 печатных работ из них: 4 научных статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК и 11 научных публикаций в материалах конференций, индексируемых в РИНЦ.

Структура и объем диссертации: работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе и списка использованной литературы. Текстовая часть работы изложена на 119 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 51 наименования и 3 приложения.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Развертки и их применение

Развертка - осевой инструмент для механической, в основном окончательной обработки отверстий имеющий цилиндрическую или коническую форму применяющийся в различных отраслях промышленности от станций технического обслуживания автотранспорта до авиастроения и является сравнительно дорогостоящим инструментом, особенно в настоящее время.

Развертка состоит из режущей поверхности, которая выполняет процесс резания, калибрующей части позволяющей выдерживать заданный диаметр, зубьев, канавок с помощью, которых отводится стружка, зажимов, переднего и заднего углов резания, непосредственно влияющих на сам процесс развертывания [1].

Процесс обработки развертыванием позволяет получать точные размеры от 6 до 8 квалитета и низкую шероховатость обработанной поверхности от 1,25 до 0,2 мкм [1]. Высокое качество обработки обеспечивается большой точностью инструмента и напрямую зависит от количества лезвий (режущих кромок) развертки, чем их больше, тем выше геометрическая точность и класс шероховатости обрабатываемого отверстия.

Развертывание цилиндрических поверхностей производится на сравнительно малых скоростях резания: цельнометаллическим инструментом - 5-15 м/мин, регулируемым с твердосплавными пластинами - до 40 м/мин [2].

При работе на малых скоростях резания от 5 до 15 м/мин в основном применяются развертки из инструментальной углеродистой стали. При работе на больших скоростях резания применяются развертки, которые изготавливают, как правило, из быстрорежущей вольфрамомолибденовой стали Р6М5. В последнее время инструментальным материалом для

разверток становится сталь Р6АМ5 с легированием азотом от 0,05 до 1% и легированная сталь 9ХС.

Несмотря на низкоскоростной процесс развертывания отверстий (5-15 м/мин), применение развертки из быстрорежущей стали позволяет лучше сохранять форму инструмента и соблюдать необходимую точность обработки отверстий.

1.2 Классификация разверток

Классификация разверток осуществляется по различным признакам.

По виду привода - ручные и машинные [1].

Ручные развертки применяют для обработки цилиндрических и конических отверстий и, как правило, изготавливают диаметром от 3 до 40 мм. Отличие от машинной развертки заключается в другом угле заборного конуса режущей части и большей длины калибрующей части (рисунок 1.1). Машинная развертка применяется для обработки на сверлильных, токарных и других станках. Она имеет крепление в виде конуса Морзе, что позволяет надежно закреплять ее на станке (рисунок 1.1) [1].

Рисунок 1. 1 - Ручная и машинная развертка

Рассмотрим группы классификации разверток:

1) По типу обработки:

- цилиндрические;

- конические.

Цилиндрические развертки используются для обработки стандартных круглых отверстий, которые получаются после сверления. Они имеют прямые или винтовые канавки, а также углубления для отвода стружки (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Цилиндрическая развертка

Коническая развертка (рисунок 1.3) позволяет получать конические отверстия при обработке конических или обычных отверстий. Конструкция развертки выполнена в виде конуса со срезанной вершинкой.

Рисунок 1.3 - Коническая развертка

2) По конструктивным особенностям:

- цельные;

- насадные;

- регулируемые.

Цельные. Конструкция развертки является наиболее простой в исполнении (рисунок 1.4). Материалом развертки может служить углеродистая легированная инструментальная или быстрорежущая сталь. Недостатком является необходимость регулировки размера в зависимости от степени износа.

Рисунок 1.4 - Развертка цельная

Насадные развертки (рисунок 1.5) изготавливают из легированных и быстрорежущих сталей или с пластинами из твердых сплавов. Развертки фиксируются в специальных оправках с коническим хвостовиком. Данный вид разверток позволяет обрабатывать отверстия диаметром от 25 до 300 мм.

I 1

Рисунок 1.5 - Развертка насадная

Регулируемые развертки (рисунок 1.6) позволяют получать повышенную точность размеров (до десятых долей миллиметра) за счет возможности изменения ее размера от 1 мм (для малых диаметров) до 3 мм. Развертки позволяют обрабатывать отверстия диаметром от 6 до 50 мм.

Возможность корректировки размера регулировкой в зависимости от износа позволяет увеличить срок службы данного вида развертки, являющегося одним из наиболее эффективных и сравнительно дорогостоящих видов разверток.

Рисунок 1. 6 - Развертка регулируемая

3) По классу обработки (рисунок 1.7).

- черновая;

- промежуточная;

- чистовая.

КЧЧЧЧ^ЧЧЧЧЧЧЧЧЧчЧЧЧЙ °

Рисунок 1.7 - Классификация развертки по классу обработки

1.3 Производство разверток

Металлообработка в России является одним из перспективных направлений развития промышленности, в том числе низкоскоростной процесс обработки отверстий развертыванием позволяющий получать высокое качество обработанной поверхности.

По состоянию на 2021 год на отечественное производство металлорежущего инструмента приходилась большая часть (по разным оценкам около 60%). Твердосплавный инструмент практически на 100 % закупался в других странах [3].

Объём рынка металлообрабатывающего инструмента в России по состоянию на 2021 год составил 54,7 млрд рублей, объём импорта - 49,9 млрд рублей, объём производства - 5,4 млрд рублей, объём экспорта - 0,6 млрд рублей [3].

Можно заметить, что объем импорта практически в 10 раз превышал производство инструмента, что показывает, как сильно отечественная промышленность зависела от производства и закупки из других стран.

Практически весь основной импорт металлорежущего инструмента по состоянию на 2021 год приходился на производителей из «недружественных» стран, что в итоге, при вводе санкций в 2022-2023 годах, практически полностью привело к уходу данных производителей с нашего рынка. Поэтому учитывая сегодняшние экономические условия, развитие и укрепление отечественной промышленности является важной задачей, в том числе за счет повышения эффективности низкоскоростных процессов резания при обработке отверстий, в том числе процесса развертывания.

Для определения масштабов производства металлорежущего инструмента в России произведен анализ производителей в России.

Крупнейшие производители металлообрабатывающего инструмента в России представлены в таблице 1.1 [3].

Таблица 1.1 - Крупнейшие производители металлообрабатывающего инструмента в России

№ Название организации Местонахождение

1 ЗАО НИР Ярославская область, г. Рыбинск

2 Белгородский завод фрез и специнструмента Белгородская область, г. Белгород

3 АО ИТО Туламаш Тульская обл., г. Тула

4 ООО НПК Томский инструмент (Томский инструментальный завод) Томская обл., г. Томск

5 АО Инструментальный завод -Пермские моторы Пермский край, г. Пермь

6 АО Воткинский завод Удмуртская республика, г. Воткинск

7 Поволжский инструмент Республика Татарстан, г. Казань

8 Московский инструментальный завод г. Москва

9 ООО Вириал г. Санкт-Петербург

10 ООО Скиф-м Белгородская обл., г. Белгород

Развертки в России производят около 26-28 предприятий, которые представлены в таблице 1.2. Таблица 1.2 - Производители развёрток в России

№ Производитель Местонахождение

1 Группа компаний Томский инструмент Томская область, д. Лоскутово

2 Челябинский тракторный завод УРАЛТРАК (ЧТЗ) Челябинская область, г. Челябинск

3 Красноярский машиностроительный завод (КрасМаш) Красноярский край, г. Красноярск

4 Белебеевский завод Автонормаль (БелЗАН) Республика Башкортостан, г. Белебей

5 Челябинский инструментальный завод (НПП ЧИЗ) Челябинская область, г. Челябинск

6 РТ-Инструмент Воронежская область, г. Воронеж

7 Белгородский инструментальный завод (БИЗ) Белгородская область, г. Белгород

8 Серпуховский инструментальный завод Московская область, г. Серпухов

9 Новые Инструментальные Решения (НИР) Ярославская область, г. Рыбинск

10 Белгородская Машиностроительная Компания Белгородская обл., г. Белгород

11 Томский инструментальный завод (ТИЗ) Томская область, г. Томск

12 Волгограднефтемаш Волгоградская обл., г. Волгоград

13 Инструмент-Н Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола

14 Инреко Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола

15 Профиль-Тулс г. Москва

16 Квалитет Самарская область, г. Самара

17 Воткинский завод Удмуртская республика, г. Воткинск

18 Технополис г. Москва

19 Анай Росс г. Санкт-Петербург

20 Новосибирский инструмент Новосибирская область, г. Новосибирск

21 Русский инструмент Белгородская область, п. Северный

22 Подольский завод оборудования (изготовление разверток на заказ) Московская область, г. Подольск

23 Микрон г. Москва

24 Артекс (в том числе твердосплавный инструмент) Московская область, г. Щелково

25 Калужский двигатель Калужская область, г. Калуга

26 АО «ИТО-Туламаш» Тульская область, г. Тула

По состоянию на 2022 год отечественное производство все еще отставало от иностранных производителей, несмотря на высокий спрос продукции металлообрабатывающих предприятий. Повышение эффективности деятельности отечественных производителей и конкурентоспособности продукции позволит исправить данное отставание

[3].

В 2023 году рынок металлорежущего инструмента в России претерпевает изменения и меняет направление на Китай, другие азиатские и «дружественные страны».

По состоянию на июль 2023 года средняя стоимость машинных разверток в розничной торговле диаметром от 10 до 20 мм составляет около 3200 рублей, что является достаточно высокой стоимостью [4].

Следовательно, повышение эффективности процесса развертывания является важной задачей, в том числе можно сказать и важной задачей в рамках развития отечественной промышленности.

Основные производители разверток, представленных в розничной продаже, по состоянию на 2023 год приведены в таблице 1.3 [4].

Таблица 1.3 - Производители разверток, представленные

в розничной продаже

№ Наименование производителя Родина бренда Страна производства

1 ИНСТУЛС Китай Китай

2 CNIC Китай Китай

3 GRIFF Россия Китай

4 Forsage Беларусь Тайвань

5 Rockforce Беларусь Китай

6 SOVIS Россия Китай

7 Автодело Россия Китай

8 Beltools Россия Китай

Как видно из таблицы 1.3 основное производство разверток приходится на Китай, куда переводят свое производство и российские компании. Это также ставит отечественную промышленность в зависимость от другого государства и не позволяет полностью быть уверенными в своем развитии.

Из всего можно сделать вывод, что в сложившейся международной и экономической обстановке для укрепления «промышленного суверенитета» России, учитывая имеющиеся производственные мощности и потенциал развития, необходимо развивать свою собственную промышленность, в том числе за счет повышения эффективности обработки металлорежущим инструментом, в частности, низкоскоростных процессов обработки развертыванием.

С учетом того, что развертка является сравнительно дорогостоящим инструментом и 40% металлорежущего инструмента по состоянию на 2021 год в России приходилось на импорт из других стран, в том числе «недружественных», а также учитывая, что в России более 50 тысяч предприятий машиностроения, то повышение эффективности процесса

развертывания позволит снизить производственные расходы на приобретение новых инструментов и их отладку на производстве, что в перспективе с возможными сложностями импорта инструмента и для укрепления «промышленного суверенитета» нашей страны позволит сохранить или как минимум не сильно снизить производственные мощности, в том числе в рамках рассматриваемого низкоскоростного процесса обработки отверстий развертыванием.

1.4 Поверхность и поверхностные явления рабочей части развертки

Важную роль при механической обработке отверстий разверткой играют поверхностные явления, в значительной мере влияющие на долговечность инструмента, так как именно поверхность и поверхностный слой принимают на себя практически все нагрузки при контакте инструмента с заготовкой.

В связи с этим проведен анализ поверхности и поверхностного слоя металла инструмента.

1.4.1 Поверхность и поверхностный слой инструмента

Под поверхностью понимают несколько самых верхних атомных слоев инструмента (обычно первые два, толщиной несколько нм), где атомы верхних слоев обычно находятся в неустойчивом равновесии вследствие нарушения связей [5].

Поверхность имеет свои особенности атомно-электронной структуры, динамики решетки и термодинамических параметров, мезо- и микроструктуры [5].

Поверхностный слой изделия включает не только свободную внешнюю поверхность и область из двух ближайших к ней атомных слоев, но и прилегающую к ней тонкую зону материала с мезо- и микроструктурой [5].

Свободная поверхность кристалла (материала, детали, заготовки или изделия) принимает на себя внешние нагрузки, а также разные воздействия, связанные с условиями эксплуатации (температуры, высокие давления, атмосфера и активные среды, физические поля - электромагнитные, электрические и др.), поэтому важны ее реакции на эти воздействия и способность передавать их объему металла инструмента [5].

Энергия свободной поверхности превосходит энергию внутренней части кристалла металла инструмента [5].

Атомная структура внешней поверхности и поверхностного слоя определяется электронным состоянием. Появление дефектов кристаллического строения, многие из которых обладают собственным зарядом, влияет на электронную структуру, что отражается на физико-химических свойствах поверхности [5].

Физические и химические характеристики внешней поверхности зависят от типа кристаллической решетки, а также от расположения атомов на поверхности [5].

Как правило, развертки, изготавливают из легированной быстрорежущей стали Р6М5. У данной стали основной частью а-фазы является феррит [6].

Вольфрамомолибденовая сталь Р6М5 относится к сталям с нормальной теплостойкостью и имеет твердость в закаленном состоянии 63-64 HRC и теплостойкость 600-620 °С. Молибден обуславливает меньшую карбидную неоднородность, чем вольфрам. Недостатком молибденовых сталей является повышенная чувствительность к обезуглероживанию [7].

Известно, что а-фаза стали Р6М5 имеет структуру кубической объемно-центрированной кристаллической решетки (ОЦК решетка) [10].

Реальные металлы и сплавы состоят из множества кристаллов (зерен), поэтому они являются поликристаллическими телами. Размеры зерен в металлах колеблются от нескольких мкм до нескольких мм, в нанокристаллических металлах они имеют размеры менее 100 нм. В поверхностном слое кристаллическая решетка зерен по-разному ориентирована в пространстве поэтому непосредственно на внешней поверхности могут оказаться разные сечения решетки (ОЦК-, ГЦК-, ГПУ-) [5].

Эти сечения соответствуют определенным кристаллографическим плоскостям решетки, имеющие разные индексы (Ик1), которые характеризуются разными расстояниями между атомами и поэтому они имеют различное количество атомов, приходящихся на единицу площади, т. е. различную ретикулярную плотность. ОЦК-решетка не является плотноупакованной, каждый атом в ней имеет 8 ближайших соседей (координационное число КЧ=8). Данные характеристики решетки важны для понимания возможных атомных структур их сечений, выходящих на внешнюю поверхность поликристаллического металла [5].

Интерес к расположению атомов на внешней поверхности обусловлен большой информативностью этой характеристики, которая отражает систему межатомных связей, влияющих на поведение поверхностного слоя и всего кристалла (изделия) в целом. В идеальном случае атомы на поверхности должны располагаться в местах, соответствующих объемной кристаллической структуре. Атомную структуру можно представить, если она возникла в результате воображаемого «раскалывания» решетки параллельно выбранной атомной плоскости. Такое раскалывание приведет к разрыву межатомных (химических) связей и ослаблению физических взаимодействий между атомами и ионами, в результате чего их физическое состояние на поверхности изменится. Если при этом атомы не смещены относительно их равновесного положения, но возникают изменения, нарушения связанные с нарушением трехмерной периодичности

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кудрявцев Сергей Васильевич, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Режущий инструмент: Учебник для вузов / Д. В. Кожевников, В. А. Гречишников, С. В. Кирсанов [и др.]. ; под редакцией С. В. Кирсанова. -2-е изд. доп. - М.: Машиностроение, 2005. - 528 с. - ISBN 5-217-03314-2. -Текст : непосредственный.

2. Косилова, А. Г. Справочник технолога-машиностроителя, Том 2 / А.Г. Косилова, Р. К. Мещеряков. - 4-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1985. - 496 с. - Текст : непосредственный.

3. Анализ рынка металлообрабатывающего инструмента в России. -Текст: электронный // Аналитическое агентство. - URL: https: //drgroup .ru/components/comj shopping/files/demo_products/Otchet._DEM O._Analiz_rynka_metalloobrabatyvayushchego_instrumenta_v_Rossii.pdf (дата обращения 15.01.2023).

4. Развертки ручные цилиндрические 20 мм. - Текст: электронный // Сайт Всеинструменты.ру. - URL: https://orel.vseinstrumenti.ru/tag-page/razvertki-ruchnye-tsilindricheskie-20-mm-63796/ (дата обращения 15.01.2023).

5. Иванов, И. А. Поверхность деталей машин и механизмов: учебное пособие для вузов / И. А. Иванов, С. В. Губенко, Д. П. Кононов. -Санкт-Петербург : Лань, 2021. - 156 с. - ISBN 978-5-8114-8963-3. - Текст : непосредственный.

6. Сопоставление фазового состава сталей р18 и р6м5 в отожженном состоянии / Ю. П. Хараев, А. М. Гурьев, Н. А. Попова [и др.] -Текст : непосредственный. // Ползуновский вестник. - 2005. - № 2-2. -С. 184-188.

7. Макаров, А. Д. Оптимизация процессов резания / А. Д. Макаров. - М. : Машиностроение, 1976. - 278 с. - Текст : непосредственный.

8. Кристаллография и дефекты кристаллического строения. - Текст : электронный // Лекционный курс «Материаловедение и технологии материалов», ДГТУ : [сайт]. - 2020. - URL: https://de.donstu.ru/CDOCourses/structure/_new_/38431/1401/5755.pdf (дата обращения 15.01.2023).

9. Механизм пластического деформирования. - Текст : электронный // сайт STUDIOPEDIA.RU : [сайт]. - 2015. - URL: https://studopedia.ru/10_138792_mehanizm-plasticheskogo-deformirovaniya.html (дата обращения 15.01.2023).

10. Зарипова, Р. Г. Рекристаллизация в металлах и сплавах : учебное пособие / Р. Г. Зарипова. - Уфа : УГАТУ, 2022. - 168 с. - ISBN 978-542211624-9. - Текст : электронный. - URL: https://www.ugatu.su/media/uploads/MainSite/Ob%20universitete/Izdateli/El_izd/ 2022-179.pdf (дата обращения: 20.01.2023). - Режим доступа: для всех пользователей.

11. Лоладзе, Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента / Т. Н. Лоладзе. - М.: «Машиностроение», 1982. - 320 c. - Текст : непосредственный.

12. Макаров, В. Ф. Резание материалов : Учебник / В. Ф. Макаров. -Старый Оскол : ООО «Тонкие наукоемкие технологии», 2022. - 472 с. - ISBN 978-5-94178-757-9. - Текст : непосредственный.

13. Аршинов, В. А. Резание металлов и режущий инструмент / В. А. Аршинов, Г. А. Алексеев. - Изд. 3-е перераб. и доп. Учебник для машиностроительных техникумов. - М.: «Машиностроение», 1975. - 440 c. -Текст : непосредственный.

14. Горелов, В. М. Образование металлической стружки / В. М. Горелов. - Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Москва, Машгиз, 1962. - 40 с. - Текст : непосредственный.

15. Каталог «Металлорежущий инструмент», часть 2 / И. Л. Фадюшин, Н. Д. Сапронова, В. П. Балков [и др.]. - Всесоюзный научно-исследовательский инструментальный институт (ВНИИ). - Москва, 1976. -Ч. 2. - 264 с. - Текст : непосредственный.

16. Бобров, В. Ф. Основы теории резания металлов / В. Ф. Бобров. -М. : «Машиностроение», 1975. - 344 с. - Текст : непосредственный.

17. Горелов, В. М. Обработка металлов резанием : учебное пособие / В. М. Горелов. - Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Москва, Машгиз, 1950. - 205 с. - Текст : непосредственный.

18. Марков, В. В. Расчёт режимов резания. Курсовое и дипломное проектирование по технологии машиностроения: учебное пособие / В. В. Марков, А. В. Сметанников, П. И. Кискеев [и др.]. - Орёл : Орел-ГТУ, 2010. -112 с. - Текст : непосредственный.

19. Силин, С. С. Метод подобия при резании материалов / С. С. Силин. - М. : Машиностроение, 1979. - 152 с. - Текст : непосредственный.

20. Безъязычный, В. Ф. Расчет режимов резания. Учебное пособие /

B. Ф. Безъязычный, И. Н. Аверьянов, А. В. Кордюков. - Рыбинск : РГАТА, 2009. - 185 с. - Текст : непосредственный.

21. Латышев, В. Н. Физико-химические основы действия СОТС при резании металлов / В. Н. Латышев. - Текст : непосредственный // СТИН. -2002. - № 4. - С. 13-16.

22. Кирсанов, С. В. Инструменты для обработки точных отверстий /

C. В. Кирсанов, В. А. Гречишников, А. Г. Схиртладзе, В. И. Кокарев. - 2-е изд., исправл. и доп. (серия «Библиотека инструментальщика). - М. : Машиностроение, 2005. - 336 с. - Текст : непосредственный.

23. Звягина, Е. А. Технологическое обеспечение эффективности обработки эпиламированными быстрорежущими сверлами : специальность 05.02.08 «Технология машиностроения» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Звягина Елена

Александровна ; Орловский государственный технический университет. -Орел, 2008. - 16 с. - Библиогр.: c 9 по 12. - Место защиты : Орловский государственный технический университет. - Текст : непосредственный.

24. Баранов, Ю. В. Изменение физико-механических свойств и износотойкости быстрорежущих инструментальных сталей при обработке импульсным электрическим током / Ю. В. Баранов. - Текст : непосредственный // Вестник машиностроения. - 2003. - № 1. - С. 29-33.

25. Верещака, А. С. Основные аспекты применения и совершенствования режущих инструментов с износостойкими покрытиями / А. С. Верещака. - СТИН, 2000. - № 9. - С. 33-40. - Текст : непосредственный.

26. Чекалова, Е. А. Повышение эффективности сверл из быстрорежущей стали с покрытием / Е. А. Чекалова. - СТИН, 2001. - № 1. -С. 5-7. - Текст : непосредственный.

27. Григорьев, С. Н. Современное вакуумно-плазменное оборудование и технологии комбинированного упрочнения инструмента и деталей машин / С. Н. Григорьев. - Технология машиностроения, 2004. -№ 3. - С. 20-27. - Текст : непосредственный.

28. Григорьев, С. Н. Исследование триботехнических свойств режущего инструмента с композиционными многослойными покрытиями / С. Н. Григорьев, М. А. Волосова, М. Ш. Мигранов, А. С. Гусев. - Текст : непосредственный // Трибология - машиностроению: Труды XIV Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А. П. Семёнова - М.: ИМАШ РАН, 2022. -С. 107-110.

29. Эпиламирование как способ улучшения характеристик инструмента. - Текст : электронный // Сайт TERMOSMAZKI.RU : [сайт]. -2021. - URL: https://termosmazki.ru/stati/epilamirovanie-kak-sposob-uluchsheniia-kharakteristik-mstrumenta (дата обращения 25.01.2023).

30. Эпиламы или фтор-поверхностно активные вещества (ПАВы). -Текст : электронный // Сайт FTORPOLYMER.RU : [сайт]. - 2009. - URL: https://www.ftorpolymer.ru/docs/kondratov_r_yu_doklad_po_epilamam_i_protses su_epilamirovaniy.pdf (дата обращения 20.01.2023).

31. Баранов, Ю. В. Изменение физико-механических свойств и износотойкости быстрорежущих инструментальных сталей при обработке импульсным электрическим током / Ю. В. Баранов. - Вестник машиностроения, 2003. - № 1. - С. 29-33. - Текст : непосредственный.

32. Киричек, А. В. Повышение периода стойкости осевого инструмента методом нанесения эпиламов / А. В. Киричек, Е. А. Звягина. -Текст : непосредственный // Известия Орел ГТУ. Серия Машиностроение. Приборостроение. - 2005. - № 2. С. 70-71.

33. Киричек, А. В. Эпиламы и их применение при обработке осевым инструментом / А. В. Киричек, Е. А. Звягина. - Текст : непосредственный // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Машиностроение. Приборостроение. - 2006. - № 3. - С. 26-30.

34. Эпилам. Поверхностное упрочнение штампов, оснастки и листового проката. - Текст : электронный // Сайт Союза машиностроителей России : [сайт]. - 2016. - URL: https://soyuzmash.ru/docs/prez/prez-klkp-060917-3.pdf (дата обращения 25.01.2023).

35. Киричек, А. В. Технологическое обеспечение эффективности обработки эпиламированными быстрорежущими свойствами / А. В. Киричек, Е. А. Звягина. - Текст : непосредственный // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2008. - № 2-3(270). - С. 14-21

36. Пушных, В. А. Сравнение двух методов расчета температуры резания / В. А. Пушных, В. Л. Бибик. - Текст : непосредственный // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т.307, № 3. - С. 102104.

37. Киричек, А. В. Эпиламирование - нанотехнология для повышения эффективности механической обработки / А. В. Киричек, Е. A. Звягина. - Текст : непосредственный // Справочник. Инженерный журнал. -2007. - № 2(119). - С. 15-18.

38. Киричек, А. В. Исследование влияния эпиламирования на повышение стойкости осевого инструмента / А. В. Киричек, Е. А. Звягина. -Текст : непосредственный // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2007. -№ 1(25). - С. 30-36.

39. Киричек, А. В. Технологические возможности повышения периода стойкости осевого режущего инструмента эпиламированием / А. В. Киричек, Звягина Е. А. - Текст : непосредственный. // Гидродинамической теории смазки-120 лет: Труды международного научного симпозиума. -Том 2. - С. 229-232.

40. Микроскоп отсчетный типа МПБ-2. - Текст : электронный // Сайт SCOPIA.RU : [сайт]. - 2018. - URL: https://scopica.ru/proj/mikroskop-otschetnyiy-tipa-mpb-2/ (дата обращения 25.01.2023).

41. Патент 2656196 Российская Федерация, МПК G09B 23/06. Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения политропного процесса и комбинированного теплообмена : № 2017101479 : заявл. 17.01.2017: опубл. 31.05.2018 / Бодров В. К., Ванин В. С., Кудрявцев С. В. [и др].; заявитель и патентообладатель ОГУ имени И. С. Тургенева. - 11 с. - Текст : непосредственный.

42. Патент 2668415 Российская Федерация, МПК G09B 23/12. Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения процессов теплообмена // № 2017111455 : заявл. 14.06.2016: опубл. 28.09.2018 / Бодров В. К., Ванин В. С., Кудрявцев С. В. [и др].; заявитель и патентообладатель ОГУ имени И. С. Тургенева. - 16 с. - Текст : непосредственный.

43. Кудрявцев, С. В. Определение температуры процесса развертывания в режиме реального времени / С. В. Кудрявцев, А. С.

Тарапанов, Д. О. Золкин. - Текст : непосредственный // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2020. - № 2 (340). - С. 68-73.

44. Управление температурой контактных поверхностей режущей части разверток с нанопокрытием / С. В. Кудрявцев, А. С. Тарапанов, Г. Б. Панков [и др.]. - Текст : непосредственный // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2021. - № 3 (347). - С. 78-84.

45. Безъязычный, В. Ф. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов / В. Ф. Безъязычный. - М. : Машиностроение, 2013. — 568 с. - ISBN 978-5-94275-669-7. - Текст : непосредственный.

46. Кудрявцев, С. В. Анализ и управление процессом развертывания при применении нанопокрытий / С. В. Кудрявцев, А. С. Тарапанов. - Текст : непосредственный // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2022. - № 6 (356). - С. 32-38.

47. Кудрявцев, С. В. Определение относительных изменений температуры параметров процесса развертывания при применении нанопокрытий на режущую часть инструмента / С. В. Кудрявцев, А. С. Тарапанов, М. Ф. Селеменев. - Текст : непосредственный // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2019. -№ 6 (338). - С. 53-58.

48. Орехов, Ю. Ю. Эффективность нанопокрытий инструмента при развертывании / Ю. Ю. Орехов, Д. Г. Прохоров. - Текст : непосредственный // Юность и знания - гарантия успеха -2019 : сборник научных трудов 6-й Международной молодежной научной конференции, Курск, 18-19 сентября 2019 года / Юго-Западный государственный университет. Том 3. - Курск: Юго-Западный государственный университет, 2019. - С. 247-249.

49. Повышение эффективности механической обработки эпиламированием инструмента / А. В. Киричек, М. Ф. Селеменев, К. Ф. Селеменев, Е. А. Звягина. - Текст : непосредственный // Известия Орловского государственного технического университета. Серия:

Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2008. -№ 4-4(272). - С. 19-24.

50. Повышение стойкости инструмента за счет нанесения на рабочие поверхности фторированных ПАВ / Е. А. Звягина, М. Ф. Селеменев, В. С. Ковалева [и др.] - Текст : непосредственный // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2020. - № 4-2(342). - С. 5054.

51. Орехов, Ю. Ю. Резервы повышения эффективности процесса развертывания / Ю. Ю. Орехов, И. Д. Макаров. - Текст : непосредственный // Прогрессивные технологии и процессы : сборник научных статей 6-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Курск, 25-26 сентября 2019 года. - Курск: Юго-Западный государственный университет, 2019. - С. 205-207.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Методика контроля и измерения температуры процесса развертывания

Развертка

Хромель-копелевая термопара, измеряющая температуру в зоне резания

\(

Горячий контур с высокотемпературным теплоносителем

Датчик, измеряющий температуру теплоносителя на входе в теплообменник

Датчик, измеряющий температуру теплоносителя на входе в теплообменник

Теплообменник (горячий контур)

V

Датчик, измеряющий температуру теплоносителя на

выходе из теплообменника

Теплообменник (холодный контур)

Датчик, измеряющий температуру теплоносителя на входе в теплообменник

Блок аналого-цифровых преобразователей

Компьютер

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Методика управления процессом развертывания

—>

Запуск программы

_'

Установка новых режимов развертывания

ПРИЛОЖЕНИЕ В Блок-схема виртуальной установки оценки температуры на входе/выходе из теплообменного аппарата