Підвищення експлуатаційної стійкості різального інструмента шляхом нанесення локального дифузійного покриття

Abstract

Для підвищення експлуатаційної стійкості різального інструменту ключовим є дослідження взаємозв'язків між технологічними параметрами процесу формування стійкого до зношування покриття та самим зношуванням інструменту. Однак науково-технічні джерела не досліджують ці аспекти достатньо через низьку довговічність захисних покриттів. Для підвищення експлуатаційної стійкості різального інструменту можливе нанесення покриття з високим запасом міцності та жорсткості, здатним витримувати термомеханічні напруження. Застосування традиційних покриттів зазвичай дає лише обмежений ефект через складнощі з дотриманням потрібної твердості, в'язкості та міцності. Проблему можна вирішити шляхом використання покриттів з добавками пластичного матеріалу для релаксації напружень, наприклад, дифузійного покриття, що містить локальні зони з покриттям та без нього, та сповільнює розвиток тріщин. Щоб збільшити міцність поверхневого шару різального інструменту без зміни його структури, можна використовувати покриття з включеннями оксидів з нерівноважною структурою. На початковій стадії процесу різання відбувається накопичення пружних викривлень кристалічної ґратки, що спричиняє утворенням мікротріщин в локальних об’ємах, що сприяє поступовому руйнуванню виробу. Для ефективної роботи різального інструменту з покриттям необхідно усунення або зменшення причин, що призводять до передчасного руйнування покриття. Ця проблема може бути вирішена шляхом нанесення локального (коміркового) дифузійного покриття. Таким чином, дослідження ефективних методів формування дифузійних покриттів та встановлення взаємозв'язків між технологічними параметрами їх нанесення, релаксацією термомеханічних напружень і гальмуванням поверхневого розтріскування є надзвичайно важливими і актуальними для підвищення експлуатаційної стійкості різальних інструментів. Мета кваліфікаційної роботи. Дослідження підвищення експлуатаційної стійкості різального інструменту з швидкорізальної сталі через нанесення локального дифузійного покриття порівняно з аналогічним суцільним покриттям. Завдання:  проаналізувати і узагальнити інформацію з літературних джерел, щодо обладнання та технології нанесення локального дифузійного покриття на різальний інструмент, на підставі чого розробити концепцію зміцнення його поверхні;  розробити математичну модель напружено-деформованого стану для порівняльної оцінки впливу локального дифузійного та суцільного покриття на фізико-механічні властивості поверхневого шару, визначити критерії оцінки експлуатаційної стійкості різального інструменту з локальним дифузійним покриттям;  дослідити функціональні зв'язки між композицією локального дифузійного покриття, визначити оптимальні технологічні параметри щодо підвищення експлуатаційної стійкості різального інструменту. Об’єкт дослідження: процес нанесення локального дифузійного покриття на різальний інструмент. Предмет дослідження: вплив композиції локального дифузійного покриття, технологічних параметрів процесу його формування, фізико-механічних властивостей на експлуатаційну стійкість різального інструменту Наукова новизна одержаних результатів: Розроблено та науково обґрунтовано математичну модель напружено-деформованого стану зразка з локальним дифузійним покриттям, що дозволяє, з погляду моделі «суцільне покриття – повна його відсутність», оцінювати вплив комірчастої структури, утвореної композицією з чергування таких областей, на механічні властивості покриття (через модуль пружності та коефіцієнт Пуассона). Практичне значення одержаних результатів: Встановлено фізико-механічні властивості різального інструменту з локальним дифузійним покриттям системи Ме-МеО та МеО-О2 шляхом осадження заряджених іонів кисню струмом коронного розряду. Розроблено практичні рекомендації щодо вибору режимів нанесення покриття, що забезпечують формування необхідної структури та властивостей локального дифузійного покриття на кромці інструменту. Практичне значення розробок підтверджено використанням їх в учбовому процесі (лекція і практична робота з дисципліни «Сучасне матеріалознавство як основа інженерії») на кафедрі СІ та ТММ ДБТУ. Апробація. Основні положення і результати роботи доповідалися і обговорювалися на міжнародній та 2-х Всеукраїнських науково-практичній конференціях: «ХІХ міжнародний форум молоді «МОЛОДЬ І ІНДУСТРІЯ 4.0 В XXI СТОЛІТТІ»» (м. Харків, ДБТУ, 6-7 квітня 2023р.); VI Всеукраїнська науково-практична інтернет конференція «Проблеми та перспективи розвитку сільськогосподарського машинобудування» (21–22 грудня 2023 року Полтава, ПДАУ); І Всеукраїнська науково-практична конференція «Фізичне виховання, безпека життєдіяльності і сучасні технології виробництва» (ХНЕУ, Харків, 21 березня 2024 року). Публікації за темою досліджень: За матеріалами досліджень підготовлено і опубліковано 3 тези в збірках праць міжнародних та Всеукраїнських конференцій: 1. Клочко О.Ю., Дерябкіна Є.С., Гринько О.А. Дослідження структури локального дифузійного покриття різального інструменту. Матеріали VI Всеукраїнської науково-практичної інтернет-конференції «Проблеми та перспективи розвитку сільськогосподарського машинобудування» (21–22 грудня 2023 року Полтава, ПДАУ), С.467. 2. Клочко, О.Ю., Гринько, О.А., Богун, С.Ю. Технологія термічної обробки різальних елементів системи подрібнення кормозбирального комбайна. Матеріали ХІХ міжнародного форуму молоді «МОЛОДЬ І ІНДУСТРІЯ 4.0 В XXI СТОЛІТТІ» (м. Харків, ДБТУ, 6-7 квітня 2023р.), С.98. 3. Гринько О.А. Вплив низькотемпературного циклічного відпалу на неоднорідність високохромистих сплавів. Матеріали І Всеукраїнської науково-практичної конференції «Фізичне виховання, безпека життєдіяльності і сучасні технології виробництва» (ХНЕУ, Харків, 21 березня 2024 року), С.342-344