Национальная академия наук Украины Институт сверхтвердых материалов им

Национальная академия наук Украины Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Новиков Н. В. , академик НАН Украины, д. т. н. , проф. Клименко С. А. , д. т. н. , проф. Бочечка А. А. , д. т. н. , с. н. с. НАНОМАТЕРИАЛЫ В ТЕХНОЛОГИЯХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ВЛИЯНИЕ МАТЕРИАЛА РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА И УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ! Материал режущей части Объемные физико-механические свойства Стойкость инструмента Поверхностные механические свойства Химические свойства Контактное взаимодействие в зоне резания Состояние поверхностного слоя изделия Условия термобарического нагружения Конструкция инструмента Затраты за жизненный цикл изделия Геометрические параметры инструмента Режимы резания Смазочно-охлаждающая технологическая среда Производительность обработки ! Себестоимость обработки

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛУ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕРТА Выход режущего инструмента из строя связан с его износом или разрушением. При этом может наблюдаться как хрупкое, так и пластическое разрушение инструмента. Инструментальный материал должен обладать достаточным запасом прочности и износостойкостью. Качество инструментального материала определяется комплексом физико-механических параметров: - пределами прочности при растяжении, сжатии и изгибе; - зависимостью твердости материала от температуры; - температурной зависимостью предела выносливости материала; - модулем упругости; - коэффициентами Пуассона и линейного расширения; - коэффициентами тепло- и температуропроводности. К этому перечню следует добавить химический состав и химические свойства инструментального материала.

НАНОМАТЕРИАЛЫ В ПРОЦЕССАХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ - Композиты и покрытия для режущих инструментов наноструктурные нанокомпозитные - пасты и суспензии для механической обработки - смазочно-охлаждающие технологические среды нанослойные

ЛЕЗВИЙНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ И БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ Объемно-наноструктурированные стали: ТМО дисперсионное упрочнение ИПД Поверхностно-наноструктурированные стали: Повышение стойкости отрезных фрез до 10 -ти раз

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ ВК 6 15 ГПа 13 МПа. м 1/2 Точение сталь Х 12 М 56 -58 HRC Вол. Кар 23 ГПа 8 МПа. м 1/2 Свойства твердых сплавов (размер зерна: 1 – 0, 8 -1, 3 мкм; 2 – 0, 5 -0, 8 мкм; 3 – 0, 2 -0, 5 мкм; 4 - ˂ 0, 2 мкм) в зависимости от содержания кобальта: а – твердость; б – предел прочности при изгибе

РЕЖУЩАЯ КЕРАМИКА Aэрозольный порошок. Рельеф на поверхности - внутренние наночастицы размером 16 -25 нм Структура керамічного композиту Zr. O 2 -Y 2 O 3 Ce. O 2 ( 500), отриманого при P = 250 МПа, T = 1330 °C. Керамический скальпель.

ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ нано-PCD нано-c. BN Модель структуры (высокопрочные частицы c. BN Структура поликристалла, спеченного из алмазного армируют керамическую матрицу на основе с. BN) нанопорошка статического синтеза АСМ 0, 1/0+WC: (а); ультрадисперсная структура наполнителя а - изображение на просвет; б - микрофрактограмма (справа) в пограничных областях с крупными зернами матрицы (слева) (б)

На основе алмаза Износ алмазных инструментов при точении твердого сплава (WC 7%) от длины пути резания

CVDITE, монокристаллический алмаз, SYNDITE Пластина из CVD-алмаза, вырезанная лазером 1 – прерывистое резание 2 – черновая обработка 3 – получистовая обработка 4 – чистовая обработка 5 – обработка до особой чистоты поверхности

На основе КНБ Влияние величины подачи на интенсивность изнашивания инструмента, оснащенного ПСТМ «гетеронит» , при обработке плазменно- наплавленного покрытия ПГ-СР 4 (57 -60 HRC)

ПОКРЫТИЕ НА РЕЖУЩЕМ ИНСТРУМЕНТЕ Износ инструмента из керамик ВОК-71 (а) и ВКК-Ti-Ti, Al)N(Ti, Cr, Al)N (б) при сухом продольном точении стали 50 Г (58 HRC) в с v = 348 м/мин; S = 0, 15 мм/об; t = 0, 5 мм Точение стали ХВГ (60 HRC) резцом из ПСТМ на основе c. BN без покрытия (1) и с покрытием c. BN (аморф. ) (2) Фрезерование стали Х 12 ВФ Нанопокрытие Ti. Al. N на твердосплавном резце

Алмазоподобное покрытие Микроструктурное покрытие Силы резания Износ инструмента Наноструктурное покрытие Шероховатость обработанной поверхности

АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ где, R 1 = Структура композитoв систем Cu+Sn+AC (a) и Cu+Cuн+Sn+AC (б). Масовое содержание Cuн 5 % Показатели изнашивания инструментальных композитов системы Cu+Cuн+Sn+Snн+Co+AC Инструментальный композит с СТМ Скорость изнашивания, мм 3/час Твердость HRB 100 Коэфициент изнашивания Cu + Sn 0, 72 90 1, 00 Cu+Sn+Co 0, 36 89 0, 50 0, 33 100 0, 46 0, 14 102 0, 19 Cu+Cuн+Sn+ Snн(0, 5%)+Co Cu+Cuн+Sn+ Snн(2, 0%)+Co Работоспособность шлифовальных кругов 12 R 4 150 x 5 x 3 x 32 при обработке сплава ВК 15

СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫ ПАВ Постадийный механизм нанострукту- ризации СОТС: - формирование сольватной оболочки из полимера; - возникновение фрактальной сетки в объеме СОТС; - микрорельеф трибопары в присутствии наноструктурированной СОТС

Изменение характеристик материалов для режущих инструментов при уменьшении размера зерна в их структуре

Наноматериалы