Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980433610.12737/6897Технические наукиTechnical sciencesТехнические наукиCOATED TOOL CUTTING TEMPERATUREТемпература резания инструментами с износостойкими покрытиямиМоисеевДенис ВитальевичMoiseevDenis Витальевичdenisey2003@mail.ruВисторопскаяФлора АлександровнаVistoropskayaFlora Александровнаflora.vistoropskaya@yandex.ruРыжкинАнатолий АндреевичRyzhkinAnatoliy АндреевичПучкинВладимир НиколаевичPuchkinVladimir Николаевич140220151402201514493116https://naukaru.ru/en/nauka/article/4336/view
Показано, что наличие покрытий на краях лунки и задней поверхности инструмента изменяет термо-ЭДС (ТЭДС), измеряемую методом естественной термопары, на величину не более 0,3–0,7 %. (Это следует из анализа электрической схемы зоны резания.) Значит, на ТЭДС (температуру резания) будет оказывать влияние лишь состав и свойства покрытий. Модельными теоретическими расчетами температуры по предложенной авторами зависимости показано, что температуры минимальны при использовании однослойных покрытий ZrO2, TiN, AlN (для пары Т15К6 — Сталь 45) и ZrN, AlN, ZrO2 и Al2O3 ( для пары Т15К6 — 12Х18Н10Т). Эксперименты по точению стали 45 твердосплавными пластинками Т15К6 подтвердили эффективность покрытий TiN+AlN, когда температура резания, усадка стружки и длина контакта по передней поверхности (lп) меньше, чем для базового сплава Т15К6.
The analysis of the cutting area circuit diagram has shown that coatings on the edges of the hole and on the flank surface of the tool change the thermoelectric power measured by the dynamic thermocouple to the value of not more than 0.3-0.7%. So, only the composition and properties of the coatings will have an effect on the cut-ting temperature. Model theoretical temperature calculations according to the dependence proposed by the au-thors have shown that the temperatures are minimal when using single coatings ZrO2, TiN, AlN (for couples Т15К6 — St45), and ZrN, AlN, ZrO2, Al2O3 (for couples Т15К6 – 12H18N10Т). Experiments on turning St45 by carbide plates made of T15K6 have proved the efficiency of TiN+AlN coatings when the cutting temperature, chip shrink-age, and contact length on the front face (lc) are less than for the base alloy T15K6.
температура резанияТЭДСзоны резанияизносостойкие покрытияконтактные процессыcutting temperaturethermoelectric powercutting areaswear-resistant coatingscontact processes
Введение. В практике металлообработки твердыми сплавами (ТС) с износостойкими покрытиями установлены факты стабильного повышения стойкости ТС пластин применением покрытий разных типов, однофазных и композиционных, содержащих TiC, TiN, TiCN, TiC+TiN, TiCN+TiAlN, TiN+TiAlN+TiZrN, TiN+AlTiN+AlCrN, AlCrN, TiN+Al2O3 и др. [1–7].В опубликованных исследованиях установлены физико-механические причины влияния покрытий на износостойкость ТС для всех методов нанесения покрытия (газофазный и вакуумно-плазменный). В [8–9] были представлены известные механизмы прямого, косвенного и комбинированного влияния покрытий. В настоящее время появились исследования влияния состава покрытий на прочностные характеристики и напряженное состояние твердых сплавов [7]. Изучен механизм влияния тонкослойных покрытий на торможение окислительно-диффузионного износа ТС [3, 5, 6, 10]. Подтверждается уменьшение сил резания и температуры при использовании некоторых композиционных покрытий [7].
Табаков, В. П. Многослойные износостойкие покрытия для токарных резьбовых резцов / В. П. Табаков, Д. И. Сагитов // Технология машиностроения. - 2013. - № 6. - С. 21-26.Tabakov, V. P., Sagitov, D. I. Mnogosloynye iznosostoykie pokrytiya dlya tokarnykh rez´bovykh reztsov. [The multilayer wear-resistant coatings for lathe threading tool.] Tekhnologiya Mashinostroeniya, 2013, no. 6, pp. 21-26 (in Russian).Табаков, В. П. Исследование износостойкости покрытий режущего инструмента, полученных с применением составных катодов / В. П. Табаков // Станки, инструмент. - 1996. - № 3. - С. 14-17.Tabakov, V. P. Issledovanie iznosostoykosti pokrytiy rezhushchego instrumenta, poluchennykh s primeneniem sostavnykh katodov. [Study on the cutting tool wear resistance obtained using composite cath-odes.] Stanki, instrument. 1996, no. 3, pp. 14-17 (in Russian).Андреев, А. А. Износостойкие вакуумно-дуговые покрытия на основе титана в инструмен-тальном производстве / А. А. Андреев, С. Н. Григорьев // Станки, инструмент. - 2006. - № 2. - С. 19-24.Andreyev, А. А., Grigoryev, S. N. Iznosostoykie vakuumno-dugovye pokrytiya na osnove titana v instrumental´nom proizvodstve. [Wear-resistant vacuum-arc coatings based on titanium in tool production.] Stanki, instrument. 2006, no. 2, pp. 19-24 (in Russian).Табаков, В. П. Многослойное покрытие инструмента в условиях прерывистого резания / В. П. Табаков, А. А. Ермольев // Станки, инструмент. - 2005. - № 7. - С. 21-24.Tabakov, V. P., Yermolyev, A. A. Mnogosloynoe pokrytie instrumenta v usloviyakh preryvistogo rezaniya. [Multilayer tool coating under interrupted cutting.] Stanki, instrument. 2005, no. 7, pp. 21-24 (in Rus-sian).Исследование износостойкости режущих инструментов с износостойкими покрытиями / Л. Ш. Шустер [и др.] // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2007. - № 5. - С. 32-34.Shuster, L.Sh., et al. Issledovanie iznosostoykosti rezhushchikh instrumentov s iznosostoykimi pokrytiyami. [Study of wear resistance of cutting tools with composite coatings.] Friction & lubrication in ma-chines and mechanisms, 2007, no. 5, pp. 32-34 (in Russian).Мигранов, М. Ш. Износостойкость режущих инструментов с износостойкими покрытиями / М. Ш. Мигранов, Л. Ш. Шустер // Трение и износ. - 2005. - № 3, Т. 26. - С. 304-307.Migranov, M. Sh., Shuster, L. Sh. Iznosostoykost´ rezhushchikh instrumentov s iznosostoykimi pokrytiyami. [A study of wear resistance of cutting tools with multi-layered coatings.] Friction and wear, 2005, no. 3, vol. 26, pp. 304-307 (in Russian).Табаков, В. П. Влияние состава нитридных покрытий на тепловое и напряженное состояние режущего инструмента и интенсивность его износа / В. П. Табаков, А. В. Чихранов // Станки, инструмент, 2009. - № 10. - С. 20-26.Tabakov, V. P., Chikhranov, A. V. Vliyanie sostava nitridnykh pokrytiy na teplovoe i napryazhen-noe sostoyanie rezhushchego instrumenta i intensivnost´ ego iznosa. [Effect of nitride coatings on thermal and stress state of the cutting tool and its wear rate.] Stanki, instrument. 2009, no. 10, pp. 20-26 (in Russian).Рыжкин, А. А. Теплофизические процессы при изнашивании инструментальных режущих ма-териалов / А. А. Рыжкин. - Ростов-на-Дону : Издательский центр ДГТУ, 2005. - 311 с.Ryzhkin, А. А. Teplofizicheskie protsessy pri iznashivanii instrumental´nykh rezhushchikh materi-alov. [Thermophysical processes at wear of tool cutting materials.] Rostov-on-Don, DSTU Publ. Centre, 2005, 311 p. (in Russian).Рыжкин, А. А. Обработка материалов резанием / А. А. Рыжкин, К. Г. Шучев, М. М. Климов. - Ростов-н/Д. : Издательский центр ДГТУ, 2007. - 419 с.Ryzhkin, А. А., Shuchev, K. G., Klimov, M. M. Obrabotka materialov rezaniem. [Materials cutting.] Rostov-on-Don, DSTU Publ. Centre, 2007, 419 p. (in Russian).Гуревич, Ю. Т. Поверхностное азотирование твердых сплавов на основе карбида титана / Ю. Т. Гуревич // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2009. - № 9. - С. 28-29.Gurevich, Y. Т. Poverkhnostnoe azotirovanie tverdykh splavov na osnove karbida titana. [The surface nitriding technology of hard titanium carbide-based alloys.] Strengthening technologies and coatings, 2009, no. 9, pp. 28-29 (in Russian).Расчет температуры задней поверхности режущего инструмента / А. А. Рыжкин [и др.] // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике : материалы XI междунар. науч.-практ. конф. - Новочеркасск, 2012. - С. 4-21.Ryzhkin, А. А., et al. Raschet temperatury zadney poverkhnosti rezhushchego instrumen-ta. [Temperature calculation of rear surface of the cutting tool.] Problemy sinergetiki v tribologii, triboelektrokhimii, materialove-denii i mekhatronike : materialy XI mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Problems of synergy in tribology, triboelectrochemistry, hylology, and mechatronics: Proc. XI Int. sci.-pract. conf.] Novo-cherkassk, 2012, pp. 4-21 (in Russian).Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи / Л. А. Бессонов.- Москва : Гардарики, 2006. - 701 с.Bessonov, L. А. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Elektricheskie tsepi. [Theoretical founda-tion of Electrical Engineering. Electrical circuits.] Moscow : Gardariki, 2006, 701 p. (in Russian).Резников, А. А. Теплофизика резания / А. А. Резников. - Москва : Машиностроение, 1969. - 288 с.Reznikov, А. А. Teplofizika rezaniya. [Thermophysics of cutting.] Moscow : Mashinostroenie, 1969, 288 p. (in Russian).Сверхтвердые материалы. Получение и применение. В 6 т. Т. 5. Обработка материалов лез-вийным инструментом / под. ред. С. А. Клименко // Национальная Академия наук Украины, Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля. - Киев, 2006. - 316 с.Klimenko, S. A., ed. Sverkhtverdye materialy. Poluchenie i primenenie. V 6 t. T. 5. Obrabotka ma-terialov lezviynym instrumentom. [Superhard materials. Formation and application. In 6 vol. Vol. 5. Material processing by edge tool.] V. Bakul Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2006, 316 p. (in Russian).Влияние покрытий на тепловую обстановку в зоне резания / А. А. Рыжкин [и др.] // Прогрес-сивные отделочно-упрочняющие технологии : межвуз. сб. статей. - Ростов-на-Дону , 1983. - С. 106-112.Ryzhkin, А. А., et al. Vliyanie pokrytiy na teplovuyu obstanovku v zone rezaniya. [Effect of coatings on thermal conditions in the cutting zone.] Progressivnye otdelochno-uprochnyayushchie tekhnologii : mezhvuz. sb. statey. [Advanced finishing and hardening technologies : interuniversity coll. of sci. papers.] Rostov-on-Don, 1983, pp. 106-112 (in Russian).Рыжкин, А. А. Исследование температурного поля в паре трения «деформируемое простран-ство - ограниченная пластина» с учетом объемности источника тепловыделения / А. А. Рыжкин // Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем : сб. науч. тр. - Ростов-на-Дону, 1993. - С. 121-126.Ryzhkin, А. А. Issledovanie temperaturnogo polya v pare treniya «deformiruemoe prostranstvo - ogranichennaya plastina» s uchetom ob´´emnosti istochnika teplovydeleniya. [Study on temperature field in fric-tion couple ‘deformable space - limited plate’ considering heat source volume.] Nadezhnost´ i effektivnost´ stanochnykh i instrumental´nykh sistem : sb. nauch. tr. [Reliability and efficiency of machine and tooling sys-tems: coll. of sci. papers.] Rostov-on-Don, 1993, pp. 121-126 (in Russian).Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. - М. : Высшая школа, 1967. - 536 с.Lykov, А. V. Teoriya teploprovodnosti. [Heat conductivity theory.] Moscow : Vysshaya shkola, 1967, 536 p. (in Russian).Исследование характеристик трения и износа ионно-плазменных покрытий, полученных на алюминиевом сплаве / С. Ф. Дудник [и др.] // Физическая инженерия поверхности. - 2004. - Т. 2, № 1. - С. 112-116.Dudnik, S. F., et al. Issledovanie kharakteristik treniya i iznosa ionno-plazmennykh pokrytiy, poluchennykh na alyuminievom splave. [The investigation of friction and wear characteristics of ion-plasma coatings, received on the aluminum alloy.] Physical surface engineering, 2004, vol. 2, no. 1, pp. 112-116 (in Russian).Погребняк, А. Д. Формирование многослойного сверхтвердого покрытия Ti-Hf-Si-N/NbN/Al2O3 для высокоэффективной защиты / А. Д. Погребняк // Письма в журнал технической физики, 2013. - Т. 39, вып. 4. - С. 9-16.Pogrebnjak, А. D. Formirovanie mnogosloynogo sverkhtverdogo pokrytiya Ti-Hf-Si-N/NbN/Al2O3 dlya vysokoeffektivnoy zashchity. [Formation of multilayer superhard Ti-Hf-Si-N / NbN / Al2O3 coating for high protection.] Pis´ma v zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 2013, vol. 39, iss. 4, pp. 9-16 (in Russian).Семенов, А. П. Трибологические свойства тугоплавких оксидов и неметаллических соедине-ний при высоких температурах / А. П. Семенов // Трение и износ. - 2008. - Т. 29, № 5. - С. 531-549.Semenov, А. P. Tribologicheskie svoystva tugoplavkikh oksidov i nemetallicheskikh soedineniy pri vysokikh temperaturakh. [Tribological behavior of refractory oxides and non-metallic compounds at high tem-peratures.] Friction and wear, 2008, vol. 29, no. 5, pp. 531-549 (in Russian).Волосова, М. А. Влияние вакуумно-плазменных нитридных покрытий на контактные процессы и механизм изнашивания рабочих поверхностей быстрорежущего инструмента при прерывистом резании / М. А. Волосова, В. Д. Турин // Трение и износ. - 2013. - Т. 34, № 3. - С. 246-255.Volosova, М. А., Turin, V. D. Vliyanie vakuumno-plazmennykh nitridnykh pokrytiy na kontaktnye protsessy i mekhanizm iznashivaniya rabochikh poverkhnostey bystrorezhushchego instrumenta pri preryv-istom rezanii. [Effect of vacuum-plasma nitride coatings on contact processes and wear mechanism of working surfaces of high-speed tool at interrupted cutting.] Friction and wear, 2013, vol. 34, no. 3, pp. 246-255 (in Rus-sian).Влияние режимов импульсного лазерного осаждения на трибомеханические свойства тонко-пленочных покрытий Mo-Si-Ni-C / М.Я. Бычкова [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия, 2011. - № 9. - С. 23-31.Bychkova, M. Y., et al. Vliyanie rezhimov impul´snogo lazernogo osazhdeniya na tribomekhanich-eskie svoystva tonkoplenochnykh pokrytiy Mo-Si-Ni-C. [Effect of pulsed laser deposition conditions on the tribo-logical and mechanical properties of thin film Mo-Se-Ni-C coatings.] Strengthening technologies and coatings, 2011, no. 9, pp. 23-31 (in Russian).Гадалов, В. Н. Износостойкие покрытия для режущего инструмента (состояние и перспектива развития) / В. Н. Гадалов // Технология машиностроения, 2011. - № 7. - С. 26-28.Gadalov, V. N. Iznosostoykie pokrytiya dlya rezhushchego instrumenta (sostoyanie i perspektiva razvitiya). [Wear-resistant coating for cutting tool (the present state and prospects of development).] Tekhnologiya Mashinostroeniya, 2011, no. 7, pp. 26-28 (in Russian).