Плазмове субмікро- і наноструктурування різьбонарізного інструменту

Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2021
Předmět:
металлографические исследования
різьбонарізний інструмент
нанострурирование
математична модель
зносостійкість
субмікроструктурування
ultra-disperse
meso-structures
wear resistance
surface layer
nanostructuring
плазменное модифицирование
микроструктурирование
плазмове модифікування
трещиностойкость
стойкостные исследования
621.791.927.55
тріщиностійкість
структурні перетворення
износостойкость
металоргафічні досліджнення
threading tool
математическая модель
механизм разрушения
поверхностный слой
microstructuring
fracture mechanism
нанострутурування
резьбонарезной инструмент
структурные превращения
plasma modification
механізм руйнування
structural transformations
стійкістні дослідження
поверхневий шар
mathematical model
crack resistance
Popis: Робота виконана на кафедрі «Наноінженерія в галузевому машинобудуванні» ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет» Міністерства освіти і науки України Дисертація присвячена формуванню модифікованих шарів з субмікро- і нанокристалічною структурою і підвищеним рівнем експлуатаційних властивостей при поверхневій обробці різьбонарізного інструменту зі швидкорізальних сталей та твердих сплавів висококонцентрованим плазмовим струменем. У літературному огляді виконаний аналіз умов роботи різьбонарізного інструменту. Показан характер зносу різьбонарізного інструменту, механізми зносу, зони зносу. показана перспективність розвитку різних методів зміцнення для підвищення працездатності різьбонарізного інструменту. Особливість різьбонарізного інструмента це дуже велика номенклатура як по розмірах, від дуже дрібних мітчиків, до крупних фрез, різців, так і за різноманітністю видів. Нині існує 4 підходи до зміцнення. Найбільш розвиваються останнім часом це нанесення покриттів, і поверхневе модифікування. Ці два найбільш поширених метода якраз розвиваються у бік отримання дисперсних структур у тому числі і наноструктур. Дисертаційна робота виконана на плазмовому комплексі в умовах кафедри «Наноінженерія в галузевому машинобудуванні», основний елемент цього комплексу це плазматрон. Плазматрон використовується побічної дії: деталь і інструмент електрично нейтральні. Особлтвість його конструкції це сенкціонована міжелектродна вставка. Спеціально для того, щоб підвищити швидкість охолодження і отримати плазмове наноструктурування. Експериментами встановлено, що можна впливати на цей процес шляхом виконання каналу плазматрона не циліндричної форми, а конічної. Міра звуження каналу впливає на твердість при обробці. Розроблена методика математичного моделювання процесу плазмового модифікування різьбонарізного інструмента. У основі розрахунку теплової дії висококонцентрованих джерел нагріву на метал лежить закон теплопровідності Фур'є. Для вирішення цього завдання використано звичайно-елементне моделювання із застосуванням прикладного пакету МСS.Nastran. Розроблено математичну модель оптимального керування процесом плазмового поверхневого модифікування різьбонарізного інструменту та інженерну методику розрахунку оптимальних режимів обробки. Уперше на основі звичайно-елементного рішення диференціального рівняння теплопровідності в нелінійній постановці розроблені алгоритми і інженерні методики розрахунку оптимальних режимів плазмового модифікування різьбонарізного інструменту зі швидкорізальних сталей і твердих сплавів, що забезпечують утворення в модифікованій зоні субмікро- і нанокристалічної структури з підвищеним рівнем експлуатаційних властивостей. У 3м розділі дисертації досліджена структура і властивості різьбонарізного інструмента зі швидкорізальної сталі на прикладі гребінки. Для такого інструмента відомо два підходи плазмовою модифікування з об'ємною термообробкою і з триразовою відпусткою Тип структури, що утворюється в модифікованій зоні в результаті комплексного об'ємно-поверхневого зміцнення гребінок із сталі Р6М5, займає проміжне положення між нанокристалічною (до 100 нм) і субмікрокристалічною. Досліджено механізми структурних перетворень гребінки зі швидкорізальної сталі та різьбонарізного різця з напаяною твердосплавною пластиною при плазмовому поверхневому модифікуванні. Встановлені закономірності наноструктурування різальних кромок різьбонарізного інструменту при плазмовому модифікуванні без оплавленя поверхні. Встановлено, що при наноструктуруванні сталевого інструменту набуття найбільш високих значень дисперсності обумовлене збільшенням швидкості охолодження, розчиненням вихідних карбідів і виділенням нанодисперсних вторинних карбідів. Розроблено методику випробувань та досліджено тріщиностійкість, механізми руйнування та зношування різьбонарізного інструменту з поверхневим модифікованим шаром. Розроблено технологічне устаткування для проведення плазмової обробки. Розроблено технологічні процеси плазмового модифікування різьбонарізного інструменту з твердих сплавів та швидкорізальних сталей. Розроблена структурна схема управління наностуруктуруванням після плазмового модифікування. Розроблені рекомендації по вибору оптимального розміщення модифікованої зони на різьбонарізному різці з напаяними твердосплавними пластинами та різьбонарізній гребінки зі швидкорізальної сталі. Проведені стійкістні дослідження різьбонарізного інструменту після плазмового модифікування. Розроблений науково-методологічний комплекс управління наноструктуризацією поверхні різьбонарізного інструменту при плазмовому модифікуванні. Встановлено, що найбільш високі дисперсність структури і експлуатаційні властивості модифікованої зони досягаються за рахунок реалізації дислокаційного і дисперсійного механізмів зміцнення для сталевого інструменту і твердорозчинного, дисперсійного і зернограничного - для твердосплавного інструменту. Розроблений комплексний підхід на основі розгляду єдиної технологічної системи, в яку в якості взаємозв'язаних складових входять підсистеми "Плазмове модифікування" і "Різьбонарізання". Новий підхід є основою для створення інтегрованих технологій механічної і фізико-технічної обробки і їх програмного управління. Dissertation is sanctified to forming of the modified layers from submicro- and by a nanocrystalline structure and increase level of operating properties at superficial treatment of thread instrument from high speed steel and carboloies by a plasma stream. In a literary review the executed analysis of terms of work of thread instrument. The character of wear of thread instrument, mechanisms of wear, zone of wear. the shown perspective of development of different methods of strengthening is for the increase of capacity of thread instrument. The feature of thread instrument it a very large nomenclature as on sizes, from ultrafine markers, to the large milling cutters, chisels, so on the variety of kinds. Presently there are 4 approaches to strengthening. Most develop lately this causing of coverages, and superficial retrofitting. These two most widespread метода just develop toward the receipt of dispersible structures including nanostructures. Dissertation work is executed on a plasma complex in the conditions of department "Nanoengineering in a branch engineer", the basic element of this complex it a plasmatron. A plasmatron is used indirect action: a detail and instrument are electric neutral. Feature of his construction this partitioned interelectrode insertion. Specially in an order to promote cooling speed and get plasma nanostructure. It is set experiments, that it is possible to influence on this process by implementation of channel of plasmatron not cylindrical form, but conical. Measure of narrowing of channel influences on hardness at treatment. Worked out methodology of mathematical design of process of the plasma retrofitting of thread instrument. In basis of calculation of thermal action of concentrate sources of heating the law of heat-conducting of Fourier lies on a metal. For the decision of this task an usually-element design is used with application of the applied package of МСS.Nastran. A mathematical optimal case of the plasma superficial retrofitting of thread instrument a process frame and engineering methodology of calculation of the optimal modes of treatment are worked out. First on the basis of usuallyelement decision of differential equalization of heat-conducting in the nonlinear raising the worked out algorithms and engineering methodologies of calculation of the optimal modes of the plasma retrofitting of thread instrument from high speed steel and carboloies that provide formation in the modified zone of submicro- and nanocrystalline structure with an increase level of operating properties. In the third part of dissertation an investigational structure and properties of thread instrument are from high-speed steel on the example of comb. For such instrument two approaches are known by plasma retrofitting with by volume heat treatment and with triple vacation Type of structure that appears in the modified zone as a result of the complex by volume of-superficial strengthening of combs from steel of Р6М5 occupies intermediate position between nanocrystalline (to 100 nm) and microcrystalline. The mechanisms of structural transformations of comb are investigational from high-speed steel and thread chisel from a hard-alloy plate at the plasma superficial retrofitting. The set conformities to law of nanostructure of cutting edges of thread instrument are at the plasma retrofitting without melting surface. It is set that during nanostructure of steel instrument of acquisition of the most high values of dispersion is conditioned by the increase of cooling speed, dissolution of initial carbides and selection of nanodispersible secondary carbides. Methodology of tests is worked out and investigational crackfirmness, mechanisms of destruction and wear of thread instrument with the superficial modified layer. A technological equipment is worked out for realization of plasma treatment. The technological processes of the plasma retrofitting of thread instr ument are worked out from carboloies and high speed steel. The worked out flow diagram of management of nanostructure is after the plasma retrofitting. Worked out recommendations on the choice of the optimal placing of the modified zone on a thread chisel by hard-alloy plates and thread combs from high-speed steel. Firmness studies of thread instrument are undertaken after the plasma retrofitting. The worked out scientifically-methodological complex of management nanostructure of surface of thread instrument is at the plasma retrofitting. It is set that most high dispersion of structure and operating properties of the modified zone are arrived at due to realization of dislocation and dispersible mechanisms of strengthening for a steel instrument and hardsolution, dispersible and grainboarded - for a hard-alloy instrument. The worked out complex approach is on the basis of consideration of the single technological system in that as associate constituents subsystems enter the "Plasma retrofitting" and "Threading". New approach is basis for creation of the integrated technologies of mechanical and фізико-технічної treatment and them programmatic management. Диссертация посвящена формированию модифицированных слоев из субмикро- и нанокристаллической структурой и повышенным уровнем эксплуатационных свойств при поверхностной обработке резьбонарезного инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов высококонцентрированной плазменной струей. Разработана математическая модель оптимального управления процессом плазменного поверхностного модифицирования резьбонарезного инструмента и инженерная методика расчета оптимальных режимов обработки. Исследовано механизмы структурных превращений гребенки из быстрорежущей стали и резьбонарезного резца с напаяной твердосплавной пластиной при плазменном поверхностном модифицировании. Разработана методика испытаний и исследована трещиностойкость, механизмы разрушения и изнашивания резьбонарезного инструмента с поверхностным модифицированным слоем. Разработано технологическое оборудование для проведения плазменной обработки. Разработаны технологические процессы плазменного модифицирования резьбонарезного инструмента из твердых сплавов и быстрорежущих сталей. Разработана структурная схема управления наностуруктурированием после плазменного модифицирования. Разработаны рекомендации по выбору оптимального размещения модифицированной зоны на резьбонарезном резце с напаяными твердосплавными пластинами и резьбонарезной гребенки из быстрорежущей стали. Проведены стойкостные исследования резьбонарезного инструмента после плазменного модифицирования.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: