НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o029.pdf (1060.08Кб)

УДК 621.91.01: 621.763

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Износостойкие и эрозионностойкие высокотемпературные покрытия, получаемые методами газотермического напыления, характеризуются широким спектром уникальных конструкционных и эксплуатационных  свойств, заложенных в металлокомпозитах. Это позволяет использовать их в технологиях изготовления для повышения износостойкости изделий, эксплуатация которых связана с циклическим нагружением, большими контактными давлениями, воздействием агрессивных сред и высоких температур, а также при восстановлении изношенных деталей. Газотермические покрытия способствуют качественному повышению технического уровня изготовления и восстановления изделий с применением керамических композиционных материалов. Однако возможность реализации значительного повышения эксплуатационных характеристик изделий, снижения трудоемкости и материалоемкости их восстановления и изготовления во многом зависит от степени обеспечения качества поверхностного слоя изделий на этапе их финишной обработки, которая, как правило, осуществляется разными видами обработки резанием.
При обработке резанием газотермических покрытий, полученных плазменным напылением, процесс удаления срезаемого слоя материала определяется его характерными особенностями, такими, как слоистое строение, высокие внутренние напряжения, низкая пластичность материала, высокая склонность к упрочнению и перенаклепу поверхностного слоя, пористость, высокие абразивные свойства и др.  Указанные свойства покрытий приводят при их обработке к специфическим особенностям стружкообразования и условий формирования поверхностного слоя заготовки.
Исследования процесса стружкообразования плазменнонапыленных покрытий осуществляли на микроскоростях с помощью экспериментальной установки, созданной в МГТУ им. Н.Э. Баумана на базе инструментального микроскопа. Установка позволила фиксировать отдельные стадии (фазы) процесса образования стружки и одновременно регистрировать действующие силовые факторы.
Установлено, что формирование отдельных элементов стружки сопровождается образованием сетки микротрещин, что вызывает выкрашивание мелких частиц материала. Появление в срезаемом слое материала магистральной трещины приводит к отделению наиболее крупного элемента стружки, после чего все стадии образования элементной стружки циклически повторяются. Флуктуации составляющих силы резания полностью повторяют все стадии локальных разрушений и образования отдельных элементов стружки. Исследования показали, что при повышенных толщинах срезаемого слоя магистральная трещина развивается ниже линии среза, что существенно отражается на качестве обработанной поверхности: наблюдается появление микротрещин, раковин, сколов и других дефектов, значительно снижающих эксплуатационные характеристики изделия.
На качество поверхности при резании плазменнонапыленных покрытий большое влияние оказывает их высокая склонность к упрочнению, перенаклепу от воздействия режущего инструмента. Это проявляется в потере устойчивости упругого состояния равновесия и разрушению поверхностного слоя детали (выкрашиванию, шелушению, отслаиванию). С увеличением кривизны обрабатываемой поверхности (например, уменьшением радиуса цилиндрической заготовки) склонность поверхностного слоя к разрушению повышается.
Специфические трудности представляет применение смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании покрытий, полученных плазменным напылением. Обработка в этом случае сопровождается образованием в поверхностном слое заготовки насыщенных паров жидкости под высоким давлением. При падении давления со стороны инструмента в процессе резания парообразование происходит с такой интенсивностью, которая может инициировать микро и макроразрушения обработанной поверхности детали.

1. Газотермическое напыление: учеб. пособие / под общей ред. Л.Х. Балдаева. 2-е изд. М.: ООО "Старая Басманная", 2015. 540 с.
2. Кравченко И.Н., Карелина М.Ю., Зубрилина Е.М., Коломейченко А.А. Ресурсосберегающие технологии получения функциональных наноструктурированных покрытий высокоскоростными методами нанесения // Вестник Донского государственного технического университета. 2015. Т. 15. № 3 (82). С. 19–27.
3. Ярославцев В.М. Обработка газотермических покрытий резанием. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 89 с.
4. Клименко C. А., Мельнийчук Ю. А., Встовский Г. В. Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием // Сверхтвердые материалы. 2008. № 2. С. 56–64.
5. Лебедев В.Г., Чумаченко Т.В. Экспериментальное исследование формирования шероховатости поверхности напыленного керамического слоя на шейках валов ротора газовой турбины // Проблемы машиностроения. 2013. Т. 16. № 5. С. 3–6.
6. Ярославцев В.М., Сабельников В.В., Гусенко А.Ю. Исследование процесса стружкообразования при точении плазменнонапыленных металлокерамик // Теория и практика газотермического нанесения покрытий. Дмитров, 1985. С. 230–233.
7. Ярославцев В.М. Процесс образования стружки при резании полимерных композиционных материалов с волокнистыми наполнителями // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. 2012. №2. С. 81–87.
8. Ярославцев В. М., Гусенко А.Ю. Установка для изучения процесса резания материалов на малых скоростях резания // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013.№ 3. С. 77–84. DOI: 10.7463/0313.0541420
9. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. 368 с.
10. Ярославцев В.М. Новое о процессе резания // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение, 2000. №4. С. 32–46.
11. Ярославцев В.М., Ярославцева Н.А. Общий подход к оценке параметров качества изделия при восстановлении // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 5. С. 18–28. DOI: 10.7463/0512.0361862
12. Ярославцев В.М., Ярославцева Н.А. Прогнозирование надежности реновируемых деталей машин на основе анализа структуры технологии восстановления // Методы менеджмента качества. 1999. №8. С. 52–58.
13. Ярославцев В.М. Технологический процесс – энергетический преобразователь // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 7. С. 21–32. DOI: 10.7463/0712.0414854
14. ЭрлихЛ.Б., КособудскийВ.А., ВершинЛ.И.Волнообразование на обкатываемых поверхностях. M.: Наука, 1973. 51 с.
15. Худобин Л.В.Смазочно-охлаждающие технологические средства. Справочник. М.: Машиностроение, 2006. 544 с.
16. Пилипенко А. М., Коробка В. Ф., Немец В. М. Абразивное шлифование деталей цилиндрической формы после плазменного покрытия // Сверхтвердые материалы. 1981. № 5. С. 62–65.
17. Майоров В.А. Течение и теплообмен однофазного охладителя в пористых металлокерамических материалах // Теплоэнергетика. 1978. № 1. С. 64–70.
18. Павлов П.А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей. Свердловск: УрО АН СССР, 1988. 248 c.