Анотація до роботи:

Ульяненко Н.В. Підвищення працездатності твердосплавного різального інструменту шляхом застосування магнітно-абразивного оброблення та нанесення зносостійких покриттів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01. - процеси механiчної обробки, верстати та iнструмент. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2005.

В дисертації представлено результати досліджень з вирішення наукової проблеми, пов’язаної з підвищенням працездатності багатогранних непереточуваних твердосплавних пластин (БНТП) при комплексному фінішному обробленні, яке полягає у комбінуванні методу магнітно-абразивного оброблення (МАО) у великих магнітних щілинах і нанесення спеціальних зносостійких покриттів методами хіміко-термічного оброблення і іонно-плазмового напилення. Розроблено технологічну наладку до стандартного вертикально-фрезерного верстата, яка забезпечує ефективне фінішне МАО БНТП в умовах великих щілин з врахуванням оптимальних умов взаємодії магнітно-абразивного інструменту (МАІ) з оброблюваними поверхнями в залежності від задач оброблення. Визначено особливості контактної взаємодії поверхні БНТП з МАІ при магнітно-абразивному обробленні в умовах великих магнітних щілин. Розроблено експериментальну методику і визначено особливості кінетики формування мікропрофілю поверхні при МАО. Встановлено основні закономірності зміцнення методом МАО твердосплавного інструменту з покриттями різних типів на різноманітних стадіях технологічного комплексу, що складається з комбінацій МАО та нанесення спеціальних покриттів методами хіміко-термічного оброблення та іонно-плазмового напилення.

1. У дисертаційній роботі наведено вирішення наукової задачі, пов’язаної з підвищенням працездатності багатограних непереточуваних твердосплавних пластин (БНТП) при використанні комплексного фінішного оброблення, яке полягає у комбінуванні магнітно-абразивного оброблення (МАО) у великих магнітних щілинах і нанесення спеціальних зносостійких покриттів методами хіміко-термічного оброблення і іонно-плазмового напилення.

2. Вперше на основі комплексного кінематичного, фізичного і реологічного аналізів умов взаємодії магнітно-абразивного інструменту (МАІ) з оброблюваними поверхнями БНТП теоретично доведено і експериментально підтверджено ефективність застосування МАО для одержання високопродуктивного, ефективного оброблення, зміцнення робочих поверхонь інструменту. Доведено, що процес МАО при підвищених швидкостях оброблення відбувається в умовах ударно-фрикційної взаємодії МАІ з оброблюваними поверхнями і суттєво залежить від розміру, фізичних і геометричних характеристик і форми частинок магнітно-абразивних порошкових матеріалів.

3. Розроблено технологічну наладку до стандартного вертикально-фрезерного верстата, яка забезпечує ефективне фінішне МАО комплекту багатогранних пластин у кільцевій ванні з врахуванням особливостей взаємодії МАІ з оброблюваними поверхнями і можливістю формоутворення.

4. Експериментально визначено особливості кінетики формоутворення мікропрофілю поверхні в процесі МАО. Доведено, що МАО БНТП дозволяє отримувати: рівномірну шорсткість робочих поверхонь різального інструменту з Ra<0,3; формування різальних кромок непереточуваних пластин без концентраторів напружень; тривалість процесу МАО повинна не перевищувати 200-240с машинного часу, що визначається ефектом розполірування поверхні і окремим викришуванням з поверхні карбідних складових твердих сплавів.

Вперше експериментально підтверджено, що застосування теоретично визначених умов взаємодії МАІ з поверхнями, що оброблюються забезпечують мікропластичну деформацію поверхневих і приповерхневих шарів твердосплавного інструменту на глибину 200-250 мкм і більше. При цьому зростання твердості відбувається на 65-70%. Встановлені зміни фізико-механічних властивостей є визначальними при застосуванні методу МАО, як підготовчої операції перед нанесенням зносостійких покриттів і поліручо-зміцнюючої після нанесення покриттів. Запропоноване комплексне оброблення БНТП, яке полягає в комбінуванні МАО та нанесення покриттів методом ХТО показало, що:

підготовче МАО дозволяє підвищити твердість на поверхні БНТП з покриттям та отримати її рівномірне розподілення по робочим оброблюваним поверхням з покриттями за рахунок формування перехідної зони глибиною до 100 мкм. При цьому забезпечується збільшення товщини покриття на основі ТіС на 50% і товщини внутрішньої фази (Cr₇C₃) покриття на основі двох карбідів (Nb,Cr)С в 2 рази;

МАО, що виконується після нанесення покриття призводить в усіх випадках до збільшення твердості на поверхні БНТП з покриттями - у інструмента з покриттям на основі карбідів (Nb,Cr)С з 25 ГПа до 2830 ГПа, а на основі карбіду ТіС з 33 ГПа до 36 ГПа. Загальна товщина зміцненої зони досягає 300 мкм.

використання технологічного ланцюжка МАО+ХТО+МАО на фінішних етапах виготовлення БНТП дозволяє отримати як зону високої твердості до 30 ГПа на глибині до 200 мкм, так і загальну зміцнену зону глибиною майже 550 мкм. При використанні запропонованого технологічного ланцюжка працездатність інструменту підвищилась у 1,2-2 рази в порівнянні з необробленим в залежності від етапу комплексного оброблення.

5. Вперше доведено ефективність застосування поліруючо-зміцнюючого МАО БНТП з іонно-плазмовим покриттям на основі TiN. Експериментально показано, що таке оброблення забезпечує формування шорсткості поверхні інструменту з Ra <0,4 і підвищення твердості приповерхневих шарів на 50-60% в порівнянні з вихідним. Експлуатаційні випробування показали підвищення стійкості у 1,9-2 рази. Розроблено емпірико-статистичну модель визначення працездатності БНТП з покриттям після МАО, яка дозволяє враховувати основні фізико-механічні і мікрогеометричні властивості поверхневого шару деталей.

6. Теоретичні і експериментальні результати впроваджено на державному підприємстві “АВІАКОН”, а також підтверджені при їх використанні в OTTO-VON-GUERICKE-UNIVERSITT MAGDEBURG. Використання комбінованого технологічного ланцюжка МАО та нанесення зносостійких покриттів забезпечило підвищення ресурсу твердосплавного інструменту, а його витрати на підприємстві знизити у 1,2-1,5 рази. Економічний ефект від впровадження результатів роботи склав до 15 тис. грн. на рік.

Основні результати роботи висвітлено у наступних публікаціях

1. Бобіна М.М., Майборода В.С., Ульяненко Н.В. Магнітно-абразивна обробка багатогранних непереточуванних твердосплавних пластин// Металознавство та обробка металів.-2002.-№3.-С.72-75.

Дисертанту належить отримання і аналіз експериментальних даних.

2. Гейчук В.Н., Майборода В.С., Ульяненко Н.В. Магнитно-абразивная обработка неперетачиваемых твердосплавных пластин// Вестник НТУУ “КПИ”, Машиностроение.-2002.-№43.-С.115-118.

Дисертантом виконано аналіз літературних джерел за проблемою, аналіз і обробка експериментальних результатів.

3. Майборода В.С., Ульяненко Н.В. Кинетика формирования микропрофиля поверхности твердосплавного режущего инструмента при магнитно-абразивной обработке// Вісник Сумського державного університету, “Технічні науки” - 2003.- №2(48).-С.104-111. Дисертанту належить проведення експерименту, аналіз результатів і розробка методики.

4. Бобіна М.М., Ульяненко Н.В., Лоскутова Т.В.Вплив попередньої магнітно-абразивної обробки на властивості карбідних покриттів// Фізика і хімія твердого тіла.-№2. –Том 4. -2003. м.Івано-Франковськ-С.353-357.

Дисертанту належить постановка задачі та проведення експерименту.

5. Майборода В.С., Ульяненко Н.В. Дослідження мікропрофілю робочих поверхонь твердосплавного інструмента зі спеціальним покриттями// Вісник ЖДТУ – 2003. - №2(26). – С.105-113.

Дисертанту належить аналіз даних і формування висновків.

6. Майборода В.С., Ульяненко Н.В., Дюбнер Л.Г., Івановський О.А. Застосування магнітно-абразивної обробки для зміцнення різального інструменту//Вісник ЖДТУ – 2003. - №3(27). – С.22-31. Дисертанту належить обробка отриманих експериментальних даних і проведення розрахунків.

7. Дюбнер Л.Г., Майборода В.С., Ульяненко Н.В. Магнітно-абразивна обробка твердосплавного інструменту з покриттям на основі TiN// Наукові праці Донецького національного технічного університету. Машинобудування і машинознавство.- 2004.– вип.71. - С.35-40.

Дисертанту належить проведення експерименту і аналіз результатів.

8. Майборода В.С., Степанов О.В., Ульяненко Н.В. Вплив магнітно-абразивної обробки багатограних твердосплавних пластин з покриттями на їх роботоздатність.// Промислова гідравліка і пневматика. 2005.– №3(9). - С.91-97.

Дисертанту належить отримання і аналіз експериментальних даних.

9. Патент України 54926А, МКИ С23С12/00 В24В31/112. Реакційна камера для нанесення карбідних покриттів/ Лоскутов В.Ф., Бобіна М.М., Лоскутова Т.В., Погребова І.С., Ульяненко Н.В. - №2002054194; Заявл. 22.05.2002; Опубл. 17.03.2003, Бюл.№3. Дисертантом виконано патентний пошук, підготовлені данні для опису.

10. Патент України 42541А С23С8/00 В24В31/112 Спосіб хіміко-термічної обробки інструменту з швидкорізальної сталі./ Майборода В.С., Бобіна М.М., Ульяненко Н.В. - №2001032104 заявл.30.03.2001р, опубл.15.10.2001р. Бюл№9. Дисертантом виконано патентний пошук за проблемою, підготовлені дані для опису винаходу.

11. Патент України 52132А, МКИ С23С12/00 В24В31/112. Спосіб нанесення покриттів на сплави/ Лоскутов В.Ф., Бобіна М.М., Ульяненко Н.В., Лоскутова Т.В. - №2002021617; Заявл. 27.02.2002; Опубл. 16.12.2002, Бюл.№12.

Дисертантом отримані та підготовлені дані для опису винаходу.

12. Ульяненко Н.В. Магнітно-абразивна обробка твердосплавного інструменту // Тези доповідей наук.-техн. конференції студентів і молодих вчених. “Машинобудівник – 2002”. -м.Київ. - 2002. - С.15.

13. Ульяненко Н.В. Магнитно-абразивная обработка неперетачиваемых твердосплавных пластин// Тези доповідей І-ого міжнародного колоквіуму молодих вчених НТУУ”КПІ” “Інструмент”. - м.Київ. - 2002. – С.13.

14. Гейчук В.Н., Майборода В.С., Ульяненко Н.В. Магнитно-абразивная обработка неперетачиваемых твердосплавных пластин// Тези доповідей IIІ Міжнародної науково-технічної конференції “Прогресивна техніка і технологія” – м.Київ-м.Севастополь. – 2002. – С.75-76.

15. Ульяненко Н.В. Магнитно-абразивная обработка твердосплавного инструмента// Тези доповідей ІІ Всеукраїнської молодіжної наук.-техн. конференції "Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї – наука – виробництво.- м.Суми. - 2002. – С.100-101.

16. Ульяненко Н.В. Підвищення працездатності твердосплавного різального інструменту при комбінуванні магнітно-абразивної обробки та нанесення зносостійких покриттів// Тези доповідей ІV Всеукраїнської молодіжної наук.-техн. конференції. Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї – наука – виробництво. - м.Київ. - 2004. – С.24.

17. Ульяненко Н.В. Підвищення працездатності твердосплавного різального інструменту при комбінуванні магнітно-абразивної обробки та нанесення зносостійких покриттів// Тези доповідей V Всеукраїнської молодіжної наук.-техн. конференції "Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї – наука – виробництво.- м.Суми. - 2005. – С.94-96.