ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7743| Title: | Підвищення експлуатаційних властивостей різального інструменту шляхом нанесення дифузійних покриттів |
| Authors: | Лега, Андрій Юрійович Юрочкін, Артем Вікторович |
| Keywords: | Дифузійні покриття |
| Issue Date: | 2025 |
| Abstract: | АНОТАЦІЯ Тема кваліфікаційної роботи магістра: Підвищення експлуатаційних властивостей різального інструменту шляхом нанесення дифузійних покриттів. Виконавець: здобувач вищої освіти гр. мНТ-42 Юрочкін Артем Вікторович. Керівник: к.і.н. доцент Лега Андрій Юрійович. Об’єм роботи: 91 аркуш формату А4, 29 рисунків, 4 таблиці, 49 літ. джерел. Об’єкт дослідження — технологія отримання локального дифузійного покриття на різальний інструмент з метою підвищення його довговічності та зносостійкості. Предмет дослідження — різальні інструменти (різці, фрези) з локальним дифузійним покриттям. Мета роботи — підвищення довговічності різального інструменту шляхом нанесення локального дифузійного покриття для поліпшення якості обробки деталей. У першому розділі проаналізовано методи нанесення покриттів на різальний інструмент. У другому розділі визначено обладнання та методики отримання й дослідження дифузійних покриттів. У третьому розділі досліджено ріжучі властивості інструменту з локальним дифузійним покриттям. У четвертому розділі розглянуто загальні принципи організації та основні вимоги до протипожежного режиму промислових підприємств. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7743 |
| Appears in Collections: | 131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Юрочкін .pdf Restricted Access | 2.13 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » 2025 р.
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра
на тему: «Підвищення експлуатаційних властивостей різального інструменту
шляхом нанесення дифузійних покриттів»
Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-42
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Обробка металів за
спецтехнологіями»
Юрочкін Артем Вікторович
Керівник: к.і.н., доцент Лега Андрій Юрійович
Рецензент: Начальник виробництва ТОВ "МНВК
"Станко-Груп" м.Черкаси
Васильківський Олександр Вікторович
Черкаси 2025 р.
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма «Обробка металів за спецтехнологіями»
ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » 2025 р.
ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра
_Юрочкіну Артему Вікторовичу _
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи «Підвищення експлуатаційних властивостей різального
інструменту шляхом нанесення дифузійних покриттів».
Керівник роботи Лега Андрій Юрійович, к.і.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від
«15» вересня 2025р. №261/03-03
2. Термін подання здобувачем роботи 11. 12. 2025 р.
3. Вихідні дані до роботи: технологія нанесення локального дифузійного
покриття на різальний інструмент із застосуванням позитивного
уніполярного коронного розряду; Інструмент зі сталі Р6М5/Р6М5К5,
твердосплавні пластини IC3028, IC9015, IC9025, IC50M та фрези ВК10ХОМ..
4. Зміст пояснювальної записки: Аналіз методів підвищення довговічності
різального інструменту шляхом нанесення на нього покриття; Метод
хімічного осадження покриттів; Метод фізичного осадження покриттів;
Іонна імплантація; Лазерне термозміцнення; Електроіскрове зміцнення;
Застосування зносостійких покриттів; Метод нанесення локального
дифузійного покриття на ріжучий інструмент; Загальна методика проведення
досліджень; Обладнання, інструмент, опрацьований матеріал; Дослідження
ріжучих властивостей інструменту з локальним дифузійним покриттям;
Дослідження технології нанесення локального дифузійного покриття на
різальний інструмент; Дослідження фізико-механічних властивостей
інструментального матеріалу після нанесення локального дифузійного
покриття; Дослідження параметрів різання і ріжучих властивостей
інструменту при поздовжньому точінні; Охорона праці та безпека в
надзвичайних ситуаціях
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових
креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета, задачі, об’єкт
дослідження, предмет дослідження; Обладнання і особливості технології
локального дифузійного покриття на різальний інструмент; Дослідження
технології нанесення локального дифузійного покриття на різальний
інструмент; Дослідження твердості; Дослідження шорсткості; Зношування
ріжучого інструменту, як з локальним дифузійним покриттям, так і без
покриття; Дослідження параметрів різання і властивостей інструменту при
фрезеруванні; Характер руйнування твердосплавних фрез при чорновому
фрезеруванні титанового сплаву; Охорона праці та безпека в НС ; Загальні
висновки
6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1-3 Лега Андрій Юрійович
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович
7. Дата видачі завдання 16.09.2025 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 16.09. - 01.10.2025
2 Написання І розділу КРМ 02.10.-15.10.2025
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2025
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2025
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2025
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 25.11.2025
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2025
8 Захист роботи 19.12.-23.12.2025р.
Здобувач Артем ЮРОЧКІН
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ
Керівник Андрій ЛЕГА
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ
АНОТАЦІЯ
Тема кваліфікаційної роботи магістра: Підвищення експлуатаційних
властивостей різального інструменту шляхом нанесення дифузійних покриттів.
Виконавець: здобувач вищої освіти гр. мНТ-42 Юрочкін Артем Вікторович.
Керівник: к.і.н. доцент Лега Андрій Юрійович.
Об’єм роботи: 91 аркуш формату А4, 29 рисунків, 4 таблиці, 49 літ. джерел.
Об’єкт дослідження — технологія отримання локального дифузійного
покриття на різальний інструмент з метою підвищення його довговічності та
зносостійкості.
Предмет дослідження — різальні інструменти (різці, фрези) з локальним
дифузійним покриттям.
Мета роботи — підвищення довговічності різального інструменту шляхом
нанесення локального дифузійного покриття для поліпшення якості обробки
деталей.
У першому розділі проаналізовано методи нанесення покриттів на різальний
інструмент. У другому розділі визначено обладнання та методики отримання й
дослідження дифузійних покриттів. У третьому розділі досліджено ріжучі
властивості інструменту з локальним дифузійним покриттям. У четвертому розділі
розглянуто загальні принципи організації та основні вимоги до протипожежного
режиму промислових підприємств.
ABSTRACT
Title: Enhancing the operational properties of cutting tools by applying diffusion
coatings.
Author: Artem V. Yurochkin, Master’s student, group mNT-42.
Supervisor: Andrii Yu. Leha, PhD, Associate Professor.
Scope of work: 91 sheets of A4 format, 29 figures, 4 tables, 49 literary sources.
Object of research is the technology of producing a local diffusion coating on cutting
tools aimed at increasing tool life and wear resistance.
Subject of research includes cutting tools (turning tools and milling cutters) with a
local diffusion coating.
The purpose of the study is to improve cutting tool durability by applying a local
diffusion coating in order to enhance the quality of machining operations.
The first chapter analyzes coating methods for cutting tools. The second chapter
describes the equipment and procedures for producing and studying diffusion coatings.
The third chapter investigates the cutting performance of tools with a local diffusion
coating. The fourth chapter outlines the general principles of occupational safety and key
fire-safety requirements for industrial enterprises.
Зміст
Вступ ................................................................................................................................. 7
Розділ 1 Аналіз методів нанесення покриттів на ріжучий інструмент ...................... 9
1.1 Аналіз методів підвищення довговічності різального інструменту шляхом
нанесення на нього покриття ....................................................................................... 10
1.2. Класифікація методів нанесення зносостійких покриттів в залежності від
умов їх застосування ..................................................................................................... 11
1.2.1 Метод хімічного осадження покриттів ...................................................... 12
1.2.2 Метод фізичного осадження покриттів ..................................................... 13
1.2.3 Іонна імплантація ......................................................................................... 15
1.2.4 Лазерне термозміцнення ............................................................................. 16
1.2.5 Електроіскрове зміцнення. .......................................................................... 19
1.3 Застосування зносостійких покриттів ............................................................... 22
Висновок до розділу 1 ................................................................................................... 24
Розділ 2 Обладнання, методики отримання та дослідження дифузійних покриттів
......................................................................................................................................... 25
2.1 Обладнання і особливості технології локального дифузійного покриття на
різальний інструмент .................................................................................................... 26
2.2 Метод нанесення локального дифузійного покриття на ріжучий інструмент
......................................................................................................................................... 29
2.3 Загальна методика проведення досліджень...................................................... 40
2.4 Методика визначення ріжучих властивостей. Обладнання, інструмент,
опрацьований матеріал ................................................................................................. 41
Висновок до розділу 2 ............................................................................................... 46
Розділ 3 Дослідження ріжучих властивостей інструменту з локальним дифузійним
покриттям ....................................................................................................................... 48
3.1. Дослідження технології нанесення локального дифузійного покриття на
різальний інструмент .................................................................................................... 49
5
3.2. Дослідження фізико-механічних властивостей інструментального матеріалу
після нанесення локального дифузійного покриття .................................................. 50
3.3 Дослідження параметрів різання і ріжучих властивостей інструменту при
поздовжньому точінні ................................................................................................... 54
3.4 Дослідження параметрів різання і властивостей інструменту при
фрезеруванні .................................................................................................................. 61
Висновок до розділу 3 ................................................................................................... 65
Розділ 4 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях .......................................... 66
4.1. Організація служби охорони праці на підприємстві ...................................... 67
4.2. Основні завдання служби охорони праці ........................................................ 68
4.3. Функції служби охорони праці ......................................................................... 69
4.4. Права працівників служби охорони праці ....................................................... 73
4.5 Організація роботи служби охорони праці ....................................................... 74
4.6 Протипожежний режим підприємства .............................................................. 74
4.7 Протипожежне водопостачання ........................................................................ 77
4.8 Вимоги до пожежної безпеки ............................................................................. 80
4.9 Вимоги до електробезпеки загальний ............................................................... 81
4.10 Порядок ліквідація пожежі............................................................................... 82
Висновки до розділу 4................................................................................................... 85
Загальний висновок ....................................................................................................... 86
Список використаної літератури ................................................................................. 88
6
Вступ
Сучасне машинобудування висуває підвищені вимоги до продуктивності,
точності та стабільності механічної обробки деталей. У цих умовах різальний
інструмент працює за високих контактних навантажень і температур у зоні різання,
зазнає інтенсивного абразивного, адгезійного та дифузійного зношування.
Передчасне затуплення різальної кромки призводить до зростання сил різання,
погіршення шорсткості та точності обробленої поверхні, збільшення витрат на
інструмент і простоїв обладнання. Тому актуальним є пошук технологічних
рішень, які забезпечують підвищення зносостійкості та довговічності інструменту
без ускладнення виробничого циклу й істотного подорожчання процесу.
Одним із перспективних напрямів підвищення експлуатаційних властивостей
різального інструменту є застосування дифузійних покриттів. На відміну від суто
“плівкових” методів, дифузійні покриття формують зміцнений приповерхневий
шар із поступовим переходом властивостей до основного матеріалу, що зменшує
ймовірність відшаровування та сприяє стабільності роботи інструменту.
Особливий інтерес становлять локальні дифузійні покриття, коли зміцнення
зосереджується в найбільш навантажених ділянках інструменту (поблизу різальної
кромки), дозволяючи раціонально поєднати ресурс, технологічність і
економічність.
Об’єкт дослідження — технологія отримання локального дифузійного
покриття на різальний інструмент з метою підвищення його довговічності та
зносостійкості. Предмет дослідження — різальні інструменти (різці, фрези) з
локальним дифузійним покриттям та їхні експлуатаційні характеристики в умовах
механічної обробки. Мета роботи — підвищення довговічності різального
інструменту шляхом нанесення локального дифузійного покриття для поліпшення
якості обробки деталей.
Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються такі основні завдання:
- виконати аналітичний огляд і обґрунтувати доцільність застосування
дифузійних покриттів для різального інструменту;
7
- визначити вимоги до покриття з урахуванням умов різання та механізмів
зношування;
- обґрунтувати вибір обладнання й технологічних параметрів нанесення
локального дифузійного покриття;
- підібрати методики контролю та оцінювання властивостей покриття;
- дослідити ріжучі властивості інструменту з локальним дифузійним
покриттям і порівняти їх з інструментом без покриття;
- сформувати практичні рекомендації щодо застосування запропонованого
підходу.
У роботі використано комплекс теоретичних і експериментальних методів:
аналіз літературних джерел і виробничого досвіду, методи контролю якості та
дослідження покриттів, а також випробування інструменту в умовах різання з
оцінюванням показників зносостійкості, довговічності та якості обробленої
поверхні.
Наукова новизна роботи полягає в обґрунтуванні та експериментальній
перевірці підходу до підвищення ресурсу різального інструменту за рахунок
локального дифузійного зміцнення найбільш навантажених зон. Практичне
значення полягає у можливості впровадження технології локального дифузійного
покриття для зменшення інтенсивності зношування інструменту, підвищення
стабільності обробки та зниження витрат на інструментальне забезпечення.
Робота складається з чотирьох розділів: у першому розглянуто та
проаналізовано методи нанесення покриттів на різальний інструмент; у другому
наведено обладнання й методики отримання та дослідження дифузійних покриттів;
у третьому виконано дослідження ріжучих властивостей інструменту з локальним
дифузійним покриттям; у четвертому викладено вимоги з охорони праці та
протипожежної безпеки для умов промислового виробництва.
8
Розділ 1
Аналіз методів нанесення покриттів на ріжучий
інструмент
1.1 Аналіз методів підвищення довговічності різального інструменту
шляхом нанесення на нього покриття
У сучасному металообробному виробництві все більше застосування
знаходить складне автоматизоване верстатне обладнання, кероване від
персонального комп'ютера. Ефективне використання такого обладнання можливо
тільки при достатній надійності його функціонування, причому серед багатьох
причин відмов верстатного устаткування головними є відмови ріжучого
інструменту, який є найбільш слабкою ланкою технологічної системи СПІД. Для
підвищення довговічності різального інструменту і технологічної системи в
цілому, звичайно різко знижують режими його експлуатації (наприклад,
зменшують швидкість різання), реалізуючи, таким чином, умови при яких зростає
нестабільність стружкоутворення і контактних процесів, що в свою чергу збільшує
ймовірність випадкової відмови інструменту, наприклад, в результаті макро - або
мікрокрихкого руйнування. Зазвичай під довговічністю ріжучого інструменту
розуміють здатність зберігати працездатність протягом заданого часу, причому
об'єктивним критерієм, що визначає надійність ріжучого інструменту, є
ймовірність його безвідмовної роботи [4, 8, 9]. При цьому відмова може виявитися
несподіваною або поступовою. За відомого закону розподілу часу напрацювання
на відмову об’єктивно оцінювати надійність різального інструменту можна за
середнім значенням часу напрацювання на відмову та коефіцієнтом варіації цього
показника [8, 9]. Водночас вирішальним чинником, що визначає довговічність
ріжучого інструменту, є сукупність його фізико-механічних властивостей [4, 9, 10].
Найрезультативнішим способом формування потрібних властивостей
приповерхневого шару інструментального матеріалу вважають застосування
сучасних методів механічного й фізико-хімічного зміцнення, нанесення
зносостійких покриттів, а також комплексної поверхневої обробки.
Нині в економічно розвинених країнах приблизно 25–30 % ріжучого
інструменту все ще виготовляють зі швидкорізальної сталі, попри те, що
інструменти з твердих сплавів, кераміки та надтвердих синтетичних матеріалів
10
здатні забезпечувати вищу продуктивність різання. Це пояснюється, з одного боку,
високою технологічністю швидкорізальних сталей, які добре піддаються обробці у
відпаленому стані, а з іншого — можливістю виготовляти зі швидкорізальної сталі
складнопрофільні та великогабаритні інструменти.
Саме тому складнопрофільний інструмент (свердла, зенкери, розгортки,
кінцеві й зуборізні фрези, протяжки тощо) майже завжди виробляють зі
швидкорізальної сталі [1]. Відповідно, у цій роботі акцент зроблено на проблемі
підвищення ресурсу складнопрофільного ріжучого інструменту зі швидкорізальної
сталі та твердих сплавів.
Огляд основних напрямів удосконалення різального інструменту свідчить, що
провідні тенденції пов’язані зі збільшенням твердості, теплостійкості та
зносостійкості за певного зниження міцності, в’язкості й тріщиностійкості [11–18].
Розв’язання задачі створення інструментального матеріалу з «ідеальним»
комплексом властивостей доцільно пов’язувати з розробленням композиційних
матеріалів, у яких високі показники поверхневої твердості, теплостійкості та
фізико-хімічної інертності поєднуються з достатньою міцністю при згині, ударною
в’язкістю та високою межею витривалості.
1.2. Класифікація методів нанесення зносостійких покриттів в
залежності від умов їх застосування
У сучасній світовій практиці дедалі більшого поширення набувають технології
підвищення ресурсу різального інструменту, що базуються на нанесенні
зносостійких покриттів. Інструмент із покриттям зазвичай забезпечує вищу
продуктивність і підвищену зносостійкість, зберігаючи при цьому прийнятний
рівень міцності при згині, ударної в’язкості, витривалості та тріщиностійкості;
додатковими перевагами є універсальність застосування й економічна доцільність.
Важливо, що такі технології дають змогу цілеспрямовано керувати умовами
формування покриття та його властивостями, а також характеристиками системи
«покриття — інструментальний матеріал». У результаті інструментальний матеріал
із зносостійким покриттям фактично перетворюється на композиційний матеріал,
11
де раціонально поєднуються властивості поверхні (висока твердість,
теплостійкість, хімічна інертність щодо оброблюваного матеріалу тощо) і
властивості об’єму інструмента (міцність, ударна в’язкість, тріщиностійкість
тощо).
Отже, інструментальні матеріали зі зносостійкими покриттями за сукупністю
параметрів наближаються до характеристик «ідеалізованого» інструментального
матеріалу, а інструмент, виготовлений на такій основі, має достатній запас
жорсткості та міцності одночасно, що позитивно впливає на його довговічність,
особливо під час роботи на складному автоматизованому обладнанні.
Серед різних способів осадження покриттів, які застосовують для різального
інструменту, найбільш розповсюдженими є одношарові та багатошарові системи.
Оскільки під час їх формування перебігає комплекс фізичних і хімічних процесів,
вибір складу покриття визначається конкретними умовами обробки [1].
Проведено порівняльний аналіз способів формування якості поверхневого
шару при повному і локальному нанесенні зносостійких покрить на різальний
інструмент [5, 6, 17].
Кожен метод нанесення покриттів має перевагу і недоліками, має специфічну
сферу застосування, яка залежить від технологічних особливостей методу, ступеня
автоматизації, економічних витрат на процес нанесення покриття.
1.2.1 Метод хімічного осадження покриттів
Метод ґрунтується на перебігу гетерогенних хімічних реакцій у парогазовому
середовищі, що оточує інструмент, унаслідок чого на його поверхні формується
покриття. Як вихідні компоненти використовують газоподібні галогеніди, які,
взаємодіючи з іншими складниками газової суміші (воднем, аміаком, оксидом
вуглецю), забезпечують утворення покривного шару. Розклад галогеніду
відбувається в результаті термохімічної реакції за температури 1000–1100 °C [1].
Формування покриття може здійснюватися двома взаємопов’язаними
шляхами: через адсорбцію з подальшою дифузією (зокрема вуглецю в титановий
шар) або через хемосорбцію з утворенням тугоплавкої сполуки. Найбільш
12
імовірним вважають інтегральний механізм, який поєднує обидва процеси:
хемосорбційне осадження сполуки та адсорбцію з подальшою дифузією.
Метод хімічного осадження з парогазової фази (CVD) широко застосовують у
серійному та масовому виробництві твердосплавних пластин (орієнтовно 5–10 тис.
шт.) і цільнотвердосплавного інструменту. У межах цього підходу виокремлюють
газотермічні процеси (ГТ), а також методи термодифузійного насичення (ТДН), до
яких належить дифузійна термообробка (метод ДТ) [1, 2].
В основі технології лежать високотемпературні гетерофазні реакції за участю
нітратів металів, газу-відновлювача (H₂) та реакційних газів. На властивості й
параметри покриття (мікротвердість, товщину, фазовий склад і структуру) суттєво
впливають склад парогазової суміші, її тиск і швидкість подачі.
До основних недоліків методу належать:
- виділення активних реагентів може спричиняти підвищення крихкості
покриття, зниження адгезії до твердого сплаву та зміну фізико-механічних
і теплофізичних властивостей матеріалу;
- інструмент, зміцнений методом CVD, зазвичай не застосовують у низці
операцій різання, зокрема під час обробки важкооброблюваних матеріалів,
при чорновому фрезеруванні, а також при нарізуванні широкохідної різьби
для газових труб.
1.2.2 Метод фізичного осадження покриттів
Методи фізичного осадження покриттів (PVD) базуються на випаровуванні
речовини у вакуумній камері з одночасною подачею реакційного газу (азот, кисень,
метан тощо). Відмінності між різновидами PVD визначаються способом фізичного
випаровування матеріалу, ступенем іонізації пароіонного потоку та
конструктивними особливостями установок. Найпоширенішими є такі технології:
конденсація речовини з плазмової фази у вакуумі з іонним бомбардуванням (у т. ч.
різновид «Ion Bond»), магнітронно-іонне розпилення, іонне плакування та його
модифікації [1, 2].
13
Зазначені технології є універсальними, оскільки дають можливість у широких
межах регулювати температурні умови в зоні формування покриття [1, 2].
Покриття доцільно розглядати як проміжний технологічний шар між
інструментальним і оброблюваним матеріалами, який дозволяє ефективно
впливати як на властивості основи (твердість, теплостійкість, тріщиностійкість,
фізико-хімічну інертність щодо матеріалу заготовки), так і на параметри процесу
різання (ступінь деформування зрізуваного шару, сили різання, температурні поля,
термомеханічні напруження тощо), а отже — і на інтенсивність зношування
інструменту [4].
Як показано в роботах [5, 6, 17, 19–22], найбільш дієвим способом керування
властивостями інструменту з покриттям є варіювання хімічного складу покриття,
його структури та типу зв’язку з інструментальним матеріалом. У свою чергу, ці
характеристики істотно залежать від обраного способу нанесення та технологічних
умов формування покриття. Зокрема, на структуру, дефектність покриття і
характер зчеплення з матрицею інструмента впливають субструктура, забруднення
та дефекти приповерхневих шарів [1, 2, 7, 20, 23, 24].
Синтез покриттів у PVD-процесах може здійснюватися, зокрема, за
допомогою електродугового випарника, тобто з плазми електродугового розряду.
Вакуумно-дугові системи придатні для нанесення на широкий спектр основ,
включаючи інструментальні сталі (у т. ч. штампові) та кераміку, оскільки
температура в процесі синтезу може змінюватися в значному діапазоні 100–1000
°C.
До переваг PVD-методів належать:
- можливість отримання покриттів на основі одно-, дво- та
багатокомпонентних систем нітридів, карбідів, боридів, силіцидів і їх
сумішей, наприклад: (Ti, Cr)N; (Ti, Nb, Cr)N; (Ti, Nb, Cr)C;
- можливість формування багатошарових покриттів зі збалансованішим
поєднанням в’язкості й твердості, підвищеною стійкістю до руйнування
при циклічних навантаженнях і кращою тріщиностійкістю;
- висока продуктивність і менша тривалість синтезу порівняно з хімічним
осадженням з парогазової фази (CVD).
14
Разом із тим PVD має й характерні обмеження:
– під час випаровування металу (особливо з невеликою атомною масою, як-от
Ti, Al) може утворюватися крапельна фаза матеріалу катода, що осідає на покритті
та погіршує його якість;
– у процесі конденсації, як на кромках, так і на поверхні інструменту, можуть
виникати мікродуги, які спричиняють ерозію (електроерозію), а також
заокруглення гострих різальних кромок, що здатне негативно впливати на
працездатність інструменту та підвищувати ризик крихкого руйнування.
1.2.3 Іонна імплантація
Одним із найрезультативніших способів поліпшення фізичних, механічних і
хімічних характеристик поверхневого шару є іонна імплантація, що належить до
іонно-вакуумних технологій [2].
Сутність іонної імплантації полягає в бомбардуванні поверхні
інструментального матеріалу іонами з енергією орієнтовно 5–40 кВ, унаслідок чого
відбувається впровадження іонів (атомів) легувального елемента в приповерхневу
область. Зміцнювальний ефект забезпечується, по-перше, зростанням концентрації
дефектів кристалічної будови та їх «закріпленням» атомами легувальних
елементів, а по-друге — утворенням додаткової кількості дрібнодисперсних
карбідних, нітридних та інтерметалічних фаз. З огляду на це іонну імплантацію
доцільно розглядати як один із найперспективніших підходів для формування
композиційних систем з оптимальним набором поверхневих властивостей.
Введення в поверхневий шар елементів типу N і C істотно впливає на його
механічні характеристики: кристалічна ґратка зазнає спотворення, а твердість
зростає. Межі зерен оксидів і межі дислокаційних блоків можуть відігравати роль
каналів прискореної дифузії для імплантованих атомів. При цьому імплантація
супроводжується сумарною дією окиснення та виникненням напружень, що
додатково визначає характер зміцнення. У результаті реалізуються такі ефекти:
15
1. Впровадження іонів у приповерхневу зону на глибину до ≈700 нм, що
приводить до формування дрібнодисперсного зміцнення за рахунок фаз типу
нітридної, карбідної, карбонітридної тощо.
2. Локальне швидкісне нагрівання та охолодження викликає ефект
мікрогартування з утворенням характерних гартівних структур.
3. Відбувається дисоціація компонентів повітря, їх швидка іонізація та
насичення поверхні рухливими іонами (N⁺, O⁺, C⁺), що може забезпечувати приріст
твердості на 30–40 % і підвищення зносостійкості.
4. Технологія дозволяє реалізувати практично будь-які поєднання типу
«носій — легувальний елемент (елементи)», підбираючи склад під потрібні умови
роботи.
5. Забезпечується точне керування іонним пучком і можливість
обробляти локальні ділянки поверхні.
6. Процес характеризується мінімальними деформаціями: викривлення
деталей, навіть з невеликою жорсткістю, практично не виникає.
Своєрідний механізм зношування ріжучого інструменту зі швидкорізальної
сталі.
Зношування зміцненого шару глибиною до 700 нм настає швидко, вже на
стадії припрацюваного зношування.
Іонна імплантація дозволяє збільшити стійкість інструмента в 1,5 ˗ 4 рази без
збільшення радіусу заокруглення різальних кромок, що надзвичайно важливо для
чистових операцій обробки різанням.
Техніко-економічна оцінка цього ефекту в залежності від режиму обробки
показала, що імплантація найбільш доцільна при чистових режимах.
Недоліком методу іонної імплантації є складність і громіздкість устаткування.
1.2.4 Лазерне термозміцнення
Нині для зміцнення поверхні застосовують широкий спектр локальних
термічних методів — газотермічні, газоплазмові, світлопроменеві, електродугові,
16
плазмові, індукційні тощо. Їх використання дозволяє підвищувати міцність,
твердість і зносостійкість приповерхневого шару, а отже — загальну стійкість
різального інструменту. Кожна технологія локального термічного зміцнення має
власні переваги й обмеження, що визначає її раціональні техніко-економічні сфери
застосування [25, 26].
Методи хімічного осадження, зокрема, дають змогу формувати на підкладці
локальну металізацію складних контурів із дуже малими характерними розмірами
— на рівні кількох мікрометрів.
Порівняно з іншими локальними способами, лазерне термозміцнення
різального інструменту має низку суттєвих переваг:
– вищий рівень локальності та прецизійне дозування енергії під час
термообробки дозволяють зберігати геометричні розміри інструменту в
мікронному полі допуску й уникати подальшої механічної доробки;
– надвисокі швидкості нагрівання та охолодження (порядку 10³–10⁵ °C/с)
забезпечують підвищення твердості й зносостійкості поверхневого шару;
– можливість термообробки без оплавлення дає змогу використовувати лазер
як фінішну операцію, після якої не потрібне додаткове доведення (шліфування);
– процес лазерного зміцнення відносно легко піддається автоматизації [25, 26].
Серед перелічених підходів саме лазерне зміцнення часто забезпечує
найбільший приріст зносостійкості. Зміцнення при лазерній обробці базується на
ефекті автогартування, тобто надшвидкому нагріванні з подальшим інтенсивним
охолодженням поверхневого шару. Лазерне термозміцнення може реалізовуватися
як безперервним, так і імпульсним випромінюванням у двох режимах: без
оплавлення або з оплавленням поверхні. Імпульсний режим, як правило, забезпечує
більший приріст твердості, проте характеризується меншою глибиною зміцнення
[26].
Лазерна обробка металів і сплавів належить до локальних видів термообробки
із застосуванням висококонцентрованих джерел нагріву. Лазерний промінь
поєднує типові риси таких джерел і має низку специфічних переваг:
- висока щільність енергії та локальність дають змогу обробляти лише
поверхневу ділянку без прогрівання основного об’єму й без істотної зміни його
17
структури, що мінімізує деформації та викривлення; водночас короткий час впливу
забезпечує надвисокі швидкості нагріву/охолодження й формування особливих
структур поверхні;
- широкі можливості регулювання режимів дозволяють реалізувати різні
методи лазерної обробки та керувати структурою і властивостями поверхневого
шару (твердість, зносостійкість, шорсткість), а також геометрією зміцнених зон;
- відсутність механічного контакту та силових навантажень робить можливим
зміцнення крихких конструкцій;
- можливість роботи на повітрі, простота автоматизації та відсутність
шкідливих відходів підвищують технологічність процесу;
- можливість передавання випромінювання на значні відстані та підведення
його оптичними системами у важкодоступні зони розширює застосування там, де
інші методи непридатні.
Перспективним напрямом підвищення стійкості інструменту для
металообробки є імпульсне лазерне зміцнення робочих кромок. Лазерне
гартування дає змогу істотно підвищувати мікротвердість, теплостійкість і
зносостійкість поверхневого шару ріжучої кромки, що створює передумови для
зростання ресурсу інструменту [26].
Разом із тим, попри приклади успішного застосування імпульсних лазерів,
метод має низку недоліків:
1. невисока продуктивність, зумовлена відносно малою частотою
імпульсів сучасних установок і малим діаметром лазерної плями;
2. обмежена глибина зміцнення через малу тривалість імпульсу;
3. нерівномірність властивостей поверхні, що пов’язана з неоднорідним
розподілом щільності енергії в плямі, «лускоподібною» морфологією, а також
наявністю зон відпуску, що в окремих випадках ускладнює отримання стабільних
експлуатаційних характеристик.Застосування імпульсного лазерного
випромінювання для зміцнення ріжучого інструменту зі швидкорізальної сталі.
Істотний недолік методу - порушення вихідної шорсткості поверхневого шару
вимагає проведення додаткової фінішної механічної обробки.
18
1.2.5 Електроіскрове зміцнення.
Зміцнення різенарізального інструменту здійснюють методом нанесення
зносостійкого покриття у вигляді електроіскрового легування на ріжучу поверхню
інструменту. Інструмент для нарізування різьби встановлюють в спеціальне
оснащення, виготовлену з високотемпературних матеріалів. Покриття наносять на
всю довжину передньої ріжучої поверхні у вигляді смуги шириною Н = (2,0-2,5) h
від лінії вершин нарізного профілю, де h - висота нарізного профілю, і товщиною
шару 35-70 мкм при забезпеченні підвищеного відведення тепла від вершин
різьбових ріжучих профілів. В результаті зменшуються матеріальні та енергетичні
витрати на виготовлення, і підвищується термін служби різенарізальних
інструментів [1, 2].
Суть методу полягає в наступному:
1. Відбувається насичення поверхні легуючими елементами або їх сполуками
приповерхневих шарів інструментального матеріалу на глибину до 0,5 мм, в
результаті чого відбувається підвищення твердості швидкорізальної сталі,
знижується схильність до фіз-хім взаємодії з оброблюваним матеріалом і таким
чином підвищується зносостійкість інструментального матеріалу [19];
2. Внаслідок дуже короткого часу нагрівання локальних шарів
інструментального матеріалу і їх миттєвого охолодження відбувається своєрідний
гарт приповерхневих шарів, в результаті яких відбувається підвищення твердості і
зносостійкості інструментального матеріалу.
Перевага полягає в тому, що нанесення зносостійкого покриття у вигляді
смуги на передню ріжучу поверхню в 2-3 рази скорочує площу покриття,
утворюючи суцільний шар покриття і мінімальні залишкові внутрішні напруження.
Принцип методу полягає у впливі на робочу поверхню інструменту
індентором, який складається з твердих сплавів групи ВК (ВК3, ВК4) або
тугоплавких металів 4 ˗ 6 груп (Ti, V, Cr, W).
В результаті електроіскрових розрядів відбувається насичення (легування)
поверхні інструментального матеріалу, елементами з катода, що підвищують
19
твердість і зносостійкість інструментального матеріалу. Ефективність процесу
визначається оптимальним поєднанням таких параметрів, як:
Т = f (Vе, F, Ip, Up),
де Vе - швидкість переміщення індентора; F - частота вібрації катода; Ip - струм
розряду; Up - напруга розряду.
Одним з переваг електроіскрового методу обробки матеріалів є те, що при
певних умовах різко підвищується властивості міцності поверхні заготовки:
твердість, зносостійкість, жаростійкість і ерозійна стійкість. Цю особливість
використовують для підвищення зносостійкості різального інструменту, штампів,
прес-форм і деталей машин, зміцнюючи металеві поверхні електроіскровим
способом.
При електроіскровому зміцненні застосовують зворотну полярність (заготовка
- катод, інструмент - анод), обробку проводять в повітряному середовищі і, як
правило, з вібрацією електрода. Основні переваги електроіскрового способу
нанесення покриття полягає в наступному: покриття мають велику міцність
зчеплення з матеріалом основи; поверхні не вимагають попередньої підготовки;
можливе нанесення не тільки металів і їх сплавів, а й їх композицій; на обмежених
ділянках оброблюваної поверхні, можливо, проводити найскладніші мікро
металургійні процеси.
Процеси, що відбуваються при електроіскровому зміцненні, складні і є
предметом ретельних досліджень. Сутність зміцнення полягає в тому, що при
електроіскровому розряді в повітряному середовищі відбувається полярние
перенесення матеріалу електрода на заготовку. Перенесений матеріал електрода
легуючих металів заготовки і, хімічно з'єднуючись з дисоційованому атомарним
азотом повітря, вуглецем і матеріалом заготовки, утворює дифузний зносостійкий
зміцнений шар. При цьому в шарі виникають складні хімічні сполуки, нітриди і
карбонітриди і формується гартівна структура.
При електроіскровому зміцненні мікротвердість може бути доведена до 230
МПа, висота мікронерівностей обробленої поверхні до Rа = 2,5 мкм. Товщина шару
покриття складає 0,003 ˗ 0,2 мм.
20
Після зміцнення інструменту рекомендується вигладжувати його поверхню
алмазними кругами, шліфувальною шкуркою або доводити поверхню електродом
з електрографіту.
Усі розглянуті вище підходи спрямовані на формування однорідної структури
покриттів, яка в умовах різання здатна покращувати фізико-механічні та
теплофізичні характеристики інструменту. З одного боку, покриття підвищує
працездатність інструментального матеріалу завдяки зростанню його стійкості до
мікро- та макроруйнування. З іншого боку, воно може зменшувати контактні
навантаження, знижувати інтенсивність тепловиділення в зоні контакту та сприяти
більш сприятливому перерозподілу теплових потоків. У підсумку це приводить до
зменшення термомеханічної напруженості ріжучої частини інструмента. Отже,
покриття доцільно трактувати як проміжне технологічне середовище між
контактними поверхнями інструменту й заготовки, яке одночасно: (1) підвищує
опірність контактних ділянок руйнуванню і (2) знижує термомеханічне
навантаження, що є причиною цього руйнування.
Аналіз особливостей промислової експлуатації інструменту з покриттям
дозволяє виокремити такі положення.
По-перше, інструмент із покриттям є дорожчим за інструмент без покриття,
тому його застосування потребує вищої виробничої дисципліни: використання
справного (не зношеного) верстатного обладнання, коректного підбору режимів
обробки та попереднього економічного обґрунтування доцільності використання
покритого інструменту.
По-друге, максимальний ефект від інструменту з покриттям досягається за
рахунок роботи на швидкостях, що перевищують швидкість різання звичайного
інструмента приблизно на 30–60 %. Саме такий діапазон, як правило, відповідає
економічно оптимальній швидкості різання, за якої зменшується інтенсивність
зношування та знижуються сумарні витрати на механічну обробку.
По-третє, в даний час промисловість використовує різноманітний ріжучий
інструмент з покриттям, що отримується різними технологічними методами, що
вимагає від заводських технологів знань областей найбільш раціонального
використання такого інструменту. Ефективність інструменту з покриттям при
21
різних умовах обробки сильно залежить від методу отримання покриття навіть
одного хімічного складу [25].
1.3 Застосування зносостійких покриттів
Покриття в машинобудуванні мають широкий розвиток, однак покриття
методом фізичного та хімічного осадження покриття найчастіше
використовуються для зміцнення всього спектра номенклатури ріжучого
інструменту, оскільки мають високу твердість і низький коефіцієнт тертя.
Наприклад, для захисту від окислення тугоплавкі метали можуть бути покриті
жаростійкими сплавами типу Hf - Ta або Nb - Ti - Al - Cr, які мають високу
тріщиностійкість і стійкість до ударних навантажень. Якщо для захисту матеріалів
з малим вмістом вуглецю використовувати танталвмісні покриття, то на межі
виділиться ТаС, погіршує адгезію покриття.
Покриття, нанесені методом плазмового осадження, використовують для
штампувального інструменту. Для підвищення стійкості матеріалів в умовах
абразивного і адгезійного зносу, а також зносу при ударному навантаженні
використовували фізичне осадження покриття.
Буровий інструмент зміцнюють методом хімічного осадження покриття, щоб
забезпечити працездатність в умовах стирання і корозії при високих температурах
(понад 1100 ºС).
У той же час покриття мають значну крихкість, що знижують експлуатаційні
властивості. У зв'язку з цим може бути використана комбінована обробка, а на
сьогоднішній день така модифікація практично себе вичерпала.
Крім зносостійких покриттів є теплозахисні покриття, які також широко
застосовуються в промисловості.
Теплозахисні покриття мають забезпечувати високу ерозійну та корозійну
стійкість, щоб запобігати перегріванню деталей, тому їх насамперед застосовують
у двигунах. Найчастіше використовують оксидні покриття, при цьому їх товщина,
як правило, не повинна перевищувати 1 мкм. Окрім двигунів, зміцненню піддають
також камери згоряння газових турбін і вихлопні труби.
22
Для зміцнення кромок вирубних пуансонів зі сталей У8 і У10 застосовують
імпульсне лазерне термозміцнення. Зокрема, під час обробки пуансонів на бічній
поверхні формують кілька рядів лазерних плям із перекриттям при Кп = 0,5. Така
схема дає змогу зберігати зміцнений шар навіть після переточувань, унаслідок чого
стійкість пуансонів зростає приблизно в 2–5 разів. На відміну від пуансонів,
матриці найчастіше зміцнюють з лицьової поверхні, тому після їх переточування,
як правило, потрібне повторне зміцнення.
Застосування локального зміцнення поверхонь тертя є особливо доцільним у
випадках, коли традиційні методи зміцнення реалізувати складно або неможливо
— наприклад, через значне викривлення деталі, обмежений доступ до зони обробки
чи труднощі підведення теплоти.
Різноманіття факторів, що визначають поведінку покриття в роботі,
зумовлюється співвідношенням фізико-хімічних властивостей матеріалу заготовки
та матеріалу покриття. За низьких і середніх температур це переважно
проявляється через адгезійну міцність контакту, тоді як за високих температур
вирішальними стають характер та інтенсивність твердофазних і рідкофазних
дифузійних реакцій, а також явища контактно-реактивного плавлення.
Надзвичайно актуальним є встановлення функціональних залежностей між
технологічними параметрами формування зносостійкого покриття та
інтенсивністю зношування інструменту. Дотепер ці задачі залишаються
недостатньо розв’язаними, зокрема через обмежену довговічність покривних шарів
у реальних умовах різання.
Для подальшого підвищення ресурсу інструменту з покриттям потрібні нові
підходи до нанесення, які б забезпечували зростання запасу міцності та жорсткості,
зменшували схильність ріжучої частини до втрати формостійкості й
термопластичного прогину під дією термомеханічних напружень, що виникають у
процесі різання. Перспективним є також створення покриттів нового типу з
добавками пластичного матеріалу з низьким модулем пружності та зсуву, здатного
забезпечувати релаксацію напружень. Отже, виявлення закономірностей, які
пов’язують параметри нанесення функціональних покриттів із зносостійкістю та
довговічністю інструменту, а також розроблення й всебічне дослідження нових
23
методів формування дифузійних покриттів, що забезпечують високі ріжучі
властивості, релаксацію термомеханічних напружень і гальмування поверхневого
розтріскування, є вкрай актуальним напрямом.
Висновок до розділу 1
У результаті аналізу встановлено, що для підвищення довговічності різального
інструменту доцільним є застосування локального дифузійного покриття з
полікристалічною структурою, яке знижує ризик крихкого руйнування ріжучого
клина за дії циклічних механічних і термічних навантажень. Як основні об’єкти
досліджень обґрунтовано вибрано різці з механічним кріпленням пластин
(швидкорізальна сталь, твердий сплав) та твердосплавні фрези з огляду на їх
універсальність і широке промислове застосування.
24
Розділ 2
Обладнання, методики отримання та
дослідження дифузійних покриттів
2.1 Обладнання і особливості технології локального дифузійного
покриття на різальний інструмент
На основі пристрою для створення іонізованого повітряного потоку «УІВ-1» і
електромеханічного блоку електроерозійного верстата «Ельф» була розроблена
установка для нанесення локального дифузійного покриття на різальний
інструмент, екологічно безпечна для навколишнього середовища і здоров'я
людини. Пристрій «УІВ-1» [35] забезпечував формування на поверхні зразка
локальної області дифузійного покриття, а електромеханічний блок дозволяв
реалізувати впорядковану сукупність локальних областей з покриттям. Зовнішній
вигляд установки представлений на рисунку 2.1.
Рисунок 2.1 - Установка для нанесення локального дифузійного покриття
Пристрій «УІВ-1» являє собою сопло-іонізатор, у якому поєднано формування
спрямованого потоку стисненого повітря та його активацію позитивними іонами.
Пристрій під’єднується до джерела постійної напруги в діапазоні 0–16 кВ. Корпус
сопла виконано у вигляді центрального повітропроводу з двома знімними
насадками на вході та виході (див. рисунок 2.2).
Вхідна насадка оснащена штуцером для підведення стисненого повітря зі
стаціонарної магістралі, яка містить вологомастиловідділювач і фільтр для
26
затримання крупнодисперсних частинок. Тиск повітря на вході до сопла
регулюють гвинтом редуктора повітряної лінії та контролюють манометром,
розташованим після редуктора. Формування активованого повітряного потоку на
виході забезпечується вихідною насадкою.
Рисунок 2.2 – Конструкція сопла-іонізатора: 1 – корпус; 2 – центральний
повітропровід; 3 – вольфрамовий електрод; 4 – штуцер; 5 – насадка для
регулювання вихідного потоку.
Металевий корпус сопла і розташований на його центральній осі стрижень з
твердого дроту діаметром 0,7 мм утворюють систему з двох електродів.
Стрижневий електрод відіграє роль анода (нейтралізує негативно заряджені
частинки - електрони і негативні іони) і електрично ізольований від корпусу сопла
діелектричними елементами його центрування і кріплення. Підключення
електродів до джерела напруги відбувається високовольтним кабелем через вхідні
насадку з подачею позитивного потенціалу на анод і заземленням корпусу сопла
через землю джерела. Сильна неоднорідність електричного поля поблизу «вістря»
анода, розташованого в області вихідної насадки, забезпечує умови утворення
уніполярної позитивної корони.
Гвинтове кріплення вихідної насадки дозволяє здійснювати регулювання
відстані від вістря анода до зрізу її вихідного отвору. Невелике заглиблення вістря
в вихідний отвір призводить до виникнення розрядної корони всередині сопла
безпосередньо перед виходом. Цим, з одного боку, досягається максимальне
охоплення короною розряду поперечного перерізу повітряного потоку в умовах
його обмеження перетином вихідного каналу насадки, а, з іншого боку, близькістю
від виходу з сопла мінімізується осідання захоплених потоком позитивних іонів на
внутрішню поверхню насадки. Також заглиблення зменшує вплив особливостей
27
крайового поля електродів сопла, на розбіжність активованого повітряного потоку,
що виходить з нього.
До складу електромеханічного блоку входять: установочний стіл, механічна
система кріплення і переміщень сопла і зразка - лінійних трикоординатних (х, у, z)
для сопла і обертальних для зразка, система ЧПК з приводом для реалізації
покрокових переміщень - як лінійних, так і обертальних, оптична система відліку
координат з цифровою індикацією. Лінійні переміщення сопла здійснюють:
встановлена на столі рухлива П - подібна станина (по горизонтальній координаті
х), встановлена на перекладині станини рухома каретка (по горизонтальній
координаті у) і рухомий упор на каретці (по вертикальній координаті z), до якого
паралельно вертикальній площині ХZ кріпиться сопло під деяким кутом до
горизонталі. Для здійснення обертальних (кутових) переміщень зразок
закріплюється в установлений на столі шпиндель (вісь обертання якого паралельна
координатної осі х). Система ЧПУ відстежує процес покрокових переміщень згідно
з програмою «Тіксі 300М», розробленої для верстата «Ельфа». Забезпечення
локальності покриття передбачає, що лінійний розмір кроку повинен перевищувати
розмір діаметра вихідного отвору сопла. При діаметрі вихідного отвору 2 мм
верстат забезпечує розмір кроку 2,5 - 3 мм.
Згідно з вимогами електробезпеки конструкція установки і її електрична схема
передбачають наявність надійного заземлення у всіх її металевих елементів,
доступних для дотику з оператором. Корпус сопла, еквіпотенціальний з
оброблюваних зразком, привносить суттєві зміни в раніше розглянуту ідеалізовану
систему електродів типу «голка-площина», використану як природної основи для
вихідних оціночних суджень. Заглиблення вістря короноутворюючого електроду в
сопло призводить до того, що значна частина прогонного проміжку за соплом стає
майже еквіпотенційною в осьовому напрямку і швидкість позитивних іонів, буде
визначатися манометричним тиском на вході в сопло.
28
2.2 Метод нанесення локального дифузійного покриття на ріжучий
інструмент
Дифузійне насичення поверхні молекулами і іонами активованого
електричним коронним розрядом стисненого повітря, володіє істотною перевагою
в порівнянні з насиченням з парогазової фази, так як має:
- велику швидкість насичення;
- можливість термодиффузійного насичення поверхні без додаткової
депасивуючої обробки;
- повну екологічну безпеку процесу обробки;
Проведений огляд літератури про характер і природу відмов інструменту
свідчить про велику роль локального дифузійного покриття на довговічність
ріжучого інструменту і деталі, причому, при підвищенні термомеханічних
навантажень на контактні площадки інструменту роль локальності покриття
зростає, підвищуючи довговічність інструменту [29, 30, 31]. Тому в даній роботі
найбільшу увагу приділено ролі локального дифузійного покриття і особливостям
його формування.
Значне спрощення плазмових методів нанесення покриття досягається
використанням газового розряду при атмосферному тиску, в даному випадку
шляхом дифузійного насичення поверхні іонами, які отримуються активацією
повітряного потоку уніполярним коронним розрядом.
Наявність в повітрі азоту, кисню і з'єднань вуглецю (CO2) дозволяє припустити
можливість входження до складу покриття нітридів, оксидів і карбідів, що
утворюються при синтезі покриття.
Основу іонної активації повітря складають:
- процеси іонізації з утворенням позитивних іонів (в дужках вказані порогові
енергії іонізації):
29
двуокис вуглецю
- процеси електронної спорідненості з утворенням негативних іонів (В дужках
наведені приклади енергії, що вивільняється спорідненості):
30
Кількість позитивних іонів, що породжуються іонізацією атмосферних
компонентів, зазвичай істотно перевищує кількість негативних іонів, оскільки
азотна компонента електропозитивна і не утворює негативних іонів, то хемосорбція
електронегативного кисню з утворенням оксидної плівки буде перешкоджати
хемосорбції азоту і утворення нітридів. Унаслідок цього поліпшуються умови для
дифузії іонів (або атомів) кисню крізь поверхневий шар, що приводить до
формування внутрішнього дифузійного покриття оксидного типу.Незначний вміст
оксиду вуглецю (IV) СО2 в атмосфері, не дає вкладу вуглецевої складової до складу
покриття.
Крім позитивних іонів зона розрядного проміжку містить молекули повітря,
що не прореагували, так і зарядово-нейтральні продукти газового розряду. До числа
останніх відносяться, наприклад, молекули озону О3 і перекису водню Н2О2, що є,
внаслідок наявності надлишкової, атома кисню, сильними окислювачами, що легко
віддають свій зайвий атом. Присутність в безпосередній близькості від працюючої
установки таких хімічно активних продуктів її діяльності здатне надавати не тільки
негативний вплив на здоров'я оператора, при перевищенні норм ГДК, а й
призводити до займання горючих елементів оточення.
Утворення молекул О3 і Н2О2 обумовлено хімічними реакціями в ході
дісоціонно-рекомбінаційних зіткнень зі споживанням енергії газового розряду.
Процеси утворення і розкладання озону, розглядаються, з точки зору взаємних
перетворень між двома системами. Одна з яких складається з трьох грам-молекул
кисню, а інша з двох грам-молекул озону, що здійснюються за участю двох грам-
молекул так званого третього тіла Х (наприклад, це можуть бути молекули знову ж
кисню, або азоту), які виступають в ролі регуляторів переходів між збудженими і
31
стабільними станами озону, що відповідно характеризуються стандартною
ентальпією утворення озону (142,5 кДж/моль) і енергією дисоціації зв'язку О - О2
(106,7 кДж/моль). Ці процеси можуть бути описані наступними послідовностями
реакцій:
*
3О2 + 2Х (2О – 498,4) + 2О2 + 2Х = 2 {О + О2 + Х} – 498,4 2 {[О3 -142,
*
5] + Х} – 498,4 2 {[(О3 + 35,8) – 142,5] + [Х – 35,8]} – 498,4 = 2 {[О3 – 106,7] +
* *
[Х – 35,8]} – 498,4 = {2О3 + 2Х – 285} – 498,4
- ендотермічний (з поглинанням енергії) цикл утворення озону;
* *
2О3 + 2Х 2{[О3 – 35,8] + [Х + 35,8]} 2{[(О2 + О + 142,5) – 35,8] +
[Х + 35,8]} = 2{[О2 + О + 106,7] + [Х + 35,8]} = {2О2 + 2Х + 285} +2О {2О2 + 2Х
+ 285} + (О2 + 498,4) {3О2 + 2Х + 285} + 498,4
- екзотермічний (з виділенням енергії) цикл розкладання озону.
де: * - збуджений стан.
Наведена схематика носить умовно збалансований характер із зазначенням
тільки чисельних значень енергетичних складових в розмірності кДж/моль, де
498,4 кДж/моль - молярна енергія дисоціації зв'язку О – О2; 35,8 кДж/моль = (142,5-
106,7) кДж/моль.
Для атомно-молекулярної газової середовища з наявністю О і О2 більш
коротким формулюванням процесів утворення і розкладання озону служить
О + О2 - О3 – 142,5 кДж / моль,
яка не містить компоненти Х з огляду на її посередницьку («прихованої»)
рольову функцію. Тим не менше надходження озону з відкритого газоразрядного
проміжку в навколишнє середовище залежить від Х - компоненти і визначається
перевищенням інтенсивності утворення молекул озону в стабільному стані над
інтенсивністю переходу їх в збуджений стан з подальшим розпадом. Гранично
допустима концентрація (ГДК) вмісту озону в повітрі визначена санітарними
нормами як 10-5% (= 10-7), що при стандартній густині атмосфери ρс = 0, 123·107
мг/м3 відповідає величині 0,123 мг/м3.
В якості основного джерела освіти атмосферного пероксиду водню служить
рекомбінація гідропероксидних радикалів [32]
НО2 + НО2 О2 + Н2О2 (2.1)
32
які утворюються, наприклад, в реакціях гідроксильного радикала ОН з О3:
ОН + О3 НО2 + О2 (2.2)
У тропосфері концентрація ОН визначається величиною [32] (0,5 - 5)·106 1/ м3,
що становить (1,96 - 19,6)·10-12 % від стандартної концентрації nC = 25,471·1018
1/см3. Стосовно до газового розряду утворення двох гідроксильних радикалів
відбувається в реакції [33]
Н2 + О2 2ОН (2.3)
що, з урахуванням вищесказаного, вже дає підстави для припущення про
наявність Н2О2 в продуктах коронного розряду, що породжується послідовністю
реакцій (2.3) (2.2) (2.1). Слід зазначити, що реакція за участю двох радикалів
ОН: ОН + ОН Н2О2, здається вельми привабливою для інтерпретації механізму
утворення пероксиду водню в газовому розряді, не отримала підтвердження при
проведенні дослідницьких робіт по її обґрунтуванні для випадку утворення Н2О2
при горінні водню [34].
Іншим джерелом виникнення гідропероксидних радикалів можуть служити
реакції, аналогічні розглянутим для випадку утворення озону і пов'язані з
розкладанням молекулярного водню і подальшим об'єднанням атомарного водню з
молекулярним киснем [32]: Н 2 2Н – 436 кДж/моль, Н + О2 НО2.
Однак незалежно від конкретики реакцій, що приводять у результаті до
виникнення пероксиду водню Н2О2, всі вони пов'язані з необхідністю наявності
однієї з основних вихідних компонент - водню, концентрація якої nC (Н2) в повітрі
значно нижче концентрації кисню nC (О2), що є основною вихідною компонентою
в утворенні озону:
Різного роду «водневі доповнення», наприклад, від його вмісту в
атмосферному метані СН (n (СН ) = 2·10-4
4 C 4 %), не роблять істотного впливу на
картину співвідношення. Використання для попередньої порівняльної оцінки
концентрацій озону nГ.Р. (О3) і пероксиду водню nГ.Р. (Н2О2) в продуктах
33
малопотужного газового розряду допущення про домінуючу роль співвідношення
концентрацій основних вихідних компонент, призводить до висновку, що
тобто вихід Н2О2, порівняно з виходом О3, очікувано, вкрай незначний.
Проте, на додаток до вищесказаного, можна відзначити, що в короні газового
розряду можливі і інші зарядово-нейтральні реакції, наприклад, імовірно, такі як:
N2 N + N – 945 кДж/моль,
О2 О + О – 498 кДж/моль,
N2 + О2 2NО – 181 кДж/моль,
СН4 С + 2Н2 – 75 кДж/моль,
СО2 + С 2СО – 172 кДж/моль,
СО С + О – 1073 кДж/моль,
С + С С2 + 618 кДж/моль,
NО2 + NО2 N2О4 + 57 кДж/моль,
NО2 + NО N2О3 + 42 кДж/моль,
2NО + О2 2NО2 +113 кДж/моль.
На рисунку 2.3 схематично представлена фізико-хімічна модель технології
нанесення локального покриття. Іонна активація повітря позитивною короною
установки збільшує хемосорбціонну активність, причому інтенсифікація процесу
оксидування приповерхневого шару зберігає функцію блокування процесу
азотування.
34
Стиснене повітря Манометр
Джерело
(0,2 МПа)
живлення (14 кВ)
Сопло (-)
Іонний потік
Електрод-анод (+)
Інструмент (-)
Коронний розряд
Рисунок 2.3- Фізико-хімічна модель технології нанесення локального
покриття
Блокування утворення нітридів іонами кисню на електроді установки
приводить до нейтралізації позитивних іонів азоту в повітрі. Подальше розпилення
нейтралізованої азотної складової в іонізованому потоці разом із бомбардувальним
очищенням поверхні створює сприятливі умови для дифузії іонів (або атомів)
кисню в приповерхневий шар і, як наслідок, для формування внутрішнього
дифузійного покриття оксидного типу.
У процесі обробки метал накопичує енергію, тому внутрішня енергія
поверхневого шару помітно зростає. Водночас ця «прихована» енергія
розподіляється нерівномірно та переважно зосереджується в дефектах кристалічної
ґратки.
Молекули кисню, проникаючи в кристалічну ґратку металу, утворюють тверді
розчини, що сприяє підвищенню твердості та міцності поверхневого шару
інструментального матеріалу.
35
Поверхня металу швидко насичується хемосорбованим окисником, унаслідок
чого формується тонка плівка окисненого металу. За знижених температур поряд
із хемосорбцією, зумовленою хімічною взаємодією, під дією сил Ван дер Ваальса
може проявлятися й фізична адсорбція молекул кисню. Якщо між металом і киснем
існує достатня хімічна спорідненість (оксид є термодинамічно стабільним), плівка
хемосорбованого кисню трансформується в оксидну плівку. У такій плівці зв’язок
між металом і киснем має переважно іонний характер; при цьому швидко
формується шар хемосорбованого кисню, а в оксиді виникає значне електричне
поле. На межі Me–MeO утворюються катіони, тоді як на межі MeO–O₂ — аніони
кисню. Сформоване поле стимулює міграцію катіонів у напрямку межі MeO–O₂.
Оскільки будь-який кристал за температури, відмінної від нуля, неминуче
містить певну кількість структурних дефектів, метал здатний переходити у
нерівноважний (термодинамічно нестійкий) стан з підвищеною внутрішньою
енергією. За підвищення температури оксидні системи прагнуть до більш
стабільного стану, що зазвичай відповідає більшому вмісту кисню в металі.
Збільшення концентрації кисню в поверхневому шарі у вигляді твердого
розчину впровадження супроводжується зростанням питомого об’єму, появою
залишкових стискаючих напружень, а також підвищенням твердості й
зносостійкості. Саме цим можна пояснити ефект зміцнення матеріалів у процесі
такої обробки.
Для оцінювання активаційної ефективності корони як джерела однозарядних
позитивних аеронів використаємо коефіцієнт іонізації, визначивши його як
відношення середньої концентрації утворених позитивних іонів n+
і до концентрації
стандартної атмосфери
����=25,47⋅1024 м−3
К і
36
З урахуванням реєстрованих струмів коефіцієнт
К доцільно оцінювати як
і
відношення густин струму, що виникають під час спрямованого руху однорідного
повітряного потоку зі швидкістю
��
υ, у випадках часткової та повної іонізації:
+ + + +
де ji = e ni υ, jC = e n (2.4)
i υ
Такого роду оціночна ідеалізація дає уявлення про порядок величини
К .
і
У таблиці 2.1 в якості прикладів наведені чисельні значення
j , реалізовані по
c
(2.4) при різних значеннях υ.
Таблиця 2.1 – Чисельні значення густини струму, що створюються
одновимірним рухом іонізованого повітряного потоку (за різних значень
υ\upsilonυ).
+
Великі значення
j s з таблиці 2.1 свідчать про малі значення коефіцієнта К
c i ,
+ 2
якщо ji сотні мкА/см :
+ -9 -8 -7 -6
Кi 10 – 10 = (10 – 10 ) %.
6 3
При густині стандартної атмосфери С = 1,225 10 мг/м для очікуваних
концентрацій і густині позитивних іонів відповідно отримуємо:
+ + 16 3
ni Кi nC = (2,547 – 25,47) 10 1/м ,
+ + -3 3
i Кi C = (1,23 – 12,3) 10 мг/м .
+
Визначення густини заряду i :
+ + + -19 16 -2 3
i = е ni = е Кi nC = 1,6 10 (2,547 – 25,47) 10 = (0,41– 4,1)10 Кл/м
може бути інтерпретовано в контексті наявності у кожної частинки повітря
ефективного заряду
+ -28
Rеф = е Кi = (1,6 – 16) 10 Кл,
37
оскільки
+ +
i = е ni = еtф nC.
При стандартній масі частинки повітря
на неї припадає питома заряд
q , рівний
c
В якості порівняння зазначимо, що для промислових порошкових
пневмоелектричних розпилювачів з короноутворюючими електродами, які
використовуються для напилення покриттів, вимогою є наявність питомого заряду
у напилюваних частинок не менше 0,7·10-3 Кл/кг [28].
З точки зору представлення вольт-амперної характеристики
короноутворюючого електрода узагальненого виду [28].
(2.5)
будь-який конкретний режим з напругою (V > VК) і струмом I формально може
бути реалізований різними взаємопов'язаними значеннями залежить від геометрії
міжелектродного проміжку коефіцієнта G, мкА/кВ2 і напруги запалювання корони
VК, обумовленими, наприклад, залежністю
(2.6)
В таблиці 2.2 чисельно і на рисунка 2.4 графічно визначена залежність (2.6)
для умовного робочого режиму з V = 15 кВ і I = 400 мкА.
Таблиця 2.2 - Чисельні значення коефіцієнта міжелектродного проміжку і
напруги запалювання корони
38
Рисунок 2.5 - Приклад графічного представлення залежності G (VК),
формально узгоджуючу можливі значення G і VК, що забезпечують реалізацію
режиму з I = 400 мкА при V = 15 кВ
З графіка, (див. рисунок 2.5) за відомим з експерименту значенням VК легко
знаходиться відповідне йому значення коефіцієнта G, єдине для всіх режимів на
вольт-амперної характеристики. Таким чином, співвідносний з реальною системою
електродів аналітичний вираз для вольт-амперної характеристики (2.5) коронного
розряду знаходить числову конкретику на основі використання оціночного
значення VК і вимірювання струму короноутворюючого електрода при напрузі,
обраної в якості робочої, шляхом зіставлення характеристик самого покриття в
різних режимах його нанесення.
Таблиця 2.3 - Чисельні значення вольт-амперної характеристики від
міжелектродного проміжку
39
Рисунок 2.6 - Приклад графічного представлення вольт-амперної
характеристики
2.3 Загальна методика проведення досліджень
Для формування локального дифузійного покриття на різальному інструменті
застосовано позитивний уніполярний коронний розряд, який виникає в області
вершини голкового електрода.
Розроблено кілька варіантів технології нанесення локального дифузійного
покриття, придатних для різального інструменту зі швидкорізальної сталі та
твердого сплаву, а також для титанових зразків деталей. Запропоновані варіанти
можуть реалізовуватися в межах однієї технологічної установки.
Формування покриття здійснювали шляхом впливу на основу активованим
повітряним потоком, що проходить через зону коронного розряду. Процес
проводили на установці, до складу якої входили пристрій створення іонізованого
повітряного потоку «УІВ-1» та електромеханічний блок електроерозійного
верстата «Ельфа». Для реалізації режиму локального дифузійного покриття
використовували спеціальний голкоподібний анод з вольфраму.
40
Найбільш суттєвою перевагою локального дифузійного покриття, порівняно з
суцільним покриттям, є збільшення довговічності різального інструменту по
відношенню до крихкого руйнування його ріжучої кромки.
Формування на поверхні ріжучої частини інструменту жорстких областей
локальних покриттів, розділених м'якими областями без покриття, сприяє
збільшенню її пластичних властивостей і зниження напруження в покритті. Це
призводить до зменшення ймовірності його руйнування, в тому числі за рахунок
наявності перешкод поверхневому поширенню тріщин в жорсткому покритті, що
створюються м'якими проміжками без покриття, які розмежовують області
локальних покриттів. Зниження в сітчатому покритті, що розглядається як цілісна
структура, що включає м'які проміжки без покриття, ефективного значення модуля
пружності, порівняно з його значенням в суцільному покритті, сприяє релаксації
напружень.
Як зразки використовували - пластини квадратної форми 18х18х8мм Р6М5 з
твердістю HRC62 і Р6М5К5 з твердістю HRC65, і пластини прямокутної форми
11,6х9,5х4,0мм: IC50М, IC3028, IC9015, IC9025, а також кінцеві фрези ВК10ХОМ
R <1º Z = 6 і Z = 4. Крім ріжучого інструменту був оброблений «зразок деталі» з
титанового сплаву ВТ3-1. Після нанесення локального дифузійного покриття,
ріжучий інструмент (твердосплавні і швидкорізальні пластини, твердосплавні
фрези) досліджували на довговічність при різних режимах обробки, а «зразок
деталі» з титанового сплаву після нанесення дифузійного покриття досліджували
на механічні властивості.
2.4 Методика визначення ріжучих властивостей. Обладнання,
інструмент, опрацьований матеріал
Об'єкти досліджень. Вимоги, що пред'являються до ріжучого інструменту,
досить складні. Зразки з інструментальних матеріалів повинні відповідати
наступним вимогам:
- бути невеликими за розміром для нанесення локального дифузійного
покриття;
41
- мати форму і розміри: відповідні для проведення металографічних і
металофізичних досліджень їх властивостей як після нанесення покриттів, так і
після здійснення процесу різання.
- забезпечувати можливість використання їх в якості ріжучих елементів як при
випробуваннях на стійкість, так і в дослідженнях фізичних явищ в процесі різання,
причому їх геометричні параметри повинні відповідати реальним інструментам з
тих же марок інструментальних матеріалів;
Крім того, дуже важлива ідентичність властивостей зразків для надійного
відтворення результатів при дублюванні.
Цим вимогам відповідають багатогранні непереточувані пластини. Дійсно,
вони мають невеликі розміри, і при нанесенні локального дифузійного покриття
можна отримати достатню кількість зразків для будь-яких досліджень; їх можна
попередньо заточити, а наявність кількох різальних кромок вимагає меншої
загальної кількості пластинок.
Тому для дослідів були виготовлені пластинки з швидкорізальної сталі
квадратної форми розміром 18х18х8мм з кутом α = 18º, r = 1,5 мм, ( таблиця 2.4).
Таблиця 2.4 - Геометричні параметри ріжучих інструментів
Робочі кути інструментів,
Конструкція Радіус при вершині r,
град
пластинок мм
γ α φ φ1 α1 λ
Квадрат 18х18х8 8 18 45 15 10 0 1,5
Після термообробки була виміряна твердість пластинок і проведена
відбраковування тих, які відрізнялися від середнім значення твердості більш ніж на
одиницю НRC.
За єдиною технологією виконана і заточка пластинок: по задніх поверхнях на
універсально-заточному верстаті спочатку кругом (V = 25м/с; S = 0,005 мм/дв.хід)
з ручною поздовжньої подачею, а потім ельборовим (V = 25м/с; S = 0,0025
мм/дв.хід) також з ручною поздовжньої подачею. По передній поверхні - на
пласкошліфувальному верстаті з інтенсивним охолодженням послідовно
абразивним електрокорундовим кругом (V = 18 м/с; S = 2 м/хв; t = 0,02 мм) і
ельборовим кругом (режими ті ж).
42
Всього за вказаною технологією було виготовлено і випробувано понад 300
пластинок. Для їх закріплення були використані спеціальні конструкції тримачів.
Як об'єкт досліджень були також використані готові кінцеві фрези з твердого
сплаву ВК10ХОМ R <1º, Z = 6 мм і R <1º, Z = 4 і твердосплавні пластини IC50М,
IC3028, IC9015, IC9025, а також «зразок деталі» з титанового сплаву ВТ3-1.
Устаткування. Всі випробування на стійкість при поздовжньому точінні і
дослідження функціональних параметрів різання проведені на верстаті фірми Jesco
Machinery 1650ENC з ЧПУ, (див. Рисунок 2.7). Верстат має систему Fagor 800TGI
і укомплектований трикомпонентним динамометром «9257 ВА» з вбудованим
підсилювачем заряду, датчиком акустичної емісії «Kistler 8152В2»,
акселерометром «Kistler 8614A1000M1» з підсилювачем сигналу «Kistler 5127В».
Все це дає автоматизований прийом інформації про динамічні і віброакустичні
процеси при різанні в реальному часі і обробку цієї інформації з метою визначення
фізичних критеріїв, що характеризують стан технологічної операції.
У систему збору та обробки даних входить: комп'ютер Panasonic CF-28PB, 800
МГц Pentium Processor, 256MB RAM, 30GB HDD, 13.3 TFT- Кольоровий дисплей -
промислове виконання; вбудований аналогово-цифровий перетворювач, який має
8 аналогових вхідних каналів SubD 9-pole, можливість автоматичного
коректування зміщення нуля. Можлива частота вибірки від 156,25 до 80000 вибірок
в секунду. При використанні 8 вхідних каналів частота вибірки до 10000 вибірок в
секунду на канал. Для прийому та первинної обробки даних застосовується
програма Mlab. Для подальшої обробки даних використовується програма MGrahp,
що дозволяє швидко проводити обробку великих масивів з результатами вимірів.
43
Рисунок 2.7 - Верстат фірми Jesco Machinery 1650ENC з ЧПК
Зусилля різання, отримані на динамометрі «9257 ВА» фіксувалися на
акселерометром «Kistler 8614A1000M1». В процесі проведення досліджень
проводилися ретельні спостереження за характером і величиною зносу робочих
поверхонь ріжучого інструменту.
Надійність і довговічність інструменту оцінювали за середнім значенням
стійкості Т , коефіцієнту варіації стійкості νT, інтенсивності зношування J:
де: n - кількість випробувань; TM = L/n·s - машинний час; L - довжина шляху
інструменту, що включає довжину заготовки, врізання і переходи n, s - число
обертів і подача.
Оцінку коефіцієнтів варіації стійкості інструменту з локальним дифузійним
покриттям, із суцільним покриттям і без зміцнення проводили за критерієм
Стьюдента:
44
де: υТ; υТДСП - коефіцієнт варіації стійкості для контрольного інструменту та
інструменту з локальним дифузійним покриттям; n, nДСП - кількість випробувань
контрольного ріжучого інструменту і ріжучого інструменту з локальним
дифузійним покриттям.
Для оцінки різко виділених значень стійкості інструменту використовували
критерій Гіббса:
при Q> Qкр значення Тmax відкидали як таке що містить грубу помилку.
Випробування на стійкість фрез з твердого сплаву і дослідження функціональних
параметрів фрезерування проведені на фрезерному верстаті Liechti з ЧПУ, (див.
рисунок 2.8).
Рисунок 2.8 - Фрезерний верстат Liechti з ЧПУ
Оброблювані матеріали. Основний об’єм досліджень виконано при обробці
конструкційної вуглецевої сталі 40Х і титанового сплаву ВТ6. Їх твердість вказана
в таблицях і графіках результатів випробувань.
Заготовки для поздовжнього точіння - пруток d = 120 - 200мм, довжиною L =
600мм. Припуск знімали до співвідношення L/d<8. При точінні сталей після
термообробки використовували труби з товщиною 15 - 30мм. При проведенні
45
досліджень на стійкість при фрезеруванні проводили обробку титанових лопаток
для чорнової і чистової операції.
Методика випробувань. Кожен дослід при проведенні випробувань на
стійкість дублювали від 3-х до 6 раз в залежності від завдань досліджень і умов
обробки. Остаточне значення стійкості розраховували за методом найменших
квадратів. В одному з дублів фіксували динаміку розвитку зносу по передній і
задній поверхні.
Розміри майданчиків зносу вимірювалися на інструментальному мікроскопі
БМН - 1Ц з ціною поділки 0,001 мм, (рисунок 2.9).
Рисунок 2.9 - Інструментальний мікроскоп БМН-1Ц
Висновок до розділу 2
У розділі обґрунтовано та описано комплекс обладнання і методик,
необхідних для формування локального дифузійного покриття та подальшого
контролю його характеристик. Визначено послідовність отримання покриття та
загальну методику проведення досліджень, а також методику оцінювання ріжучих
властивостей (в т.ч. підбір обладнання, інструменту й оброблюваного матеріалу),
46
що створює відтворювану основу для експериментальної перевірки ефективності
покриття.
47
Розділ 3
Дослідження ріжучих властивостей інструменту
з локальним дифузійним покриттям
3.1. Дослідження технології нанесення локального дифузійного покриття на
різальний інструмент
Як об'єкт досліджень використовували квадратні пластини з швидкорізальної
сталі Р6М5, Р6М5К5, прямокутні твердосплавні пластини IС3028, IС9015, IС9025,
IС50М, а також кінцеві твердосплавні фрези ВК10ХОМ. Ріжучі пластини
використовували, як для відпрацювання технологічного процесу, так і для
визначення, шорсткості, твердості. Пластини підбирали таким чином, щоб розкид
їх мікротвердості становив не більше (5 - 7)% від стандартного значення
мікротвердості пластин, які пройшли повну термообробку і заточку ( 50
Н = 860 -
870).
Дослідження технології нанесення локального дифузійного покриття
здійснювали на твердосплавних і швидкорізальних пластинах, які закріплювали в
оснастку, що кріпиться в шпинделі пристрої, на відстані 10 - 12 мм від сопла і під
кутом 70º - 80º до сопла, при цьому струм коронного розряду і тиск стисненого
повітря були постійними (РВ = 0,1 МПа; IК = 200 мкА). Розгляд кутів α нахилу сопла
і його відстані Lс від оброблюваної поверхні проводилися з урахуванням
формування примежевої дифузії елементів активованого повітря для формування
тонкого дифузійного покриття. Результати впливу кутів і відстані показані на
рисунках 3.1 - 3.2.
Рисунок 3.1 - Вплив кута нахилу сопла до зразка на знос по задній грані
твердосплавних пластини IC50M при точінні сталі 40Х (220 НВ): з v= 190 м / хв;
s=0,4 мм/об .; t = 2 мм
49
Рисунок 3.2 - Вплив відстані від сопла до зразка на знос по задній грані
твердосплавних пластини IC50M при точінні сталі 40Х (220 НВ): з v = 190 м/хв;
s=0,4 мм/об .; t = 2 мм
Як показують наведені графіки, найменший знос твердосплавного
інструменту спостерігається за умови розміщення сопла на відстані близько 12 мм
та під кутом 70–80° до оброблюваної поверхні.
Відповідно, у подальших експериментах ріжучий інструмент і «зразок деталі»
розташовували лише в межах 10–12 мм від поверхні та під кутом 70–80° до неї.
3.2. Дослідження фізико-механічних властивостей інструментального
матеріалу після нанесення локального дифузійного покриття
Для визначення фізичних властивостей локального дифузійного покриття
були проведені дослідження по визначенню мікротвердості, шорсткості. В якості
зразків використовували прямокутні бруски розміром 10,0х10,0х60 мм. Як матеріал
для зразків були використані: швидкоріжуча сталь (Р6М5К5), твердосплавний
матеріал (ВК10ХОМ) і титановий сплав (ВТЗ-1).
50
В ході визначення мікротвердості були отримані наступні результати, які
показані на графіках, (рисунки 3.3 - 3.4).
З графіків, (рисунки 3.3 б - 3.4 б) видно, що локальне (пористе) дифузійне
покриття дозволяє, збільшити твердість проникаючи на глибину 350–600 нм, таким
чином, згідно з методологією, іони стисненого повітря, проникаючи в основу,
створюють тонкий, але міцний поверхневий шар на ріжучому інструменті і
деталях.
а)
б)
51
Рисунок 3.3 - Розподіл твердості по глибині поверхневого шару зразка зі
швидкорізальної сталі при максимальному навантаженні 12000 мкН: а) без
покриття і б) з пористим дифузійним покриттям
а)
б)
52
Рисунок 3.4 - Розподіл твердості за глибиною поверхневого шару зразка з
твердого сплаву при максимальному навантаженні 12000 мкН: а) без покриття і б)
з пористих дифузійним покриттям
Руйнування деталі, особливо при змінних навантаженнях, в більшій мірі
пояснюється концентрацією напружень, внаслідок наявності нерівностей. Чим
менше шорсткість, тим менша вірогідність виникнення поверхневих тріщин, (рис.
3.5 - 3.7), оскільки локальна структура перешкоджає поверхневому поширенню
тріщин в покритті.
Згідно ГОСТу 2789-73 шорсткість поверхні - це сукупність нерівностей, що
утворюють рельєф поверхні в межах певної її ділянки, то вона характеризується
середнім арифметичним відхиленням профілю від середнього значення Ra і
висотою нерівностей Rz.
Висотні параметри: Ra- середнє арифметичне відхилення профілю
,
Rz- висота нерівностей профілю по десяти точках;
Рисунок 3.5 - Шорсткість швидкорізальної сталі Р6М5К5
53
Рисунок 3.6 - Шорсткість твердого сплаву ВК10ХОМ
Рисунок 3.7 - Шорсткість титанового сплаву ВТ3-1
3.3 Дослідження параметрів різання і ріжучих властивостей інструменту
при поздовжньому точінні
Працездатний стан інструменту визначається багатьма факторами. Але, перш
за все в значній мірі залежить від опірності контактних майданчиків інструменту
зношування і руйнування при взаємодії з оброблюваним матеріалом. Зношування
контактних майданчиків обумовлено декількома одночасно діючими механізмами
- абразивним, адгезійно-втомним, хіміко-окислювальним і дифузійним. Залежно
від умов різання і характеру контактної взаємодії (безперервного, переривчастого,
нестаціонарного) один з діючих механізмів зношування може стати переважаючим
і може визначати довговічність інструменту [36-42]
54
Дослідження кінетики і механізмів зношування інструменту з різними
варіантами покриттів проводили для різних умов різання при безперервному
(поздовжнє й поперечне точіння) і переривчастому (торцеве фрезерування).
Узагальнені криві h3 = f (τ) і характер зношування інструменту з
швидкорізальними і твердосплавними пластинами з локальним дифузійним
покриттям представлені на малюнках 3.8 - 3.17.
Рисунок 3.8 - Узагальнені криві h3 = F (τ), отримані при поперечному точінні
сталі 40Х (НВ220) різцем з твердосплавною пластиною IC50М: v = 190 м/хв; s = 0,4
мм/об; t = 2 мм
На рисунку 3.9 показана зона зношування ріжучого інструменту, як з
локальним дифузійним покриттям, так і без покриття.
а) б)
55
Рисунок 3.9 - Характер зношування контактної площадки задньої поверхні
твердосплавних пластини різця (IС50M) при точінні сталі 40Х (v = 190 м / хв; t =
2мм; s = 0,4 мм/об.): а - без покриття; б - з локальним дифузійним покриттям
Рисунок 3.10 - Залежність зносу твердосплавних пластин IC9015 від довжини
обробки при поздовжньому точінні сталі 40Х (НВ220): v = 225 м / хв; s = 0,2 мм /
об; t = 1мм
На рисунку 3.11 показаний вогнище зношування ріжучого інструменту, як з
локальним дифузійним покриттям, так і з суцільним покриттям.
а) б) в)
56
Рисунок 3.11 - Характер зношування контактної площадки задньої поверхні
твердосплавних пластини ріжучого інструменту (IC9015) при точінні сталі 40Х
(v=225 м/хв; s = 0,2 мм/об; t = 1мм): а - суцільне покриття; б - локальне дифузійне
покриття; в - застосування ЗОР
Рисунок 3.12 - Узагальнені криві h3 = F (τ), отримані при поздовжньому точінні
сталі 40Х (НВ220) твердосплавними пластинами IC3028: v = 150м/хв; s=0,2 мм / об;
t = 1мм
На рисунку 3.13 показана зона зношування ріжучого інструменту, як з
локальним дифузійним покриттям, так і без покриття.
а) б)
Рисунок 3.13 - Характер зношування контактної площадки задньої поверхні
твердосплавних пластини ріжучого інструменту (IC3028) при точінні сталі 40Х (v=
57
150 м / хв; s = 0,2 мм / об; t = 1мм): а - суцільне покриття; б - локальне дифузійне
покриття
Рисунок 3.14 - Узагальнені криві h3 = F (τ), отримані при поздовжньому точінні
сталі 40Х (НВ220) твердосплавними пластинами IC9025: v = 190м / хв; s = 0,4 мм /
об; t = 2 мм
58
Рисунок 3.15 - Узагальнені криві h3 = F (τ), отримані при поздовжньому точінні
сталі 40Х (НВ220) з v = 80 м / хв; s = 0,175 мм / об; t = 1,0 мм різцем з
швидкорізальної пластини Р6М5К5
Рисунок 3.16 - Узагальнені криві h3 = F (τ), отримані при поздовжньому точінні
сталі 40Х (НВ220) з v = 65 м / хв; s = 0,175 мм / об; t = 1,0 мм різцем з
швидкорізальної пластиною Р6М5
59
а) б) в)
Рисунок 3.17 - Характер зношування контактної площадки задньої поверхні
швидкорізальної пластини (Р6М5) при точінні сталі 40Х (v =65 м/хв; s=0,175 мм/об;
t = 1,0 мм): а - без покриття; б - локальне дифузійне покриття; в - суцільне покриття
Встановлено, що ріжучий інструмент з локальним дифузійним покриттям,
показав кращі результати, ніж контрольний інструмент і інструмент із суцільним
покриттям, по опору знеміцнення під дією нагрівання на ділянках припрацювання
і усталеного зношування.
Порівняння кривих h3 = F (τ) (рис 3.9 - 3.14) дозволяють відзначити, що на
стадії припрацювання, локальне дифузійне покриття знижує термомеханічні
навантаження на контактній площадці інструменту, ефективно гальмує
зношування по задній поверхні різального інструменту.
Встановлено, що ріжучий інструмент з локальним дифузійним покриттям,
підвищує зносостійкість різців з твердосплавними пластинами IC50M при
поперечному точінні, стали 40Х (НВ220) в 3-4 рази в порівнянні з пластинами без
покриття і в 1,8-2,5 рази в порівнянні з суцільним покриттям; а зносостійкість різців
з твердосплавними пластинами IC3028, IC9015 і IC9025 при поздовжньому точінні
сталі 40Х (НВ220) в 1,5 рази в порівнянні з пластинами із суцільним покриттям з
використанням мастильно-охолоджувальної рідиною і в 1,8 - 2 рази в порівнянні з
пластинами з суцільним покриттям без мастильно-охолоджувальної рідини.
Встановлено, що ріжучий інструмент з локальним дифузійним покриттям,
(рис 3.15 - 3.16) підвищує зносостійкість різців з швидкорізальними пластинами
Р6М5, Р6М5К5 при поздовжньому точінні сталі 40Х (НВ220) в 4-5 разів у
60
порівнянні з пластинами без покриття і в 1, 5-3 разів в порівнянні з суцільним
покриттям.
Локальне дифузійне покриття дозволяє підвищити довговічність і
зносостійкість інструменту за рахунок оксидного шару. У процесі механічної
обробки при підвищеній температурі оксиди переходять в більш стабільний стан,
заповнюючи вакансії в решітці [27, 41, 42]. Відбувається процес відновлення
основи після окислення. Підвищення концентрації кисню в приповерхневому шарі
у вигляді твердого розчину впровадження супроводжується зростанням питомого
об’єму та формуванням залишкових стискаючих напружень.
3.4 Дослідження параметрів різання і властивостей інструменту при
фрезеруванні
Фрезерування - один з складних видів механічної обробки, що
характеризується різноманіттям видів і схем обробки зі змінними в кожен момент
різання параметрами шару, що зрізається. Фрезерування є однією з найбільш
теплонапружених операцій механічної обробки, що пов'язано з надзвичайно
несприятливих розподілом передніх і задніх кутів.
Фрезерування є однією з найбільш термомеханічних напружених операцій
різання, тому були проведені дослідження ріжучих властивостей твердосплавних
фрез ВК10ХОМ при фрезеруванні титану ВТ6 (НВ 340).
Фрезерування призводить до надзвичайно високого рівня пластичних
деформацій і тертя, що, в свою чергу, є причиною значного зростання
термомеханічних напружень при фрезеруванні. Крім того, при фрезеруванні
помітно збільшується теплопотік в інструмент, так як розігріта стружка,
переміщаючись по стружкових канавках фрези, підсилює тепловіддачу в
інструмент, що є причиною зниження швидкості різання при фрезеруванні на 20 -
40% в порівнянні з точінням.
З урахуванням сказаного, для досліджень ріжучих властивостей реального
інструменту були обрані твердосплавні фрези діаметром 10 мм, для яких були
61
проведені дослідження в широкому діапазоні зміни факторів режиму фрезерування
титанового сплаву ВТ6.
Результати досліджень кінетики зношування фрез наведені на рисунках 3.18 -
3.20, а характер зношування показаний на рисунку 3.21.
Рисунок 3.18 - Працездатність твердосплавних фрез ВК10ХОМ при
чорновому фрезеруванні титанових лопаток ВТ6: n = 1020 об/хв, S м = 490 мм/хв,
Sz = 0,08 мм/об
Рисунок 3.19 - Працездатність твердосплавних фрез ВК10ХОМ при чистовому
фрезеруванні титанових лопаток ВТ6: n = 2725 об / хв, S м = 1745 мм / хв, Sz = 0,16
мм / об
62
Знос по задній поверхні зуба, h3 мм
ВК10ХОМ (34 шт) ВК10ХОМ локальне (90 шт)
Рисунок 3.20 - Працездатність твердосплавних фрез ВК10ХОМ при
чорновому фрезеруванні титанових лопаток ВТ6 після переточування: n = 1020
об/хв, S м = 490 мм / хв, Sz = 0,08 м м / об
а) б)
Рисунок 3.21 - Характер руйнування твердосплавних фрези при чорновому
фрезеруванні титанового сплаву: а - без покриття; б - з локальним дифузійним
покриттям
В результаті досліджень встановлено, що при фіксованих значеннях зносу при
чорновому фрезеруванні зносостійкість твердосплавних фрез ВК10ХОМ з
локальним дифузійним покриттям в 1,8 рази вище, щодо вихідних фрез без
покриття, і в 2 рази вище фрез із суцільним покриттям. При чистовому
63
фрезеруванні, при фіксованих значеннях зносу, зносостійкість твердосплавних
фрез ВК10ХОМ з локальним дифузійним покриттям в 1,5 рази вище щодо фрез із
суцільним покриттям і в 1,8 рази відносно фрез без покриття. При переточуванні
зносостійкість твердосплавних фрез ВК10ХОМ з локальним дифузійним
покриттям в 2 2,5 рази вище щодо фрез без покриття.
Як видно з представлених гістограм найбільшою опірністю зношування мають
фрези з локальним дифузійним покриттям [42]. Однак при цьому виявляються ті ж
закономірності, які були отримані при дослідженнях ріжучих властивостей
пластин. Зокрема, відзначено сильне зниження інтенсивності зношування фрез з
локальним дифузійним покриттям на етапі припрацювання, досить висока
тривалість часу нормального зношування і розвиток інтенсивного
(катастрофічного) зношування при менших значеннях критичного зношування
задньої поверхні фрези (або кута) в межах h 3 = 0,2-0,3 мм. Таким чином, для важко
навантажених операцій різання локальне (пористе) дифузійне покриття, що
отримується за розробленою технологією, може бути використано, як зміцнюючий
шар [43-48].
64
Висновок до розділу 3
За результатами досліджень підтверджено доцільність застосування
локального дифузійного покриття для підвищення працездатності інструменту:
виконано перевірку технології нанесення, досліджено зміни фізико-механічних
властивостей інструментального матеріалу після обробки, а також проаналізовано
вплив покриття на параметри різання та ріжучі властивості під час поздовжнього
точіння і фрезерування. Отримані результати дозволяють пов’язати
режим/параметри формування покриття з проявами зношування та
експлуатаційною стійкістю інструменту.
65
Розділ 4
Охорона праці та безпека в надзвичайних
ситуаціях
4.1. Організація служби охорони праці на підприємстві
Згідно з Законом України "Про охорону праці" служба охорони праці
створюється роботодавцем для організації виконання правових, організаційно-
технічних, санітарно- гігієнічних, соціально-економічних і лікувально-
профілактичних заходів, спрямованих на запобігання нещасним випадкам,
професійним захворюванням і аваріям у процесі трудової діяльності.
На основі Типового положення про службу охорони праці (далі - Типове
положення) з урахуванням специфіки виробництва та видів діяльності, чисельності
працівників, умов праці та інших факторів роботодавець розробляє і затверджує
Положення про службу охорони праці відповідного підприємства, визначає
структуру служби охорони праці, її чисельність, основні завдання, функції та права
її працівників відповідно до законодавства.
Об'єднання підприємств у разі виконання ними делегованих функцій в галузі
охорони праці розробляють і затверджують Положення про службу охорони праці
відповідно до статті 36 Закону України "Про охорону праці" та цього Типового
положення.
Служба охорони праці підпорядковується безпосередньо роботодавцю.
Служба охорони праці створюється на підприємствах з кількістю працюючих
50 і більше осіб.
На підприємстві з кількістю працюючих менше 50 осіб функції служби
охорони праці можуть виконувати в порядку сумісництва особи, які мають
відповідну підготовку.
На підприємстві з кількістю працюючих менше 20 осіб для виконання функцій
служби охорони праці можуть залучатися сторонні спеціалісти на договірних
засадах, які мають відповідну підготовку.
Назви посад (професій) установлюються відповідно до Національного
класифікатора України ДК 003:2010 "Класифікатор професій", затвердженого
наказом Держспоживстандарту від 28 липня 2010 N 327, а кваліфікаційні вимоги -
відповідно до розділу 1 "Професії керівників, професіоналів, фахівців та технічних
67
службовців" Випуск 1 "Професії працівників, що є загальними для всіх видів
економічної діяльності" Довідника кваліфікаційних характеристик професій
працівників, затвердженого наказом Міністерства праці та соціальної політики
України від 29.12.2004 N 336.
Навчання та перевірка знань з питань охорони праці працівників служби
охорони праці проводяться в установленому законодавством порядку під час
прийняття на роботу та періодично один раз на три роки.
Працівники служби охорони праці підприємства в своїй діяльності керуються
законодавством України, нормативно-правовими актами з охорони праці,
колективним договором та актами з охорони праці, що діють в межах підприємства.
Ліквідація служби охорони праці допускається тільки в разі ліквідації
підприємства чи припинення використання найманої праці фізичною особою.
4.2. Основні завдання служби охорони праці
В разі відсутності впровадженої системи якості відповідно до ISO 9001
опрацювання ефективної системи управління охороною праці на підприємстві та
сприяння удосконаленню діяльності у цьому напрямку кожного структурного
підрозділу і кожного працівника. Забезпечення фахової підтримки рішень
роботодавця з цих питань.
Організація проведення профілактичних заходів, спрямованих на усунення
шкідливих і небезпечних виробничих факторів, запобігання нещасним випадкам на
виробництві, професійним захворюванням та іншим випадкам загрози життю або
здоров'ю працівників.
Вивчення та сприяння впровадженню у виробництво досягнень науки і
техніки, прогресивних і безпечних технологій, сучасних засобів колективного та
індивідуального захисту працівників.
Контроль за дотриманням працівниками вимог законів та інших нормативно-
правових актів з охорони праці, положень (у разі наявності) галузевої угоди,
68
розділу "Охорона праці" колективного договору та актів з охорони праці, що діють
в межах підприємства.
Інформування та надання роз'яснень працівникам підприємства з питань
охорони праці.
4.3. Функції служби охорони праці
Розроблення спільно з іншими підрозділами підприємства комплексних
заходів для досягнення встановлених нормативів та підвищення існуючого рівня
охорони праці, планів, програм поліпшення умов праці, запобігання виробничому
травматизму, професійним захворюванням, надання організаційно-методичної
допомоги у виконанні запланованих заходів.
Підготовка проектів наказів (розпоряджень) з питань охорони праці і внесення
їх на розгляд роботодавцю.
Проведення спільно з представниками інших структурних підрозділів і за
участю представників професійної спілки підприємства або, за її відсутності,
уповноважених найманими працівниками осіб з питань охорони праці перевірок
дотримання працівниками вимог нормативно-правових актів з охорони праці.
Складання звітності з охорони праці за встановленими формами.
Проведення з працівниками вступного інструктажу з питань охорони праці.
Ведення обліку та проведення аналізу причин виробничого травматизму,
професійних захворювань, аварій на виробництві, заподіяної ними шкоди.
Забезпечення належного оформлення і зберігання документації з питань
охорони праці, а також своєчасної передачі її до архіву для тривалого зберігання
згідно з установленим порядком.
Складання за участю керівників підрозділів підприємства переліків професій,
посад і видів робіт, на які повинні бути розроблені інструкції з охорони (безпеки)
праці, що діють в межах підприємства, надання методичної допомоги під час їх
розроблення.
69
Інформування працівників про основні вимоги законів, інших нормативно-
правових актів та актів з охорони праці, що діють в межах підприємства.
Розгляд:
питань про підтвердження наявності небезпечної виробничої ситуації, що
стала причиною відмови працівника від виконання дорученої роботи, відповідно
до законодавства (у разі необхідності);
листів, заяв, скарг працівників підприємства, що стосуються питань
додержання законодавства про охорону праці.
Організація:
забезпечення підрозділів нормативно-правовими актами з охорони праці та
актами з охорони праці, що діють в межах підприємства, посібниками,
навчальними матеріалами з цих питань;
роботи кабінету з охорони праці, підготовки інформаційних стендів, кутків з
охорони праці тощо;
нарад, семінарів, конкурсів тощо з питань охорони праці;
пропаганди з питань охорони праці з використанням інформаційних засобів.
Участь у:
розслідуванні нещасних випадків, професійних захворювань та аварій на
виробництві відповідно до Порядку проведення розслідування та ведення обліку
нещасних випадків, професійних захворювань і аварій на виробництві,
затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 30 листопада 2011 року
N 1232;
складанні санітарно-гігієнічної характеристики умов праці працівників, які
проходять обстеження щодо наявності професійних захворювань (отруєнь);
проведенні внутрішнього аудиту охорони праці та атестації робочих місць на
відповідність нормативно-правовим актам з охорони праці;
роботі комісій з приймання в експлуатацію закінчених будівництвом,
реконструкцією або технічним переозброєнням об'єктів виробничого та соціально-
70
культурного призначення, відремонтованого або модернізованого устаткування в
частині дотримання вимог охорони (безпеки) праці;
розробленні положень, інструкцій, розділу "Охорона праці" колективного
договору, інших актів з охорони (безпеки) праці, що діють у межах підприємства;
складанні переліків професій і посад, згідно з якими працівники повинні
проходити обов'язкові попередні і періодичні медичні огляди;
організації навчання з питань охорони праці;
роботі комісії з перевірки знань з питань охорони праці.
Забезпечення організаційної підтримки (в разі наявності) роботи комісії з
питань охорони праці підприємства.
Контроль за:
виконанням заходів, передбачених програмами, планами щодо поліпшення
стану безпеки, гігієни праці та виробничого середовища, колективним договором
та заходами, спрямованими на усунення причин
нещасних випадків і професійних захворювань та аварій на виробництві;
проведенням ідентифікації та декларуванням безпеки об'єктів підвищеної
небезпеки;
наявністю в структурних підрозділах інструкцій з охорони праці згідно з
переліком професій, посад і видів робіт, своєчасним внесенням в них змін;
своєчасним проведенням необхідних випробувань і технічних оглядів
устаткування;
станом запобіжних і захисних пристроїв, вентиляційних систем;
своєчасним проведенням навчання з питань охорони праці, всіх видів
інструктажу з охорони праці;
забезпеченням працівників відповідно до законодавства спецодягом,
спецвзуттям та іншими засобами індивідуального та колективного захисту,
мийними та знешкоджувальними засобами;
71
організацією зберігання, прання, хімічного чищення, сушіння, знепилювання
і ремонту спеціального одягу, спеціального взуття та інших засобів
індивідуального захисту;
санітарно-гігієнічними і санітарно-побутовими умовами працівників згідно з
нормативно-правовими актами;
своєчасним і правильним наданням працівникам пільг і компенсацій за важкі
та шкідливі умови праці, забезпеченням їх лікувально-профілактичним
харчуванням, молоком або рівноцінними йому харчовими продуктами, газованою
солоною водою, наданням оплачуваних перерв санітарно-оздоровчого
призначення тощо відповідно до вимог законодавства та колективного договору;
дотриманням у належному безпечному стані території підприємства,
внутрішніх доріг та пішохідних доріжок;
організацією робочих місць відповідно до нормативно-правових актів з
охорони праці;
використанням цільових коштів, виділених для виконання комплексних
заходів для досягнення встановлених нормативів та підвищення існуючого рівня
охорони праці;
застосуванням праці жінок, інвалідів і осіб, молодших 18 років, відповідно до
законодавства;
виконанням приписів посадових осіб органів державного нагляду за
охороною праці та поданням страхового експерта з охорони праці;
проведенням попередніх (під час прийняття на роботу) і періодичних
(протягом трудової діяльності) медичних оглядів працівників, зайнятих на важких
роботах, роботах із шкідливими чи небезпечними умовами праці або таких, де є
потреба у професійному доборі, щорічних обов'язкових медичних оглядів осіб
віком до 21 року.
72
4.4. Права працівників служби охорони праці
Спеціалісти служби охорони праці мають право:
видавати керівникам структурних підрозділів підприємства обов'язкові для
виконання приписи (за формою згідно з додатком) щодо усунення наявних
недоліків, одержувати від них необхідні відомості, документацію і пояснення з
питань охорони праці. Припис спеціаліста з охорони праці може скасувати лише
роботодавець. Припис складається в 2 примірниках, один з яких видається
керівникові робіт, об'єкта, цеху, другий залишається та реєструється у службі
охорони праці, і зберігається протягом 5 років. Якщо керівник структурного
підрозділу підприємства відмовляється від підпису в одержанні припису,
спеціаліст з охорони праці надсилає відповідне подання на ім'я особи, якій
адміністративно підпорядкований цей структурний підрозділ, або роботодавцю;
зупиняти роботу виробництв, дільниці, машин, механізмів, устаткування та
інших засобів виробництва у разі порушень, які створюють загрозу життю або
здоров'ю працівників;
вимагати відсторонення від роботи осіб, які не пройшли передбачених
законодавством медичного огляду, навчання, інструктажу, перевірки знань і не
мають допуску до відповідних робіт або не виконують вимоги нормативно-
правових актів з охорони праці;
надсилати роботодавцю подання про притягнення до відповідальності
посадових осіб та працівників, які порушують вимоги щодо охорони праці;
за поліпшення стану безпеки праці вносити пропозиції про заохочення
працівників за активну працю;
залучати, за погодженням з роботодавцем і керівниками підрозділів
підприємства, спеціалістів підприємства для проведення перевірок стану охорони
праці.
73
4.5 Організація роботи служби охорони праці
Робота служби охорони праці підприємства повинна здійснюватись
відповідно до плану роботи та графіків обстежень, затверджених роботодавцем.
Робочі місця працівників служби охорони праці мають розміщуватись (як
правило) в окремому приміщенні, забезпечуватись належною оргтехнікою,
технічними засобами зв'язку і бути зручними для приймання відвідувачів.
Для проведення навчання, інструктажів, семінарів, лекцій, виставок може
створюватись кабінет з охорони праці.
Роботодавець забезпечує стимулювання ефективної роботи працівників
служби охорони праці.
Працівники служби охорони праці не можуть залучатися до виконання
функцій і завдань, не передбачених Законом України "Про охорону праці" і цим
Типовим положенням та системою управління охороною праці на підприємстві.
Служба охорони праці взаємодіє з іншими структурними підрозділами,
службами, фахівцями підприємства та представниками профспілки, а за її
відсутності - з уповноваженими найманими працівниками особами з питань
охорони праці.
4.6 Протипожежний режим підприємства
Загальні принципи організації та основні вимоги до протипожежного режиму
промислових підприємств.
На кожному підприємстві відповідно НАПБ А.01.001-2014 “Правила
пожежної безпеки в Україні” з урахуванням його пожежної безпеки наказом
повинен бути встановлений відповідний протипожежний режим.
Накази керівника визначають:
- відповідальних за пожежну безпеку окремих будівель, споруд, приміщень,
дільниць, технологічного та інженерного устаткування, а також за утримання і
експлуатацію технічних засобів протипожежного захисту.
74
- порядок та термін проходження протипожежного інструктажу та пожежно-
технологічного мінімуму.
Основні вимоги протипожежного режиму
Вимоги протипожежного режиму до території.
- дороги, проїзди до будівель, споруд, поживних вододжерел, пожежних
гідрантів, пожежних водоймищ повинні буди завжди вільними.
- підступи до зовнішніх стаціонарних пожежних драбин, пожежного
інвертаря,обладнання та засобів пожежогасіння повинні бути завжди вільними,
утримуватися справними, у зимній період чищатися від снігу;
- протипожежні розриви між будівлями, спорудами, відкритими
майданчиками для зберігання матеріалів повинні відповідати вимогам норм. Їх не
дозволяється використовувати для складання матеріалів, стоянок транспорту;
- територія підприємства повинна мати зовнішнє освітлення, яке забезпчує
швидке знаходження пожежних драбин, протипожежного обладнання, входів до
будинків та споруд.
- пожежні гідранти повинні перевірятися на працездатність не менше двох раз
на рік (навесні і восени). Кришки колодязів повинні бути очищені від бруду, льоду
і снігу. Кришки люків колодязів пожежних гідрантів рекомендується фарбувати в
червоні кольори;
- розводити багаття, спалювати відходи, тару, викидати загашене вугілля на
попіл на відстані 5 м від будівель та споруд, а також в протипжежних розривах не
дозволяється.
2. Вимоги протипожежного режиму до будівель, приміщень та споруд
- повинна бути інструкція про заходи пожежної безпеки;
- повинні бути графіки технічного обслуговування та планово-
попереджувальних ремонтів технологічного та іншого інженерного обладнання.
- усі будівлі та приміщення повинні своєчасно очищатися від горючого сміття,
відходів виробництва.
- у підвалах та цокольних поверхах не допускається розміщення
вибухонебезпечнихвиробництв, вибухових речовин, балонів з газами, карбіду
75
кальцію та інших твердих речовин і матеріалів, що мають підвищену
вибухопожежну небезпеку.
Основні організаційні заходи щодозабезпечення пожежної безпеки
- визначення обов'язків посадових осіб щодо забезпечення пожежної безпеки;
- призначення відповідальних за пожежну безпеку окремих будівель, споруд,
приміщень,
дільниць тощо, технологічного та інженерного устаткування, а також за
утримання і експлуатацію наявних технічних засобів протипожежного захисту;
- встановлення на кожній дільниці відповідного протипожежного режиму;
- розробка і затвердження загально об'єктової інструкції про заходи пожежної
безпеки та відповідних інструкцій для всіх вибухопожежонебезпечних та
пожежонебезпечних приміщень, організація вивчення цих інструкцій
працівниками;
- розробка планів (схем) евакуації людей на випадок пожежі;
- визначення категорій будівель та приміщеня за вибухопожежною та
пожежною набезпекою відповідно до вимог чинних нормативних документів,
встановлення класів зон за ПУЕ;
- забезпечення територій, будівель, приміщень відповідними знаками
пожежної безпеки, табличками із зазначенням номера телефону та порядку виклику
пожежної охорони;
- організація проходження працівниками інструктажів, спеціального навчання
та перевірки їхніх знань з питань пожежної безпеки.
Види протипожежного інструктажу:
- вступний - при прийнятті на роботу;
- первинний - на робочому місці;
- повторний - на робочому місці 1 раз в рік;
- позаплановий - при виконанні разових пожежонебезпечних робіт Пожежно-
технічний мінімум проводять особи, які приймають на роботу з підвищенною
пожежною небезпекою.
Перевірка знань з питань пожежної безпеки у даних працівників -1 раз в рік.
76
4.7 Протипожежне водопостачання
Система протипожежного водопостачання являє собою комплекс інженерних
водопровідних пристроїв та споруд, призначених для забору води з вододжерела, її
транспортування, зберігання запасів та по давання до місця пожежі. Призначення
системи протипожежного водопо стачання полягає в забезпеченні подавання
необхідних об'ємів води потрібно го напору протягом нормативного часу гасіння
пожежі за умови достатнього ступеня надійності всього комплексу водопровідної
споруди.
Протипожежні водопроводи (роздільні або об'єднані з водопроводами іншого
призначення) бувають низького або високого тиску. У водопрово дах низького
тиску мінімальний вільний напір води на рівні землі повинен бути 10 м (100 кПа),
а необхідний напір у стволах для пожежогасіння створюється насосами пожежних
автомобілів, мотопомп, що встановлюються на гідранти.
У водопроводах високого тиску вода до місця пожежі подається по рукавних
лініях безпосередньо від гідрантів під напором від стаціонарних пожежних насосів,
встановлених у приміщенні насосної станції. Такі насо си працюють постійно або
вмикаються під час пожежі.
Для подавання та керування водяними та пінними струменями вели кої
потужності використовуються лафетні установки. Для цього пожежні лафетні
стволи великої потужності (до 100 л/с) встановлюють на спеціаль них баштах,
покрівлі будівель або на майданчиках та підключають до про типожежного
водопроводу високого тиску. Лафетні установки використову ють для гасіння пожеж
на складах лісо- та пиломатеріалів, в технологічно му обладнанні значної висоти
(наприклад, в ректифікаційних колонах та вакуумних колонах нафтопереробних
заводів), а також на складах із зрідже ним горючим газом.
Систему протипожежного водопостачання поділяють на дві частини:
зовнішню (ззовні будівель);
та внутрішню (всередині будівель).
77
Протипо жежний водопровід (зовнішній та внутрішній) є одним з найбільш
важли вих елементів системи протипожежного водопостачання.
До зовнішнього водопроводу належать усі пристрої та споруди для забору,
очищення, зберігання та розподілу води мережею до вводу в будівлю.
Внутрішні водопроводи являють собою сукупність трубопроводів та при строїв,
які забезпечують постачання води із зовнішньої мережі та її подаван ня до місця
відбору води для гасіння пожеж, що можуть виникнути в будівлі.
Встановлення гідрантів здійснюється на відстані не більше 2,5 м від краю
проїжджої частини дороги та не менше 5 м від стін будівель та споруд, щоб
забезпечити безперешкодний під'їзд пожежних автомобілів.
Біля місць розташування пожежних гідрантів повинні бути встанов лені
покажчики (об'ємні зі світильником або пласкі із застосуванням світловідбивних
покриттів) з нанесеними на них: літерним індексом «ПГ», цифровими значеннями
відстані в метрах від покажчика до гідранта, внут рішнього діаметра трубопроводу
в міліметрах, зазначенням виду водопровід ної мережі (тупикова чи кільцева).
Відповідальність за технічний стан пожежних гідрантів, встановлених на
мережі водопроводу населених пунктів, несуть відповідні служби (органі зації,
установи), які відають цими мережами водопроводу, а на території підприємств -
їх власники або орендарі (згідно з договором оренди).
Перевірка працездатності пожежних гідрантів повинна здійснюватися
особами, що відповідають за їх технічний стан, не рідше 2 разів на рік (навесні й
восени). Кришки люків колодязів підземних пожежних гідрантів повинні бути
очищені від бруду, льоду і снігу, в холодний період утеплені, а стояки - звільнені
від води. Кришки люків рекомендується фарбувати в червоний колір.
Внутрішнє протипожежне водопостачання улаштовують за такими схемами:
без підвищувальних установок, коли напір води з зовнішнього водо проводу
перевищує потрібний;
з пожежними насосами-підвищувачами, які вмикаються тільки при пожежі та
забезпечують необхідний тиск води;
78
з водонапірним баком або пневмобаком і насосами в тих випадках, коли
гарантований напір менше потрібного для господарських приладів та пожежних
кранів, з забезпеченням недоторканого протипожежного запасу на перші 10 хв
гасіння пожежі;
з запасним резервуаром, коли в окремі часи доби є нестача води або
гарантований напір менше 5 м (50 кПа).
Для автоматичного гасіння пожеж водою використовують спринклерне
устаткування, що складається з мережі монтуємих під перекриттям водопровідних
труб з угвинченими в них спринклерними голівками.
Виробництва з високою пожежною небезпекою не можуть бути захищені від
пожеж за допомогою спринклерних і дренчерних установок внаслідок їхньої
порівняно високої інерційності.
Пожежний рукав необхідно утримувати сухим, складеним в «гармош ку» або
подвійну скатку, приєднаним до крана та ствола, і не рідше 1 разу на 6 місяців
розгортати та згортати наново.
Пожежні крани повинні розміщуватись у вбудованих або навісних шафках, які
мають отвори для провітрювання і пристосовані для опломбу вання та візуального
огляду їх без розкривання.
Влаштовуючи шафи, слід враховувати можливість розміщення в них двох
вогнегасників. Спосіб установлення пожежного крана повинен забезпечувати
зручність повертання вентиля та приєднання рукава. Напрямок осі вихідного
отвору патрубка пожежного крана повинен виключати різкий залом пожежного
рукава у місці його приєднання.
На дверцятах пожежних шаф із зовнішнього боку повинні бути вказані після
літерного індексу «ПК» порядковий номер крана та номер телефону для виклику
пожежної охорони. Зовнішнє оформлення дверцят повинно відповідати вимогам
чинних стандартів.
Пожежні крани не рідше 1 разу на 6 місяців підлягають технічному
обслуговуванню і перевірці на працездатність шляхом пуску води з реєстра цією
результатів перевірки у спеціальному журналі.
79
В окремих випадках допускається безводопровідне протипожежне во
допостачання з природних (ріки, озера) та штучних (пруди, резервуари, спеціальні
водойми) джерел. Забір води з таких водойм здійснюється по жежними
автомобілями, мотопомпами, стаціонарними насосами з наступ ним подаванням по
рукавах.
4.8 Вимоги до пожежної безпеки
Речовини і матеріали, які застосовуються в технологічному процесі
виготовлення деталі є пожежобезпечними. Згідно НАПБ Б.03.002-2007 «Норми
визначення категорій приміщень, будинків та зовнішніх установок за
вибухопожежною та пожежною небезпекою» дільниці відносять до категорії «Д»
негорючі речовини.
Для запобігання пожежі необхідно передбачити:
захист електрообладнання від струмів короткого замикання плавкими
запобіжниками;
захист електроприладів від перенавантаження, тобто, автоматичне
відключення їх від мережі;
розміщення вогнегасники ОУ-5, ОВП(ОП);
розміщення пожежних щитів;
складання ганчірок в металеві ящики і періодичне вивезення;
вибирати електрообладнання - закритого типу.
На дільницях необхідно передбачити спеціалізовані місця, де будуть
розташовані засоби гасіння пожежі. Також необхідно передбачити шляхи для
евакуації шириною не менш 3 м. Відстань від робочого місця до виходу не повинна
перевищувати 35 м.
Виробництво по ступеню пожежної безпеки визначено згідно НАПБ Б.03.002-
2007 «Норми визначення категорій приміщень, будинків та зовнішніх установок за
вибухопожежною та пожежною небезпекою» . В цеху є евакуаційні виходи.
80
Відстань від найбільш віддаленого евакуаційного виходу до робочого місця не
перевищує 30 мм. Для гасіння пожежі в цеху є внутрішній пожежний водопровід з
шістьма, пожежними кранами.
Крани розміщені в легко доступних місцях на відстанях від підлоги, мають
рукав та ствол, які знаходяться в спеціальних шафах.
На пожежному щиті є два вогнегасника та один вуглекислотний, відро, дві
сокири. Біля кожного щита є ящик з піском.
4.9 Вимоги до електробезпеки загальний
Постачання електроенергії здійснюється від 3-х фазної 4-х провідної мережею
напругою 380/220В. Дільниці, на яких встановлено використане в технологічному
процесі обладнання, по небезпеці враження електричним струмом, відносять до ІІ
класу: приміщення з підвищеною електробезпекою ПУЕ -2014 «Правила
улаштування електроустановок», тому що підлога їх виконана з залізобетону, який
проводить струм.
Для забезпечення безпечної експлуатації обладнання на ділянці, необхідно
щоб:
провідники, кабелі, які здійснюють електроживлення були прокладені в
металевих трубах;
електричні провідники мали відповідні кольори, щодо їх призначення та були
ізольованими;
верстати мали заземлення, занулення, захисне відключення, блокування;
використовувалася мала напруга (U=24В) для світильників місцевого
призначення;
двері шаф з електрообладнанням були зблоковані з аварійним вимикачем
таким чином, щоб усунути можливість їх відкривання при включеному вхідному
вимикачі;
81
контактні зажими вхідних вимикачів, які призначені для приєднання
проводів, що йдуть від джерела струму, були закриті кришками з ізоляційного
матеріалу;
верстати мали кнопку аварійного відключення;
були встановлені відповідні знаки безпеки (на дверях електрошаф) та
попереджувальні написи;
використовувались гумові килимки або дерев'яні підставки.
4.10 Порядок ліквідація пожежі
1. Пожежні підрозділи розпочинають гасіння пожежі на електроустановках
після інструктажу старшим з присутніх технічних працівників.
2. Під час гасіння пожежі робота пожежних підрозділів (розміщення сил і
засобів пожежогасіння, зміна позицій, перехід від одних засобів пожежогасіння до
інших тощо) проводиться з урахуванням вказівок старшої особи з присутніх
інженерно-технічних працівників енергетичного об’єкта або ОБВ.
3. В свою чергу, старший з присутніх інженерно-технічних працівників або
ОВБ погоджує з КГП свою роботу і розпорядження, а також інформує під час
гасіння пожежі про зміни в стані роботи електроустановок та іншого обладнання.
4. Займання в електроустановках під напругою ліквідуються персоналом
енергетичного об’єкта за допомогою ручних і пересувних вогнегасників.
5. Гасіння пожежі ручними засобами в дуже задимлених приміщеннях
енергетичних об’єктів (з видимістю до 10 метрів), з проникненням в них без зняття
напруги з електроустановок і кабельних ліній не допускається.
6. Під час гасіння пожежі компактними та розпиленими струменями без зняття
напруги з електроустановок ствол повинен бути заземлений, а ствольник має
працювати в діелектричних ботах, діелектричних рукавицях і знаходитись на
відстані від вогнища пожежі не меншій ніж 4–10 м залежно від рівня напруги.
7. Під час гасіння пожежі в електроустановках напругою до 220 кВ включно
час перебування пожежників на бойових позиціях не обмежується.
82
8. Бойові позиції пожежників з урахуванням безпечних відстаней до
конкретних електроустановок визначаються в ході проведення пожежно-тактичних
тренувань (навчань), а потім заносяться в план пожежогасіння.
9. Гасіння пожежі в приміщеннях з електроустановками під напругою всіма
видами піни, а також водою зі змочувачами за допомогою ручних засобів
забороняється.
10. При необхідності гасіння пожежі повітряно-механічною піною, з об’ємним
заповненням приміщення піною, проводиться попереднє закріплення
піногенераторів, їх заземлення, а також заземлення насосів пожежних машин.
Водій пожежної машини повинен працювати в діелектричних рукавицях та взутті.
11. Особовому складу пожежних підрозділів категорично забороняється
проводити будь-які переключення та інші операції з електротехнічним
обладнанням на електростанції та підстанції.
12. Заходити до розподільчих улаштування та інших приміщень
електротехнічних улаштувань з метою гасіння пожежі особовий склад пожежних
підрозділів має право лише після одержання допуску та інструктажу персоналу,
який обслуговує цей пристрій.
13. При виникненні пожежі на енергетичному об’єкті без постійного чергового
персоналу гасіння пожежі пожежними підрозділами до прибуття ОВБ або
чергового може проводитись самостійно лише за заздалегідь розробленим і
погодженим планом пожежогасіння. Разом з тим має бути вжито негайних заходів
для виклику експлуатаційного персоналу ОВБ підприємства електромереж.
14. Під час гасіння пожеж у приміщеннях з електроустановками під високою
напругою, а також у підземних спорудах особовому складу пожежної охорони
забороняється самовільно проводити будь-які самостійні дії щодо знеструмлення
електроліній, електроустановок та застосування засобів пожежогасіння до
отримання у встановленому порядку письмового допуску на гасіння пожежі від
адміністрації об’єкта.
15. Під час ліквідації пожежі в приміщенні з наявністю великої кількості
кабелів i проводів у гумовій або пластмасовій ізоляції КГП зобов’язаний вжити
83
необхідних заходів для попередження отруєння людей газами, які виділяються в
процесі горіння ізоляції. Особовий склад зобов’язаний працювати в ізолювальних
протигазах, КГП — не допускати скупчення у приміщеннях з електроустановками
великої кількості особового складу.
16. Основою безпечного гасіння пожежі електроустановок під напругою є
суворе дотримання організаційно-технічних заходів, а також усвідомлена
дисципліна пожежників, які зобов’язані суворо виконувати всі заходи із
забезпечення безпеки гасіння.
17. Гасіння пожежі електроустановки під напругою КГП має право розпочати
тільки після одержання відповідного письмового допуску та інструктажу
персоналом, який обслуговує цю установку.
18. Гасіння пожежі електроустановок під напругою здійснюється за виконання
таких обов’язкових умов:
не допускається наближення пожежних до струмопровідних частин
електроустановок на відстань менше 4 метрів;
маршрути руху пожежних на бойові позиції КГП повинен погоджувати з
черговим персоналом енергооб’єкта і конкретно вказувати кожному пожежнику
під час інструктажу;
пожежні і водії пожежних автомобілів, які забезпечують подачу вогнегасних
речовин, повинні працювати в діелектричних рукавицях і взутті;
подавання вогнегасних речовин необхідно проводити після заземлення
ручних пожежних стволів і пожежних автомобілів;
перестановку сил і засобів, зміну бойових позицій тощо КГП повинен
виконувати після узгодження зі старшою посадовою особою з присутнього
інженерно-технічного персоналу енергетичного об’єкта.
84
Висновки до розділу 4
У розділі систематизовано організаційні та технічні вимоги з охорони праці,
зокрема щодо функцій і завдань служби охорони праці, а також розглянуто ключові
вимоги протипожежного режиму, пожежного водопостачання, електробезпеки та
порядку дій у разі пожежі. Це забезпечує відповідність виконання робіт вимогам
безпечної організації виробничих процесів.
85
Загальний висновок
1. Підтверджено доцільність підвищення експлуатаційних властивостей
різального інструменту шляхом нанесення локального дифузійного покриття в
найбільш навантажених зонах інструменту (поблизу різальної кромки), що
відповідає меті та предмету роботи.
2. Розроблено теоретичну модель напружено-деформованого стану для
порівняльної оцінки впливу локального та суцільного покриттів на фізико-
механічні властивості поверхневого шару інструменту.
3. Визначено метод нанесення локального дифузійного покриття та
обґрунтовано (підібрано) параметри процесу, що забезпечують збільшення
довговічності інструменту в експлуатації.
4. Розроблено (удосконалено) обладнання і технологію нанесення
локального дифузійного покриття на різальний інструмент, що забезпечує
відтворюваність процесу формування покриття.
5. Встановлено функціональні зв’язки між композицією локального
дифузійного покриття, технологічними параметрами його формування та
довговічністю ріжучого інструменту, а також визначено вплив покриття на фізико-
механічні й ріжучі властивості інструментального матеріалу.
6. Виявлено механізм зношування інструменту з локальним дифузійним
покриттям при точінні та фрезеруванні, що дозволяє коректно пояснювати зміну
стійкості та формувати рекомендації щодо застосування покриття.
7. Показано, що технологія локального дифузійного покриття підвищує
зносостійкість різців з твердосплавними пластинами IC3028, IC9015, IC9025 при
поздовжньому точінні сталі 40Х (HB220): в 1,5 раза (за наведеними у роботі
умовами порівняння із суцільним покриттям при використанні МОТР) та в 1,8–2
рази (за другим наведеним у роботі порівнянням із суцільним покриттям).
8. Показано, що локальне дифузійне покриття підвищує зносостійкість
твердосплавних фрез ВК10ХОМ при фрезеруванні титану ВТ6:
– при чистовому фрезеруванні: в 1,8 раза відносно фрез без покриття та в 1,5
раза відносно фрез із суцільним покриттям;
86
– при чорновому фрезеруванні: в 1,8 раза відносно фрез без покриття та в 2
рази відносно фрез із суцільним покриттям;
– при переточуванні: підвищення в 2–2,5 раза відносно контрольних фрез без
покриття.
9. Розроблено методику та критерії оцінювання довговічності різального
інструменту з локальним дифузійним покриттям, що дозволяє застосовувати
отримані результати як для лабораторних випробувань, так і для виробничих умов.
87
Список використаної літератури
1. Ковришкін М. О., Шевченко О. В. Методи підвищення працездатності
різального інструменту. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве
машинобудування, автоматизація. 2010. Вип. 23.
2. Ковришкін М. О. Методи формування покриттів на різальному
інструменті. 2010.
3. Данилова Л. М. та ін. Різальний інструмент : навчальний посібник.
Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023.
4. Пентюк Б. М. Різальні інструменти. Конструювання
інструментального оснащення : навчальний посібник. Вінниця: ВНТУ, 2003.
5. Веселовська Н. Р., Іскович-Лотоцький Р. Д., Ковальова І. М. Теорія
різання та інструмент : навчальний посібник. Вінниця, 2018.
6. Мазур М. П. Основи теорії різання матеріалів : підручник. 2019.
7. Інструментальне забезпечення технологічних процесів : навчальний
матеріал/посібник. 2019.
8. Загребельний В. В. Технологічне забезпечення підвищеної
зносостійкості швидкорізальної сталі Р6М5 комбінованими методами
поверхневого зміцнення : дис. … канд. техн. наук. Київ: НАУ, 2018.
9. Лоскутова Т. В. Формування багатокомпонентних покриттів за
участю Ti, Cr, Al з бар’єрними шарами на сталях, титанових та твердих сплавах
: дис. … д-ра техн. наук. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021.
10. Лоскутова Т. В. Абразивна зносостійкість комплексних покриттів після
дифузійної металізації (титан, ванадій, хром). 2010.
11. Лоскутова Т. В. Будова і захисні властивості покриттів на сталі У8А,
одержаних поєднанням дифузійного хромування з … 2015.
12. Хижняк В. Г., Калашніков Г. Ю., Харченко Н. А., Говорун Т. П.
Структура, склад та властивості азотованих сплавів після дифузійної металізації.
2015.
88
13. Ковальов В. Д. та ін. Застосування інструментів із надтвердих
матеріалів та зміцнюючих покриттів у машинобудуванні. 2017.
14. Готраш С. О. Підвищення зносостійкості різального інструменту
нанесенням вакуумно-плазмових покриттів : дипломна робота бакалавра. Харків:
ХНАДУ, 2021.
15. Кравчук … Магістерська дисертація (розділи з хіміко-
термічних/дифузійних покриттів: азотування, карбонітрування, борування тощо).
Київ: КПІ, 2023.
16. Кривчик Л. С. Зміцнення трубопресового інструменту сучасними
технологіями ХТО (карбонітрація, іонне азотування). 2022.
17. Горох Д. В. Дисертація (структура/твердість/морфологія зносостійких
нітридних покриттів після відпалу). Харків: ХНУ ім. В. Н. Каразіна, 2023.
18. Шелегацький М. Р. Підвищення стійкості різальних інструментів при
точінні загартованих сталей : магістерська кваліфікаційна робота. Житомир:
ЖТУ, 2024.
19. Ковалевський С. В. Технологія функціональних та нано-поверхонь
(розділи про дифузійні покриття, іонні методи, локальне нанесення). 2016.
20. ISO 3685:1993. Tool-life testing with single-point turning tools. ISO, 1993.
21. ISO 8688-2:1989. Tool life testing in milling — Part 2: End milling. ISO,
1989.
22. ISO 513:2012. Classification and application of hard cutting materials….
ISO, 2012.
23. ASTM G99-17. Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus. ASTM
International, 2017.
24. ASM Handbook. Vol. 5. Surface Engineering. ASM International, 1994.
25. ASM Handbook. Vol. 18. Friction, Lubrication, and Wear Technology.
ASM International, 1992.
26. Davis J. R. (ed.). Surface Hardening of Steels. ASM International, 2002.
27. Mittemeijer E. J., Somers M. A. J. (eds.). Thermochemical Surface
Engineering of Steels. Woodhead, 2015.
89
28. Totten G. E. (ed.). Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies. CRC
Press, 2006.
29. Shaw M. C. Metal Cutting Principles. Oxford University Press, 2005.
30. Trent E. M., Wright P. K. Metal Cutting. Butterworth-Heinemann, 2000.
31. Grzesik W. Advanced Machining Processes of Metallic Materials. Elsevier,
2017.
32. Astakhov V. P. Tribology of Metal Cutting. Elsevier, 2006.
33. Stachowiak G. W., Batchelor A. W. Engineering Tribology. Butterworth-
Heinemann, 2014.
34. Hutchings I. M., Shipway P. Tribology: Friction and Wear of Engineering
Materials. Butterworth-Heinemann, 2017.
35. Holmberg K., Matthews A. Coatings Tribology. Elsevier, 2009.
36. Mattox D. M. Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing.
Elsevier, 2010.
37. Pierson H. O. Handbook of Chemical Vapor Deposition (CVD). William
Andrew, 1999.
38. Ohring M. Materials Science of Thin Films. Academic Press, 2002.
39. Denkena B., Biermann D. Cutting edge geometries and their influence on
wear and surface integrity. CIRP Annals. 2014.
40. Jawahir I. S. et al. Surface integrity in machining and its impact on functional
performance. CIRP Annals. 2011.
41. Neville A., Morina A., Gee M. Tribology of metal cutting with cutting fluids
and MQL. Tribology International. 2007.
42. Dhar N. R. et al. Effect of MQL on tool wear and surface roughness. Journal
of Materials Processing Technology. 2006.
43. Kulka M. Boriding of Steels. Springer, 2019.
44. Funatani K. Low-temperature nitriding of stainless steels (S-phase and
related). Materials Science Forum. 2005.
45. Bobzin K. High-performance coatings for cutting tools. CIRP Journal of
Manufacturing Science and Technology. 2017.
90
46. Rechberger J. et al. Tool wear mechanisms and correlation with cutting
performance. Wear. 2001.
47. Byrne G., Dornfeld D., Denkena B. Advancing cutting technology. CIRP
Annals. 2003.
48. Childs T. H. C. et al. Metal Machining: Theory and Applications.
Butterworth-Heinemann, 2000.
49. Методичні рекомендації до підготовки кваліфікаційної роботи для
здобувачів освітнього ступеня «магістр» зі спеціальності 131 Прикладна механіка
усіх форм навчання [Електронний ресурс] / [упоряд.: Г.В. Канашевич, Є.Я. Губар,
О.О. Коваленко, Є.В. Хижняк ; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол.
ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2023. – 34 с.
91