blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-11-883-890blackmet-1170Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, ПОЛУЧЕННОГО ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙRESEARCH OF PROPERTIES OF THE CUTTING TOOL RECEIVED BY POWDER METALLURGYМиграновМ. Ш.MigranovM. Sh.

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Основы конструирования механизмов и машин»,

450000, Республика Башкортостан, Уфа, ул. К. Маркса, 12

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Design Basics of Machines and Mechanisms”,

Ufa, Republic of Bashkortostan

migmars@mail.ruМинигалеевС. М.MinigaleevS. M.

к.т.н., доцент кафедры «Основы конструирования механизмов и машин»,

450000, Республика Башкортостан, Уфа, ул. К. Маркса, 12

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Design Basics of Machines and Mechanisms”,

Ufa, Republic of Bashkortostan

ШехтманС. Р.ShekhtmanS. R.

д.т.н., профессор кафедры «Технологии машиностроения»,

450000, Республика Башкортостан, Уфа, ул. К. Маркса, 12

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Engineering Technology”,

Ufa, Republic of Bashkortostan

Уфимский государственный авиационный технический университетРоссияUfa State Aviation Technical UniversityRussian Federation2017281120176011883890Copyright © Мигранов М.Ш., Минигалеев С.М., Шехтман С.Р., 20172017Мигранов М.Ш., Минигалеев С.М., Шехтман С.Р.Migranov M.S., Minigaleev S.M., Shekhtman S.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1170

Для обеспечения наименьших затрат на изготовление деталей с заданными эксплуатационными свойствами в условиях современного машиностроительного производства необходимо оптимизировать процессы механической обработки, где более 70 % занимает лезвийная обработка резанием. Эту проблему можно решить путем разработки и применения современных инструментальных материалов, обладающих уникальными свойствами. Анализ технологических особенностей изготовления деталей в машиностроении, в частности деталей силовой части газотурбинных двигателей, показал необходимость повышения качества обработанной поверхности этих деталей и эффективности использования современного дорогостоящего оборудования, оснащенного системами числового программного управления и адаптивными системами управления, обеспечивающего широкий диапазон изменения элементов режима резания, вплоть до высокоскоростного. Для выпуска конкурентоспособной продукции как на внутреннем рынке, так и за его пределами, необходимо проведение комплекса мероприятий по оптимизации лезвийной обработки резанием, где наиболее слабым звеном технологической цепочки является режущий инструмент, что отрицательно влияет как на производительность, так и на качество обработанных деталей. В работе представлены результаты исследования особенностей износа режущих инструментов, изготовленных путем спекания порошков на основе быстрорежущей стали. Показано, что порошковые инструментальные материалы на основе быстрорежущей стали, дополнительно легированные карбидом титана (карбидосталь), обладают высокой износостойкостью и их можно классифицировать как новый класс самоорганизующихся инструментальных материалов. Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности проведения дополнительного легирования с помощью следующих двух способов воздействия на трение и износ инструментов. Первый – это легирование с помощью соединения, которое позволяет достичь значительного снижения уровня самоорганизации в результате уменьшения коэффициента трения при рабочих температурах. Второй способ – это легирование, которое дает возможность расширять интервал самоорганизации. Применение обоих способов сопровождается переходом к трению с меньшим усилием и тепловой нагрузкой, что подтверждается изменением в износостойкости и триботехнических характеристиках. Как показали исследования, износостойкость такого инструмента в 2 – 3,5 раза выше износостойкости обычных инструментов из быстрорежущей стали.

For providing the smallest costs of details production with the set operational properties in the conditions of modern machine-building production it is necessary to optimize machining processes where more than 70  % are occupied by processing with cutting. This problem can be solved by development and use of the modern tool materials with unique properties. The analysis of technological features of production of details in mechanical engineering, in particular power parts of gas-turbine engines, has shown the need to improve the quality of the machined surface of these parts and the efficiency of using modern, expensive equipment with numerical control systems and adaptive control systems providing a wide range of elements of the cutting regime, up to high-speed. To produce competitive products both on the domestic market and outside it, it is necessary to carry out a set of measures to optimize blade cutting, where the cutting tool is the weakest link in the process chain, which adversely affects both productivity and quality of the processed details. The work presents research results of wear features of the cutting tools manufactured by sintering of powders on the basis of quick-speed steel. It is shown that the powder tool materials on the basis of this steel additionally alloyed by titan carbide have high wear resistance and can be classified as a new class of the self-organized tool materials. The received results allow to draw a conclusion that it is expedient to carry out an additional alloying by two ways of impact: friction and wear. The first is an alloying by means of connection which allows to reach considerable decrease in level of self-organization as a result of reduction of friction coefficient at working temperatures. The second way is an alloying which gives the chance to expand a self-organization interval. It is reached by use of connections which cause transformations of secondary structures and increase of hardening coefficient. Application of both ways is followed by transition to friction with smaller effort and thermal loading that is confirmed by change in wear resistance and tribotechnical characteristics. The researches have shown that wear resistance of such tool is 2 – 3.5 times higher than wear resistance of ordinary tools from quick-speed steel.

износостойкостьсамоорганизация при тренииинструментальные материалытриботехнические свойствавторично-ионная масс-спектрометрияоже-электронная спектроскопияwear resistanceself-organization at frictiontool materialstribotechnical propertiessecondary and ion mass spectrometryAugerelectronic spectroscopyReferencesВерещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. – М.: Машиностроение, 1993. – 336 с.Vereshchaka A.S. Rabotosposobnost’ rezhushchego instrumenta s iznosostoikimi pokrytiyami [Operability of the cutting tool with wearproof coverings]. Moscow: Mashinostroenie, 1993, 336 p. (In Russ.).Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 1982. – 320 с.Loladze T.N. Prochnost’ i iznosostoikost’ rezhushchego instrumenta [Durability and wear resistance of the cutting tool]. Moscow: Mashinostroenie, 1982, 320 p. (In Russ.).Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. – М.: Машиностроение, 1976. – 278 с.MakarovA.D. Optimizatsiya protsessov rezaniya [Optimization of cutting processes]. Moscow: Mashinostroenie, 1976, 278 p. (In Russ.).Геллер Ю.А. Инструментальные стали. – М.: Металлургия, 1983. – 528 с.Geller Yu.A. Instrumental’nye stali [Tool steels]. Moscow: Metallurgiya, 1983, 528 p. (In Russ.).Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 1979. – 168 с.Ostaf’ev V.A. Raschet dinamicheskoi prochnosti rezhushchego instrumenta [Calculation of dynamic durability of the cutting tool]. Moscow: Mashinostroenie, 1979, 168 p. (In Russ.).Захарченко И.П. Эффективность обработки инструмента сверхтвердыми материалами. – М.: Машиностроение, 1982. – 224 с.Zakharchenko I.P. Effektivnost’ obrabotki instrumenta sverkhtverdymi materialami [Efficiency of tool processing by extrahard materials]. Moscow: Mashinostroenie, 1982, 224 p. (In Russ.).Резников А.Н., Резников Л.А.Тепловые процессы в технологических системах. – М.: Машиностроение, 1990. – 288 с.Reznikov A.N., Reznikov L.A. Teplovye protsessy v tekhnologicheskikh sistemakh [Thermal processes in technological systems]. Moscow: Mashinostroenie, 1990, 288 p. (In Russ.).Бершадский Л.И. Самоорганизация и надежность трибосистем. – Киев: Знание, 1981. – 35 с.Bershadskii L.I. Samoorganizatsiya i nadezhnost’ tribosistem [Selforganization and reliability of tribosystems]. Kiev: Znanie, 1981, 35  p. (In Russ.).Бершадский Л.И. Структурная термодинамика трибосистем. – Киев: Знание, 1990. – 31 с.Bershadskii L.I. Strukturnaya termodinamika tribosistem [Structural thermodynamics of tribosystems]. Kiev: Znanie, 1990, 31 p. (In Russ.).Гершман И.С., Буше Н.А. Реализация диссипативной самоорганизации поверхностей трения в трибосистемах // Трение и износ. 1995. Т. 16. № 1. С. 61 – 70.Gershman I.S., Bushe N.A. Realization of dissipative self-organization of friction surfaces in tribosystems. Trenie i iznos. 1995, vol. 16, no. 1, pp. 61–70. (In Russ.).Кабалдин Ю.Г. Самоорганизация и нелинейная динамика в процессах трения и изнашивания инструмента. – Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2003. – 236 с.Kabaldin Yu.G. Samoorganizatsiya i nelineinaya dinamika v protsessakh treniya i iznashivaniya instrumenta [Self-organization and nonlinear dynamics in processes of friction and wear of the tool]. Komsomolsk-on-Amur: KnAGTU, 2003, 236 p. (In Russ.).Шульц В.В. Форма естественного износа деталей машин и инструмента. – Л.: Машиностроение. Лен. отд-ние, 1990. – 208 с.Shul’ts V.V. Forma estestvennogo iznosa detalei mashin i instrumenta [Form of natural wear of details of cars and tools]. Leningrad: Mashinostroenie, Len. otd., 1990, 208 p. (In Russ.).Мигранов М.Ш., Шустер Л.Ш. Интенсификация процесса металлообработки на основе использования эффекта самоорганизации при трении. – М.: Машиностроение, 2005. – 202 с.Migranov M.Sh., Shuster L.Sh. Intensifikatsiya protsessa metalloobrabotki na osnove ispol’zovaniya effekta samoorganizatsii pri trenii [Intensification of the metalworking process using the effect of self-organization in friction]. Moscow: Mashinostroenie, 2005, 202 p. (In Russ.).Польцер Г., Эбиленг В., Фирковский А. Внешнее трение твердых тел, диссипативные структуры и самоорганизация // Трение и износ. 1988. Т. 9. № 1. С. 12.Pol’tser G., Ebileng V., Firkovskii A. External friction of solid bodies, dissipative structures and self-organization. Trenie i iznos. 1988, vol. 9, no. 1, p. 12. (In Russ.).Fox–Rabinovich G.S., Kovalev A.I., Shuster L.S. etс. Characteristic features of alloying HSS – based deformed compound powder materials with consideration for tool self – organization at cutting. Part.1. Characteristic features of wear in HSS-based deformed compound powder materials at cutting // Wear. 1997. Vol. 206. Issue 1. P. 214 – 220.Fox–Rabinovich G.S., Kovalev A.I., Shuster L.S., Bokiy Yu. F., Dosbayeva G.K., Wainstein D.L., Mishina V.P. Characteristic features of alloying HSS – based deformed compound powder materials with consideration for tool self – organization at cutting. Part.1. Characteristic features of wear in HSS-based deformed compound powder materials at cutting. Wear. 1997, vol. 206, no. 1, pp.  214–220.Мигранов М.Ш. Повышение износостойкости инструментов на основе интенсификации процессов адаптации поверхностей трения при резании металлов. – Уфа: Изд-во «Гилем АН РБ», 2001. – 229 с.Migranov M.Sh. Povyshenie iznosostoikosti instrumentov na osnove intensifikatsii protsessov adaptatsii poverkhnostei treniya pri rezanii metallov [Increase in wear resistance of tools on the basis of intensification of adaptation processes of friction surfaces at metals cutting]. Ufa: Gilem AN RB, 2001, 229 p. (In Russ.).Креймер Г.С. Прочность твердых сплавов. – М.: Металлургия, 1971. – 247 с.Kreimer G.S. Prochnost’ tverdykh splavov [Durability of solid alloys]. Moscow: Metallurgiya, 1971, 247 p. (In Russ.).Постнов В.В., Шолом В.Ю., Шустер Л.Ш. Методы и результаты оценки контактного взаимодействия применительно к процессам металлообработки. – М.: Машиностроение, 2004. – 103 с.Postnov V.V., Sholom V.Yu., Shuster L.Sh. Metody i rezul’taty otsenki kontaktnogo vzaimodeistviya primenitel’no k protsessam metalloobrabotki [Methods and results of an assessment of contact interaction in relation to metal working processes]. Moscow: Mashinostroenie, 2004, 103 p. (In Russ.).Шустер Л.Ш. Адгезионное взаимодействие твердых металлических тел. – Уфа: Гилем, 1999. – 199 с.Shuster L.Sh. Adgezionnoe vzaimodeistvie tverdykh metallicheskikh tel [Adhesive interaction of solid metal bodies]. Ufa: Gilem, 1999, 199  p. (In Russ.).Криони Н.К., Мигранов М.Ш. Покрытия и смазки для высокотемпературных трибосопряжений. – М.: Изд-во «Инновационное машиностроение», 2016. – 327 с.Krioni N.K., Migranov M.Sh. Pokrytiya i smazki dlya vysokotemperaturnykh tribosopryazhenii [Coverings and lubricants for hightemperature tribosocouplings]. Moscow: Innovatsionnoe mashinostroenie, 2016, 327 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.