Анотація до роботи:

Білоус О.В. Технологічні засади підвищення зносостійкості дереворізального інструменту комплексною електроіскровою і лазерною обробкою. – Pукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04 – тертя та зношування в машинах. УкрДЛТУ МОН України, Львів, 2002.

У дисертаційній роботі розглянуто закономірності зміни триботехнічних характеристик пар тертя “сталь – деревина” в залежності від методів поверхневого зміцнення інструментальних матеріалів, режимів випробувань (швидкість, навантаження), породи деревини і її вологості, напряму тертя (вздовж і поперек волокон). Розроблено новий евтектичний електродний матеріал на основі заліза для нанесення покриттів комплексним електроіскровим легуванням і лазерною обробкою. Запропоновано регресійні рівняння з врахуванням впливу швидкості різання і навантаження на інтенсивність зношування зміцненого дереворізального інструменту. Дана оцінка зносостійкості і процесів контактної взаємодії та різання зміцненого дереворізального інструменту як в лабораторних умовах, так і в умовах роботи верстатного обладнання і меблевого виробництва з практичними рекомендаціями застосування розробленої технології.

У дисертаційній роботі наведено узагальнення закономірностей протікання трибологічних процесів при контактній взаємодії поверхнево зміцнених інструментальних сталей з деревиною, а також нове вирішення науково-технічної задачі, яке полягає у створенні безвольфрамового евтектичного електродного матеріалу і комплексної (ЕІЛ+ОКГ) технології нанесення з нього бінарного покриття з високими триботехнічними характеристиками для підвищення зносостійкості дереворізального інструменту.

1. Встановлено основні триботехнічні характеристики – силу (коефіцієнт) тертя, зносостійкість (інтенсивність зношування), ріжучу здатність – процесу контактної взаємодії інструментальних сталей У8 і Р6М5 з покриттями після іонно-плазмового напилення, електроіскрового легування, лазерної обробки та комплексного ЕІЛ з наступним лазерним опроміненням в парі з різними породами деревини (дуб, бук, сосна), в т.ч. вздовж і поперек волокон, з врахуванням впливу вологості, а також закономірності їх зміни в залежності від виду нанесених покрить і режимів різання (параметрів тертя) – швидкості і навантаження .

2. Показано, що ефективних значень трибопоказників при контактній взаємодії інструментальних сталей з різними породами деревини можна досягнути для комплексного бінарного покриття, отриманого ЕІЛ евтектичним електродом системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr з наступною лазерною обробкою (зменшення в 4…6 разів інтенсивності зношування сталі У8 і до 5…7 разів сталі Р6М5 в порівнянні з цими сталями без покриття; підвищення продуктивності процесу різання майже в 2 рази), що дало підставу для подальшого розвитку досліджень з використанням електродних матеріалів такого класу для підвищення зносостійкості дереворізального інструменту.

3. Вперше для електроіскрового легування інструментальних сталей У8 і Р6М5 запропоновано новий безвольфрамовий евтектичний сплав на основі заліза системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li. Обгрунтовано вибір складу і концентрації компонентів сплаву, встановлено їх граничні значення. Проведено оптимізацію складу евтектичного сплаву щодо зносостійкості при наступному співвідношенні компонентів : 0,6…1% С; 1,6…5% Mn; 0,9…3,45% В; 1,25…4,2% Si; 6,5…13% Cr; 0,3…1,15% Li; 73,20…88,85% Fe (причому співвідношення В:Li становить 3:1). Введення літію дозволило зменшити негативний вплив шкідливих домішок (сірки, фосфору, кисню і ін.), які суттєво знижують рівень службових характеристик покриттів внаслідок їх крихкості у відомих інших сплавах на базі системи Fe-Mn-C-B. Новий безвольфрамовий евтектичний сплав на основі заліза характеризується в‘язко-пластичним зламом з розгалуженою структурою поверхні, високою рівномірністю розподілу хімічних елементів, наявністю таких фаз: a- Fe , Fe₃(B,C), Fe₂B, Fe₃(Si,B). На склад сплаву отримано деклараційний патент України на винахід за №39481А від 15.06.2001р .

4. Розроблено технологію виготовлення нового економнолегованого евтектичного електродного матеріалу з домішками літію, визначено оптимальні режими синтезу (Т=1260 … 1280С, t = 10 хв.). Запропоновано комплексну технологію нанесення з цього електродного матеріалу бінарного покриття шляхом ЕІЛ (за режимом - ємність конденсаторів С = 470 мкФ, амплітуда імпульсів напруги U = 42 В, робочий струм Ір=5 А, енергія одиничного розряду W = 0,37 Дж) і наступного лазерного опромінення (за режимом - діаметр плями d_n=1,284 мм, площа плями S_n» 1мм², частота 4 Гц, границя перекриття К_П=0,5, щільність енергії Е_F=1,5 Дж/мм²).

5. Структура комплексного бінарного покриття нанесеного ЕІЛ+ОКГ з використанням евтектичного електродного матеріалу системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li має вигляд білого шару дрібнозернистої структури (формується з рідкої фази) товщиною 50…60 мкм, твердістю до 1,5 раза більшою від нанесеного за допомогою електроду системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr і в 5,5 раза вищою твердості основи. В структурі сталі з комплексним покриттям чітко простежується три зони: основа металу, зона ЕІП, зона комплексного покриття після ЕІЛ+ОКГ різної твердості (2340, 7150 і 12800 МПа відповідно).

6. На основі розроблених регресійних рівнянь встановлено основні закономірності зміни інтенсивності зношування дереворізального інструменту із сталі У8 і Р6М5 з розробленим комплексним бінарним покриттям залежно від швидкості різання і питомого навантаження. Комплексне на базі системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li бінарне покриття на сталі У8 до 2,5 раза і на сталі Р6М5 до 1,5 раза за своєю зносостійкістю перевищує аналогічне покриття на цих же сталях, нанесене електродом системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr. Запропоновано раціональні значення режимних параметрів, які показали, що найменша інтенсивність зношування простежується при V = 9 м/с і Р = 10 Н. Підвищення зносостійкості досліджуваних сталей з розробленим комплексним покриттям зумовлено збільшенням в 2…3 рази ерозії аноду і приросту катоду в порівнянні з вольфрамовмісним електродним матеріалом при ЕІЛ, а також перебудовою мікроструктури поверхневого шару і покращенням комплексу його фізико-механічних властивостей після ЕІЛ вторинною лазерною обробкою – рівномірному розподілу легуючих елементів по всій поверхні, підвищенню мікротвердості, зниженню шорсткості зміцненої поверхні.

7. Встановлено в умовах роботи верстатного обладнання (при точінні деревини на токарно-гвинторізному верстаті 1К62) основні закономірності зміни величини сили різання та інтенсивності зношування прохідного різця із сталі Р6М5 та з комплексним покриттям на основі системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li від швидкості різання, глибини різання і подачі. Підтверджено вищу зносостійкість і зменшення сили різання комплексного покриття на основі системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li в порівнянні з аналогічним покриттям системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr на сталі Р6М5 відповідно у 1,5 раза і на 10%, а в порівнянні із сталлю Р6М5 без покриття відповідно у 5 разів і на 15%.

8. Розроблена комплексна технологія нанесення бінарного покриття на базі системи Fe-Mn-C-B-Si-Cr-Li апробована при поверхневому зміцненні прохідних і фасонних різців із сталі У8, використання яких при точінні ніжок стільців і столів у ВАТ Меблевий комбінат “Стрий” Львівської області, показало підвищення зносостійкості дереворізального інструменту в 2…3 рази порівняно із серійною технологією виготовлення (гартування) і підвищення продуктивності механічної обробки вказаних деталей на 30…40%. Економічний ефект від впровадження цієї технології на підприємстві склав 1650 грн. в рік.

Результати дисертаційної роботи також впроваджено в навчальний процес при читанні лекцій з дисципліни “Методи поверхневого зміцнення конструкційних матеріалів”.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах :

1. До питання підвищення стійкості проти спрацювання дереворізальних інструментів імпульсними методами поверхневої обробки / Магура Б.О., Гасій О.Б., Білоус О.В., Ацбергер Й.Л. // Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. – Львів : УкрДЛТУ. – 1999.- Вип. 9.13. - С. 127 – 132 (автором запропоновано проведення ЕІЛ з використанням евтектичного сплаву).

2. Голубец В.М., Билоус А.В. Импульсное упрочнение быстрорежущей стали и его роль в триботехнических процессах пары “сталь – древесина” // XIII Konferencja Naukowa Wydzialu Technologii Drewna SGGW Drewno – Material o wszechstronnym przeznaczeniu i zastosowaniu.Warszawa, 16-18 Listopada, 1999.- С. 345-352 (автором проведені експериментальні дослідження зносостійкості інструментальної сталі Р6М5 після ЕІЛ і лазерної обробки на різних деревних матеріалах).

3. Вплив виду нанесеного покриття на триботехнічні властивості ріжучого інструменту / Білоус О.В., Голубець В.М., Юга О.Й., Гасій О.Б. // Науковий вісник: Проблеми деревообробки на рубежі ХХІ століття: наука, освіта, технології. – Львів: Престиж. інформ. - 1999.- Вип. 9.5. – С. 239-245 (автором проведені порівняльні дослідження впливу різного виду покриттів на трибовластивості інструментальних сталей; зроблено висновок про ефективність комплексної (ЕІЛ+ОКГ) обробки).

4. Підвищення експлуатаційних характеристик дереворізального інструменту імпульсними методами поверхневої обробки / Голубець В.М., Гасій О.Б., Білоус О.В., Гончар І.М. // Фізико – хімічна механіка матеріалів.- 2000.-Спец. вип. №1.- С.443-448 (автором вивчено вплив легуючих елементів на зносостійкість еклектроіскрових покрить, нанесених електродом системи Fe-Mn-C-B).

5. Вплив режимів різання на стійкість інструменту при точінні деревини / Білоус О.В., Голубець В.М., Гасій О.Б., Юга О.Й. // Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. – Львів: УкрДЛТУ. 2000.- №11.1. – С. 88-89 (автором досліджено вплив швидкості і навантаження на основні трибологічні характеристики сталей).

6. Евтектичний сплав на основі заліза для нанесення покриттів : Деклараційний патент на винахід 39481А. Україна, МКИ С22С38/32 / Голубець В.М., Гасій О.Б., Юга О.Й., Білоус О.В. - №2000095163; Заявлено 05.09.2000; Опубл. 15.06.2001, Бюл. №5. - 2 с (автором запропоновано склад евтектичного сплаву на основі заліза).

7. Голубець В.М., Білоус О.В. Розробка нового евтектичного електродного сплаву для нанесення зносостійких покриттів на ріжучий інструмент комплексним електроіскровим легуванням і лазерною обробкою // Проблеми трибології. – 2001. - №2. – С. 56-61 (автором проведено оптимізацію евтектичного сплаву по зносостійкості покриття, досліджено мікроструктуру, хімічний склад і рентгенофазовий аналіз розробленого евтектичного матеріалу).

8. Голубець В.М., Білоус О.В. Побудова регресійної моделі для дослідження процесу зношування при різанні деревини інструментом із сталі У8 з комплексним покриттям // Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. – Львів: УкрДЛТУ. - 2001.- Вип. 11.4. – С. 109-115 (автором побудовано регресійні рівняння і вивчено зносостійкість сталі з комплексним покриттям).

9. Голубець В.М., Білоус О.В. Триботехнічні властивості зміцнених електроіскровою і лазерною обробкою інструментальних сталей при точінні деревинних матеріалів // Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. – Львів : УкрДЛТУ. – 2002.- Вип. 12.2. - С. 107 – 116 (автором досліджено зносостійкість покрить і силу різання при точінні деревних матеріалів в умовах роботи верстатного обладнання).

10. Білоус О.В. Перспективність застосування сучасних технологій для зміцнення дереворізального інструменту// Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. – Львів: УкрДЛТУ. - 2002.- Вип. 12.3. – С. 142-146 (автором досліджено структуру і основні фізико-механічні властивості комплексного покриття).