УДК 621.9
ВНЕДРЕНИЙ
НАНОТЕХНОЛОГИЙ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ Г. ЛИВНЫ
А.В. Киричек, д.т.н., проф., М.Ф. Селеменев, к.т.н.,
Е.А. Звягина, к.т.н.,
ТИ ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», Орел
Аннотация
Повышение работоспособности режущего
инструмента (периода стойкости, надежности, производительности) является одной
из актуальных задач, стоящей перед машиностроением. Одним из путей снижения
износа инструмента является эпиламирование его рабочих поверхностей. В статье
приводятся результаты внедрения процесса на предприятиях г. Ливны.
Подавляющее большинство деталей приборов и машин
получают окончательную форму и размеры в результате механической обработки.
Важная роль в этом принадлежит обработке материалов резанием, поверхностным
пластическим деформированием, комбинированными методами обработки. Более 40%
станочного парка машиностроительного производства оснащено таким инструментом.
В связи с повышением требований к точности размеров деталей объем финишных
операций механической обработки постоянно возрастает, составляя в среднем
25-30%, а в отдельных отраслях промышленности до 70% всех технологических
операций.
В настоящее время инструмент в доли готовой продукции
составляет до 60 – 70% стоимости изделия. Увеличение доли стоимости инструмента
в себестоимости продукции есть несколько объяснений.
Во-первых, исчезает принцип взаимозаменяемости для
инструментального производства. Это объясняется тем, что производители
современного станочного оборудования адаптируют инструмент под свой станочный
парк, исключая возможность переналадки станка другим инструментом. Соответственно
проблема стойкости инструмента для различных видов финишной и точной обработки
является актуальной задачей.
Во-вторых, увеличение требований к точности и качеству
обрабатываемых поверхностей заставляет шире применять сложный специализированный
дорогостоящий инструмент, изготовленный под обработку конкретных деталей.
Например, протяжки, комбинированный инструмент сверло – зенкер, штампы для
холодной высадки и т.д.
В-третьих, непрерывно растет стоимость металла,
которая затрачивается энергии, что приводит к существенному удорожанию
сложнолегированных инструментальных сталей, твердых сплавов и сверхтвердых
материалов, использующихся для изготовления режущей части инструмента.
Для снижения износа, повышения стойкости, надежности инструмента
в зависимости от условий его эксплуатации проводят оптимизацию конструкции и
геометрии режущей части, применяют методы, направленные на улучшение свойств
инструментального материала, повышение износостойкости поверхностного слоя
инструмента, разрабатывают и внедряют новые марки смазочно-охлаждающих
технологических сред, а также способы ее подачи в зону резания. Для
повышения работоспособности инструментов широко используют различные методы
нанесения износостойких покрытий. Однако,
процесс нанесения покрытий является дорогостоящим и трудоемким, требующим
применения специального оборудования, соблюдение комплекса мер по защите
окружающей среды. В связи с этим экономически целесообразно централизованное
нанесение покрытий на предприятии изготовителе универсального инструмента,
область применения которого непрерывно сужается. Нанесение покрытий на
специальный инструмент экономически неоправданно. Дорогостоящий импортный
инструмент предназначенный для укомплектования ранее закупленного за рубежом
станков с ЧПУ на предприятиях машиностроительного профиля используется только в
состоянии поставки.
Следовательно, целесообразно повышать стойкость режущего
инструмента нанесением на его рабочие поверхности фторированных ПАВ из растворов
эпиламов. Технология эпиламирования достаточно проста, может быть реализована
на любом машиностроительном предприятии при наличии соответствующей
технологической оснастке. Для этого процесса не существует ограничений по
сложности профиля инструмента, наличие на инструменте других ранее нанесенных
покрытий, при этом ожидаемое повышение стойкости в 3 - 8 раз.
Первые экспериментальные исследования по применению
эпиламирования для повышения стойкости режущего инструмента (резцы, сверла,
метчики, концевые фрезы, ножовочные полотна и т.д.), изготовленного из
быстрорежущих сталей, оснащенного твердосплавными пластинами показали, что
эпиламирование является эффективным методом и позволяет повысить стойкость
инструмента в 1,5 и более раз.
В Ливнах работы по внедрению метода эпиламирования для
повышения стойкости металлорежущего инструмента выполняли на заводе ОАО «ГМС Насосы».
Испытанию подвергали различный режущий инструмент и в частности спиральные
сверла диаметром 6,7; 8,5; 10,2; 13; 14; 24 мм из быстрорежущей стали Р6М5,
предназначенные для обработки крепежных отверстий в деталях насосов.
Инструмент, эпиламированный по стандартной технологии смазочной композицией
6СФК–180–05, устанавливали на специальные вертикально – сверлильные
полуавтоматы, сверление производили без применения смазочно – охлаждающей
жидкости, стойкость инструмента определяли по количеству обработанных им
деталей до его первой переточки.
В ходе испытаний было отмечено лишь незначительное повышение
стойкости инструмента. Отсутствие ожидаемого эффекта от внедрения метода
привело к необходимости проведения исследований по установлению рационального
использования сверл с покрытием эпилама.
При проведении трибологических испытаний, исследований
процесса теплообразования при обработке эпиламированными быстрорежущими
сверлами, выполненных на базе Ливенского филиала, Технологического института
ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», было установлено:
1. Формирование полимолекулярного слоя ФТОР – ПАВ из
растворов эпиламов не влечет изменения микрорельефа и микротвердости рабочих
поверхностей сверл из быстрорежущей стали.
2. Основная роль покрытий эпиламов при механической
обработке - удерживать смазочные масла в зоне взаимодействия заготовки и
контактных поверхностей инструмента за счет изменения поверхностной энергии
последних, образовании барьерных участков при истирании покрытия.
3. Эффективность применения эпиламированного осевого
инструмента напрямую зависит от технологических факторов обработки, в
частности, от скорости резания v, мм/с - незначительное ее повышение над предельно
допустимой по теплостойкости пленок отрицательно сказывается на их состояние.
4. Для более эффективного применения инструмента с
покрытием эпилама необходимо производить подбор марок применяемых СОТС
Наибольшая стойкость эпиламированного инструмента наблюдается при обработке с
масляной СОТС.
5. Применение эпиламированного инструмента при сверлении
способствует снижению шероховатости обработанных поверхностей на 1 класс.
С учетом исследований, апробация эффективности
эпиламирования для повышения периода стойкости инструмента из быстрорежущей
стали реализована на предприятии ОАО «Промприбор». Формирование 8 резьбовых
отверстий М12-7Н в корпусе счетчика из алюминиевого сплава АК5Н7 выполняли
сверлами ø10,2 и метчиками М12 из быстрорежущей стали Р6М5 на агрегатном станке
с использованием СОТС – Эмолон - М. В результате испытаний зафиксировано
повышение стойкости сверл в 2-2,5 раза, а метчиков в 5,7раз.
Сейчас на предприятии ведется работа по установлению
эффективности эпиламирования для повышения стойкости пресс-форм для
резинотехнических изделий (РТИ). Осуществлено нанесение тонкопленочного
покрытия из раствора эпилама ЗМП8 (ООО «Микромеханика») на рабочие поверхности
форм для изготовления уплотняющих колец из резины 3826, 9831ш, НО-68. Формируются
РТИ на литейно-прессовом оборудовании ДБ2430Б, ДБ2428 при режимах t=160-170оС, Р=150Па, τ=6мин без применения
смазки. Основными показателями работоспособности эпиламированных форм выбрано время
от начала установки формы с покрытием до ее снятия для удаления пригара и
качество изготовленных литых колец - наличие матовости (отсутствие блеска), пятнистости,
вмятин на поверхности РТИ.
Процесс эпиламирования для повышения стойкости инструмента апробировался
и на предприятии ОАО «Автоагрегат». Эпиламированный инструмент – ролики диаметром
Ø225 мм и Ø140 мм из стали ШХ15 применялись при ротационной вытяжке на
вытяжных станках при изготовлении корпуса масляного фильтра. В ходе испытаний
установлено, что применение
инструмента с покрытием улучшает почти
все параметры обработки: увеличивается стойкость инструмента вследствие
уменьшения износа и задира инструмента в 3,3 раза; возрастает
производительность обработки в 1,7 раза; уменьшается шероховатость и
волнистость обработанной поверхности; стабилизируется процесс
наростообразования; снижаются фрикционный нагрев и температура в зоне резания,
силы трения и расход энергии.
Результаты внедрений позволяют сделать вывод об эффективности метода
нанесения тонкопленочных покрытий – эпиламирования при различных видах
механической обработки – сверлении, резьбонарезании, протягивании,
поверхностно-пластическом деформировании и обработки давлением. |