Registration Number
0826U004699, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
17-09-2026
popup.evolution
.
Title
Improving the efficiency of machining high-strength cast Iron components with PcBN cutting tools by controlling contact interaction parameters in the cutting zone.
Author
Ihor A. Kovalenko,
popup.head Serhii A. Klymenko
popup.opponent Vilyam Zaloga
popup.opponent Yana V. Vasylchenko
popup.opponent Ihor Lutsiv
popup.review Leonid N. Devin
popup.rada
V. Bakul Institute of superhard material of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності чистового точіння високоміцних чавунів інструментами з полікристалічного кубічного нітриду бору (ПКНБ) шляхом встановлення закономірностей контактної взаємодії в зоні різання та визначення раціональних умов обробки, що забезпечують підвищення стійкості інструменту та якості обробленої поверхні.
Актуальність роботи зумовлена широким застосуванням високоміцних чавунів у машинобудуванні та необхідністю підвищення продуктивності їх механічної обробки. Високі міцнісні характеристики цих матеріалів призводять до зростання сил різання, температури в зоні контакту та інтенсивності зношування різального інструменту. Застосування інструментів із ПКНБ є одним із найбільш перспективних напрямів підвищення ефективності чистового точіння, однак механізми їх зношування та вплив мікроструктури високоміцного чавуну на процес різання досліджені недостатньо.
Метою роботи є встановлення закономірностей контактної взаємодії інструменту із ПКНБ з високоміцним чавуном та розроблення науково обґрунтованих рекомендацій щодо вибору режимів чистового точіння.
Для досягнення поставленої мети виконано аналіз сучасного стану досліджень, досліджено особливості контактної взаємодії різальної кромки з мікроструктурними елементами чавуну, встановлено закономірності формування напружено-деформованого стану і температурних полів у зоні різання, досліджено механізми зношування інструменту з ПКНБ та визначено вплив режимів різання на показники якості поверхні.
Методика досліджень включала експериментальні та теоретичні методи. Використано оптичну та растрову електронну мікроскопію, енергодисперсійний рентгеноспектральний аналіз, профілометрію, динамометрію сил різання, високошвидкісні випробування на точіння, а також скінченно-елементне моделювання процесів стружкоутворення, температурних полів і розподілу напружень.
У результаті досліджень встановлено визначальний вплив морфології графіту на параметри контактної взаємодії та умови обробки. Показано, що перехід від пластинчастого до кулястого графіту призводить до істотного зростання напружень і температур у зоні різання. Встановлено, що температура на передній поверхні інструмента під час обробки високоміцних чавунів може досягати 1050–1100 °С, що сприяє інтенсифікації абразивно-адгезійного зношування ПКНБ. Визначено закономірності зміни сил різання, параметрів шорсткості поверхні та інтенсивності зношування залежно від структури чавуну та режимів різання.
Наукова новизна одержаних результатів полягає у встановленні нових закономірностей контактної взаємодії інструментів із ПКНБ з високоміцними чавунами, прогнозування їх зношування. Запропоновано критерій стабільності процесу різання, заснований на оцінюванні дисперсії локального вмісту графітових включень у зрізуваному шарі. Встановлено, що режими з подачею 0,05–0,10 мм/об і глибиною різання 0,10–0,15 мм характеризуються підвищеною чутливістю до структурної неоднорідності чавуну ВЧ40, тоді як за подачі понад 0,12 мм/об і глибини різання понад 0,20 мм забезпечуються стабільніші умови навантаження різальної кромки. Створено методичну основу прогнозування контактно-втомного зношування інструментів із ПКНБ, що поєднує статистичну модель взаємодії різальної кромки з графітовими включеннями та оцінювання накопичення пошкоджуваності від повторних мікроімпульсів напружень. Встановлено, що для графітових включень розміром понад 10 мкм розрахункова частота їх взаємодії з різальною кромкою становить 1,6–45,9 кГц. Визначено, що середні нормальні напруження на передній поверхні інструменту з ПКНБ при обробці ВЧ40 перебувають у межах 0,55–1,53 ГПа, а дотичні напруження — 0,15–0,47 ГПа. За результатами SEM- та EDS-досліджень встановлено формування на поверхні ПКНБ вторинних контактних шарів, збагачених Fe та O, що підтверджує переважну взаємодію робочих поверхонь інструмента з металевою матрицею чавуну, а не з графітовим шаром.
Registration Date
2026-08-19
popup.nrat_date
2026-08-19 / 2026-10-22
