Обработка газотермических покрытий резанием

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 

В.М. Ярославцев 

 
Обработка  
газотермических 
покрытий резанием  

 
 
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов  
по университетскому политехническому образованию  
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки «Машиностроение» 
 
 
 
 
 

 
 
М о с к в а  
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 1 3  

УДК 621.941.1:620.16:621.002.3-419(075.8) 
ББК 34.63 
        Я76 
 
 
Рецензенты: А.В. Иванайский, М.А. Комков 

Ярославцев В. М. 
     Обработка газотермических покрытий резанием : учеб. пособие / В. М. Ярославцев. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. — 89, [3] с. : ил.  

ISBN 978-5-7038-3654-5 

Посвящено основам обработки газотермических покрытий резанием. Содержит общие сведения о составе, конструкционных и технологических свойствах напыленных покрытий, об особенностях 
обработки покрытий, полученных разными способами напыления. 
Рассмотрены основы их обработки резанием, технологии реновации, 
основанные на использовании газотермических покрытий, инновационные технологии обработки металлокомпозитов. Приведены необходимые справочные материалы по режимам резания. Большое 
внимание уделено новым и перспективным методам обработки. Все 
разделы пособия содержат контрольные вопросы и словарь специальных технических терминов. 
Для студентов машиностроительных и приборостроительных 
специальностей технических вузов. 
  
 
 
 УДК 621.941.1:620.16:621.002.3-419(075.8) 
                                             ББК 34.63 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ISBN 978-5-7038-3654-5                                           © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 

 
Я76 

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

АИ 
 — абразивный инструмент 
АЛШБ  — алмазная лента шлифовальная бесконечная 
ГТН 
 — газотермическое напыление 
ГТП 
 — газотермическое покрытие  
ДТП 
 — дополнительное технологическое покрытие 
КНБ 
 — кубический нитрид бора 
МАО 
 — магнитно-абразивная обработка 
МАП 
 — магнитно-абразивное полирование 
МИ 
 — магнитный индуктор 
МКМ 
 — металлический композиционный материал 
МШС  — метод широких срезов 
ПАВ 
 — поверхностно-активное вещество  
СОЖ 
 — смазочно-охлаждающая жидкость 
СОТС  — смазочно-охлаждающая технологическая среда 
СТМ 
 — сверхтвердые материалы 
ТС 
 — технологическая среда 
УУ 
 — углерод-углеродные композиты 

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 

А 
— амплитуда колебаний, мм 
а 
— толщина срезаемого слоя, мм 
b 
— ширина срезаемого слоя, мм 
ĀW 
— удельная работа резания, Дж/мм3 
В 
— магнитная индукция (плотность магнитного потока), 
Тл 
d 
— диаметр детали, мм 
Е 
— модуль упругости материала обрабатываемой заго- 
              товки, Па 
F 
— площадь контакта передней поверхности инструмен- 
              та со сходящей стружкой, мм2 
f 
— частота колебаний, Гц 
hз 
— величина износа по задней поверхности режущей 
              части инструмента, мм 
IT 
— допуск квалитета, мкм 
Кз 
— коэффициент, зависящий от способа закрепления за- 
              готовки на станке 
L 
— длина обрабатываемой поверхности заготовки, мм  
n 
— частота вращения шпинделя станка, выходного вала 
              электродвигателя, мин–1 
nз 
— частота вращения заготовки, мин–1 
pSt 
— удельное давление резания, Дж/мм2 
PX 
— осевая составляющая силы резания, Н 
PY 
— радиальная составляющая силы резания, Н 
PZ 
— главная составляющая силы резания, Н  
Q 
— сила давления прижимной кондукторной втулки на  
              поверхность заготовки, Н 

q 
— удельная контактная нагрузка на инструмент, Н/мм2 
qа 
— удельный расход инструмента, г/г 
r 
— радиус при вершине, мм 
Ra 
— среднее арифметическое отклонение профиля (пара- 
              метр шероховатости поверхности), мкм 
S 
— подача      
S0 
— подача на один оборот шпинделя, мм/об 
Sп 
— поперечная подача, мм/об 
t 
— глубина резания, мм 
T 
— период стойкости режущего инструмента, мин 
v 
— скорость резания, м/с 
vk 
— скорость абразивного круга, м/с 
vS 
— скорость движения подачи, м/мин 
vз 
— окружная скорость заготовки, м/с 
α 
— главный задний угол, град 
αд 
— часть поля допуска, которая отводится на погреш- 
              ность формы обработанной поверхности, вызванной  
              упругой деформацией заготовки  
γ 
— передний угол, град 
δ 
— рабочий зазор, мм 
φ 
— главный угол в плане, град 
φ1 
— вспомогательный угол в плане, град 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Значимость технологий реновации, основанных на использовании ГТП, в современном производстве все более 
возрастает. Это связано с тем, что в настоящее время в 
стране эксплуатируется большое число старого изношенного 
оборудования, машин, механизмов. Кроме того, используется около 800 млн т сварных конструкций (например, резервуаров для нефтепродуктов и магистральных трубопроводов), изготовленных в 70-е годы ХХ века. Безопасный же 
срок службы сварных конструкций — 30 лет.  
Газотермические покрытия, применяемые в качестве ремонтного материала, а также для упрочнения при восстановлении поврежденных и изготовлении новых конструкций, 
позволяют во многих случаях значительно повысить эксплуатационные характеристики изделий, снизить трудоемкость 
и материалоемкость их восстановления и изготовления, способствуя тем самым рациональному использованию затраченного труда и сохранению природных ресурсов. Возможность реализации уникальных конструкционных свойств, заложенных в металлокомпозитах, во многом зависит от 
степени обеспечения качества поверхностного слоя изделий 
на этапе их финишной обработки. 
В учебном пособии наряду с традиционными методами 
обработки напыленных покрытий рассмотрен и ряд высокоэффективных технологий, разработанных в МГТУ им. 
Н.Э. Баумана: комбинированные методы обработки, основанные на сочетании различных технологических воздействий, 
в том числе относящихся к группе электрофизических и 

электрохимических методов; резание с дополнительным технологическим покрытием; метод широких срезов; обработка 
с целенаправленным изменением напряженно-деформированного состояния в зоне резания; обработка сложных криволинейных пространственных поверхностей эластичным 
абразивным инструментом и др. Кроме того, в учебном пособии даны практические рекомендации по выбору рациональных условий обработки с учетом индивидуальности 
свойств обрабатываемых поверхностей. Изложены общие 
подходы и приведены примеры решения производственных 
задач, связанных с повышением производительности обработки, обеспечением качества изделий, увеличением периода 
стойкости режущего инструмента на основе использования 
новых технологических процессов. Материалы, составляющие содержание учебного пособия, во многом являются 
обобщением результатов научно-исследовательских, теоретических и конструкторских работ, выполненных в МГТУ 
им. Н.Э. Баумана по заказу предприятий аэрокосмической и 
оборонной техники и внедренных в промышленность. 
Цель учебного пособия — улучшение технологической 
подготовки выпускников университета разного уровня подготовки (бакалавров, магистров, специалистов) и различной 
направленности обучения (конструктор, технолог, испытатель и др.), которым предстоит заниматься модернизацией 
промышленного производства на основе использования 
наукоемких технологий, в том числе и в области нанесения и 
обработки износостойких и эрозионностойких высокотемпературных покрытий.  
Учебное пособие «Обработка газотермических покрытий 
резанием» по дисциплине «Перспективные технологии реновации» разработано согласно с программой дисциплины и 
находится с ней в полном соответствии. 
Учебное пособие предназначено  для студентов специальности «Реновация объектов и средств материального производства». Оно может быть использовано при самостоя

тельной работе по изучению дисциплины «Перспективные 
технологии реновации», при проведении семинарских занятий, выполнении лабораторных работ, домашних заданий, 
курсовых и дипломных проектов, КНИРС. 
Учитывая новизну изложенного материала, пособие может представлять интерес для аспирантов и работников промышленности, имеющих отношение к изготовлению изделий 
с применением ГТП. 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Износостойкие и эрозионностойкие высокотемпературные покрытия, получаемые методами ГТН, характеризуются 
широким спектром технологических возможностей. Это позволяет использовать их как для восстановления изношенных 
деталей, так и для повышения износостойкости изделий, эксплуатация которых связана с циклическим нагружением, 
большими контактными давлениями, с воздействием агрессивных сред и высоких температур. К подобным изделиям 
относится разнообразное технологическое оборудование, узлы и детали автомобильных и тракторных двигателей: коленчатые валы, блоки цилиндров, шатуны и т. д. Ярким примером объекта, работающего в экстремальных условиях, может служить самолет, использующий в качестве топлива 
сжиженные природный газ или водород. 
Газотермическое напыление покрытий, с одной стороны, 
позволяет осуществить качественное повышение технологического уровня изготовления изделий с применением керамических композиционных материалов, а с другой стороны, 
существующие сегодня технологии напыления не могут 
обеспечить точность и качество поверхностного слоя детали 
в соответствии с требованиями рабочего чертежа. Это вызывает необходимость последующего применения в технологическом процессе изготовления или восстановления методов 
размерной обработки. Однако опыт промышленного применения и научных исследований ГТП показал, что керамические композиционные материалы отличаются низкой обрабатываемостью резанием. 

В настоящее время в учебной и научной литературе даются широкие представления о ГТП и методах их первичного 
формообразования. Однако рассмотрение вопросов размерной 
обработки изделий с использованием ГТП ограничивается 
традиционными технологическими процессами механической 
обработки резанием.  
Растущая потребность в применении ГТП и в то же время малая изученность процесса резания напыленных металлокомпозитов определяют своевременность и актуальность 
обобщения и широкого использования результатов теоретических исследований и имеющихся практических наработок 
в области создания нетрадиционных высокоэффективных 
технологий обработки ГТП. 
Учебное пособие базируется на материалах лекций по 
разделу «Обработка резанием газотермических покрытий» 
дисциплины «Перспективные технологии реновации», читаемых студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана. В пособии рассмотрены наиболее значимые нетрадиционные эффективные 
технологии и методы размерной обработки ГТП, позволяющие решать комплекс технологических задач с высокими 
выходными параметрами и находить эффективное применение при производстве изделий различного служебного 
назначения. Знания о наукоемких технологиях в значительной степени могут способствовать как созданию самих высокотехнологичных разработок, так и их коммерциализации.