3.2.2. Инструментальные материалы
Основу инструментальных материалов составляют быстрорежущие сплавы (65…75 % объемов) и твердые сплавы (16…18 %). Около 7 % объемов применения приходятся на керамические и сверхтвердые материалы. Совершенствование инструментальных материалов направлено на обеспечение сочетания максимальной износостойкости и термической стойкости при высокой вязкости и прочности изгиба (рис. 3.1).
Быстрорежущие материалы представлены сталью 10Р6М5 и сталями с повышенным содержанием (до 5…8 %) кобальта. По причине уменьшения ресурсов вольфрама, молибдена и кобальта актуальной является проблема разработки новых материалов.
Твердые сплавы, полученные методом порошковой металлургии, бывают однокарбидными типа ВК, двухкарбидными – ТК и трехкарбидными – ТТК.
Твердосплавные материалы выпускают в виде перетачиваемых пластинок, закрепляемых пайкой и неперетачиваемых с механическим креплением. Четыре способа крепления сменных режущих пластин для наружного и внутреннего точения приведены на рис. 3.2. Применяют треугольные, ромбические и квадратные пластинки с лункой вместо отверстия для сохранения прочности изделия. Созданы сменные пластины с диаметром вписанной окружности 5,6 мм.
Все ведущие инструментальные фирмы Германии, Японии, США выпускают инструмент из режущей керамики. Развивается оксидная (~ 60 % объемов), оксидно-карбидная (25…30 %), нитридная и армированная нитевидными монокристаллами (10…15 %) керамика.
Качество поверхностей и производительность обработки значительно повышаются при использовании инструментальных материалов в виде поликристаллических сверхтвердых материалов (ПСТМ). Применение в восстановительном производстве инструмента, оснащенного ПСТМ на основе кубического нитрида бора, при содержании последнего 50...98 % существенно улучшает технико-экономические показатели процесса резания наплавленных и напыленных покрытий. Для черновой обработки покрытий высокой твердости (в том числе и по корке) целесообразно применять ПСТМ - киборит. Для чистовой и отделочной обработки служат инструменты с режущей частью из композитов: 01 (эльбор-Р), 02 (белбор), 05 и 09 (ПТНБ), 10 (гексанит-Р), 10Д (двухслойные поликристалы) и др. Наиболее работоспособны из них - киборит и гексанит-Р. Высокая теплопроводность киборита (более 50 Вт/м·К) обусловливает высокую износостойкость резцов при скорости резания до 200 м/мин.
Основное назначение композитов – это оснащение режущего инструмента для лезвийной обработки высокотвердых сплавов на основе железа и никеля, закаленных сталей, отбеленных чугунов, наплавленных и напыленных износостойких покрытий. Наиболее эффективная область применения инструментов из ПСТМ - высокоскоростная обработка твердых покрытий (до 68 HRC) с малой толщиной срезаемого слоя (0,2...0,5 мм). Процесс резания характеризуется малыми энергетическими затратами, небольшим нагревом детали, низкой шероховатостью и высоким качеством поверхностного слоя. Однако процесс предъявляет высокие требования к жесткости и техническому состоянию оборудования.
Для абразивной обработки применяют материалы, состоящие из зерен, обладающих высокой твердостью и режущей способностью. Абразивные материалы делят на естественные (природные) и искусственные.
Естественные материалы (горные породы и минералы), имеющие промышленное значение, следующие: алмаз, корунд, наждак (смесь корунда с оксидами железа, кремния, титана и др.), гранат, кремень, кварц, пемза и др. Эти материалы тверды, но недостаточно однородны, наиболее применимы из них первые три вида.
Искусственные абразивные материалы: синтетические алмазы, эльбор, карбид бора, карбид кремния (карборунд SiC), электрокорунд и др.
Для полирования применяют крокус (до 75 % оксида железа), трепел, доломит, технический мел, венскую известь (до 95 % оксида кальция), каолин, тальк.
Зерна шлифующих материалов имеют острые грани. При шлифовании зерна разрушаются, образуют осколки с острыми гранями, тем самым самозатачиваются. Зерна полирующих материалов имеют округлую форму, что способствует выравниванию обрабатываемой поверхности.
Абразивные инструменты в виде кругов, головок, брусков, сегментов или шкурки состоят из абразивных зерен, связанных каким-либо веществом. В качестве связки абразивных зерен применяют неорганические и органические вещества.
Чаще применяют шлифовальные круги, головки, бруски и сегменты с абразивными зернами из электрокорунда. В зависимости от содержания примесей и технологии производства электрокорунд делят на следующие виды: нормальный (12А, 13А, 14А, 15А, 16А), белый (22А, 23А, 24А, 25А), хромистый (32А, 33А, 34А), титанистый (37А), циркониевый (38А) и монокорунд (43А, 44А, 45А). Монокорунд получают в виде целых зерен, в отличие от других видов электрокорунда, зерна которого получают дроблением исходного материала.
Инструмент из электрокорунда нормального и белого применяют для обработки конструкционных и легированных сталей с невысокой износостойкостью и твердостью до 40 HRC. Для шлифования этих сталей в интенсивном режиме лучше применять хромистый электрокорунд. Для обработки инструментальных, жаропрочных и других труднообрабатываемых сталей используют монокорунд.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
