Вивденко Ю.Н. Резание металлов: Конспект лекций - файл n1.doc

Вивденко Ю.Н. Резание металлов: Конспект лекций
скачать (8559 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc8559kb.15.10.2012 22:44скачать

n1.doc

  1   2   3   4
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»


Ю.Н. Вивденко

РЕЗАНИЕ МЕТАЛЛОВ
Конспект лекций

Омск – 2006

УДК 621.91

ББК 34.63

В 41

Рецензенты:
И.Г. Браилов, д-р техн. наук, проф. кафедры «Автоматизация

производственных процессов» СибАДИ,

В.Г. Швецов, д-р техн. наук, проф. кафедры «Теоретическая механика»

СибАДИ


Вивденко Ю.Н.

В 41 Резание металлов: Конспект лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. 68с.
Изложены основные разделы лекционного курса, содержащего сведения по конструктивным элементам режущей части инструментов и материалам их режущей части, закономерностям перехода материала срезаемого слоя в стружку, силам и работе резания. Приведены закономерности изнашивания и стойкости инструментов. Рассмотрены особенности процессов фрезерования, сверления и абразивной обработки. Дано представление об интенсификации и комбинированном воздействии на процесс резания материалов низкой обрабатываемости.

Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета.

УДК 621.91

ББК 34.63


© Ю.Н. Вивденко, 2006

© Омский государственный

технический университет, 2006

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ТОКАРНОГО РЕЗЦА 5

1.1. Элементы конструкции и основные типы резцов 5

1.2. Углы режущей части 7

1.3. Влияние погрешности установки резца на углы его режущей

части 9

1.4. Влияние формы образующей обрабатываемой поверхности

на углы в плане 9

2. МАТЕРИАЛЫ ЛЕЗВИЙНЫХ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ 13

2.1. Требования к свойствам режущих материалов 13

2.2. Группы и марки инструментальных материалов 15

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕХОДА МАТЕРИАЛА СРЕЗАЕМОГО

СЛОЯ В СТРУЖКУ 21

3.1. Основные понятия 21

3.2. Представление о механизме образования стружки 23

3.3. Схема стружкообразования с единственной плоскостью сдвига

при формировании сливной стружки 25

3.4. Схема стружкообразования при формировании элементной стружки

и нароста 27

3.5. Методы экспериментального изучения зоны резания 29

4. СИЛЫ И РАБОТА РЕЗАНИЯ 32

5. ИЗНОС И СТОЙКОСТЬ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ,

ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 36

5.1 Изнашивание лезвийных режущих инструментов 36

5.2. Стойкость инструментов 38

5.3. Обрабатываемость резанием конструкционных материалов 41

6. ФРЕЗЕРОВАНИЕ 45

6.1. Назначение, технологические схемы обработки, геометрические

параметры инструментов 45

6.2. Параметры режима резания и срезаемого слоя 48

7. СВЕРЛЕНИЕ, ЗЕНКЕРОВАНИЕ И РАЗВЕРТЫВАНИЕ 49

8. АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА 53

8.1. Назначение и технологические схемы шлифования 53

8.2. Инструментальные материалы, режимы резания 54

9. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И КОМБИНИРОВАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

НА ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НИЗКОЙ

ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ 57

9.1. Представление об интенсификации и комбинированном воздействии

на процесс резания 57

9.2. Обработка с нагревом материала срезаемого слоя 59

9.3. Обработка с наложением ультразвуковых колебаний 61

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 65

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 66
ВВЕДЕНИЕ
В современном машиностроении обработка резанием среди других способов технологического воздействия на обрабатываемые материалы занимает одно из определяющих мест. Это позволяет на основе современных научных представлений о явлениях и закономерностях процесса резания успешно решать задачи повышения производительности, качества, конкурентоспособности при производстве машин.

В условиях возрастания доли автоматизированных процессов обработки резанием к изложенному дополнительно предъявляются требования повышения надежности процессов.

Создание новых поколений машин требует увеличения доли конструкционных материалов с более высокими эксплуатационными свойствами, которые, как правило, имеют низкую обрабатываемость резанием. В связи с этим необходимо применение методов интенсификации процессов резания. Их успешное использование позволяет существенно повысить эффективность технологических процессов изготовления машин.
1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ТОКАРНОГО РЕЗЦА
1.1. Элементы конструкции и основные типы резцов
Классификацию резцов проводят по следующим признакам:

Основными элементами токарного проходного резца, как показано на рис.1а, являются: передняя поверхность 1 – поверхность, по которой сходит стружка; главная задняя поверхность 2 – поверхность резца, обращенная к обрабатываемой детали (задняя поверхность соприкасается с поверхностью резания детали); вспомогательная задняя поверхность 3 – поверхность резца, обращенная к обработанной поверхности детали; главная режущая кромка 4 – линия пересечения передней и главной задней поверхностей; вспомогательная режущая кромка 5 – линия пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей; вершина резца 6 – точка пересечения поверхностей: передней, главной задней и вспомогательной задней.

Таблица 1

Типы токарных резцов



Проходной прямой правый




Проходной прямой левый




Проходной отогнутый правый




Проходной отогнутый левый




Проходной упорный правый




Проходной упорный левый




Подрезной торцевой правый




Подрезной торцевой левый




Расточной для сквозных отверстий




Отрезной


Примечание: Г – главная режущая кромка, S – направление подачи.


Координатные плоскости и поверхности. При обработке детали резцом различают следующие поверхности и плоскости обрабатываемой детали и резца в соответствии с рис. 1б:


Другие типы резцов можно найти в опубликованных материалах [11].
1.2. Углы режущей части
Углы режущей части токарного проходного резца приведены на рис. 2. Ниже приведены пояснения этих углов.

Углы в главной секущей плоскости:  – задний угол – угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания;  – угол заострения – угол между передней и главной задней поверхностями;  – передний угол – угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания и проходящей через режущую кромку;  – угол резания – угол между передней поверхностью и плоскостью резания. Перечисленные углы связаны между собой зависимостью

++=90;

=+.

Если угол резания больше 90, то угол считают отрицательным:

(-)=-90.

Угол во вспомогательной секущей плоскости: 1 – задний вспомогательный угол – угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной основной, проходящей через вспомогательную режущую кромку.

Углы в плане:  – главный угол в плане – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи; 1 – вспомогательный угол в плане – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи;  – угол при вершине – угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость. Углы в плане связаны зависимостью


+1+=180.

Угол наклона главной режущей кромки:  – угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости; угол  измеряется в плоскости, перпендикулярной к основной и проходящей через главную режущую кромку. Принято различать положительный и отрицательный угол : если режущая кромка от вершины резца идет вверх, то угол считается положительным, если вниз – отрицательным.

1.3. Влияние погрешности установки резца на углы его режущей части
При установке резца его вершина может занимать три характерных положения, как показано на рис. 3:

  1. Вершина резца расположена на оси центров детали рис. 3а, тогда передний и задний углы соответствуют углам заточки.

  2. Вершина резца установлена выше оси заготовки на величину Н, как показано на рис. 3б. В этом случае вектор скорости поворачивается против хода часовой стрелки на угол >0. Действительный передний угол при этом становится больше переднего угла заточки:



Действительный задний угол становится меньше главного заднего угла заточки:



  1. Вершина резца устанавливается ниже оси заготовки на величину Н, как показано на рис. 3в. Тогда вектор скорости поворачивается по часовой стрелке и угол <0.


Действительный передний угол д становится меньше переднего угла заточки:



Действительный задний угол становится больше главного заднего угла заточки:


1.4. Влияние формы образующей обрабатываемой

поверхности на углы в плане
Обработка деталей с криволинейными образующими происходит при изменении положения касательной, проходящей через вершину инструмента к образующей. Вследствие этого действительные углы в плане отличаются от углов, полученных при заточке, как это показано на рис. 4.

Это должно быть учтено в условиях реальной обработки, т.к. эти изменения оказывают влияние на изменение шероховатости обработанных поверхностей, жесткости технологической системы и изменение других характеристик.





Возможны следующие изменения углов в плане:

  1. Обработка цилиндра:




  1. Обработка криволинейной поверхности с уменьшением диаметра в направлении подачи:




  1. Обработка криволинейной поверхности с увеличением диаметра в направлении подачи:


Влияние переднего и заднего углов. Увеличение переднего угла  способствует снижению сил и работы резания, с меньшей энергией проходят процессы деформации и разрушения материала срезаемого слоя при его переходе в стружку. Это должно способствовать повышению стойкости инструмента. Однако такие изменения проходят в ограниченном диапазоне изменения угла . Значительное увеличение угла приводит к уменьшению угла заострения , ухудшению отвода тепла, ослаблению режущего клина, что сопровождается снижением стойкости. Зависимости Т=f(y) приведены на рис. 5.

Снижение прочностных характеристик обрабатываемых материалов и повышение их пластичности сопровождаются увеличением переднего угла.

Назначение заднего угла  – уменьшение трения задней поверхности инструмента об обработанную поверхность. Увеличение угла  до каких-то значений способствует повышению стойкости инструмента, как это показано на рис.6 для случая точения с разной глубиной резания.



Влияние главного угла в плане. При сохранении постоянным режима резания s0t, с изменением угла  изменяются размеры срезаемого слоя:

и ,

г
де a и b – толщина и ширина срезаемого слоя.

У
меньшение угла  улучшает отвод тепла от главной режущей кромки, что способствует повышению стойкости инструмента. Одновременно с этим происходит снижение высоты неровностей обрабатываемых поверхностей. Такая зависимость приведена на рис. 7.

При выборе оптимальных для каждого случая углов  учитывают перераспределение значений составляющих силы резания Рх и Ру. Уменьшение угла сопровождается повышением Ру и уменьшением Рх, как это показано на рис. 8а, б. Возможны при этом такие значения сил, при которых лимитирующую роль начинает играть жесткость системы «заготовка – суппорт – шпиндель станка». Это проявляется в возникновении вибраций, связанных с повышением Ру. Такие зависимости приведены на рис. 8 в.

Как отмечено выше (рис. 7б), уменьшение угла  сопровождается снижением шероховатости. Однако в зависимости от указанной выше жесткости системы «заготовка – узлы станка» с учетом возрастания силы Ру часто возникают вибрации в этой системе, как это показано на рис. 8в (участки В1С1 и В2С2).

Таким образом, геометрические параметры инструментов в каждом случае назначают индивидуально с учетом множества конкретных условий обработки.

При известных общих закономерностях влияния углов инструмента на отдельные характеристики процесса обработки в каждом случае назначают геометрические параметры экспериментально или с учетом имеющегося практического опыта.

Сведения по устройству и геометрическим параметрам других режущих инструментов можно найти в литературе [11].




2. МАТЕРИАЛЫ ЛЕЗВИЙНЫХ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
2.1. Требования к свойствам режущих материалов
Необходимые режущие инструменты должны отвечать условиям их эксплуатации, для которых характерно сочетание высоких нормальных и касательных напряжений и температур в зоне резания, а также наличие трения на контактных поверхностях и вибраций в системе «инструмент – обрабатываемая заготовка».

Требуемым условиям процесса резания отвечает определенное сочетание физико-механических свойств инструментальных материалов. К их числу относятся приведенные ниже свойства.

Твердость. Процесс резания сопровождается внедрением режущего клина инструмента в обрабатываемую заготовку. Эффективность обработки резанием во многом зависит от отношения Ниноб , где Нин – твердость материала режущего инструмента, Ноб – твердость обрабатываемого материала. Обработка резанием с применением лезвийных режущих инструментов может быть выполнена у деталей, материалом которых являются конструкционные стали и сплавы с твердостью HRC50. Причем при твердости до HRC 30…40 при обработке могут быть использованы инструменты из быстрорежущих сталей, а выше этих значений – преимущественно из твердых сплавов.

Прочность. Процесс резания сопровождается формированием сил резания, приложенных к рабочим поверхностям инструментов. Под действием сил резания материал рабочей части инструментов должен без разрушения работать при схемах нагружения на изгиб, сжатие, кручение и при других схемах. Большинству конструкций режущих инструментов характерно многократное сочетание схем резания инструментов в процессе резания. Поэтому инструментальные материалы должны обладать определенным сочетанием прочностных свойств. Таким лучшим сочетанием обладают инструментальные стали, для которых, например, отношение их пределов прочности на сжатие и растяжение составляет 1,5…2,1. Худшим сочетанием прочностных характеристик обладают твердые сплавы и другие материалы.

Теплостойкость. Обработка резанием лезвийными инструментами сопровождается формированием температуры в зоне резания 200…1000 С и более. Превышение определенного уровня температуры для каждого инструментального материала сопровождается значительным снижением его твердости и прочностных характеристик.

Из металлических инструментальных материалов наибольшей теплостойкости соответствуют твердые сплавы, а наименьшей – инструментальные углеродистые стали.

Теплопроводность. При формировании повышенных температур в зоне контакта инструмента и срезаемого слоя значительную роль в сохранении режущих свойств инструментов играет отвод тепла из этой зоны в тело инструмента. Такой отвод тепла во многом зависит от физического свойства материала инструмента – его теплопроводности. Значение теплопроводности зависит от химического состава материала и его температуры нагрева.

Износостойкость. Контакт рабочих поверхностей инструментов и срезаемого слоя в условиях взаимного перемещения контактных поверхностей со скоростью 20…100 м/мин и более приводит к изнашиванию рабочих поверхностей инструментов.

Износостойкость может быть оценена отношением

,

где A – работа сил трения; m – масса продуктов изношенного инструментального материала.

Процесс изнашивания материалов можно оценить интенсивностью изнашивания IИ , которая определяется скоростью роста массы m продуктов изношенного материала на пути L, т.е.

.

Необходимые требования износостойкости обеспечивают регулированием физико-механических свойств инструментальных материалов и созданием оптимальных условий эксплуатации режущих инструментов.

Большинство современных процессов обработки резанием требует сочетания многих из перечисленных требований к материалам режущей части инструментов.

Характерные физико-механические свойства основных инструментальных сталей и сплавов приведены в табл. 2.

Таблица 2
Физико-механические свойства инструментальных сталей и сплавов



Свойства

Инструментальные стали и сплавы

легированная инструментальная сталь

быстрорежущие

стали

твердые

сплавы

Плотность, (кг/м3)103

7,8

8,1–8,7

8,0–15,3

Твердость по Роквеллу

Микротвердость по Виккерсу, МПа

HRA 58…62



HRA 64…70



HRA 86…91

(13…14)103

Предел прочности при изгибе, МПа

2300–2550

100–6000

750–2700

Предел прочности при сжатии, МПа

2800–3100

2500–4200

3400–5900

Ударная вязкость, Дж/м2

(6–8)105

(1–6)105

(0,25–0,6)105

Теплостойкость, С

250–300

550–700

800–1100

Теплопроводность, Вт/(мК)



0,0167–0,0251

0,0167–0,0879

Коэффициент линейного расширения 10-6, К-1


11–12


10–12


3–7,5



2.2. Группы и марки инструментальных материалов
Инструментальные материалы делят на следующие группы:

Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У. Наличие в конце марки буквы А означает, что это высококачественная сталь. Химический состав таких сталей приведен в табл. 3.
Таблица 3
Химический состав и твердость инструментальных углеродистых сталей

(по ГОСТ 1435-74)


Марка

С, %

Mn для стали, %

НВ для термически обработанной стали,

не более

качественной

высококачественной

У7, У7А

0,65–0,74

0,20–0,40

0,15–0,30

187

У8, У8А

0,75–0,84

У8Г, У8ГА

0,80–0,90

0,35–0,60

0,35–0,60

У9, У9А

0,85–0,94

0,15–0,35

0,15–0,30

192

У10, У10А

0,95–1,04

197

У11, У11А

1,05–1,14

207

У12, У12А

1,15–1,24

У13, У13А

1,25–1,35

217


Стали имеют неглубокую прокаливаемость, что благоприятно при ударных нагрузках, а также хорошо обрабатываются при шлифовании и заточке. Стали имеют невысокую теплостойкость, что позволяет их применять при скоростях резания не более 2…3 м/мин преимущественно для изготовления ручных инструментов – сверл, метчиков, зубил и т.п.

Легированные инструментальные стали имеют более высокую износостойкость за счет незначительного легирования хромом, марганцем, вольфрамом и ванадием. Химический состав таких сталей приведен в табл. 4.

Легированные инструментальные стали используют для обработки деталей из конструкционных сталей, цветных сплавов и чугунов. При этом изготавливают инструменты: фрезы, сверла, метчики, плашки, долбяки и другие. Эти стали по теплостойкости значительно уступают быстрорежущим сталям и по сравнению с ними применяются реже и при низких скоростях резания – до 20…25 м/мин.

Таблица 4
Химический состав (%) легированных инструментальных сталей

(по ГОСТ 5950-73)


Марка

C

Mn

Si

Cr

W

V

8ХФ

0,70–0,80

0,15–0,40

0,15–0,35

0,40–0,70



0,15–0,30

9ХФ

0,80–0,90

0,30–0,60

0,15–0,35

0,40–0,70



0,15–0,30

ХВСГ

0,95–1,05

0,60–0,90

0,65–1,00

0,60–1,10

0,50–0,80

0,05–0,15

9ХС

0,85–0,95

0,30–0,60

1,20–1,60

0,95–1,25







Быстрорежущие стали отличаются от предыдущей группы тем, что в их составе присутствует значительное количество вольфрама, молибдена и ванадия, которые являются карбидообразующими элементами. Такой состав сталей обеспечивает существенное повышение их теплостойкости. Наиболее характерные марки быстрорежущих сталей и их химический состав приведены в табл. 5.

Промышленное применение быстрорежущих сталей определено высокими характеристиками прочности, износостойкости и теплостойкости. Эти стали, в условиях современных требований к режущим инструментам, практически вытеснили углеродистые и легированные инструментальные стали.

Быстрорежущие инструментальные стали применяют для широкого круга режущих инструментов, включая резцы, фрезы, сверла, протяжки, долбяки и другие. При этом широк и диапазон обрабатываемых материалов: от цветных сплавов и углеродистых сталей до высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов. Область применения сталей приведена в табл. 6 [9, 10, 11].
Таблица 5
Химический состав (%) быстрорежущих сталей (по ГОСТ 19265-73)


Марка

C

Cr

W

V

Co

Mo

Р6М5

Р6М5К5

Р9

Р9М4К8

Р9К5

Р9К10

Р10К5Ф5

Р12

Р18

10Р6М5

Р12Ф3

Р18Ф2К8М

Р12Ф4К5

Р6М5Ф2К8

10Р6М5К5

0,80–0,88

0,82–0,90

0,85–0,95

1,0–1,1

0,9–1,0

0,9–1,0

1,45–1,55

0,8–0,9

0,7–0,8

1,00–1,15

0,95–1,05

0,95–1,05

1,25–1,40

0,95–1,05

1,0–1,1

3,8–4,4

3,8–4,3

3,8–4,4

3,0–3,6

3,8–4,4

3,8–4,4

4,0–4,6

3,1–3,6

63,8–4,4

3,8–4,4

3,8–4,3

3,8–4,4

3,7–4,2

3,8–4,4

3,8–4,4

5,5–6,5

6,0–7,0

8,5–10,0

8,5–9,5

9,0–10,5

9,0–10,5

10,0–11,5

12,0–13,0

17,0–18,5

5,5–6,5

12,0–13,0

17,0–18,5

12,5–14,0

5,5–6,0

6,0–7,0

1,7–2,1

1,7–2,2

2,0–2,6

2,1–2,5

2,2–2,6

2,0–2,6

4,3–5,1

1,5–1,9

1,0–1,4

1,8–2,2

2,5–3,0

1,8–2,4

3,2–3,9

1,8–2,4

1,2–1,6



4,8–5,3



7,5–8,5

5,0–6,0

9,0–10,5

5,0–6,0









7,8–8,5

5,0–6,0

7,5–8,5

4,8–5,3

5,0–5,5

4,8–5,3

до 1,0

3,8–4,3

до 1,0

до 1,0

до 1,0

до 1,0

до 1,0

5,5

0,5–1,0

0,8–1,2

0,5–1,0

4,6–5,2

4,8–5,3

Примечание: остальное Fe и примеси.

Таблица 6
Применение быстрорежущих сталей для изготовления режущих инструментов


Обрабатываемый материал

Режущие инструменты

резцы

сверла

развертки, зенкеры

метчики,

плашки

фрезы

концевые,

дисковые

Углеродистые и низколегированные стали

10Р6М5

Р12Ф4К5*

Р6М5К5*

Р6М5

10Р6М5

Р12Ф3

Р6М5

10Р6М5

Р6М5К5

Р6М5

10Р6М5


Р6М5

10Р6М5

Р6М5К5*

Легированные улучшенные стали

Р12Ф2М3К8

Р12Ф4К5

Р6М5К5

10Р6М5

Р12Ф3

Р6М5К5

10Р6М5

Р6М5К5

Р9М4К8

Р6М5

10Р6М5

Р9М5К5

Р6М5К5

Р9М4К8

Р12Ф2М3К8

Высоколегированные конструкционные, в том числе нержавеющие стали

Р12Ф2М3К8

Р12Ф4К5

Р6М5К5

Р6М5К5

10Р6М5

Р12Ф3

Р6М5К5

Р9М4К8

10Р6М5

Р6М5К5

10Р6М5

Р6М5

Р6М5К5

Р9М4К8

Р12Ф2М3К8

Жаропрочные стали и сплавы, высокопрочные стали

Р12Ф2М3К8

Р12Ф4К5

Р6М5К5

Р6М5К5

Р9М4К8

Р12Ф2М3К8

Р12Ф2М3К8

Р12Ф4К5

Р6М5К5

10Р6М5

Р6М5К5

Р12Ф2М3К8

Р6М5К5

Р9М4К8

Р12Ф2М3К8

Примечание: * – применяется при работе на больших скоростях резания.
Отдельные преимущества в режущих свойствах имеют инструменты из быстрорежущих сталей, заготовки для которых получают методом порошковой металлургии. При этом заготовки изготавливают путем прессования этих сталей при температуре 1100…1150 С и давлении 9,5…10 МПа с последующим прессованием или ковкой. Достигаемое при этом повышение однородности, вязкости материала и уменьшение термических деформаций заготовок повышает технологические и эксплуатационные свойства инструментов.

Металлокерамические твердые сплавы являются тугоплавкими металлическими соединениями, которые сохраняют режущие свойства при температуре до 900…1000 С. Сплавы имеют в рабочем состоянии твердость более высокую, чем инструментальные стали. Заготовки для режущей части инструментов получают методом порошковой металлургии: прессованием порошковых материалов в смеси со связкой и последующим спеканием этого состава.

В качестве основы твердых сплавов применяют карбиды тантала, титана, вольфрама. Наряду с ними в состав входят бориды, нитриды, карбиды металлов IV, V и VI групп периодической системы элементов.

Твердые сплавы делят на три подгруппы: вольфрамокобальтовую ВК, титано-вольфрамокобальтовую ТК, титанотанталокобальтовую ТТК. Характеристики и состав сплавов приведены в табл. 7.

С учетом высоких режущих свойств твердых сплавов доля их применения в промышленности составляет 30…50 %.

Таблица 7
Состав и характеристики твердых сплавов (по ГОСТ 3882-74)


Марка

Содержание основных компонентов, %

Предел

прочности

и, МПа

Плотность,

г/см2

Твердость

HRA,

не менее

карбид

вольфрама

карбид

титана

карбид

тантала

кобальт

ВК3

97





3

1176

15,0–15,3

89,5

ВК3-М

91,0

ВК4

96





4

1519

14,9–15,2

98,5

ВК6

94





6

1519

14,6–15,0

88,5

ВК6-М

1421

14,8–15,1

90,0

ВК6-ОМ

92





6

1274

14,7–15,0

90,5

ВК8







8

1666

14,4–14,8

87,5

ВК8-В

92





1813

86,5

ВК-10

90





10

1764

14,3–14,6

88,0

ВК10-М

1617

88,5

ВК11-В

89





11

1960

14,1–14,4

86,0

ВК15

85





15

1862

13,9–14,1

86,0

ВК-20

80





20

2058

13,4–13,7

84,0

ВК-20К

1666

79,0

ВК25

75





25

2156

12,9–13,2

82,0

Т30К4

66

30



4

980

9,5–9,8

92,0

Т15К6

79

15



6

1176

11,1–11,6

90,0

Т14К8

78

14



8

1274

11,2–11,6

89,5

Т5К10

85

6



9

1421

12,4–13,1

88,5

Т5К12

83

5



12

1666

13,1–13,5

87,0

ТТ7К12

81

4

3

12

13,0–13,3

ТТ8К6

84

8

2

6

1323

12,8–13,3

90,5

ТТ20К9

71

8

12

9

1470

12,0–13,0

89,0


В конструкциях режущих инструментов твердыми сплавами оснащают режущую часть. Для этого промышленностью освоено производство специальных пластин для оснащения резцов, фрез и других инструментов. Пластины крепят к державке механическим путем, припоем и склеиванием. Область применения твердых сплавов приведена в табл. 8.

Снижение содержания вольфрама уменьшает себестоимость производства твердых сплавов. Одним из направлений создания новых сплавов является разработка безвольфрамовых твердых сплавов. К таким сплавам, в состав которых входит TiC, TiN, NbC, Ni, Mo, относятся безвольфрамовые твердые сплавы ТНМ20, ТНМ30, КТНМ30А, КНТ16 и другие.

Металлокерамические инструментальные материалы созданы без включения металлов в их состав. Одним из направлений создания таких материалов является использование в качестве основы минерального материала – корунда, состоящего из оксида алюминия Al2O3. Примером таких инструментальных материалов является металлокерамика ЦМ332, которая имеет теплоемкость около 1500 С, это дает возможность обрабатывать лезвийными инструментами со скоростями резания до 500…1000 м/мин.

Таблица 8
Применение твердых сплавов для оснащения режущих инструментов


Марка

Вид обработки

Обрабатываемые материалы

ВК4

Получистовое и чистовое точение нормальных и глубоких отверстий, чистовое фрезерование, зенкерование.

Серые и высокопрочные чугуны, цветные металлы и сплавы, титановые сплавы.

ВК6

Черновое и получерновое точение, предварительное нарезание резьбы, получистовое фрезерование

Серые и высокопрочные чугуны, цветные сплавы, неметаллические материалы.

ВК6М

Получистовое точение и растачивание, чистовое фрезерование.

Жаропрочные и коррозионно-стойкие стали, твердые чугуны и бронзы, легкие сплавы.

ВК8

Черновое точение при неравномерном сечении среза, прерывистом резании с ударами, черновое строгание и фрезерование, сверление, зенкерование, черновое нарезание резьбы, зубофрезерование.

Чугуны всех марок, кроме высоколегированных и отбеленных, нержавеющие, высокопрочные и жаропрочные стали и сплавы, титановые сплавы, цветные сплавы.

ВК10-ОМ

Черновое точение, фрезерование, сверление, зенкерование, зубофрезерование.

Сплавы на основе титана, вольфрама, молибдена.

ВК15

Все виды обработки.

Древесина, древесностружечные материалы.

Т15К6

Получерновое и черновое точение при прерывистом резании, нарезание резьбы резцами.

Углеродистые и легированные стали.

Т14К8

Черновое точение при неравномерном сечении среза, черновое фрезерование.

Углеродистые и легированные стали.


Недостатком, ограничивающим применение рассматриваемых материалов, является их низкая механическая прочность. Так, например, для пластин марки ЦМ332 прочность на изгиб и=0,35…0,40 ГПа.

Областью применения материалов является тонкая финишная обработка.

Синтетические алмазы являются поликристаллическими образованиями, имеющими размеры, достаточные для изготовления вставок с режущими гранями инструментов. Синтетические поликристаллические алмазы содержат примеси тугоплавких металлов – вольфрама, молибдена, титана, выполняющих роль катализатора синтеза.

По твердости синтетические алмазы незначительно уступают природным алмазам.

Теплостойкость синтетических алмазов ограничена величиной 600…650 С, однако их высокая теплоемкость дает возможность выполнять обработку при скорости резания 1000…1200 м/мин в условиях безударной нагрузки.

Наиболее характерной областью применения является обработка сплавов на основе алюминия, магния, меди, пластмасс, стеклопластиков.

Синтетические композиционные материалы на основе кубического нитрида бора (КНБ) – это искусственные материалы, получение которых основано на технологии синтеза азота с бором, с образованием нитрида бора. По своей твердости нитрид бора уступает лишь синтетическому алмазу. Теплоемкость при этом достигает 1600…1800 С.

Полученный материал эльбор используют для изготовления вставок резцов.

Область применения – безударная обработка с малыми припусками деталей из конструкционных сталей и чугунов.

До настоящего времени металлокерамические материалы, синтетические алмазы и материалы на основе КНБ не нашли широкого применения для лезвийных инструментов.

Более полные данные по инструментальным материалам даны в литературе [9, 10, 11].
  1   2   3   4


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации