Инструментальные материалы

Скачать работу - Инструментальные материалы

Аналогичное явление наблюда лось также при использовании в каче стве инструментального материала твердых сплавов.

Инструментальный материал должен иметь высокую твердость, чтобы в те чение длительного времени срезать стружку.

Значительное превышение твердости инструментального материа ла по сравнению с твердостью обраба тываемой заготовки должно сохраня ться и при нагреве инструмента в про цессе резания.

Способность материала инструмента сохранять свою твердость при высокой температуре нагрева оп ределяет его красностойкость (тепло стойкость). Режущая часть инструмента должна обладать большой износостойкостью в условиях высоких дав лений и температур.

Важным требованием является так же достаточно высокая прочность ин струментального материала, так как при недостаточной прочности происхо дит выкрашивание режущих кромок либо поломка инструмента, особенно при их небольших размерах.

Инструментальные материалы должны обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. легко обраба тываться в процессе изготовления ин струмента и его переточек, а также быть сравнительно дешевыми. В настоящее время для изготовлен ия режущих элементов инструментов применяются инструментальные стали (углеродистые, легированные и быс трорежущие), твердые сплавы, мине ралокерамические материалы, алмазы и другие сверхтвердые и абразивные материалы. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ Режущие инструменты, изготовлен ные из углеродистых инструменталь ных сталей У10А, У11А, У12А, У13А, обладают достаточной твердостью, про чностью и износостойкостью при ком натной температуре, однако теплостой кость их невелика. При температуре 200-250 'С их твердость резко умень шается.

Поэтому они применяются для изготовления ручных и машинных ин струментов, предназначенных для об работки мягких металлов с низкими скоростями резания, таких, как напильники, мелкие сверла, развертки, ме тчики, плашки и др.

Углеродистые ин струментальные стали имеют низкую твердость в состоянии поставки, что обеспечивает их хорошую обрабатыва емость резанием и давлением. Одна ко они требуют применения при закал ке резких закалочных сред, что усили вает коробление инструментов и опас ность образования трещин.

Инструменты из углеродистых ин струментальных сталей плохо шлифу ются из-за сильного нагревания, от пуска и потери твердости режущих кромок. Из-за больших деформаций при термической обработке и плохой шлифуемости углеродистые инструмен тальные стали не используются при из готовлении фасонных инструментов, подлежащих шлифованию по профилю. С целью улучшения свойств углеро дистых инструментальных сталей были разработаны низколегированные ста ли. Они обладают большей прокаливаемостью и закаливаемостью, меньшей чувствительностью к перегреву, чем углеродистые стали, и в то же время хорошо обрабатываются резанием и давлением.

Применение низколегированных сталей уменьшает количество бракованных инструментов.

Область применения низколегиро ванных сталей та же, что и для углеродистых сталей. По теплостойкости легированные ин струментальные стали незначительно превосходят углеродистые. Они сохра няют высокую твердость при нагреве до 200-260°С и поэтому непригодны для резания с повышенной скоростью, а также для обработки твердых мате риалов.

Низколегированные инструменталь ные стали подразделяются на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости. Для изготовления режущих инстру ментов используются стали 11ХФ, 13Х, ХВ4, В2Ф неглубокой прокалива емости и стали X , 9ХС, ХВГ, ХВСГ глу бокой прокаливаемости. Стали неглубокой прокаливаемости, легированные хромом (0,2-0,7%), ван адием (0,15-0,3%) и вольфрамом (0,5-0,8%) используются при изго товлении инструментов типа ленточ ных пил и ножовочных полотен. Не которые из них имеют более специали зированное применение.

Например, сталь ХВ4 рекомендуется для изготов ления инструментов, предназначенных для обработки материалов, имеющих высокую поверхностную твердость, при относительно небольших скоростях ре зания.

Характерной особенностью сталей глубокой прокаливаемости является более высокое содержание хрома (0,8- 1,7 %), а также комплексное введение в относительно небольших количествах таких легирующих элементов, как хром, марганец, кремний, вольфрам, ванадий, что существенно повышает прокаливаемость. В производстве ин струментов из рассматриваемой группы наибольшее применение находят стали 9ХС и ХВГ. У стали 9ХС наблю дается равномерное распределение карбидов по сечению. Это позволяет использовать ее для изготовления инструментов относительно больших раз меров, а также для резьбонарезных инструментов, особенно круглых пла шек с мелким шагом резьбы.

Вместе с тем сталь 9ХС имеет повышенную твердость в отожженном состоянии, вы сокую чувствительность к обезуглеро живанию при нагреве.

Содержащие марганец стали ХВГ, ХВСГ мало деформируются при терми ческой обработке. Это позволяет реко мендовать сталь для изготовления ин струмента типа протяжек, длинных метчиков, к которым предъявляются жесткие требования относительно ста бильности размеров при термической обработке. Сталь ХВГ имеет повышен ную карбидную неоднородность, осо бенно при сечениях, больших 30...40 мм, что усиливает выкрашивание ре жущих кромок и не позволяет реко мендовать ее для инструментов, рабо тающих в тяжелых условиях. В настоящее время для изготовления металлорежущих инструментов приме няются, быстрорежущие стали. В зави симости от назначения их можно раз делить на две группы: 1) стали нор мальной производительности; 2) ста ли повышенной производительности. К сталям первой группы относятся Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р6М5, к сталям второй группы – Р6М5ФЗ, Р12ФЗ, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5, Р9К5, Р9К10, Р9МЧК8, Р6М5К5 и др. В обозначении марок буква Р указывает, что сталь относится к группе бы строрежущих. Цифра, следующая за ней, показывает среднее содержание вольфрама в процентах.

Среднее содер жание ванадия в стали в процентах обозначается цифрой, проставляемой за буквой Ф, кобальта -цифрой, следующей за буквой К. Высокие режущие свойства быстро режущей стали обеспечиваются за счет легирования сильными карбидообра зующими элементами: вольфрамом, молибденом, ванадием и некарбидо образующим кобальтом.

Содержание хрома во всех быстрорежущих сталях составляет 3,0-4,5 % и в обозначении марок не указывается.

Практически во всех марках быстрорежущих сталей допускается серы и фосфора не более 0,3% и никеля не более 0,4%. Сущест венным недостатком этих сталей явля ется значительная карбидная неодно родность, особенно в прутках большого сечения. С увеличением карбидной неодно родности прочность стали, снижается, при работе выкрашиваются режущие кромки инструмента, и снижается его стойкость.

Карбидная неоднородность выражена сильнее в сталях с повышенным содер жанием вольфрама, ванадия, кобаль та. В сталях с молибденом карбидная неоднородность проявляется в меньшей степени.

Быстрорежущая сталь Р18, содер жащая 18% вольфрама, долгое время была наиболее распространенной. Ин струменты, изготовленные из этой стал и, после термической обработки име ют твердость 63-66 HR С Э , красностой кость 600 °С и достаточно высокую прочность. Сталь Р18 сравнительно хо рошо шлифуется.

Большое количество избыточной кар бидной фазы делает сталь Р18 более мелкозернистой, менее чувствительной к перегреву при закалке, более износо стойкой. Ввиду высокого содержания воль фрама сталь Р18 целесообразно ис пользовать только для изготовления инструментов высокой точности, когда стали других марок нецелесообразно применять из-за прижогов режущей части при шлифовании и заточке. Сталь Р9 по красностойкости и ре жущим свойствам почти не уступает стали Р18. Недостатком стали Р9 яв ляется пониженная шлифуемость, вызываемая сравнительно высоким со держанием ванадия и присутствием в структуре очень твердых карбидов.

Вместе с тем сталь Р9, по сравнению со сталью Р18, имеет более равномер ное распределение карбидов, несколь ко большую прочность и пластичность, что облегчает ее деформируемость в горячем состоянии. Она пригодна для инструментов, получаемых различны ми методами пластической деформа ции. Из-за пониженной шлифуемости сталь Р9 применяют в ограниченных пределах. Сталь Р12 равноценна, по режущим свойствам стали Р18. По сравнению со сталью Р18 сталь Р12 имеет меньшую карбидную неоднородность, повышенную пластичность и пригодна для инструментов, изготовляемых методом пластической деформации. По сравне нию со сталью Р9 сталь Р12 лучше шлифуется, что объясняется более удачным сочетанием легирующих эле ментов. Стали марок Р18М, Р9М отличаются от сталей Р18 и Р9 тем, что они в своем составе вместо вольфрама содержат до 0,6-1,0 %'молибдена (из расчета, что 1 % молибдена заменяет 2 % вольфрама). Эти стали имеют равномерно распределенные карбиды, но более склон ны к обезуглероживанию.

Поэтому закалку инструментов из сталей необхо димо проводить в защитной атмосфере.

Однако по основным свойствам стали Р18М и Р9М. не отличаются от сталей Р18 и Р9 и имеют ту же область при менения.

Вольфрамомолибденовые стали типа Р6МЗ, Р6М5 являются новыми сталя ми, значительно повышающими как прочность, так и стойкость инструмента.

Молибден обусловливает меньшую карбидную неоднородность, чем воль фрам.

Поэтому замена 6...10 % воль фрама соответствующим количеством молибдена снижает карбидную неодно родность быстрорежущих сталей при мерно на 2 балла и соответственно по вышает пластичность.

Недостаток мо либденовых сталей заключается в том, что они имеют повышенную чувстви тельность к обезуглероживанию.

Вольфрамомолибденовые стали ре комендуется применять в промышлен ности наряду с вольфрамовыми для изготовления инструмента, работаю щего в тяжелых условиях, когда необ ходима повышенная износостойкость, пониженная карбидная неоднородность и высокая прочность. Сталь Р18, особенно в крупных сече ниях (диаметром более 50 мм), с боль шой карбидной неоднородностью целе сообразно заменить на стали Р6МЗ, Р12. Сталь Р12 пригодна для протя жек, сверл, особенно в сечениях диа метром менее 60 -70 мм. Сталь Р6МЗ целесообразно использовать для ин струментов, изготовляемых способом пластической деформации, для инструментов, работающих с динамическими нагрузками, и для инструментов боль ших сечений с малыми углами заост рения на режущей части. Среди быстрорежущих сталей нор мальной производительности домини рующее положение заняла сталь Р6М5. Ее применяют для изготовления всех видов режущих инструментов.

Инструменты из стали Р6М5 имеют стойкость, равную или до 20 % более высокую, чем стойкость инструментов из стали Р18. Быстрорежущие стали повышенной производительности используются в ос новном при обработке жаропрочных сплавов, высокопрочных и нержаве ю щих сталей, других труднообрабаты ваемых материалов и конструкционных сталей с повышенными режимами ре зания. В настоящее время применяют ся кобальтовые и ванадиевые быстро режущие стали. По сравнению со сталями нормаль ной производительности ысокованади евые в стали повышенной производи тельности обладают в основном более высокой износостойкостью, а стали, содержащие кобальт, более высокой красностойкостью и теплопроводнос тью.

Вместе с тем быстрорежущие стали повышенной производительности, содержащие кобальт, имеют повы шенную чувствительность к обезугле роживанию.

Быстрорежущие стали повышенной производительности шли фуются хуже стали Р18 и требуют бо лее точного соблюдения температур нагрева при термической обработке.

Ухудшение шлифуемости выражается в повышении износа абразивных кру гов и увеличении толщины поверхност ного слоя стали, повреждаемого при излишне жестком режиме шлифова ния.

Быстрорежущие стали повышенной производительности из-за технологич ских, недостатков не являются сталями универсального назначения. Они имеют относительно узкие границы примене ния, более пригодны для инструментов, подвергаемых незначительному про фильному шлифованию.

Основной маркой быстрорежущей стали повышенной производительности является сталь Р6М5К5. Она применя ется для изготовления различных ин струментов, предназначенных для об работки конструкционных сталей на повышенных режимах резания, а также нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.

Перспективным способом получения быстрорежущих сталей является метод порошковой металлургии.

Главной от личительной особенностью порошковых сталей является равномерное распре деление карбидов по сечению, которое не превышает первого балла шкалы карбидной неоднородности ГОСТ 19265–73. В определенных условиях, как показывают эксперименты, стонкость режущих инструментов из по рошковых сталей в 1,2...2,0 раза выше стойкости инструментов, изготовлен ных из сталей обычного производства.

Наиболее рационально порошковые стали использовать при обработке труднообрабатываемых сложнолеги рованных материалов и материа лов, имеющих повышенную твердость (Н R С э 32), а также для изготовле ния крупногабаритных инструментов диаметром более 80 мм.

Проводятся работы по созданию и уточнению области целесообразного применения быстрорежущих спла вов дисперсионного твердения типа Р18М7К25, Р18МЗК25, Р10М5К25, которые представляют собой железокобальтовые вольфрамовые сплавы. В за висимости от марки они содержат: W –10...19%, Со–20...26%, Мо– 3...7%, V –0,45...0,55%, Т i –0,15... 0,3%, С–до 0,06%, М n –не более 0,23%, Si –не более 0,28%, осталь ное железо. В отличие от быстрорежу щих сталей, рассматриваемые сплавы упрочняются вследствие выделения при отпуске интерметаллидов, имеют более высокую красностойкость (700-720 °С) и твердость (68-69 Н R С Э ). Высокая теплостойкость у них сочетается с удов летворительной прочностью, что обусловливает повышенные режущие свой ства этих сплавов. Эти сплавы дорогостоящие, и применение их целесообразно лишь при резании труд нообрабатываемых материалов. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ В настоящее время для производства режущих инструментов широко исполь зуются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количе ством кобальта.

Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью.

Инстру менты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100 ° С. Установлено что твердосплавным инструментом, имеющим в своем сос таве килограмм вольфрама, можно об работать в 5 раз больше материала, чем инструментом из быстрорежущей стали с тем же содержанием вольф рама.

Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением со держания кобальта в сплаве.

Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твер досплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стек ло, фарфор и т. п.

Производство металлокерамических твердых сплавов относится к области порошковой металлургии.

Порошки карбидов смешивают с порошком ко бальта. Из этой смеси прессуют изде лия требуемой формы и затем подвер гают спеканию при температуре, близ кой к температуре плавления кобаль та. Так изготовляют пластинки твердого сплава различных размеров и форм, которыми оснащаются резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки и др.

Пластинки твердого сплава крепят к державке или корпусу напайкой или механически при помощи винтов и при жимов. Наряд с этим в машинострои тельной промышленности применяют мелкоразмерные, монолитные твердо сплавные инструменты, состоящие из твердых сплавов. Их изготовляют из пластифицированных заготовок. В ка честве пластификатора в порошок твер дого сплава вводят парафин до 7-9 %. Из пластифицированных сплавов прес суют простые по форме заготовки, кото рые легко обрабатываются обычным режущим инструментом. После механи ческой обработки заготовки спекают, а затем шлифуют и затачивают. Из пластифицированного сплава за готовки монолитных инструментов мо гут быть получены путем мундштучного прессования. В этом случае спрессован ные твердосплавные брикеты помеща ют в специальный контейнер с твердо сплавным профилированным мундшту ком. При продавливании через отверстие мундштука изделие прин и мает требуемую форму и подвергается спеканию. По такой технологии изго товляют мелкие сверла, зенкеры, развертки и т. п.

Монолитный твердосплавный инстру мент может также изготовляться из окончательно спеченных твердосплав ных цилиндрических заготовок с после дующим вышлифовыванием профиля алмазными кругами. В зависимости от химического сос тава металлокерамические твердые сплавы, применяемые для производства режущего инструмента, разделяются на три основные группы.

Сплавы первой группы изготовляют на основе карбидов вольфрама и ко бальта. Они носят название вольфра мокобальтовых. Это сплавы группы ВК. Ко второй группе относятся сплавы, получаемые на основе карбидов вольфрама и титана и связующего металла кобальта. Это двухкарбидные титановольфрамокобальтовые сплавы группы ТК. Третья группа сплавов состоит из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Это трехкарбидные титанотанталовольфрамокобальтовые спла вы группы ТТК. К однокарбидным сплавам группы ВК относятся сплавы: ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15. Эти сплавы состоят из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплавов цифра показывает процентное содержание кобальта.

Например, сплав ВК8 содержит в своем составе 92 % карбида вольфрама и 8 % кобальта.

Рассматриваемые сплавы применя ются для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. При выборе марки твердого спла ва учитывают содержание кобальта, которое предопределяет его прочность. Из сплавов группы ВК сплавы ВК15, ВК10, ВК8 являются наиболее вязкими и прочными, хорошо противостоят уда рам и вибрациям, а сплавы ВК2, ВКЗ обладают наиболее высокой износо стойкостью и твердостью при малой вязкости, слабо сопротивляются уда рам и вибрациям. Сплав ВК8 применяется для черновой обработки при не равномерном сечении среза и преры вистом резании, а сплав ВК2 - для чистовой отделочной обработки при непрерывном, резании с равномерным сечением среза. Для получистовых ра бот и черновой обработки с относи тельно равномерным сечением срезае мого слоя применяются сплавы ВК4, ВК6. Сплавы ВК10 и ВК15 находят применение при обработке резанием специальных труднообрабатываемых сталей.

Режущие свойства и качество твер досплавного инструмента определяют ся не только химическим составом сплава, но и его структурой, т. е. вели чиной зерна. С увеличением размера зерен карбида вольфрама прочность сплава возрастает, а износостойкость уменьшается, и наоборот. В зависимости от размеров зерен карбидной фазы сплавы могут быть мелкозернистые, у которых не менее 50 % зерен карбидных фаз имеют раз мер порядка 1 мкм,среднезернистые - с величиной зерна 1-2 мкм и крупно зернистые, у которых размер зерен ко леблется от 2 до 5 мкм. Для обозначения мелкозернистой структуры в конце марки сплава ста вится буква М, а для крупнозернистой структуры - буква К. Буквы ОМ ука зывают на особо мелкозернистую структуру сплава. Буква В после циф ры указывает на то, что изделия из твердого сплава спекаются в атмосфере водорода.

Твердосплавные изделия одного и того же химического состава мог ут иметь различную структуру.

Получены особо мелкозернистые сплавы ВК6ОМ, В10ОМ, ВК150М. Сплав ВК6ОМ дает хорошие результа ты при тонкой обработке жаропрочных и нержавеющих сталей, чугунов высо кой твердости, алюминиевых сплавов. Сплав ВК10ОМ предназначен червовой и получерновой, а сплав ВК15ОМ - для особо тяжелых слу чаев обработки нержавеющих сталей, а также сплавов вольфрама, молибдена, титана и никеля.

Мелкозернистые сплавы, такие, как сплав ВК6М, используют для чистовой обработки при тонких сечениях среза стальных, чугунных, пластмассовых и других деталей. Из пластифицирован ных заготовок мелкозернистых сплавов ВК6М, ВК10М, ВК15М получают цель ные инструменты.

Крупнозернистые сплавы ВК4В, ВК8В, более прочные, чем обычные сплавы, применяют при резании с ударами для черновой обра ботки жаропрочных и нержавеющих сталей с большими сечениями среза. При обработке сталей инструмента ми, оснащенными вольфрамокобаль товыми сплавами, в особенности при повышенных скоростях резания, происходит быстрое образование лунки на передней поверхности, приводящее к выкрашиванию режущей кромки сравнительно быстрому износу инстру мента. Для обработки стальных заго товок применяют более износостойкие твердые сплавы группы ТК. Сплавы группы ТК (ТЗОК4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12) состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплава цифра пос ле буквы К показывает процентное со держание кобальта, а после буквы Т – процентное содержание карбидов ти тана. Буква В в конце марки обозначает, что сплав имеет крупнозернистую структуру.

Сплавы группы ТТК состоят из зе рен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама и избыточных зерен карбида вольф рама, сцементированных кобальтом. К сплавам группы ТТК относятся ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ20К9. Сплав ТТ7К12 содержит 12% кобаль та, 3% карбида тантала, 4% карбида титана и 81% карбида вольфрама.

Введение в состав сплава карбидов тантала значительно повышает его прочность, но снижает красностойкость. Сплав ТТ7К12 рекомендуется для тяжелых условий при обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных легированных сталей. Сплав ТТ8К6 применяют для чисто вой и получистовой обработки чугуна, для непрерывной обработки с малыми сечениями среза стального литья, высокопрочных нержавеющих сталей, спла вов цветных металлов, некоторых ма рок титановых сплавов. Все марки твердых сплавов разбиты по международной классификации (ИСО) на группы: К, М и Р. Сплавы группы К предназначены для обработ ки чугуна и цветных металлов, дающих стружку надлома.

Сплавы группы М – для труднообрабатываемых материа лов, сплавы группы Р – для обработ ки сталей. С целью экономии дефицитного вольфрама разрабатываются безволь фрамовые металлокерамические твердые сплавы на основе карбидов, а так же карбидонитридов переходных ме таллов, в первую очередь титана, ванадия, ниобия, тантала. Эти сплавы изготовляют на никелемолибденовой связке.

Полученные твердые сплавы на основе карбидов по своим характеристикам примерно равноценны стандартным спла вам группы ТК. В настоящее время промышленностью освоены безволь фрамовые сплавы ТН-20, ТМ-3, КНТ-16 и др. Эти сплавы обладают высокой окалиностойкостью, низким коэффици ентом трения, меньшим по сравнению с вольфрамсодержащими сплавами удельным весом, но имеют, как прави ло, более низкую прочность, склон ность к разрушению при повышенных температурах.

Изучение физико-меха нических и эксплуатационных свойств безвольфрамовых твердых сплавов по казало, что они успешно могут быть использованы для чистовой и получистовой обработки конструкционных ста лей и цветных сплавов, но значитель но уступают сплавам группы ВК при обработке титановых и нержавеющих сталей. Одним из путей повышения эксплуа тационных характеристик твердых сплавов является нанесение на режу щую часть инструмента тонких изно состойких покрытий на основе нитри да титана, карбида титана, нитрида молибдена, окиси алюминия.

Толщина наносимого слоя покрытия колеблется от 0,005 до 0,2 мм. Опыты показыва ют, что тонкие износостойкие покрытия приводят к значительному росту стой кости инструмента, МИНЕРАЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Минералокерамические материалы для изготовления режущих инструмен тов стали применять с 50-х годов. В СССР был создан минералокерами ческий материал марки ЦМ-332, сос тоящий в основном из оксида алюми ния А1 2 О 3 с небольшой добавкой (0,5– 1,0%) оксида магния М g О. Оксид маг ния препятствует росту кристаллов во время спекания и является хорошим связующим средством.

Минералокерамические материалы изготовляются в форме пластинок и присоединяются к корпусам инстру ментов механическим путем, приклеи ванием или припаиванием.

Минералокерамика ЦМ-332 облада ет высокой твердостью, ее красностой кость достигает 1200°С. Однако она отличается низкой прочностью при из гибе (350-400 МН/м 2 ) и большой хрупкостью, что приводит к частым выкра шиваниям и поломкам пластинок при работе.

Существенным недостатком минера локерамики является ее крайне низкое сопротивление циклическому измене нию температуры.

Вследствие этого да же при небольшом числе перерывов в работе на контактных поверхностях инструмента появляются микротрещи ны, которые приводят к его разруше нию даже при небольших усилиях резания. Это обстоятельство ограничивает практическое применение ми нералокерамического инструмента.

Минералокерамика успешно может применяться для чистового обтачива ния чугуна, сталей, неметаллических материалов и цветных металлов с большими скоростями и ограничен ным числом перерывов в работе.

Минералокерамику марки ВШ наи более эффективно применять для чис тового точения углеродистых и мало легированных сталей, а также чугунов с твердостью НВ 260. При прерывистом точении керамика марки ВШ дает неудовлетворительные результа ты. В этом случае целесообразно использовать керамику марки ВЗ. Мине ралокерамику марок ВОК-60, ВОК-63 используются при фрезеровании зака ленной стали и высокопрочных чугу нов. Новым инструментальным материалом, созданным на основе нитрида кремния, является силинит-Р. Он используется при чистовом точении ста лей, чугуна, алюминиевых сплавов. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Большое место в современном про изводстве деталей машин занимают процессы шлифования, при которых используются различные абразивные инструменты.

Режущими элементами этих инструментов служат твердые и теплоустойчивые зерна абразивного материала с острыми кромками.

Абразивные материалы подразделя ются на естественные и искусственные. К естественным абразивным материа лам относятся такие минералы, как кварц, наждак, корунд и др.

Естест венные абразивные материалы отли чаются большой неоднородностью, наличием посторонних примесей. Поэто му по качеству абразивных свойств они не удовлетворяют растущим потребностям промышленности. В настоящее время обработка ис кусственными абразивными материа лами занимает ведущее место в маши ностроении.

Наиболее распространенными искус ственными абразивными материалами являются электрокорунды, карбиды кремния и бора. К искусственным абразивным мате риалам относятся также полироваль но-доводочные порошки – оксиды хро ма и железа.

Особую группу искусственных абра зивных материалов составляют синте тические алмазы и кубический нитрид бора.

Электрокорунд получают электриче ской плавкой материалов, богатых оксидом алюминия, например, из боксита или глинозема в смеси с восста новителем (антрацитом или коксом). Электрокорунд выпускается следую щих разновидностей: нормальный, белый, хромистый, титанистый, циркониевый, монокорунд и сферокорунд.

Электрокорунд нормальный содержит 92-95 % оксида алюминия и подраз деляется на несколько марок: 12А, 13А, 14А, 15А, 16А. Зерна электроко рунда нормального наряду с высокой твердостью и .механической прочно стью имеют значительную вязкость, необходимую при выполнении работ с переменными нагрузками при больших давлениях.

Поэтому электрокорунд нормальный применяют для обработки различных материалов повышенной прочности: углеродистой и легированной сталей, ковкого и высокопрочного чугуна, никелевых и алюминиевых сплавов.

Электрокорунд белый марок 22А, 23А, 24А, 25А отличается высоким со держанием оксида алюминия (98- 99%). По сравнению с электрокорун дом нормальным он является более твердым, имеет повышенную абразивную способность и хрупкость.

Электро корунд белый может быть использован для обработки тех же материалов, что и электрокорунд нормальный.

Однако из-за более высокой стоимости его при меняют на более ответственных рабо тах для операций окончательного и профильного шлифования, резьбошли фования, заточки режущего инстру мента.

Электрокорунд хромистый марок 32А, ЗЗА, 34А наряду с оксидом алю миния А1 2 О 3 содержит до 2% оксида хрома С r 2 О 3 . Добавка оксида хрома меняет его микроструктуру и строение. По прочности электрокорунд хромис тый приближается к электрокорунду нормальному, а по режущим свойст вам - к электрокорунду белому. Ре комендуется применять электрокорунд хромистый для круглого шлифования изделий из конструкционных и углеро дистых сталей при интенсивных режи мах, где он обеспечивает повышение производительности на 20-30 % по сравнению с электрокорундом белым.

Электрокорунд титанистый марки 37А наряду с оксидом алюминия со держит оксид титана Т iO 2 . Он отлича ется от электрокорунда нормального большим постоянством свойств и по вышенной вязкостью. Это позволяет использовать его в условиях тяжелых и неравномерных нагрузок.

Электро корунд титанистый применяется на операциях предварительного шлифо вания с увеличенным съемом ме талла.

Электрокорунд циркониевый марки ЗЗА наряду с оксидом алюминия содержит оксид циркония. Он имеет высокую прочность и применяется в основном для обдирочных работ с боль шими удельными давлениями реза ния.

Монокорунд марок 43А, 44А, 45А получается в виде зерна, имеющего по вышенную прочность, острые кромки и вершины с более выраженным свой ством самозатачивания по сравнению с электрокорундом. Это обеспечивает ему повышенные режущие свойства.

Монокорунд предпочтителен для шли фования труднообрабатываемых ста лей и сплавов, для прецизионного шли фования сложных профилей и для сухого шлифования режущего инстру мента, Сферокорунд содержит более 99 % А1 2 0 3 и получается в виде полых сфер. В процессе шлифования сферы разру шаются с образованием острых кро мок.

Сферокорунд целесообразно при менять при обработке таких материалов, как резина, пластмассы, цветные металлы.

Карбид кремния получается в результате взаимодействия кремнезема и углерода в электрических печах, а за тем дробления на зерна. Он состоит из карбида кремния и незначительного количества примесей.

Карбид кремния, обладает большой твердостью, превосходящей твердость электрокорунда, высокой механической прочностью и режущей способностью.

Карбид кремния черный марок 53С, 54С, 55С применяют для обработки твердых, хрупких и очень вязких мате риалов; твердых сплавов, чугуна, стек ла, цветных металлов, пластмасс. Кар бид кремния зеленый марок 63С, 64С используют для заточки твердосплав ного инструмента, шлифования кера мики.

Карбид бора В 4 С обладает высо кой твердостью, высокой износоустойчивостью и абразивной способностью.

Вместе с тем карбид бора очень хру пок, что и определяет его применение в промышленности в виде порошков и паст для доводки твердосплавных ре жущих инструментов.

Абразивные материалы характери зуются такими основными свойствами, как форма абразивных зерен, зернис тость, твердость, механическая проч ность, абразивная способность зерен.

Твердость абразивных материалов характеризуется сопротивлением зерен поверхностному измельчению, местному воздействию приложенных сил. Она должна быть выше твердости обраба тываемого материала.

Твердость абразивных материалов определяют мето дом царапания острия одного тела по поверхности другого или методом вдавливания алмазной пирамиды под малой нагрузкой в абразивное зерно . Механическая прочность характери зуется дробимостью зерен под влияни ем внешних усилий.

Оценку прочности производят раз давливанием навески абразивных зе рен в стальной форме под прессом с помощью определенной статической нагрузки . При обдирочных режимах с боль шим съемом металла требуются прочные абразивы, а при чистовом шлифовании и обработке труднообрабатываемых материалов предпочтительны абразивы с большей хрупкостью и способностью к самозатачиванию. АЛМАЗЫ И ДРУГИЕ СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ Алмаз как инструментальный материал получил в последние годы широ кое применение в машиностроении. В настоящее время выпускается большое количество разнообразного инструмента с использованием алма зов: шлифовальные круги, инструмен ты для правки шлифовальных кругов из электрокорунда и карбида кремния, п асты и порошки для доводочных и притирочных операций.

Значительные по размерам кристаллы алмазов применяют для изготовления алмазных резцов, фрез, сверл и других режущих инструментов.

Область применения ал мазного инструмента с каждым годом вес более расширяется. Алмаз представляет собой одну из модификаций углерода кристалличес кого строения. Алмаз – самый твер дый из всех известных в природе ми нералов.

Высокая твердость алмаза объясняется своеобразием его кристаллического строения, прочно стью связей атомов углерода в крис таллической решетке, расположенных на равных и очень малых расстояниях друг от друга.

Коэффициент теплопроводности ал маза в два и более раза выше, чем у сплава ВК8, поэтому тепло от зо ны резания отводится сравнительно быстро.

Возросшие потребности в алмазном инструменте не могут быть полностью удовлетворены за счет природных ал мазов. В настоящее время освоено промышленное производство синтети ческих алмазов из графита при боль ших давлениях и высоких температу рах.

Синтетические алмазы могут быть различных марок, которые отличаются между собой прочностью, хрупкостью, удельной поверхностью и формой зе рен. В порядке возрастания прочности, снижения хрупкости и удельной поверхности марки шлифовальных по рошков из синтетических алмазов располагаются так: АС2, АС4, АС6, АС15, АС32. Микропорошки из природных алма зов имеют марки АМ и АН, а из синте тических АСМ и АСН. Микропорошки марок АМ и АСМ нормальной абразивной способности предназначены для изготовления аб разивного инструмента, которым обра батывают твердые сплавы и другие твердые и хрупкие материалы, а так же детали из стали, чугуна, цвет ных металлов при необходимости по лучения высокой чистоты поверхно сти.

Микропорошки марок АН и АСН, имеющие повышенную абразивную способность, рекомендуются для обра ботки сверхтвердых, хрупких, трудно обрабатываемых материалов. С целью повышения эффективности работы алмазного абразивного инструмента применяют алмазные зерна, по крытые тонкой металлической плен кой. В качестве покрытий используют металлы с хорошими адгезионными и капиллярными свойствами по отноше нию к алмазу – медь, никель, серебро, титан и их сплавы.

Эльбор имеет твердость, близкую к твердости алмаза, такую же прочность и большую теплостойкость и не теряет режущих свойств при нагреве до 1500-1600 °С. Абразивные порошки эльбора вы пускаются двух марок: ЛО и ЛП. Зер на ЛО имеют более развитую поверх ность и меньшую прочность, чем зер на ЛП. Подобно зернам синтетических алмазов, абразивные порошки эльбора имеют три группы зернистости: шлиф зерно (Л25-Л16), шлифпорошки (Л12-Л4) и микропорошки (ЛМ40- ЛМ1). К числу новых видов инструменталь ных материалов относятся сверхтвер дые поликристаллы на основе алмаза и кубического нитрида бора.

Диаметр заготовок из сверхтвердых поликрис таллов находится в пределах 4-8мм, а высота – 3-4мм. Такие размеры заготовок, а также совокупность фи зических, механических свойств по зволяют с успехом использовать рас сматриваемые материалы в качестве материала для изготовления режущей части таких инструментов, как резцы, торцевые фрезы и др.

Сверхтвердые поликристаллы на ос нове алмаза особенно эффективны при резании таких материалов, как стеклопластики, цветные металлы и их спла вы, титановые сплавы.

Значительное распространение рас сматриваемых композитов объясняется рядом присущих им уникальных свойств – твердостью, приближаю щейся к твердости алмаза, высокой теплопроводностью, химической инерт ностью к железу.

Однако они облада ют повышенной хрупкостью, что делает невозможным их применение в условиях ударных нагрузок. Более устой чивы к удару инструменты из компо зитов 09 и 10. Они оказываются эффективными при обработке с тяже лыми режимами и ударными нагрузка ми закаленных сталей и чугунов. При менение сверхтвердых синтетических материалов оказывает существенное влияние на технологию машинострое ния, открывая перспективу замены во многих случаях шлифования точением и фрезерованием.

Перспективным видом инструмен тального материала являются двух слойные пластины круглой, квадрат ной, трехгранной или шестигранной форм.

оценка новостройки в Белгороде
оценить ресторан в Москве
оценка гостиницы в Калуге