УПМеталлорежущий инструмент-Пр-4. С. И. Моднов, Е. Н. Щекина металлорежущий инструмент ярославль 2011

Скачать 21.46 Mb. Название С. И. Моднов, Е. Н. Щекина металлорежущий инструмент ярославль 2011 Анкор УПМеталлорежущий инструмент-Пр-4.docx Дата 14.04.2017 Размер 21.46 Mb. Формат файла Имя файла УПМеталлорежущий инструмент-Пр-4.docx Тип Реферат #1122 страница 2 из 17

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17 Рисунок 1 – Твердый сплав Обозначение твёрдых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы: В – вольфрам; Т – титан; ТТ – (второе "Т") тантал; К – кобальт, и цифры, обозначающие массовые доли карбидов элементов, выраженные в процентах, сумма которых составляет 100 %. Например, марка ВК8 (однокарбидный сплав) содержит 8 % кобальта и 92 % карбидов вольфрама; марка Т5К10 (двухкарбидный сплав) содержит 5 % карбидов титана, 10 % кобальта и 85 % карбидов вольфрама; марка ТТ8К6 (трёхкарбидный сплав) содержит 6 % кобальта, 8 % карбидов титана и тантала, 86 % карбидов вольфрама. Таблица 3 – Свойства и области применения твердых сплавов Марка сплава Предел прочности на изгиб, МПа, не менее HRA, не менее Область применения Вольфрамовая группа сплавов ВК3 1176 89,5 Чистовая и окончательная обработка (точение, нарезание резьбы, размерная обработка отверстий и др.) серого чугуна, цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов ВК6 1519 88,5 Черновая и получистовая обработка (точение, нарезание резьбы резцами, фрезерование, рассверливание и растачивание, зенкерование отверстий) серого чугуна, цветных металлов и их сплавов ВК8 1666 87,5 Черновая обработка при неравномерном сечении среза и прерывистом резании серого чугуна, цветных металлов и их сплавов, коррозионно-стойких, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, титановых сплавов (точение, строгание, фрезерование, сверление, зенкерование) Титановольфрамовая группа сплавов Т30К4 980 92,0 Чистовая обработка незакалённых и закалённых углеродистых сталей (точение, нарезание резьбы, развёртывание) Т15К6 1176 90,0 Получистовое точение (непрерывное резание), чистовое точение (прерывное резание), нарезание резьбы резцами и вращающимися головками, получистовое и чистовое фрезерование сплошных поверхностей, растачивание, чистовое зенкерование, развёртывание при обработке углеродистых и легированных сталей Т5К10 1421 88,5 Черновое точение и фрезерование при неравномерном сечении и прерывистом резании, фасонное точение, отрезка резцами, чистовое строгание и другие виды обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине Титано-танталовольфрамовая группа сплавов ТТК12 1666 87,0 То же, что и для сплава Т5К12, за исключением сверления стали. Тяжёлое черновое фрезерование углеродистых и легированных сталей ТТ8К6 1323 90,5 Чистовое и получистовое точение, растачивание, фрезерование и сверление серого, ковкого и отбеленного чугунов. Непрерывное точение с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных коррозионно-стойких сталей, в том числе и закалённых. Обработка сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малыми и средними сечениями среза ТТ20К9 1470 91,0 Фрезерование стали, особенно глубоких пазов, и другие виды обработки, обусловливающие повышенные требования к сопротивлению сплава тепловым и механическим циклическим нагрузкам Сравнительно недавно для изготовления режущих инструментов стали применять минералокерамические материалы. Наиболее широкое распространение получил минералокерамический материал ЦМ-332, состоящий в основном из оксида алюминия Al2O3 с небольшой добавкой (массовая доля 0,5-1,0 %) окиси магния MgO, которая препятствует росту кристаллов во время спекания и является хорошим связующим средством. Минералокерамические материалы более дешевые, чем твердые сплавы, т.к. в их состав не входят дорогостоящие элементы  кобальт и вольфрам. Минералокерамика ЦМ-332 обладает высокой красностойкостью, которая достигает 1200 °С, и достаточной твердостью, что позволяет вести обработку стали, чугуна и цветных сплавов при высоких скоростях резания. Однако минералокерамика отличается низкой прочностью и большой хрупкостью, что приводит к частым выкрашиваниям и поломкам пластинок при работе. С целью улучшения свойств минералокерамики проводят работы по созданию керамико-металлических материалов (керметов), состоящих из минералокерамики и металлических добавок в виде карбидов вольфрама и молибдена. Введение в состав данных карбидов улучшает физико-механические свойства минералокерамики, увеличивает производительность обработки в результате повышения скорости резания. Для обработки закаленных сталей, высокопрочных чугунов и твердых сплавов применяют инструмент, режущая часть которого изготовлена из сверхтвердых материалов на основе нитрида бора и алмазов. При обработке деталей из закаленных сталей и высокопрочных чугунов применяют инструмент, изготовленный из крупных поликристаллов на основе кубического нитрида бора (эльбора Р). Твердость эльбора Р приближается к твердости алмаза, а его температуростойкость в два раза выше температуростойкости алмаза. Эльбор Р химически инертен к материалам на основе железа. Из других сверхтвердых материалов, применяемых для обработки резанием, следует отметить синтетические алмазы (балас, марка АСБ) и карбонадо (марка АСПК). Карбонадо химически более активен к углеродсодержащим материалам, поэтому его используют при точении деталей из цветных металлов, высококремнистых сплавов, твердых сплавов и неметаллических материалов. Стойкость резцов из карбонадо в 20-50 раз выше стойкости резцов из твердых сплавов. В разных странах количество видов и марок выпускаемых инструментальных материалов велико, что послужило причиной их классификации и систематизации. В таблице 4 приведено соответствие марок твердых сплавов международной классификации ISO. В зависимости от обрабатываемого материала и типа снимаемой стружки твердые спеченные сплавы подразделяются на три основные группы резания: Р, М и К. В зависимости от видов и режимов обработки резанием основные группы резания подразделяются на группы применения. Таблица 4 – Соответствие марок твердых сплавов международной классификации Основные группы резания Группы применения Обозна-чение Цвет марки-ровки Обозна-чение Обрабатываемый материал и тип снимаемой стружки Вид обработки и условия применения P Р01 Сталь, стальное литье; сливная стружка Чистовое точение, растачивание, развертывание. Высокая точность обработки и высокое качество поверхности изделия. Отсутствие вибрации во время работы Р10 Сталь, стальное литье; сливная стружка Точение, точение по копиру, фрезерование, рассверливание, растачивание Р20 Сталь, стальное литье, ковкий чугун и цветные металлы; сливная стружка Точение, точение по копиру, фрезерование, чистовое строгание Р25 Сталь нелегированная, низко- и среднелегированная Фрезерование, в том числе и фрезерование глубоких пазов, другие виды обработки, при которых предъявляются повышенные требования к сопротивлению сплава тепловым и механическим нагрузкам Р30 Сталь, стальное литье, ковкий чугун; сливная стружка Черновое точение, фрезерование, строгание. Для работ в неблагоприятных условиях* Р40 Сталь, стальное литье с включениями песка и раковинами; сливная стружка и стружка надлома Черновое точение, строгание. Для работ в особо неблагоприятных условиях* Р50 Сталь, стальное литье со средней или низкой прочностью, с включениями песка и раковинами; сливная стружка и стружка надлома Точение, строгание, долбление при повышенных требованиях к прочности твердого сплава в связи с неблагоприятными условиями резания*. Для инструмента сложной формы M М10 Сталь, стальное литье, высоколегированные стали, в том числе аустенитные, жаропрочные труднообрабатываемые стали и сплавы, серый, ковкий и легированный чугуны; сливная стружка и стружка надлома Точение и фрезерование М20 Стальное литье, аустенитные стали, марганцовистая сталь, жаропрочные трудно обрабатываемые стали и сплавы, серый и ковкий чугуны; сливная стружка и стружка надлома Точение и фрезерование М30 Стальное литье, аустенитные стали, жаропрочные труднообрабатываемые стали и сплавы, серый и ковкий чугуны; сливная стружка и стружка надлома Точение, фрезерование, строгание. Условия резания неблагоприятные* М40 Низкоуглеродистая сталь с низкой прочностью, автоматная сталь и другие металлы и сплавы, сливная стружка и стружка надлома Точение, фасонное точение, отрезка преимущественно на станках-автоматах Окончание таблицы 4 Основные группы резания Группы применения Обозна-чение Цвет марки-ровки Обозна-чение Обрабатываемый материал и тип снимаемой стружки Вид обработки и условия применения K К01 Серый чугун преимущественно высокой твердости, алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния, закаленная сталь, керамика, стекло; стружка надлома Чистовое точение, растачивание, фрезерование, шабрение К05 Легированные и отбеленные чугуны, закаленные стали, нержавеющие высокопрочные и жаропрочные стали и сплавы; стружка надлома Чистовое и получистовое точение, растачивание, развертыва-ние К10 Серый и ковкий чугуны преимущественно повышенной твердости, закаленная сталь, алюминиевые и медные сплавы, пластмассы, стекло, керамика; стружка надлома Точение, растачивание, фрезерование, сверление К20 Серый чугун, цветные металлы, пластмассы; стружка надлома Точение, фрезерование, строгание, сверление, растачивание К30 Серый чугун низкой твердости и прочности, сталь низкой прочности, древесина, цветные металлы, пластмасса; стружка надлома Точение, фрезерование, строгание, сверление. Работа в неблагоприятных условиях*. Допустимы большие передние углы заточки инструмента К40 Цветные металлы, пластмассы; стружка надлома Точение, фрезерование, строгание. Допустимы большие передние углы заточки инструмента Примечание: *Неблагоприятными условиями работы следует считать работу с переменной глубиной резания, с прерывистой подачей, с ударами, вибрациями, с наличием литейной корки и абразивных включений в обрабатываемом материале Группы применения обозначаются буквой основной группы резания и числовым индексом, который характеризует изменение вида обработки, режима резания и свойств твердого сплава. Чем выше число индекса в обозначении труппы применения, тем ниже износостойкость твердого сплава и допускаемая скорость резания, но выше прочность твердого сплава и допускаемые подача и глубина резания при обработке резанием. На современном этапе, на производстве все чаще применяют инструмент, оснащенный неперетачиваемыми пластинами с износостойкими покрытиями. Существует два основных метода нанесения износостойких покрытий: химический (CVD) и физический (PVD). CVD (Chemicalvapordeposition) – износостойкие покрытия получаемые путем химического процесса осаждения при высоких температурах 950- 1050 °С из парогазовой среды. Покрытия представляют собой кристаллическую структуру из химически инертных и тугоплавких соединений, таких как карбид титана TiC, нитрид титанаTiN, оксид алюминия Al2O3 . Хорошие эксплуатационные качества износостойких CVD покрытий обеспечили их широкое распространение в промышленности (таблица 5). Таблица 5 – Неперетачиваемые пластины с покрытием CVD Пластина Характеристика Покрытие CVD (Ti(C,N) – Al2O3 – TiN) толщиной 5,5 мкм нанесено на поверхность основы, обладающей высокой устойчивостью к термическим и механическим ударам. Высокая адгезия покрытия, высокая стойкость основы к пластической деформации и износу по передней поверхности, даже при сильном нагреве, снижают трение и наростообразование Пластина имеет прочную основу, которая обеспечивает достаточно высокую прочность режущих кромок. Покрытие типа CVD (TiN – Ti(C,N) – TiС) толщиной 2,5 мкм способствует повышению износостойкости и снижению трения. Пластина с данным покрытием отлично работает с большими нагрузками, например в условиях прерывистого резания на малых скоростях Покрытие пластины отличается твердой основой, устойчивой к пластической деформации, вследствие хорошей способности сохранять свою твердость при высоких температурах. Двухслойное покрытие из Ti(C,N) и Al2O3, нанесенное методом CVD, обеспечивает отличную стойкость к абразивному износу по задней поверхности PVD (Physicalvapordeposition) или КИБ (конденсация с ионной бомбардировкой) – износостойкие покрытия получаемые путем физического осаждения. Данное покрытие наилучшим способом улучшает свойства тех режущих инструментов, где технология CVD неэффективна или бесполезна (таблица 6). Во-первых, PVD реализуется при более низких температурах, не превышающих 500 °С, что позволяет покрывать как твердосплавные пластины, так и инструменты из быстрорежущей стали. Во-вторых, покрытие PVD может быть нанесено на острую кромку и вследствие равномерного характера осаждения не вызывает ее притупления. Таблица 6 – Неперетачиваемые пластины с покрытием PVD Пластина Характеристика Покрытие PVD типа TiAlN – TiN толщиной 4 мкм. Это покрытие обладает высокой износостойкостью и одновременно прочностью, что в комбинации с мелкозернистой твердой основой обеспечивает сплаву высокую остроту режущих кромок с хорошей сопротивляемостью выкрашиванию. Используется при высоких требованиях к точности и качеству обрабатываемой поверхности Покрытие PVD TiN толщиной 1-2 мкм нанесено на поверхность особомелкозернистой основы, которая разработана специально для высококачественной обработки. Данное покрытие позволяет осуществлять достаточно эффективную и высокопроизводительную обработку как сталей, так и чугунов Несмотря на все достоинства покрытия PVD, оно не может соперничать с более мощными покрытиями CVD, суммарная толщина слоев которых может достигать 22-25 мкм, поэтому по сей день уступает им долю рынка сменных неперетачиваемых пластин. Большинство покрытий в настоящий момент выпускаются многослойными с целью создания требуемого уровня защиты инструментальной основы от механических и химических факторов износа за счет комбинации свойств различных частей своей слоистой структуры. Известно, что первопричиной разрушения материалов стандартной структуры с размерами зерен свыше 1 мкм является формирование трещин, возникающих вследствие внутренних деформаций. В наноструктурированных материалах с размерами зерен менее 80-100 нм проявляется иной механизм разрушения. Материал покрытия в наноразмерных зернах практически идеален. Разрушения зерен вследствие внутренних деформаций практически не встречаются, а если они и происходят, то они быстро и эффективно тормозятся на границах зерен. В наноматериалах наблюдается препятствование ветвлению и движению трещин вследствие упрочнения границ зерен. Ведущие разработчики покрытий для режущего инструмента, получаемых методами физического осаждения PVD, разработали гамму наноструктурированных покрытий для нанесения на режущие инструменты, которые предлагаются потребителям для широкого применения. Наибольшее распространение пока получили покрытия (Ti, Al)N, где нанослои нитридов титана и алюминия постоянно меняются местами, создавая градиент концентрации составных элементов. Такие покрытия называют наноградиентными (рисунок 2). 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17