Режущего инструмента

Материалы для изготовления

Сущность процесса резания металлов

Процесс резания металлов заключается в снятии с заготовки определённого слоя металла с целью получения поверхности необходимой формы и размеров. Металлорежущий инструмент – это часть станка, непосредственно воздействующая на заготовку. Сложный процесс резания металлов имеет свои закономерности, которые необходимо знать для того чтобы: а) сделать этот процесс производительным и экономичным; б) правильно рассчитывать и конструировать станки, приспособления и режущие инструменты.

Основными вопросами, изучаемыми наукой о резании металлов, являются следующие:

а) инструментальные материалы;

б) геометрия режущего инструмента;

в) физические основы процесса резания;

г) силы, возникающие в процессе резания;

д) износ инструмента, его стойкость, скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента;

е) режимы резания (глубина резания, скорость резания, подача).

3. Развитие науки о резании металлов.

Основоположниками науки о резании металлов являются русские учёные. В 1868 году проф. С-Петербургского горного института И.А. Тиме впервые дал описание внешней картины процесса резания, выдвинул гипотезу, трактующую процесс резания как процесс последовательного скалывания частей срезаемого слоя, предложил первую классификацию типов стружек.

В 1893 г. проф. Харьковского политехнического института К.А. Зворыкин развил представление Тиме о стружке на основе приложения к процессу резания положений теоретической механики и сопротивления материалов. Он дал аналитический вывод уравнения для определения силы резания. Он же впервые при помощи сконструированного им динамометра провёл эксперименты по определению зависимости сил резания от элементов режимов резания.

В 1915 году мастер механических мастерских С. Петербургского политехнического института Я.Г. Усачёв применил металлографический метод исследования процесса стружкообразования. Он же впервые исследовал процесс наростообразования на режущем инструменте.

В советский период развития появились быстрорежущие стали, твёрдые сплавы, допускающие скорости резания до 2500 м/мин по стали. В период с 1936 по 1941 гг. по единому плану передовые заводы провели более 120000 экспериментов по установлению прогрессивных режимов резания. В последующие годы используются такие методы исследования как: металлографический, координатных сеток, высокочастотной киносъёмки, рентгеновский и ряд других

4.1. Условия работы инструмента, требования, предъявляемые к инструментальным материалам, группы инструментальных материалов

В процессе резания инструмент, его режущая часть подвергается большим давлениям, трению и нагреву, что приводит к износу режущего инструмента или даже к полному разрушению (рис.15). Поэтому основными требованиями к инструментальным материалам являются:

1. достаточная твёрдость (HRC), прочность σ_и и ударная вязкость;

2. теплостойкость – способность инструментального материала сохранять достаточную твёрдость при высоких температурах нагрева в течение длительного времени.

Для изготовления режущего инструмента применяются следующие группы инструментальных материалов:

- инструментальные углеродистые стали;

- инструментальные легированные стали;

- быстрорежущие стали;

- металлокерамические твёрдые сплавы;

- минералокерамические твёрдые сплавы;

- алмазы (синтетические и природные;

- абразивные материалы;

- конструкционные стали (для державок).

4.2. Инструментальные углеродистые стали

У7, У8, У9, У10А, У11А, У12А, У13А.

Содержание углерода до 1,3%, твёрдость после термообработки HRC 58…64 ед. Теплостойкость невысокая – 200…300ºС. в связи с этим из этих сталей изготавливают инструмент, работающий с невысокими скоростями резания (слесарный инструмент). Чем больше в стали содержание углерода, тем он твёрже и хрупче. Это и определяет область их применения. Из высокоуглеродистых сталей делают инструменты со спокойной нагрузкой - напильники, шаберы, из низкоуглеродистых - зубила, кернеры, клейма, штампы

4.3. Инструментальные легированные стали

Теплостойкость инструментальной углеродистой стали можно повысить введением в неё легирующих элементов: хрома (Х), вольфрама (В), молибдена (М), ванадия (Ф), марганца (Г). Стали с добавкой таких элементов называются инструментальными легированными. Их теплостойкость – 250-300ºС. Из них изготавливаются инструменты, работающие при значительных скоростях резания. 9ХС – метчики, плашки, мелкий инструмент для обработки отверстий. ХВГ – протяжки, длинные развёртки. Эти стали мало деформируются при термообработке.

4.4. Быстрорежущие стали Р18, Р9, Р18Ф2, Р9К5, Р9Ф5

Буква Р – сталь быстрорежущая, цифра после буквы содержание вольфрама в %. Во всех марках около 4% хрома. Твёрдость быстрорежущих сталей HRC 65 ед., теплостойкость 600-700ºС, поэтому инструменты из быстрорежущих сталей допускают скорость резания в 2-3 раза больше по сравнению с инструментальными легированными сталями. Недостаток – значительное содержание дорогостоящего дефицитного вольфрама. Снижают содержание вольфрама введением ванадия и кобальта (Р9Ф5, Р9К5). Режущие свойства при этом сохраняются. При изготовлении резцов быстрорежущую сталь применяют в виде пластинок, напаиваемых на державку, которая изготавливается из обычной конструкционной стали. При изготовлении более сложного инструмента (свёрла, зенкеры, развёртки, метчики, фрезы) режущую часть изготавливают из быстрорежущей стали, а нерабочую часть – хвостовик из конструкционной стали, соединяемых сваркой.

4.5. Металлокерамические твёрдые сплавы

состоят из тугоплавких карбидов вольфрама, титана, молибдена, распространённых в кобальтовой цементирующей связке. Карбиды обладают значительной твёрдостью HRВ 87-92 и высокой теплостойкостью 800-900ºС, обеспечивают высокую режущую способность инструмента, допускают скорости резания в 3-4 раза больше по сравнению с Р18. Кобальтовая связка обладает вязкостью и создаёт у инструментов необходимое сопротивление удару и изгибу. Твёрдые сплавы подразделяются на 4 группы:

вольфрамовые (ВК)	титановольфрамовые (ТК)	Титанотантало вольфрамовые (ТТК)	безвольфрамовые
ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10;	Т5К10, Т15К6, Т30К4;	ТТ7К12	ТН30М
ВК8 содержит 8% кобальтовой связки и 92% карбида вольфрама	Т15К6 –6% кобальта,15% карбида титана, остальные 79% карбида вольфрама	12% кобальта, 7% карбида титана и тантала, 81% карбида вольфрама	30% никеля и молибдена и 70% карбида титана
для обработки чугунов, а также сталей при черновой обработке	для работ без ударной нагрузки(чистовая обработка)	при работе с ударами: строгание, фрезерование, сверление стальных поковок и отливок	аналогично группе ТК

4.6. Минералокерамические материалы

Дороговизна и дефицит вольфрама заставляют изыскивать заменителей металлокерамических сплавов. Одним из них является минералокерамика ЦМ 332, основу которого составляет глинозём Al₂O₃ . ЦМ 332 обладает высокой твёрдостью HRC 91-93 ед. и теплостойкостью t =1200ºС, но уступает металлокерамическим сплавам по пределу прочности на изгиб (30-40 кг/мм²) и по этому имеет ограниченное применение на операциях чернового и чистового точения чугунов и сталей

4.7. Алмазы –

самые твёрдые природные минералы (чистый углерод). Обладают твёрдостью около 10000 кг/мм², теплостойкость до 850ºС, обладают высокой износоустойчивостью, обеспечивают сохранение у инструментов острой режущей кромки. В природе встречаются в виде небольших кристаллов различной формы. Из кристаллов и их осколков изготавливают однолезвийный режущий инструмент и алмазнометаллические карандаши для правки шлифовальных кругов, а также притирочные пасты. Недостатки алмазов: хрупкость (σ_{и =} 40 кг/мм²) и дороговизна. Синтетические алмазы получают из графита при высоком давлении и высокой температуре. полученные кристаллы дробят в порошки, которые используют для изготовления алмазного абразивного инструмента.

4.8. Сверхтвёрдые материалы

На основе порошков из алмазов КНБ (кубического нитрида бора) и их смесей производится гамма различных сверхтвёрдых поликристаллических материалов:

- эльбор Р – получают в виде крупных поликристаллов (d=3-6 мм., длина 4-5 мм). твёрдость до 9000 кг/мм^2, , теплостойкость t до 1400ºС. прочность σ_{и =} 100 кг/мм² ) Применяется при обработке закалённых и цементированных сталей, высокопрочного чугуна, твёрдых сплавов, как для лезвийного, так и для абразивного инструмента;

- исмит;

- гексанит Р;

- славутич

(журнал «Машиностроитель, №3 1975 г. стр. 26-30)

4.9 Конструкционные стали:

сталь 45, 40, 40Х, 45Х, 40ХН применяются для изготовления державок, хвостовиков, корпусов сборного режущего инструмента.

РАЗДЕЛ 3. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ТОЧЕНИЕМ И СТРОГАНИЕМ

Дата добавления: 2014-10-17