Технологии высокопроизводительного шлифования инструментальных и композицион-ных материалов кругами из СТМ

Для современного машиностроения характерно широкое использова­ние новых инструментальных материалов. В структуру последних для повышения твердости, проч­ности, химической инертности, снижения коэффициента трения дополнительно вводят карбиды пе­реходных металлов IVb–Vb подгрупп. Для быстрорежущих сталей типично введение карбидов ва­надия и ниобия, для твердых сплавов — карбидов титана, тантала, ниобия, для безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС) — карбида титана, инструментальной керамики — карбидов титана и цир­кония. Шлифование таких материалов характеризуется быстрой потерей кругом режущей способно­сти, повышением вследствие этого силовых и температурных факторов процесса шлифования, что приводит к снижению механических характеристик поверхностного слоя материалов, возникновению трещин и сколов. Такие затруднения при обработке связаны в значительной степени с тем, что ука­занные материалы имеют наиболее высокие механические показатели, например, твердости, низкие показатели теплопроводности, низкую стойкость к окислению, а также изменяющиеся механические характеристики и характеристики качества поверхностного слоя, что связано с наличием у добавляе­мых карбидов области гомогенности. Максимальная производительность обработки таких материа­лов кругами из сверхтвердых материалов (СТМ) с охлаждением составляет 900–1200 мм³/мин, что крайне недостаточно для современного производства. Поэтому решение вопроса о повышении эф­фективности обработки современных инструментальных материалов является актуальной и важной проблемой.

Реальным способом интенсификации процесса обработки таких материалов является снижение контактных нагрузок в зоне шлифования путем изменения характеристик контактных поверхностей за счет введения в зону обработки дополнительной энергии, т.е. применения процессов вибро- и электрошлифования. Это позволит управлять контактными процессами в зоне обработки, используя изменение состояния и состава пленок на контактных поверхностях, формоизменение режущей по­верхности кругов, эффекты изменения концентрации подвижной фазы инструментальных компози­тов. Следует указать, что прямое использование традиционных процессов вибро- и электрошлифова­ния не позволит достичь необходимой цели, поскольку для этого нужно изменить направленность физико-химического воздействия.

Высокопроизводительное шлифование инструментальных материалов, основанное на использо­вании вибрационных и электрофизических методов обработки и шлифовальных кругов из синтети­ческих алмазов и кубического нитрида бора (КНБ) обеспечивает повышение производительности шлифования в 2–3 раза и снижение расхода инструментальных и сверхтвердых материалов на 2 50 % и более. Технология реализована в условиях промышленного производства режущих инстру­ментов — плоских ножей, крупногабаритных штампов и протяжек, сложнопрофильных разверток, фрез и сверл, в т.ч. мелкоразмерных, режущих сменных многогранных пластин (РСМП) — которые ранее кругами из СТМ не обрабатывались или обрабатывались с недостаточной эффективностью, а также в конкурентноспособных технологиях, закупаемых у зарубежных фирм.

Высокопроизводительное алмазное шлифование режущих инструментов из твердых сплавов, ин­струментальных сталей и керамики, разработанное на основе кинематики процессов шлифования, реализовано в технологических устройствах и специализированных станках с использованием шли­фовальных кругов с функционально-ориентированным рабочим слоем из СТМ для обработки резцов, ножовочных полотен, дисковых пил, фасонных инструментов с повышением производительности обработки в 2–5 раз.

Автоматизированная заточка твердосплавных резцов общего назначения в условиях их массового производства реализована благодаря применению созданного в Институте сверхтвердых материалов НАН Украины специализированного станка-автомата мод. МЗ-54 (рисунок), основанного на новой кинематической схеме. Технология обеспечивает увеличение производительности обработки в 3 раза, снижение расхода алмазных кругов на 30–50 % и исключает применение кругов из карбида кремния и электрокорунда.

Автоматизированная заточка ножовочных полотен из инструментальных сталей, основанная на применении специализированного станка-полуавтомата, обеспечивает повышение производитель­ности в 5 раз и снижение стоимости обработки на 50 %. Впервые показано, что при шлифовании ин­струментальных сталей при скорости круга порядка 80 м/с работоспособность алмазных кругов и кругов из кубонита равнозначна.

Заточка дисковых дереворежущих пил с пла­стинками из твердого сплава основана на тех­нологической схеме глубинного шлифования и применении специальных устройств для исполь­зования СОЖ, алмазных кругов с одно- и двух­слойным рабочим слоем, что позволяет произ­водить обработку инструмента при глубинах шлифования 0,5–1,0 мм, достичь шероховато­сти обработанной поверхности по параметру Ra = 0,20 мкм и повысить срок службы инстру­мента в 1,2–1,8 раза.

Заточка дисковых пил. Особенностью заточки дисковых пил, оснащенных пластинками из твердого сплава, является то, что режущие кромки зубьев должны обладать достаточно большой остротой (радиус округления 5–15мкм) при шероховатости рабочих поверхностей Ra не более 0,16 мкм. Технологический процесс включает применение шлифовальных алмазных кругов на органических и металлических связках на универсально-заточных станках.

Заточка ножей-лезвий из инструментальных сталей для резки длинномерного лавсанового и дру­гого волокна (жгутов), необходимого при производстве бумажной и картонной продукции, произво­дится на специализированном оборудовании. Материал ножей — хромистая литая сталь твердостью HRC 56–60. Особенность заточки — необходимость обеспечения радиуса округления режущей кромки порядка 1–2 мкм и допуска на линейный размер ширины ножей ±0,05 мм, что позволило по­высить их стойкость в 2 раза.

Шлифование и заточка плоских ножей из инструментальных сталей и твердых сплавов для бума­горезательных машин, применяемых в полиграфической промышленности, являются эффективными за счет достижения гарантированной стойкости и долговечности обрабатываемого инструмента, что имеет первостепенное значение для увеличения производительности полиграфического оборудова­ния, получения требуемого качества производимой продукции, сокращения расхода инструменталь­ных и абразивных материалов.

Основную номенклатуру составляют плоские ножи из инструментальной стали марки 9ХФ (ГОСТ 5950–73) и двухслойной стали — корпус из стали марки 10 (ГОСТ 1050–60), режущий слой — из стали 9ХФ. Твердость ножей из однослойной стали — HRC 52–58, из двухслойной — HRC 56–62. Шероховатость поверхности ножей Ra = 1,25 мкм. Основные типоразмеры ножей: длина 350–2000 мм, ширина — 80–160 мм, толщина — 10–14 мм. Достигаются следующие показатели обработки: шероховатость обработанной поверхности Ra = 1,25; величина радиуса округления режущей кромки Р = 10–15 мкм. Гарантированная стойкость ножей — не менее 3 часов; количество переточек одного ножа — 60; ко­личество резов обрабатываемой продукции за один период стойкости ножа — не менее 1000.

Шлифование фасонного твердосплавного инструмента, применяемого при производстве подшип­ников, основано на применении шлифовальных кругов с металлизированными алмазами, эффектив­ных СОЖ и устройств для их использования. Реализация технологии на ГПЗ-18 и ГПЗ-28 (Украина) и ГПЗ-15 (Россия) показала, что при этом достигается увеличение стойкости обрабатываемого инстру­мента на 30–40 % и снижение стоимости его обработки в 1,5–2,0 раза.

Электрошлифование инструментальных материалов основано на использовании направленного электрофизического и электрохимического воздействия как на обрабатываемую, так и на режущую поверхность шлифовальных кругов. Такая технология позволяет достичь производительности обра­ботки до 2500 мм³/мин, повысить качество инструмента и увеличить его стойкость в 1,3–2,0 раза.

Шлифование многогранных пластин из твердых сплавов и режущей керамики основано на приме­нении специальных шлифовальных кругов форм 6А2 (диаметр 250, 350, 400 и 500 мм, ширина рабо­чего слоя от 10 до 100 мм), 12А2-25⁰ (диаметр — 150 мм, ширина слоя — 2 мм, высота слоя — 3 мм) и 12А9В (диаметр — 250 мм, ширина слоя — 3,5 мм, высота слоя — 5 мм) на металлических и поли­мерных связках, которые позволяют производить шлифование опорных поверхностей, радиусов и упрочняющих фасок РСМП соответственно. Технология обеспечивает гарантированную размерную стойкость шлифовальных кругов и снижение теплонапряженности процесса шлифования.

Алмазное шлифование периферии многогранных пластин специальными алмазными кругами на полимерных связках позволяет обрабатывать РСМП с производительностью до 900 мм³/мин. При этом применяют специальные круги формы 6А2 с наружным диаметром 350 мм, шириной рабочего слоя 8, 10, 15 и 20 мм, толщиной слоя — 5 и 8 мм. Выполняют круги двух вариантов — сборные, со­стоящие из корпуса и сменного алмазоносного кольца, и только из сменного алмазоносного кольца. Диаметр посадочных отверстий корпуса — 260 мм, кольца — 315 мм. Наименьший относительный расход алмазов и наиболее низкие значения величины шероховатости достигаются при использова­нии алмазов марки АС6 с покрытием МАВ и без покрытия, зернистостью алмазов 80/63 (допускается 63/50) и концентрацией 100 % (допускается 75 %) на полимерных (В1-11П) и металлополимерных (В1-13)связках.

Рекомендуемые режимы алмазного шлифования: окружная скорость вращения круга — 20–25 м/с, давление — 2,5–3,5 МПа, частота осцилляции пластины — 60–80 дв.ход/мин. При шлифо­вании рекомендуется использовать СОЖ.

Преимуществами процесса шлифования с применением кругов на полимерных и металлополи­мерных связках являются снижение частоты правки кругов по сравнению с известными процессами в 1,25–1,67 раза и обеспечение величины шероховатости обработанной поверхности периферии пла­стин по параметру Ra = 0,12–0,22 мкм.

Разработанные круги конкурентоспособны на рынке наряду с кругами фирмы “Вендт” (Германия). Процесс выполняется на станках мод. МШ289, WAM200, WAM300/12, WAM300/35, WAM336.

Шлифование фасок твердосплавных РСМП производят специальными алмазными узкокромочны­ми кругами формы 12А2-25 ° диаметром 150 мм, шириной алмазоносного слоя 2 мм и высотой слоя 3 мм на металлической связке М2-01. Наименьший относительный расход алмазов и наиболее низкие значения высотных параметров шероховатости достигаются при концентрации алмазов в рабочем слое 100 и 125 %, зернистостью для алмазов марки АС6 — 50/40 и 63/50, а для алмазов марки ACM 60/40. При шлифовании рекомендуется использовать состав СОЖ, представленный выше для кругов формы 6А2. Разработанные круги конкурентоспособны на рынке наряду с кругами фирмы “Вендт”. Процесс реализуется на станках мод. WCM200/21.

Результаты представленных работ показали, что применение сверхтвердых абразивных материа­лов — прогрессивное направление увеличения производительности труда, повышения надежности и долговечности режущих инструментов и деталей машин, сокращения расхода инструментальных, композиционных и абразивных материалов. Так, обработка твердосплавных режущих инструментов обеспечивает увеличение производительности обработки в 2–3 раза, повышение стойкости инстру­мента — в 1,2–1,5 раза и более, снижение расхода кругов из СТМ — в 1,5–2,0 раза. Обработка вольфрамовых и безвольфрамовых сплавов и минералокерамики повышает производительность шлифования в 1,3 раза, сокращает расход СТМ в 2–3 раза, исключает брак обработки инструмента. По важнейшим показателям разработанные технологии и шлифовальные круги из СТМ соответству­ют мировому уровню и являются конкурентоспособными на рынке наряду с разработками фирм “Вендт”, “Винтер”, “Геккель”, “Реформ” (Германия), “Агатон” (Швейцария), “Тошиба” (Япония), "Крупп-Видиа” (Голландия). Созданные технологии освоены в условиях инструментального произ­водства предприятий Украины, России и других стран СНГ.

Дата добавления: 2014-01-04