Режущая керамика

Требования к твердому сплаву – высокая прочность.

Требования к твердому сплаву – хорошая прочность в сочетании с достаточно высокой износостойкостью.

Требования к твердому сплаву – высокая износостойкость.

НОРМАЛЬНЫЕ – Умеренные скорости резания. Контурное точение. поковки и отливки. Достаточно жесткая система СПИД.

ТЯЖЕЛЫЕ – Невысокие скорости. Прерывистое резание. Толстая корка на литье или поковках. Нежесткая система СПИД.

Кроме подгрупп применения необходимо знать тип обработки (чистовая, получистовая, легкая и черновая), который позволяет ориентироваться в величинах глубины резания (t, мм) и подачи (S₀, мм/об). Тип обработки приведен в табл. 2.9.

Таблица 2.9 Тип обработки

Параметры режима резания	Тип обработки
Чистовая	Получистовая	Легкая черновая	Черновая
Глубина t, мм	0,25-2,0	0,5-3,0	2,0-6,0	5,0-10,0
Подача S0, мм/об	0,05-0,15	0,1-0,3	0,2-0,5	0,4-1,8

Область применения твердых сплавов можно представить сводной таблицей 2.10.

Таблица 2.10 Определение области применения твердого сплава

Условия обработки	ISO	Тип обработки
Чистовая	Получистовая	Легкая черновая	Черновая
Хорошие	Р	Р01-Р10	Р10-Р25	Р25-Р30	Р30-Р35
М	М10-М15	М15-М20	М20-М25	М25-М30
К	К01-К05	К05-К10	К10-К15	К15-К20
Нормаль ные	Р	Р10-Р25	Р25-Р30	Р30-Р40	Р40-Р50
М	М15-М20	М20-М25	М25-М30	М30-М35
К	К05-К10	К10-К15	К15-К20	К20-К25
Тяжелые	Р	Р30-Р35	Р35-Р40	Р40-Р45	Р45-Р50
М	М20-М25	М25-М30	М30-М35	М35-М40
К	К10-К15	К15-К20	К20-К25	К25-К30

Из табл. 2.10 видно, что область использования марки твердого сплава будет зависеть от обрабатываемого материала, условий и типа обработки. Области рационального применения твердых сплавов отечественного производства приведены в табл. 2.11.

Таблица 2.11 Области применения твердых сплавов

Марка сплава ГОСТ 3882-74 (ТУ 48-19-307-87)	Область применения
Основная группа	Подгруппа
Т30К4 Т15К6, МС111 Т14К8, МС121 ТТ20К9, ТТ21К9, МС137 Т5К10, ТТ10К8-Б, МС131 Т5К12, ТТ7К12, МС146 ТТ7К12	Р	Р01 Р10 Р20 Р25 Р30 Р40 Р50
ВК60М, МС313 ВК6М, ТТ8К6, МС211 ТТ10К8-Б, МС221, МС321 ВК10-М, ВК10-ОМ, ВК8 ВК10-ОМ, ТТ7К12, ВК15-ОМ ВК15-ХОМ, МС241, МС146	М	М05 М10 М20 М30 М40
ВК3, ВК3-М, МС301 ВК6-ОМ, ВК6-М, МС306 ТТ8К6, ВК6-М МС312, МС313 ВК4, ВК6, Т8К7, МС318, МС321 ВК4, ВК8 ВК8, ВК15, МС347	К	К01 К05 К10 К20   К30 К40

Примечание. Износостойкость сплавов возрастает снизу вверх, прочность – наоборот.

Твердые сплавы серии МС выпускаются на Московском комбинате твердых сплавов (МКТО) по технологии фирмы «Sandik Coromant».

Используя рекомендации табл. 2.11 можно быстро и эффективно подобрать марку твердого сплава для резания любого обрабатываемого материала в конкретных условиях.

Промышленность выпускает четыре группы режущей керамики: оксидную (белая керамика) на основе Al₂O₃, оксикарбидную (черная керамика) на основе композиции Al₂O₃-TiC, оксиднонитридную (кортинит) на основе Al₂O₃-TiN и нитридную керамику на основе Si₃N₄.

Основной особенность режущей керамики является отсутствие связующей фазы, что значительно снижает степень ее разупрочнения при нагреве в процессе изнашивания, повышает пластическую прочность, что и предопределяет возможность применения высоких скоростей резания, намного превосходящих скорости резания инструментом из твердого сплава. Если предельный уровень скоростей резания для твердосплавного инструмента при точении сталей с тонкими срезами и малыми критериями затупления составляет 500-600 м/мин, то для инструмента, оснащенного режущей керамикой, этот уровень увеличивается до 900-1000 м/мин.

Составы основных типов режущей керамики и некоторые физико-механические свойства представлены в табл. 2.12.

Таблица 2.12 Состав, свойства и области применения керамики

Марки керамики	Состав	sи,, Гпа	r, г/см^3	HRA, не менее	Область приме- нения
О к с и д н а я	ЦМ332	Al2O3 – 99% MgO – 1%	0,3-0,35	3,85-3,90		К01-К05
ВО-13	Al2O3 – 99%	0,45-0,5	3,92-3,95		Р01-Р10, К01-К05
ВШ-75	Al2O3	0,25-0,3	3,98	91-92	К01-К05
О к с и к а р б и д - н а я	В-3	Al2O3 – 60% TiC – 40%	0,6	4,2		Р01-Р10
ВОК-63	Al2O3 – 60% TiC – 40%	0,65-0,7	4,2-4,6		Р01-Р05 К01-К05
ВОК-71	Al2O3 – 60% TiC – 40%	0,7-0,75	4,5-4,6		Р01-Р05 К01-К05
О к с и н и т - р и д н а я	ОНТ-20 (корти нит)	Al2O3 > 60% TiN – 30%	0,64	4,3	90-92	К01-К05
н и т р и д - н а я	РК-30 (сили нит-Р)	Si3N4, Y2O3, TiC	0,7-0,8	3,2-3,4		К10-К20

Недостаток оксидной керамики – ее относительно высокая чувствительность к резким температурным колебаниям (тепловым ударам). Поэтому охлаждение при резании керамикой не применяют.

Указанное является главной причиной микро- или макровыкрашиваний режущей керамики и контактных площадок инструмента уже на стадиях приработочного или начального этапа установившегося изнашивания, приводящего к отказам из-за хрупкого разрушения инструмента. Отмеченный механизм изнашивания керамического режущего инструмента является превалирующим.

В последние годы появились новые марки оксидной керамики в состав которых введены окись циркония (ZrO₂) и армирование ее «нитевидными» кристаллами карбида кремния (SiC). Армированная керамика имеет высокую твердость (HRC_А-92) и повышенную прочность (s_изг до 1000 МПа).

Параллельно с совершенствованием керамических материалов на основе оксида алюминия созданы новые марки режущей керамики на основе нитрида кремния (силинит-Р). Такой керамический материал имеет высокую прочность на изгиб (s_изг=800 МПа), низкий коэффициент термического расширения, что выгодно отличает его от оксидных керамических материалов. Это позволяет с успехом использовать нитридокремниевый инструмент при черновом точении, получистовом фрезеровании чугуна, а также чистовом точении сложнолегированных и термообработанных (до HRC 60) сталей и сплавов.

Режущую керамику выпускают в виде неперетачиваемых сменных пластин. Пластины изготавливают с отрицательными фасками по периметру с двух сторон. размер фаски f =0,2…0,8мм, угол ее наклона отрицательный от 10 до 30°. Фаска необходима для упрочнения режущей кромки.

Допустимый износ керамических пластин намного меньше износа твердосплавных пластин. Максимальный износ по задней поверхности не должен превышать 0,3…0,5мм, а при чистовых операциях 0,25…0,30мм.

При назначении режимов резания для керамики имеются рекомендации:

1. Предпочтительна квадратная форма пластины с максимально возможным углом заострения b и наибольшим радиусом при вершине пластины r_b.

2. Ширину фаски f выбирают в зависимости от твердости обрабатываемого материала, чем тверже обрабатываемый материал, тем ширина фаски больше.

3. Скорость резания нужно назначать максимально допустимой исходя из жесткости системы СПИД и характеристик оборудования.

4. Заготовки, обрабатываемые пластинами из режущей керамики, должны иметь на входе и выходе резца фаски, ширина которых превышает припуски на обработку, а также канавки в местах перехода от цилиндрической поверхности к торцевой.

В настоящее время керамической инструмент рекомендуют для чистовой обработки серых, ковких, высокопрочных и отбеленных чугунов, низко- и высоколегированных сталей, в том числе улучшенных, термообработанных (HRC до 55-60), цветных сплавов, конструкционных полимерных материалов (К01-К05, Р01-Р05). В указанных условиях инструмент оснащенный пластинами из режущей керамики, заметно превосходит по работоспособности твердосплавный инструмент.

Применение керамического инструмента при обработке с повышенными значениями сечений среза (txS), при прерывистом резании резко снижает его эффективность вследствие высокой вероятности внезапного отказа из-за хрупкого разрушения режущей части инструмента. Во многом это объясняет сравнительно низкий объем используемого в промышленности Украины керамического инструмента (до 0,5% от общего объема режущего инструмента), для развитых стран Запада этот объем составляет от 2 до 5%.

Дата добавления: 2014-12-10