Характеристика основных свойств и область применения ПСТМ на основе плотных модификаций нитрида бора BN

Характеристика основных свойств и область применения поликристаллов синтетического алмаза (ПКА)

Монокристаллы природного алмаза при достижении критических нагрузок разрушаются на мелкие фрагменты. ПКА из-за своей поликристаллической структуры значительно лучше сопротивляются ударным нагрузкам, чем монокристаллы алмаза, и, несмотря на меньшую твердость по сравнению с природным алмазом, имеют более высокие значения пределов прочности на растяжение и на поперечный сдвиг. При этом ударная прочность поликристаллов алмаза зависит от размеров алмазных зерен и с их увеличением снижается.

Преимущества инструментальных ПКА в сравнении с монокристаллическими алмазами связаны с произвольной ориентацией кристаллов в рабочем слое режущих пластин, что обеспечивает высокую однородность по твердости и стойкости к истиранию во всех направлениях.

Во многих случаях наблюдаемая на практике большая износостойкость резцов из синтетических алмазов, по сравнению с резцами из природных алмазов, объясняется различием их структур. У природного алмаза появившиеся трещины на режущей кромке, развиваются и могут достигать значительных размеров. У синтетического алмаза, представляющего собой поликристалл, возникающие трещины тормозятся и останавливаются границами кристаллов, что и определяет их более высокую в среднем в 1,5-2,5 раза износостойкость.

Поликристаллы алмаза отличаются от монокристаллов более высокой термостойкостью такие материалы как АКТМ и СВ не теряют своих режущих и прочностных свойств при нагреве до 1473К и выше, что позволяет производить их напайку на твердосплавные пластины.

Коэффициент трения ПКА с металлом несколько выше, чем у природных алмазов. Это объясняется наличием пор на поверхности поликристалла, вызванных выпадением частиц кристаллов, а также наличием частиц металлической фазы (после синтеза) или

связующего. Однако величина коэффициента трения ПКА со многими металлами не превышает 0,2, что свидетельствует о превалировании в контакте внешнего трения. Это является особенностью контактных процессов алмаза с большинством металлов. Однако с никель и железосодержащими материалами алмаз имеет химическое сродство. Поэтому при резании сталей на основе железа, на контактных поверхностях алмазного инструмента происходит интенсивное налипание обрабатываемого материала.

Углерод, из которого состоит алмаз, активно реагирует с этими материалами при нагреве. Это приводит к интенсивному изнашиванию алмазного инструмента и ограничивает области его применения. Накопленный опыт свидетельствует о том, что наиболее эффективное применение алмазного инструмента получают на чистовых и отделочных операциях при обработке деталей из цветных металлов и их сплавов, а также из различных полимерных композиционных материалов. Инструмент может быть использован при точении прерывистых поверхностей и при фрезеровании, однако его стойкость будет чиже, чем при обработке без удара.

В табл. 3.7 приведены рекомендации по режимам резания инструментами из алмаза различных обрабатываемых материалов.

Таблица 3.7 Рекомендуемые режимы резания резцами из алмаза

Обрабатываемый материал	V, m/c	S, мм/об	t, мм
Алюминиевые литиевые сплавы	10,0-11,5	0,010-0,04	0,01-0,20
Алюминиево-магниевые сплавы	6,6-8,3	0,010-0,05	То же
Алюминиевые жаропрочные сплавы	4,1-6,6	0,020-0,04	0,05-0,10
Дуралюмин	8,3-11,5	0,021-0,04	0,03-0,15
Медь	6,0-8,3	0,010-0,04	0,01-0,40
Бронза оловянистая	4,1-6,6	0,040-0,07	0,08-0,20
Бронза алюминиево-железистая	11,5	0,020-0,04	0,03-0,06
Бронза свинцовая	10,0-11,5	0,025-0,05	0,02-0,05
Латунь	8,3	0,020-0,06	0,03-0,06
Баббит	6,6-8,3	0,010-0,05	0,05-0,20
Монель	2,5-5,0	0,010-0,02	0,03-0,05
Титановые сплавы	1,6-5,0	0,020-0,05	0,03-0,06
Пластмассы	1,6-3,3	То же	0,05-0,15
Стеклотекстолит	10,0-11,5	"	0,03-0,05
Резина	5,0-6,6	0,010-0,04	0,02-0,06

Успешно применяются режущие пластины из ПКА при обработке полимерных композитных материалов. Использование режущих пластин с механическим креплением позволяет повысить стойкость в 15-20 раз по сравнению с инструментом из твердого сплава

Еще одной из перспективных областей применения ПКА является обработка трудно поддающихся резанию и вызывающих быстрый износ инструмента таких материалов, как древесностружечные плиты, плиты средней плотности с высоким содержанием клея, с покрытиями на основе меламиновой смолы, декоративный бумажно-слоистый пластик, а также другие материалы, обладающие абразивным действием. Обработка таких материалов обычным инструментом неэкономична.

В настоящее время режущий инструмент, применяемый в деревообрабатывающей промышленности и промышленности по переработке пластмасс, оснащают поликристаллами алмаза. Такой инструмент имеет стойкость в 200-300 раз выше стойкости твердосплавных инструментов.

Геометрические параметры алмазного инструмента во многом определяются свойствами кристаллов природного алмаза. Кристаллы алмаза обладают высокой хрупкостью, поэтому режущие кромки инструментов должны обладать повышенной прочностью. С целью упрочнения режущей кромки угол заострения β, алмазного инструмента должен быть максимально допустимым.

Передний угол γ от 0 до 15°, задний угол α от 2 до 6°, радиус вершины r _b от 0,2 до 1,0 мм для алмазных резцов выбирают от вида обрабатываемого материала.

Для обеспечения шероховатости обработанной поверхности до R_a 0,1, режущая кромка не должна иметь сколов, а передняя и задняя поверхность инструмента обработаны до шероховатости R_a 0.01-0,015. Радиус округления режущей кромки р, должен достигать размеров менее 0,1 мкм.

В связи с повышенной чувствительностью инструментов из ПСТМ к вибрациям и ударным нагрузкам, к станкам, используемым для обработки режущих элементов из ПСТМ, предъявляются повышенные требования в отношении точности, виброустойчивости и жесткости.

ПСТМ на основе плотных модификаций нитрида бора, незначительно уступая алмазу по твердости, отличаются высокой термостойкостью (до 1573К), стойкостью к циклическому воздействию высоких температур и, что особенно важно, слабым химическим взаимодействием с железом, являющимся основным компонентом большинства обрабатываемых материалов (стали, чугуны, наплавочные материалы).

Главным резервом повышения производительности обработки для инструмента на основе BN является скорость резания (табл. 2.17), которая может превышать скорость резания твердосплавным инструментом в 5 и более раз.

Таблица 3.8 Скорости резания различными инструментальными материалами

Обрабатываемый материал	Скорость резания, м/с для инструментального материала
ПСТМ	твердый сплав
Сталь НВ 150-250	1,66-3,33	2,10-5,00
HRC,45-55	1,33-2,66	0,6-1,15
HRC, 60- 70	1,00-2,00	0,15-0,50
Серый чугун НВ 120-240	6,66-16,66	1,66-3,33
Высокопрочный чугун НВ 160-330	5,00-13,33	0,83-1,66
Отбеленный и закаленный чугун HRC, 40-60	0,83-2,50	0,15-0,31

Из таблицы видно, что наибольшая эффективность применения инструментов на основе BN имеет место при обработке высокотвердых чугунов, сталей и сплавов.

Одной из возможностей повышения эффективности инструмента из ПСТМ на основе BN является использование смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС). Для инструментов из BN наиболее эффективно использовать жидкие среды путем их распыления при скоростях резания до 1,5-1,7м/с.

Еще одной из эффективных областей использования инструмента, оснащенного поликристаллами BN, является обработка наплавок, которыми упрочняют детали металлургического производства. Наплавленные материалы очень высокой твердости до HRC 60-62 получают путем электродугового или плазменного наплавления порошковыми проволоками или лентами.

Дата добавления: 2015-06-27