11. Инструментальные материалы
1) Требования к свойствам инструментальных материалов
Режущие инструменты работают в условиях больших сило вых нагрузок, высоких температур и повышенного трения, поэтому материалы режущей части инструментов должны удовлетворять ряду эксплуатационных требований:
- иметь твердость гораздо большую, чем у обрабатываемого материала;
- иметь высокую прочность на изгиб, растяжение, сжатие, кручение, ударную вязкость;
- обладать высокой теплостойкостью (красностойкостью), т.е. сохранять необходимую твердость при высоких температурах нагрева;
- обладать высокой износостойкостью, т .е. хорошо сопротивляться истиранию при трении;
- быть технологичным, т. е. легко поддаваться механи ческой обработке при изготовлении из него режущего инструмента;
- быть экономичным, т.е. содержать менее дорогие элементы.
2) Классификация инструментальных материалов
Все инструментальные материалы можно разделить на группы:
Инструментальные стали.
Металлокерамические твердые сплавы.
Минералокерамика.
Сверхтвердое материалы (СТМ).
Абразивные материалы.
Рассмотрим каждую группу материалов подробнее.
1. Инструментальные стали.
Различают: - углеродистые инструментальные стали,
- легированные инструментальные стали,
- быстрорежущие.
Углеродистые инструментальные стали.
Марки: У7А, У8А, ..., У13А содержат 0,7...1,3%С.
Твердость после термообработки: HRC 60...62.
Теплостой кость: Θкр = 200...250°С.
Допустимая скорость резания: Vmax не более 20 м/мин.
Изготовляемый инструмент:
- слесарный: ножовочные полотна, зубила, молотки, метчики, плашки, напильники и т.д.
- столярный: ножи, ножовки, стамески и т.д.
Легированные инструментальные стали - это углеродистые стали с добавками легирующих элементов: хрома (X), вольфрама (В), марганца (Г), кремния (С) и других.
Марки: ХВГ, 9ХС, ХВСГ и много других.
Твердость: HRC 62...64.
Теплостойкость: Θкр = 250... 300°С.
Скорость резания: Vmax до 25 м/мин.
Инструмент: протяжки, сверла, метчики, плашки, развертки, фрезы,
фасонные резцы и др.
Быстрорежущие стали имеют повышенное содержание вольфрама (от 6 до 18 % W ), хрома (3 ... 4,6 % Cr) и ко бальта (3 ...10 % Со).
Марки: Р9, Р18, Р6МЗ, Р9Ф5, Р10К5Ф2 и др.
Твердость: HRC 63...65.
Теплостойкость: Θкр = 600 ... 650°С.
Скорость резания: Vmax до 80 м/мин.
Инструмент: резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки, зуборезный инструмент, протяжки, долбяки, шеверы и др.
Металлокерамнческнетвердыесплавы
Твердые сплавы представляют собой сплавы карбидов ту гоплавких металлов (W, Ti, Ta) с кобальтом (Со). Различают твердые сплавы:
- однокарбидные - вольфрамовые;
- двухкарбидные – титано-вольфрамовые;
- трехкарбидные – титано-тантало-вольфрамовые;
- безвольфрамовые.
Вольфрамовые твердые сплавы (группа ВК).
Марки: ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК6М, ВК60М и др.
Расшифровка: ВК8 состоит из 8% Со и 92% WC.
Титано-вольфрамовые твердые сплавы (группа ТК).
Марки: ТЗОК4, Т15К6, Т5К10, Т14К8 и др.
Расшифровка: Т15К6  (6% Со + 15% TiC + 79% WC).
Титано-тантало-вольфрамовые твердые сплавы (группа ТТК).
Марки: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 и др.
Расшифровка: ТТ7К12  [12% Со + 7%(TiC+TaC) +81% WC].
Безвольфрамовые твердые сплавы (группа БВ).
Марки: ТМ1, ТМЗ, ТН-30, КНТ-16, "Монитикар" и др.
Твердость твердых сплавов: HRC 86...92.
Теплостойкость: Θкр = 800... 1000°С.
Скорость резания: Vmax до 800 м/мин.
Из твердых сплавов методом порошковой металлургии из готовляют плас- тинки различной формы, которые затем припаивают или крепят механически к рабочей части инструментов.
Используют также многогранные неперетачиваемые пластинки.
Рекомендации по применению:
Группу ВК используют для обработки хрупких материалов (чугунов, бронз), пластмасс, неметаллических материалов.
Группа ТК применяется для обработки пластичных и вязких материалов, незакаленных сталей.
Группа ТТК используется для обработки жаропрочных сталей и сплавов, т. к. отличается повышенной износостойкостью, прочно стью и вязкостью.
Твердые сплавы используют для изготовления практически любого режущего инструмента, но наибольшее их применение в резцах (до 95 %). Инструменты сложных форм (сверла, зенкеры, развертки, протяжки и т. п.) изготовляют из пластифицированных твердых сплавов, которые в виде спрессованного порошка из твердых сплавов, погруженного в кипящий парафин при темпе ратуре 800°С, после остывания представляют однород- ную массу. После спекания при температуре 1300°С они приобретают необ ходимую твердость.
3) Минералокерамические материалы
Минералокерамика - синтетический материал, полученный спеканием при температуре 1700...1750°С из глинозема (Аl2О3) или нитрида кремния (Si3N4).
Различают 3 группы минералокерамики, отличающихся химическим составом, методом производства и областями при менения.
1 группа - оксидная ("белая") керамика, состоящая в основном из Аl2О3 и легирующих добавок (MgO, ZrO2 и др.). Получают холодным прессованием с последующим спе канием.
Марки: ЦМ-332, ВО-13, ВШ-75, СХЗ(Яп), SN56(ФРГ), W80(Яп), V-34(США) и др.
2 группа - оксидно-карбидная ("черная") керамика, состоящая из А12О3 (до 60 %), TiC (20...40%), ZrО2 (20...40%) и других карбидов тугоплавких металлов. Получают горячим прессованием в графитовых прессформах.
Марки: ВОК-60, В-3, ОНТ-20, ВОК-63, НС-2(Яп), SH-1(ФРГ), СС650(Шв) и др.
3 группа - нитридная ("коричневая") керамика на основе нитрида кремния (Si3N4) с легированием оксидами иттрия, циркония, алюминия и др. Получают методом горячего прессования.
Марки: Силинит-Р, SL100(ФРГ), СС680(Шв), S-8(США), SX4(Яп) и др.
Свойства минералокерамики:
Твердость: HRA 91...96.
Теплостойкость:Θкр = 1200°С.
Скорость резания практически неограниченная.
Высокие износостойкость и хрупкость.
Низкие прочность на изгиб и ударная вязкость.
Рекомендации по применению:
1 группу (ВО-13, ЦМ-332 и др.) используют для чистовой и получистовой обработки нетермообработанных ("сырых") сталей, серых чугунов со скоростью резания V = 800...1000 м/мин.
2 группа (ВОК-60, ВОК-63, В-3 и др.) - для чистовой, получистовой и прерывистой обработки ковких, высокопрочных чугунов, закаленных сталей (HRC 30...65), цветных медных и алюминиевых сплавов.
3 группа (Силинит-Р) - для получистовой обработки чугунов, жаропрочных, жаростойких и коррозионно-стойких сплавов на основе никеля.
4. Сверхтвердые материалы (СТМ)
В настоящее время инструментальная промышленность выпускает две группы СТМ, используемых в лезвийных инструментах: композиты и синтетические алмазы.
Композиты получают на основе нитрида 6opa (BN) и различают по технологии их получения:
1) Композиты 01 (Эльбор-Р) и 02 (Белбор) - получают путем фазового превращения графитоподобного (BNг) в кубический сфалеритный нитрид бора (ВNсф).
2) Композиты 10 (Гексанит-Р), 09 (ПТНБ), Вюрпин (Яп) и др. – получают фазовым превращением синтеза вюрцитного (BNв) в кубический сфалеритный нитрид бора (ВNсф).
3) Композиты 05, 06, Киборит, Ниборит, Боразон, Амборит, Сумиборон, BN200(США) - получают спеканием частиц кубического сфалерит-ного нитрида бора (ВNсф) со связкой. Этот метод является основным при изготовлении компо зитов за рубежом.
Свойства композитов:
Твердость: Эльбора-Р - 73,5 ГПа (HRA 97...98), Гексанита-Р - 49 ГПа (HRA 96).
Теплостойкость: Θкр = 1300...1400°С.
Высокая ударная вязкость и прочность на изгиб (у Гексанита-Р в 2 раза выше, чем Эльбора-Р).
Инертность к углероду (нет химического сродства).
Малый коэффициент трения.
Рекомендации по применению:
1. Применять Композиты 01 (Эльбор-Р) для чистовой обра ботки деталей из закаленных сталей и чугунов на высо ких скоростях резания, взамен шлифования.
2. Композит 10 (Гексанит-Р) эффективно использовать при чистовом, получистовом, прерывистом точении закаленных сталей, чугунов, твердых сплавов ВК, термообработанных высокопрочных и жаропрочных сплавов и др.
3. Применять инструменты из композитов на станках повышенной (П), высокой (В) и особо высокой (А) точности, обладающих достаточной виброустойчивостью и жесткостью, обеспечивающих высокую скорость резания (до 1000 м/мин) и низкий предел подач (0,005...0,01 мм/об).
4. Можно использовать вместо чистового шлифования.
Синтетические алмазы
Синтетические алмазы являются материалами на основе модификаций углерода, различаются по технологии получения, могут быть:
Алмазы - АСБ (Баллас), АСПК (Карбонадо), АСПВ, АСФ, "Славутич" - поликристаллы алмаза, получа емые в результате фазового перехода (синтеза) графита в алмаз при высоких давлении и температуре в присутствии катализаторов.
Алмазные спеки: СВ, СВС, СВАБ, Дисмит, СВБН, Карбонит, СКМ, Компакс, Синдит, Мегадаймонд, Сумидиа и др. - получают путем спекания микропорошков алмаза с добавлением порошков композитов под большим давлением и при высокой температуре.
Алмазные спеки обладают высокой ударной вязкостью (в отличие от алмаза) и высокие показатели прочности.
Свойства синтетических алмазов:
Твердость: АСБ до 114 ГПа (HRA 102),
АСПК до 150 ГПа (HRA 105),
СВБН до 108 ГПа (HRA 101).
Теплостойкость: АСБ - Θкр до 720°С, АСПК - Θкр до 800°С,
СВБН - Θкр до 950°С.
Прочность на сжатие спеков в 2 раза выше прочности природного алмаза.
Низкий коэффициент трения.
Имеет химическое сродство с углеродом.
Рекомендации по применению:
1. Алмазы используют для изготовления резцов, волок, выглаживателей, дорнов и др.
2. Применяются для точения материалов не содержащих углерода: алюминиевых и высококремниевых сплавов, цветных металлов, трудно обрабатываемых пластмасс, керамики, стеклопластиков, асбоцемента и др.
3. Алмазные спеки СВ и СВАБ используют для изготовления волок, резцов, спек СВС - для инструмента, работающего в условиях абразивного износа (буровые коронки, долота, правящие карандаши и др.).
5) Абразивные материалы.
Абразивные материалы используют для изготовления абра зивных инстру-ментов: шлифовальных кругов, брусков, лент, по рошков, паст и др.
Подробнее абразивные материалы будут рассмотрены при изучении методов обработки деталей на шлифовальных станках.
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
Классификация металлорежущих станков.
Металлорежущие станки различают по следующим признакам:
По весу: легкие (до 1т), средние (до 10т), тяжелые (свыше 10т),
уникальные (свыше 100т).
По габаритам: настольные, обычные и крупные.
По степени универсальности:
- широкоуниверсальные и универсальные - выполняют самые разнообразные работы, используя заготовки различающиеся по размерам, форме и расположению поверхностей;
- широкого назначения - используются однотипные режущие инстру-менты (многорезцовые, токарно-отрезные и др.);
- специализированные - предназначены для обработки однотипных заготовок разных размеров (например: трубоподрезные для обработки труб или станки для обработки коленвалов);
- специальные - выполняют только определенный вид работ на заготовках одинаковых размеров и формы.
По степени автоматизации:
- с ручным управлением,
- полуавтоматы и автоматы,
- с программным управлением,
- обрабатывающие центры (многоцелевые).
По расположению рабочих органов:
- горизонтальные и вертикальные,
- консольные и бесконсольные,
- поперечные и продольные,
- радиальные.
По числу рабочих органов:
- одно- и многошпиндельные,
- одно- и многосуппортные.
По точности: установлено 5 классов:
- I класс - Н - нормальной точности,
- II класс - П - повышенной точности,
- III класс - В - высокой точности,
- IV класс - А - особо высокой точности,
- V класс - С - особо точные станки.
В ЭНИМС разработана классификация по комплексу признаков, которая построена по десятичной системе:
- все металлорежущие станки разделены по общности технологического метода обработки на 10 групп (с 0 по 9),
- каждая группа по различным признакам разбита на 10 типов (с 0 по 9),
- внутри каждого типа станки различаются по типоразмерам (т.е. по техническим характеристикам).
В соответствии с классификацией каждому станку присваи вают определенный шифр (согласно таблицы классификатора).
Классификатор металлорежущих станков ( по ЭНИМС)
Шифр
группы
|
Шифр типа
|
0
|
1
|
2
|
3
|
--
|
9
|
0
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
:
|
|
|
|
|
|
|
9
|
|
|
|
|
|
|
Группа 0 - резервная, может быть использована в будущем.
1 - включает станки для точения: токарные, карусельные, револьверные и т.п. Эта группа составляет более 30% всех станков в стране.
2 - станки для обработки отверстий: сверлильные, расточ ные и др. (свыше 20 %).
3 - шлифовальные и заточные станки (свыше 20 %).
4 - комбинированные станки.
5 - зубо- и резьбонарезные станки (около 6 %).
6 - фрезерные станки (почти 15 %)
7 - строгальные, протяжные и долбежные станки (
4 %).
8 - станки для разрезания.
9 - различные станки: балансировки, правки и др.
Обозначение модели (шифр) станка включает 3 - 4 цифры и буквы.
Первая цифра означает группустанков.
Вторая цифра - тип станка.
Последующие цифры характеризуют важныйпараметрстанка: высоту оси шпинделя, наибольший диаметр обработки, размеры стола и т.п.
Изменение конструкции станка указывают буквы, добавляемые в обозначение. Станки с ЧПУ имеют в нумерации букву "Ф" с цифрой, указывающей принцип действия системы программного управления.
Например:
Станок 16К20СФЗ: 1 - токарный, 6 - винторезный универсальный, К - модернизирован, 20 - высота центров станка 200 мм, С - особо точный, ФЗ - с контурными системами ЧПУ.
Станок 2Н135А: 2 - сверлильный, Н - модернизи рованный, 1 - вертикально-сверлильный, 35 - максимальный диаметр сверления в мм, А - может работать в автоматическом цикле. |
Скачать 3.48 Mb.