Отчет по практике. Инструментальные материалы. отчет. В процессе прохождения учебной практики студент должен

• Название: В процессе прохождения учебной практики студент должен
• Анкор: Отчет по практике. Инструментальные материалы
• Дата: 22.05.2023
• Размер: 376.02 Kb.
• Имя файла: отчет.docx
• Тип: Документы; #1150470

Введение

Учебная практика является частью учебного процесса и эффективной формой подготовки будущего специалиста к трудовой деятельности. Она имеет важнейшее значение в процессе подготовки высококвалифицированных кадров, способных решать задачи современного производства.

Учебная практика проходила на заводе АО ААК «ПРОГРЕСС» им. Н. И. Сазыкина». Арсеньевская Авиационная Компания «ПРОГРЕСС» им. Н. И. Сазыкина — авиастроительная компания, расположенная в городе Арсеньев в Приморском крае, одно из крупнейших предприятий аэрокосмической промышленности РФ. Входит в холдинг АО «Вертолёты России».

Сегодня ААК «Прогресс» выпускает одну из самых совершенных боевых машин в своем классе – разведывательно-ударные вертолеты Ка-52 «Аллигатор». Ка-52 поставляется ВВС России и может предлагаться на экспорт. Также ААК «Прогресс» ведет подготовку к производству военно-морской модификации этого вертолета – Ка-52К. Всего на заводе расположено 30 цехов основного и вспомогательного производства.

ААК «Прогресс» участвует в производственной кооперации с другими предприятиями холдинга «Вертолеты России» и получает заказы на выполнение литейных работ для других производств.

Цель прохождения учебной практики: формирование, закрепление, развитие первичных практических навыков и общепрофессиональных компетенций в ходе выполнения отдельных видов самостоятельных работ, составляющих основу будущей профессиональной деятельности и связанных с организацией процесса сбора и обработки информации в профессиональной информационной среде

В процессе прохождения учебной практики студент должен:

- показать умения по сбору и обработке информации, в т. ч. с использованием программного обеспечения;

- познакомится с базовым предприятием и со специальностью;

- изучить инструкции и порядок организации труда и техники безопасности на рабочих местах;

- ознакомится с общей структурой производственного предприятия и номенклатурой аппаратов данного предприятия.

1. Инструментальные материалы

История развития обработки металлов показывает, что одним из эффективных путей повышения производительности труда в машиностроении является применение новых инструментальных материалов. Например, применение быстрорежущей стали вместо углеродистой инструментальной, позволило увеличить скорость резания в 2...3 раза. Это потребовало существенно усовершенствовать конструкцию металлорежущих станков, прежде всего, увеличить их быстроходность и мощность. Аналогичное явление наблюдалось также при использовании в качестве инструментального материала твердых сплавов.

Инструментальный материал должен иметь высокую твердость, чтобы в течение длительного времени срезать стружку. Значительное превышение твердости инструментального материала по сравнению с твердостью обрабатываемой заготовки должно сохраняться и при нагреве инструмента в процессе резания. Способность материала инструмента сохранять свою твердость при высокой температуре нагрева определяет его красностойкость (теплостойкость). Режущая часть инструмента должна обладать большой износостойкостью в условиях высоких давлений и температур.

Важным требованием является также достаточно высокая прочность инструментального материала, так как при недостаточной прочности происходит выкрашивание режущих кромок либо поломка инструмента, особенно при их небольших размерах.

Инструментальные материалы должны обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. легко обрабатываться в процессе изготовления инструмента и его переточек, а также быть сравнительно дешевыми. В настоящее время для изготовления режущих элементов инструментов применяются инструментальные стали (углеродистые, легированные и быстрорежущие), твердые сплавы, минералокерамические материалы, алмазы и другие сверхтвердые и абразивные материалы.

2. Требования к инструментальным материалам

К инструментальным материалам предъявляют множество требований, рассмотрим основные из них.

Твердость инструментального материала должна быть выше твердости обрабатываемого не менее чем в 1,4 — 1.7 раза.

При резании металлов выделяется значительное количество теплоты, и режущая часть инструмента нагревается. Поэтому, инструментальный материал должен обладать высокой теплостойкостью. Способность материала сохранять высокую твердость при температурах резания называется теплостойкостью. Увеличение уровня теплостойкости инструментального материала позволяет ему работать с большими скоростями резания (таблица 2.1).
Таблица 2.1 – Теплостойкость и допустимая скорость резания инструментальных материалов

Материал	Теплостойкость, К	Допустимая скорость при резании Стали 45 м/мин
Углеродистая сталь	473 – 523	10 – 15
Легированная сталь	623 – 673	15 – 30
Быстрорежущая сталь	873 – 823	40 – 60
Твердые сплавы:
Группа ВК	1173 – 1200	120 – 200
Группы ТК и ТТК	1273 – 1300	150 – 250
безвольфрамовые	1073 – 1100	100 – 300
с покрытием	1273 – 1373	200 – 300
Керамика	1473 – 1500	400 – 600

Важным требованием является достаточно высокая прочность инструментального материала. Если высокая твердость материала рабочей части инструмента не обеспечивается необходимой прочностью, то это приводит к поломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок.

Инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость при повышенной температуре, т.е. обладать хорошей сопротивляемостью истиранию обрабатываемым материалом, которая проявляется в сопротивлении материала контактной усталости.

Необходимым условием достижения высоких режущих свойств инструмента является низкая физико-химическая активность инструментального материала по отношению к обрабатываемому. Поэтому кристаллохимические свойства инструментального материала должны существенно отличаться от соответствующих свойств обрабатываемого материала. Степень такого отличия сильно влияет на интенсивность физико-химических процессов (адгезионно-усталостные, коррозионно-окислительные и диффузионные процессы) и изнашивание контактных площадок инструмента.

Инструментальный материал должен обладать технологическими свойствами, обеспечивающими оптимальные условия изготовления из него инструментов. Для инструментальных сталей ими являются хорошая обрабатываемость резанием и давлением; благоприятные особенности термической обработки (малая чувствительность к перегреву и обезуглероживанию, хорошие закаливаемость и прокаливаемость, минимальные деформирование и образование трещин при закалке и т.д.); хорошая шлифуемость после термической обработки.

На рис. 2.1 показано расположение основных групп инструментальных материалов по их свойствам. Из рисунка видно, что твердость и прочность инструментальных материалов – это свойства антагонисты, т.е. чем выше твердость материала, тем ниже его прочность. Поэтому набор основных свойств и определяет область и условие рационального использования инструментального материала в режущем инструменте.



1 – Принципиальная зависимость основных свойств инструментальных материалов (твердость – прочность)

Рисунок 2.1 – Классификация инструментальных материалов по их свойствам.

3. Инструментальные стали

Для режущих инструментов применяют быстрорежущие стали, а также, в небольших количествах, заэвтектоидные углеродистые стали с содержанием углерода 0,7-1,3% и суммарным содержанием легирующих элементов (кремния, марганца, хрома и вольфрама) от 1,0 до 3,0%.

1. 
   Углеродистые и легированные инструментальные стали
   

Ранее других материалов для изготовления режущих инструментов начали применять углеродистые инструментальные стали марок У7, У7А…У13, У13А. Помимо железа и углерода, эти стали содержат 0,2…0,4% марганца. Инструменты из углеродистых сталей обладают достаточной твердостью при комнатной температуре, но теплостойкость их невелика, так как при сравнительно невысоких температурах (200…250С) их твердость резко уменьшается.

2. 
   Легированные инструментальные стали
   

По своему химическому составу, отличаются от углеродистых повышенным содержанием кремния или марганца, или наличием одного либо нескольких легирующих элементов: хрома, никеля, вольфрама, ванадия, кобальта, молибдена. Для режущих инструментов используются низколегированные стали марок 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС и др. Эти стали обладают более высокими технологическими свойствами – лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью, меньшей склонности к короблению, но теплостойкость их равна 350…400С и поэтому они используются для изготовления ручных инструментов (разверток) или инструментов, предназначенных для обработки на станках с низкими скоростями резания (мелкие сверла, метчики).

Следует отметить, что за последние 15-20 лет существенных изменений этих марок не произошло, однако наблюдается устойчивая тенденция снижения их доли в общем объеме используемых инструментальных материалов.

3. 
   Быстрорежущие стали
   

В настоящее время быстрорежущие стали являются основным материалом для изготовления режущего инструмента, несмотря на то, что инструмент из твердого сплава, керамики и СТМ обеспечивает более высокую производительность обработки.

Широкое использование быстрорежущих сталей для изготовления сложнопрофильных инструментов определяется сочетанием высоких значений твердости (до HRC68) и теплостойкости (600-650С) при высоком уровне хрупкой прочности и вязкости, значительно превышающих соответствующие значения для твердых сплавов. Кроме того, быстрорежущие стали обладают достаточно высокой технологичностью, так как хорошо обрабатываются давлением и резанием в отожженном состоянии.

В обозначении быстрорежущей стали буква Р означает, что сталь быстрорежущая, а следующая за буквой цифра – содержание средней массовой доли вольфрама в %. Следующие буквы обозначают: М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, А – азот. Цифры, следующие за буквами, означают их среднюю массовую долю в %. Содержание массовой доли азота составляет 0,05-0,1%.

4. 
   Порошковые быстрорежущие стали
   

Наиболее эффективные возможности повышения качества быстрорежущей стали, ее эксплуатационных свойств, и создания новых режущих материалов появились при использовании порошковой металлургии.

Порошковая быстрорежущая сталь характеризуется однородной мелкозернистой структурой, равномерным распределением карбидной фазы, пониженной деформируемостью в процессе термической обработки, хорошей шлифуемостью, более высокими технологическими и механическими свойствами, чем сталь аналогичных марок, полученных по традиционной технологии. Технологическая схема получения порошковых быстрорежущих сталей следующая: газовое распыление в порошок жидкой струи быстрорежущей стали, засыпка и дегазация порошка в цилиндрический контейнер, нагрев и ковка (или прокатка) контейнеров в прутки, окончательная резцовая обдирка остатков контейнера с поверхности прутков. Основным преимуществом порошковой технологии является резкое снижение размеров карбидов, образующихся при кристаллизации слитка в изложнице. Таким образом порошинка, полученная газовым распылением, и является микрослитком в котором не образуются крупные карбиды.

Новая технология позволяет существенно изменить схему легирования с целью направленного повышения тех или иных эксплуатационных характеристик, определяющих стойкость инструмента.

Основные примеры разработки новых составов порошковой быстрорежущей стали сводятся к возможности введения в состав до 7% ванадия и значительного, в связи с этим, повышения износостойкости без ухудшения шлифуемости. А также введение углерода с «пересыщением» до 1,7%, позволяющего получить значительное количество карбидов ванадия и высокую вторичную твердость после закалки с отпуском.

Технология порошковой металлургии также используется для получения карбидостали, которая по своим свойствам может быть классифицирована как промежуточная между быстрорежущей сталью и твердыми сплавами.

4 Твердые сплавы

Твердые сплавы являются основным инструментальным материалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку материалов резанием. Сейчас общее количество твердосплавного инструмента, применяемого в механообрабатывающем производстве, составляет до 30%, причем этим инструментом снимается до 65% стружки, так как скорость резания, применяемая при обработке этим инструментом в 2-5 раз выше, чем у быстрорежущего инструмента.

Твердые сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама WC, титана TiC, тантала TaC и ниобия NbC, мельчайшие частицы которых соединены посредством сравнительно мягких и менее тугоплавких связок из кобальта или никеля в смеси с молибденом. Твердые сплавы по составу и областям применения можно разделить на четыре группы.
4.1 Вольфрамокобальтовые сплавы (ВК)
Вольфрамокобальтовые сплавы (группа ВК) состоят из карбида вольфрама(WC) и кобальта. Сплавы этой группы различаются содержанием в них кобальта, размерами зерен карбида вольфрама и технологией изготовления. Для оснащения режущего инструмента применяют сплавы с содержанием кобальта 3-10%.

В таблице 4.1.1 приведены состав и характеристики основных физико-механических свойств твердых сплавов, в соответствии с ГОСТ 3882-74.
Таблица 4.1.1 - Состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов, на основе WC-Co (группа ВК)

Сплав	Состав сплава, %				Характеристики физико-механических свойств
	WC	TaC	Co	Предел прочности при изгибе изг, Мпа, не менее		Плотность 10-3, кг/м3	HRA, не менее
ВК3	97	-	3	1176		15,0-15,3	89,5
ВК3-М	97	-	3	1176		15,0-15,3	91,0
ВК4	96	-	4	1519		14,9-15,2	89,5
ВК6	94	-	6	1519		14,6-15,0	88,5
ВК6-М	94	-	6	1421		14,8-15,1	90,0
ВК6-ОМ	92	2	6	1274		14,7-15,0	90,5
ВК8	92	-	8	1666		14,4-14,8	87,5
ВК10	90	-	10	1764		14,2-14,6	87,0
ВК10-М	90	-	10	1617		14,3-14,6	88,0
ВК10-ОМ	88	2	10	1470		14,3-14,6	88,5

При увеличении в сплавах содержания кобальта в диапазоне от 3 до 10% предел прочности, ударная вязкость и пластическая деформация возрастают, в то время как твердость и модуль упругости уменьшаются. С ростом содержания кобальта повышаются теплопроводность сплавов и их коэффициент термического расширения (рисунок 4.1.1).


1 – прочность на изгиб изг; 2 – твердость – HRA;

3 – теплопроводность – λ.

Рисунок 4.1.1 – Влияние кобальта на свойства твердого сплава группы (ВК)
Из всех существующих твердых сплавов, сплавы группы ВК при одинаковом содержании кобальта обладают более высокими ударной вязкостью и пределом прочности при изгибе, а также лучшей тепло- и электропроводностью. Однако стойкость этих сплавов к окислению и коррозии значительно ниже, кроме того, они обладают большой склонностью к схватыванию со стружкой при обработке резанием.
4.2Титановольфрамокобальтовые сплавы (ТК)
Сплавы второй группы ТК состоят из трех основных фаз: твердого раствора карбидов титана и вольфрама (TiC-WC) карбида вольфрама (WC) и кобальтовой связки. Предназначены они главным образом для оснащения инструментов при обработке резанием сталей, дающих сливную стружку. По сравнению со сплавами группы ВК они обладают большей стойкостью к окислению, твердостью и жаропрочностью и в то же время меньшими теплопроводностью и электропроводностью, а также модулем упругости.

Способность сплавов группы ТК сопротивляться изнашиванию под воздействием скользящей стружки объясняется также и тем, что температура схватывания со сталью у сплавов этого типа выше, чем у сплавов на основе WC-Co, что позволяет применять более высокие скорости резания при обработке стали и существенно повышать стойкость инструмента.

В таблице 4.2.1 приведены состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов в соответствии с ГОСТ 3882-74.
Таблица 4.2.1 – Состав и характеристики физико-механических свойств сплавов на основе WC-TiC-Co, группа ТК

Сплав	Состав, %			изг, Мпа	Плотность 10-3, кг/м3	HRA не менее
	WC	TiC	Co
Т30К4	66	30 -	4	980	9,5-9,8	92,0
Т15К6	79	15 -	6	1176	11,1-11,6	90,0
Т14К8	78	14 -	8	1274	11,2-11,6	89,5
Т5К10	85	6 -	9	1421	12,4-13,1	88,5
Т5К12	83	5 -	12	1666	13,1-13,5	87,0

Теплопроводность сплавов группы ТК существенно ниже, а коэффициент линейного термического расширения выше, чем у сплавов группы ВК. Соответственно меняются и режущие свойства сплавов: при увеличении содержания кобальта снижается износостойкость сплавов при резании, а при увеличении содержания карбида титана снижается эксплуатационная прочность (рисунок 4.2.1).

1 – прочность на изгиб - изг; 2 – твердость - HRA

Рисунок 4.2.1 – Влияние кобальта на свойства твердого сплава группы ТК
Поэтому такие сплавы, как Т30К4 и Т15К6, применяют для чистовой и получистовой обработки стали с высокой скоростью резания и малыми нагрузками на инструмент. В то же время сплавы Т5К10 и Т5К12 с наибольшим содержанием кобальта предназначены для работы в тяжелых условиях ударных нагрузок с пониженной скоростью резания.
4.3 Титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы(ТТК)
Промышленные танталосодержащие твердые сплавы на основе TiC-WC-TaC-Co состоят из трех основных фаз: твердого раствора карбидов титана, вольфрама и тантала(TiC-TaC-WC), а также карбида вольфрама (WC) и кобальтовой связки.

Введение в сплавы добавок карбида тантала улучшает их физико-механические и эксплуатационные свойства, что выражается в увеличении прочности при изгибе при температуре 20С и 600-800С.

В таблице 4.3.1 приведены состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов в соответствии с ГОСТ 3882-74.

Таблица 4.3.1 – Состав и характеристики физико-механических свойств сплавов на основе TiC-WC-TaC-Co (группа ТТК)

Сплав	Состав, %					изг, Мпа, не менее		10-3, кг/м3		HRA, не менее
	WC	TiC	TaC	Co
TT7К12	81	4	3	12	1666		13,0-13,3		87,0
ТТ8К6	84	8	2	6	1323		12,8-13,3		90,5
ТТ10К8Б	82	3	7	8	1617		13,5-13,8		89,0
ТТ20К9	67	9,4	14,1	9,5	1470		12,0-13,0		91,0

Увеличение в сплаве содержания карбида тантала повышает его стойкость при резании, особенно благодаря меньшей склонности к лункообразованию и разрушению под действием термоциклических и усталостных нагрузок.

Поэтому танталосодержащие сплавы рекомендуются главным образом для тяжелых условий резания с большими сечениями среза, когда на режущую кромку инструмента действуют значительные силовые и температурные нагрузки, а также для прерывистого резания, особенно фрезерования.
4.4 Безвольфрамовые твердые сплавы (БВТС)
В связи с дефицитностью вольфрама и кобальта промышленность выпускает безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбидов и карбонитридов титана с никельмолибденовой связкой (таблица 4.4.1).

Таблица 4.4.1 – Состав и характеристики физико-механических свойств безвольфрамовых твердых сплавов

Сплав	Состав, %				, г/см3
	Карбид титана	Карбонитрид титана	Никель	Молибден
КНТ16	-	74	19,5	6,5	5,5-6,0
ТН20	79	-	15	6,0	5,5-6,0
КНТ16	12,6-21,0	8,5-90	1200	89
ТН20	8,4-14,7	8,5-90	1050	90

По твердости БВТС находятся на уровне вольфрамосодержащих сплавов (группы ВК), по прочностным характеристикам и особенно по модулю упругости им уступают. Твердость БВТС по Виккерсу при повышенных температурах в диапазоне температур 293-1073К несколько ниже, чем твердость вольфрамосодержащего сплава Т15К6.

Наибольшей износостойкостью обладает сплав ТН20. При точении стали 45 и стали 40Х при t=1мм и S=0,2мм/об стойкость сплава ТН20 выше стойкости сплава Т15К6, во всем диапазоне скорости резания (от 200 до 600 м/мин).

5 Режущая керамика

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.

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

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.

6 Алмазы и другие сверхтвердые материалы

В настоящее время выпускается большое количество разнообразного инструмента с использованием алмазов: шлифовальные круги, инструменты для правки шлифовальных кругов из электрокорунда и карбида кремния, пасты и порошки для доводочных и притирочных операций. Значительные по размерам кристаллы алмазов применяют для изготовления алмазных резцов, фрез, сверл и других режущих инструментов.

Алмаз представляет собой одну из модификаций углерода кристаллического строения. Алмаз – самый твердый из всех известных в природе минералов. Высокая твердость алмаза объясняется своеобразием его кристаллического строения, прочностью связей атомов углерода в кристаллической решетке, расположенных на равных и очень малых расстояниях друг от друга.

Коэффициент теплопроводности алмаза в два и более раза выше, чем у сплава ВК8, поэтому тепло от зоны резания отводится сравнительно быстро.

Синтетические алмазы могут быть различных марок, которые отличаются между собой прочностью, хрупкостью, удельной поверхностью и формой зерен. В порядке возрастания прочности, снижения хрупкости и удельной поверхности марки шлифовальных порошков из синтетических алмазов располагаются так: АС2, АС4, АС6, АС15, АС32.

Заключение

Развитие новой техники диктует требования к разработке новых материалов, в число которых входят сверхтвердые материалы. Традиционно их используют в металлообработке, инструментальном производстве, камне и стеклообработке, обработке строительных материалов, керамики, ферритов, полупроводниковых и др. материалов. В последние годы интенсивно ведутся работы по применению алмазов в электронике, лазерной технике, медицине и других областях науки и техники. В индустриально развитых странах мира получению сверхтвердых материалов и изделий из них уделяется большое внимание. Российская Федерация за последние годы существенно продвинулась в части создания отечественного алмазного производства. Большой вклад в решении этой проблемы вносит государственная научно-техническая программа «Алмазы», во многом благодаря поддержке которой свыше 25 % потребностей республики в алмазной продукции сегодня удовлетворяется за счет собственного производства.

Более полное решение проблемы импортозамещения требует дальнейшего проведения работ по совершенствованию существующих и разработке новых материалов и технологий получения сверхтвердых материалов и изделий на их основе, расширения областей их применения. Сегодня работы в области сверхтвердых материалов в России ведутся в широком спектре проблем, в том числе: синтез порошков алмаза и кубического нитрида бора, выращивание крупных монокристаллов алмаза, выращивание монокристаллов драгоценных камней, получение поликристаллов алмаза, кубического нитрида бора и композиций на их основе, в том числе с использованием нанопорошков, разработка новых композиционных алмазосодержащих материалов и технологий получения из них инструмента, разработка технологии и оборудования для нанесения алмазных пленок и покрытий, сертификация алмазной продукции, а также освоение мощностей по выпуску алмазной продукции.

Список использованных источников

1. 
   Нефедов, Н. А. Обработка конструкционных материалов / Н. А. Нефедов, К.А. Осипов. – Москва : «Машиностроение», 1990.– 241 с.
   
2. 
   Болтон, Б. Н. Конструкционные материалы. Карманный справочник / Б. Н. Болтон, М. С. Болим, В. С. Зайцев – Москва : ГИПЛ, 1976.–281 с.
   
3. 
   Алекин, Л. Е. Общая технология металлов / И. М. Волков. – Москва : Трудрезевиздат, 1957. – 322 с.
   
4. 
   Петруха П.Г. Технология обработки конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов/ П.Г. Петруха, А.И. Марков, П.Д. Беспахотный и др.; Под редакцией П.Г. Петрухи.- Москва: Высшая школа, 1991. – 512с.