Сделай Сам Свою Работу на 5

Инструментальные материалы

С. И. Моднов, Е. Н. Щекина

 

 

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ

ИНСТРУМЕНТ

 

 


Ярославль 2011


Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра «Профессиональное обучение»

 

С. И. Моднов, Е. Н. Щекина

 

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ

ИНСТРУМЕНТ

 

 

Ярославль 2011


УДК 621.9.02

ББК 34.63-5

М74

 

Моднов, С. И.

М74 Металлорежущий инструмент: учебное пособие / С. И. Моднов, Е. Н. Щекина. – Ярославль, Изд-во ЯГТУ, 2011. - 180 с.

 

ISBN 978-5-9914-0214-9

 

Рассматриваются общие понятия процесса резания металлов, классификация, конструктивные и геометрические параметры инструментов; приведен порядок проектирования с необходимыми формулами и пояснениями; имеются примеры проектирования инструментов и их изображения в соответствии со стандартом. В процессе работы с учебным пособием можно воспользоваться альбомом металлорежущего инструмента, который содержит фотографии инструментов и их подробное описание.

Предназначено для студентов, выполняющих расчетные, курсовые и дипломные работы, связанные с обработкой конструкционных материалов резанием.

Ил. 69. Табл. 46. Библиогр. 24.

УДК 621.9.02

ББК 34.63-5

 

Рецезенты: кафедра технологии и предпринимательства ЯГПУ им. К.Д. Ушинского; А.Н.Мищенко, канд. техн. наук, начальник ЦЗЛ ОАО ЯЗДА.

 

ISBN 978-5-9914-0214-9

 

© Ярославский государственный технический университет, 2011

 

Содержание Введение………………………………………………………………………...
1 Общие сведения о резании металлов……………………………………..
1.1 Инструментальные материалы…………………………………………...
1.2 Стружкообразование……………………………………………………...
1.3 Износ режущего инструмента……………………………………………
1.4 Обработка без смазки и охлаждения…………………………………….
Контрольные вопросы………………………………………………………...
2 Токарный инструмент……………………………………………………...
2.1 Конструктивные элементы резцов……………………………………….
2.2 Геометрические параметры режущей части…………………………….
2.3 Классификация резцов……………………………………………………
2.4 Конструктивные особенности резцов с механическим креплением твердосплавных пластин………………………………………………….
2.5 Определение режимов резания при точении……………………………
2.6 Пример расчета проходного резца с механическим креплением твердосплавных пластин………………………………………………………
Контрольные вопросы………………………………………………………...
3 Осевой инструмент………………………………………………………….
3.1 Сверла……………………………………………………………………...
3.1.1 Конструктивные элементы сверла……………………………………….
3.1.2 Геометрические параметры……………………………………………….
3.1.3 Заточка спиральных сверл………………………………………………….
3.1.4 Износ осевого инструмента………………………………………………..
3.1.5 Применение СОЖ при обработке…………………………………………
3.1.6 Классификация сверл………………………………………………………...
3.1.7 Определение режимов резания при сверлении………………………….
3.1.8 Пример расчета спирального сверла……………………………………..
3.2 Зенкеры…………………………………………………………………….
3.2.1 Конструктивные элементы………………………………………………..
3.2.2 Классификация зенкеров…………………………………………………….
3.2.3 Определение режимов резания при зенкеровании……………………..
3.2.4 Пример расчета зенкера…………………………………………………….
3.3 Развертки…………………………………………………………………..
3.2.1 Конструктивные элементы………………………………………………..
3.3.2 Классификация разверток………………………………………………….
3.3.3 Определение режимов резания при развертывании…………………..
3.3.4 Пример расчета развертки………………………………………………...
Контрольные вопросы………………………………………………………...
4 Фрезы…………………………………………………………………………
4.1 Геометрические параметры зуба…………………………………………
4.2 Классификация фрез………………………………………………………
4.3 Конструктивные особенности фрез оснащенных пластинами из твердого сплава………………………………………………………………...
4.4 Встречное и попутное фрезерование…………………………………….
4.5 Определение режимов резания при фрезеровании……………………..
4.6 Расчет основных видов фрез……………………………………………..
4.6.1 Расчет торцовой фрезы…………………………………………………..
4.6.2 Расчет концевой фрезы……………………………………………………
4.6.3 Расчет дисковой фрезы……………………………………………………
4.6.4 Расчет цилиндрической фрезы…………………………………………...
Контрольные вопросы………………………………………………………...
5 Расчетно-графические задания……………………………………………
5.1 Токарный инструмент…………………………………………………….
5.2 Инструмент для осевой обработки………………………………………
5.3 Фрезы………………………………………………………………………
Итоговый тест по курсу «Металлорежущий инструмент»………………
Заключение…………………………………………………………………….
Список используемых источников…………………………………………
Приложение А. Система обозначения сменных многогранных пластин…..
Приложение Б…………………………………………………………………..
Приложение В…………………………………………………………………..
Приложение Г…………………………………………………………………..
Приложение Д. Альбом металлорежущего инструмента……………………

 



 


Введение

 

Изучение технических дисциплин связано с большими трудностями для студентов. В связи с этим, для облегчения понимания процессов резания и проектирования металлорежущего инструмента авторами было разработано электронное учебное пособие, в котором собрана и обобщена информация по основному порядку проектирования металлорежущего инструмента.

Учебное пособие состоит из четырех основных разделов: общие сведения о резании металлов, токарный инструмент, инструмент для осевой обработки и фрезы. В каждом разделе содержится общее понятие о процессе соответствующей обработки, классификация, конструктивные и геометрические параметры инструмента; приведен порядок проектирования с необходимыми формулами и пояснениями. Также в каждом разделе имеются примеры проектирования соответствующего инструмента и их изображения в соответствии со стандартом. С помощью пособия можно производить не только полный расчет металлорежущего инструмента, но и определение отдельных его параметров. В этом состоит дополнительное преимущество, которое заключается в экономии времени учащихся на поиск необходимой информации.

В процессе работы с учебным пособием можно воспользоваться альбомом металлорежущего инструмента, в котором содержатся фотографии инструментов и их подробное описание: размеры, материал и область применения, что обеспечивает большую наглядность расчетов.

Электронное учебное пособие включает в себя видеофрагменты с токарной обработкой, обработкой осевым инструментом и фрезами. Каждый видеофрагмент иллюстрирует сущность той или иной обработки.

Для контроля знаний предусмотрены задания, представленные в тестовой форме, а также в конце изучения курса учащиеся могут получить задачи для курсового проектирования металлорежущего инструмента. Задания приведены в пособии.

 

 


ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ

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, и прежде всего, увеличить их быстроходность и мощность.

Аналогичное явление наблюдалось также при использовании в качестве инструментального материала твердых сплавов на основе карбидов вольфрама, титана и других металлов.

Инструментальный материал должен иметь высокую твердость. Это обеспечит работу инструмента в течение длительного времени без повторных переточек.

Повышенная твердость инструментального материала по сравнению с твердостью обрабатываемой заготовки должна сохраняться и при нагреве инструмента в процессе резания. Способность материала сохранять свою твердость при высокой температуре нагрева называется красностойкость (теплостойкость).

Режущая часть инструмента должна иметь большую износостойкость в условиях высоких давлений и нагрева.

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

Инструментальный материал должен обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. легко обрабатываться в процессе изготовления инструмента и его переточек, а также быть сравнительно дешевым.

В настоящее время для изготовления режущих элементов инструментов применяют следующие материалы:

- инструментальные стали;

- твердые сплавы;

- минералокерамика и керметы;

- сверхтвердые материалы на основе нитрида бора;

- синтетические алмазы.

Инструментальные стали разделяют на углеродистые, легированные и быстрорежущие.

Режущие инструменты, изготовленные из углеродистых инструментальных сталей, обладают достаточной твердостью, прочностью и износостойкостью при комнатной температуре, однако их теплостойкость невелика. При температуре 200-250 °С их твердость резко уменьшается. Поэтому они применяются для изготовления ручных и машинных инструментов, предназначенных для обработки мягких металлов с низкими скоростями резания, таких как напильники, мелкие сверла, развертки, метчики, плашки и т.п.

С целью улучшения свойств углеродистых сталей были разработаны легированные инструментальные стали, которые отличаются высокой прокаливаемостью и закаливаемостью, меньшей чувствительностью к перегреву. Однако по теплостойкости легированные инструментальные стали незначительно превосходят углеродистые. Они сохраняют высокую твердость при нагреве до 200-260 °С. Поэтому эти стали непригодны для резания с повышенной скоростью, а также для обработки твердых материалов.

В углеродистых инструментальных сталях массовая доля углерода составляет от 0,7 % и выше. Они обозначаются буквой "У", за которой следует цифра, означающая массовую долю углерода в стали в десятых долях процента, например, в стали У10 массовая доля углерода 1 %. Марка высококачественной стали с пониженным содержанием примесей содержит в своём обозначении букву "А", например У10А.

В обозначении инструментальных легированных сталей первая цифрой означает массовую долю углерода в десятых долях процента (если цифра отсутствует, это означает, что массовая доля углерода £1 %), далее идут буквы, соответствующие легирующим элементам: Х – хром; С – кремний; Г – марганец; В – вольфрам; Ф – ванадий. За буквами следуют цифры, характеризующие массовую долю элемента в целых единицах процентах. В таблице 1 приведены основные характеристики углеродистых и легированных инструментальных сталей и область их применения.

Таблица 1 – Характеристика углеродистых и легированных

инструментальных сталей

 

Марка стали HB После закалки и отпуска Теплостойкость, °C Область применения
Предел прочности на изгиб, МПа Ударная вязкость, Дж/м2 HRC
У7, У7А 2000-2100 3,8 62-64 200-220 Отвёртки. Пилы, керны, зубила, стамески
У10, У10А 0,2 63-65 200-250 Мелкоразмерный режущий инструмент
У12, У12А 0,2 63-65 200-250 Режущий инструмент, напильники, шаберы, зубила, резцы
9ХС 0,25 63-66 240-250 Резьбонарезной инструмент с мелким шагом резьбы
ХВСГ - 62-64 200-220 Круглые плашки, развёртки
ХВГ - 63-66 200-220 Длинные развертки, метчики, протяжки

Быстрорежущие инструментальные стали – это высоколегированные стали, применяемые, главным образом, для изготовления режущего инструмента, работающего на скоростях в 3-5 раз больших, чем инструмент из углеродистой инструментальной стали. Такая скорость обусловлена большей износостойкостью стали. В настоящее время быстрорежущие инструментальные стали практически полностью вытеснили углеродистые и легированные стали.

Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразущим и легирующим элементам: Р – вольфрам; М – молибден; Ф – ванадий; А – азот; К – кобальт; Т – титан; Ц – цирконий. За буквой следует цифра, обозначающая среднюю массовую долю элемента в процентах (массовая доля хрома до 4 % в обозначениях не указывается). Например, сталь марки Р6М5 содержит 6 % вольфрама и 5 % молибдена. Цифра, стоящая в начале названия марки стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента.

Применяемые быстрорежущие стали делятся на две группы: нормальной и повышенной производительности. Стали нормальной производительности предназначены для обработки углеродистых и низколегированных сталей, серого чугуна и цветных металлов. Стали повышенной производительности, легированные кобальтом или ванадием, предназначены для обработки труднообрабатываемых сталей и сплав.

В таблице 2 приведены основные характеристики быстрорежущих инструментальных сталей и область их применения.

Таблица 2 – Технологические свойства и области применения быстрорежущих сталей

 

Марка стали Характерные физико-механические свойства Шлифу-емость Область применения
Р18 Удовлетворительная прочность и износостойкость при малых и средних скоростях резания Хорошая Режущий инструмент для обработки углеродистых и легированных конструкционных сталей
Р9 Хорошие механические свойства Пониженная Инструментов простой формы, для обработки конструкционных материалов
Р6М5, 9Х6М3Ф3АГСТ, 9Х4М3Ф2АГСТ Повышенная прочность, склонность к обезуглероживанию и выгоранию молибдена Удовлетворительная Предпочтительны для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками
Р6М5К5 Повышенная твёрдость и износостойкость Пониженная Черновые и получистовые инструменты для обработки легированных и коррозионно-стойких сталей

 

В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы (рисунок 1). Они состоят из карбидов вольфрама, титана и тантала. В качестве связки используется кобальт. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью. Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100 °С.

Недостатком твердых сплавов по сравнению с быстрорежущей сталью является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т.п.

Производство твердых сплавов относится к области порошковой металлургии. Порошки карбидов смешиваются с порошком кобальта. Из этой смеси прессуются изделия требуемой формы и затем подвергаются спеканию при температуре плавления кобальта. Таким способом изготавливают пластины твердого сплава различных размеров и форм, которыми оснащаются резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки и др.

 

Рисунок 1 – Твердый сплав

Обозначение твёрдых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы: В – вольфрам; Т – титан; ТТ – (второе "Т") тантал; К – кобальт, и цифры, обозначающие массовые доли карбидов элементов, выраженные в процентах, сумма которых составляет 100 %. Например, марка ВК8 (однокарбидный сплав) содержит 8 % кобальта и 92 % карбидов вольфрама; марка Т5К10 (двухкарбидный сплав) содержит 5 % карбидов титана, 10 % кобальта и 85 % карбидов вольфрама; марка ТТ8К6 (трёхкарбидный сплав) содержит 6 % кобальта, 8 % карбидов титана и тантала, 86 % карбидов вольфрама.

Таблица 3 – Свойства и области применения твердых сплавов

 

Марка сплава Предел прочности на изгиб, МПа, не менее HRA, не менее Область применения  
Вольфрамовая группа сплавов  
ВК3 89,5 Чистовая и окончательная обработка (точение, нарезание резьбы, размерная обработка отверстий и др.) серого чугуна, цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов  
ВК6 88,5 Черновая и получистовая обработка (точение, нарезание резьбы резцами, фрезерование, рассверливание и растачивание, зенкерование отверстий) серого чугуна, цветных металлов и их сплавов  
ВК8 87,5 Черновая обработка при неравномерном сечении среза и прерывистом резании серого чугуна, цветных металлов и их сплавов, коррозионно-стойких, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, титановых сплавов (точение, строгание, фрезерование, сверление, зенкерование)  
Титановольфрамовая группа сплавов  
Т30К4 92,0 Чистовая обработка незакалённых и закалённых углеродистых сталей (точение, нарезание резьбы, развёртывание)  
Т15К6 90,0 Получистовое точение (непрерывное резание), чистовое точение (прерывное резание), нарезание резьбы резцами и вращающимися головками, получистовое и чистовое фрезерование сплошных поверхностей, растачивание, чистовое зенкерование, развёртывание при обработке углеродистых и легированных сталей  
Т5К10 88,5 Черновое точение и фрезерование при неравномерном сечении и прерывистом резании, фасонное точение, отрезка резцами, чистовое строгание и другие виды обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине  
Титано-танталовольфрамовая группа сплавов
ТТК12 87,0 То же, что и для сплава Т5К12, за исключением сверления стали. Тяжёлое черновое фрезерование углеродистых и легированных сталей
ТТ8К6 90,5 Чистовое и получистовое точение, растачивание, фрезерование и сверление серого, ковкого и отбеленного чугунов. Непрерывное точение с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных коррозионно-стойких сталей, в том числе и закалённых. Обработка сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малыми и средними сечениями среза
ТТ20К9 91,0 Фрезерование стали, особенно глубоких пазов, и другие виды обработки, обусловливающие повышенные требования к сопротивлению сплава тепловым и механическим циклическим нагрузкам
               

Сравнительно недавно для изготовления режущих инструментов стали применять минералокерамические материалы. Наиболее широкое распространение получил минералокерамический материал ЦМ-332, состоящий в основном из оксида алюминия Al2O3 с небольшой добавкой (массовая доля 0,5-1,0 %) окиси магния MgO, которая препятствует росту кристаллов во время спекания и является хорошим связующим средством.

Минералокерамические материалы более дешевые, чем твердые сплавы, т.к. в их состав не входят дорогостоящие элементы - кобальт и вольфрам.

Минералокерамика ЦМ-332 обладает высокой красностойкостью, которая достигает 1200 °С, и достаточной твердостью, что позволяет вести обработку стали, чугуна и цветных сплавов при высоких скоростях резания. Однако минералокерамика отличается низкой прочностью и большой хрупкостью, что приводит к частым выкрашиваниям и поломкам пластинок при работе.

С целью улучшения свойств минералокерамики проводят работы по созданию керамико-металлических материалов (керметов), состоящих из минералокерамики и металлических добавок в виде карбидов вольфрама и молибдена. Введение в состав данных карбидов улучшает физико-механические свойства минералокерамики, увеличивает производительность обработки в результате повышения скорости резания.

Для обработки закаленных сталей, высокопрочных чугунов и твердых сплавов применяют инструмент, режущая часть которого изготовлена из сверхтвердых материалов на основе нитрида бора и алмазов. При обработке деталей из закаленных сталей и высокопрочных чугунов применяют инструмент, изготовленный из крупных поликристаллов на основе кубического нитрида бора (эльбора Р). Твердость эльбора Р приближается к твердости алмаза, а его температуростойкость в два раза выше температуростойкости алмаза. Эльбор Р химически инертен к материалам на основе железа.

Из других сверхтвердых материалов, применяемых для обработки резанием, следует отметить синтетические алмазы (балас, марка АСБ) и карбонадо (марка АСПК). Карбонадо химически более активен к углеродсодержащим материалам, поэтому его используют при точении деталей из цветных металлов, высококремнистых сплавов, твердых сплавов и неметаллических материалов. Стойкость резцов из карбонадо в 20-50 раз выше стойкости резцов из твердых сплавов.

В разных странах количество видов и марок выпускаемых инструментальных материалов велико, что послужило причиной их классификации и систематизации. В таблице 4 приведено соответствие марок твердых сплавов международной классификации ISO.

В зависимости от обрабатываемого материала и типа снимаемой стружки твердые спеченные сплавы подразделяются на три основные группы резания: Р, М и К.

В зависимости от видов и режимов обработки резанием основные группы резания подразделяются на группы применения.

 

Таблица 4 – Соответствие марок твердых сплавов международной классификации

 

Основные группы резания Группы применения  
Обозна-чение Цвет марки-ровки Обозна-чение Обрабатываемый материал и тип снимаемой стружки Вид обработки и условия применения  
P   Р01 Сталь, стальное литье; сливная стружка Чистовое точение, растачивание, развертывание. Высокая точность обработки и высокое качество поверхности изделия. Отсутствие вибрации во время работы  
Р10 Сталь, стальное литье; сливная стружка Точение, точение по копиру, фрезерование, рассверливание, растачивание  
Р20 Сталь, стальное литье, ковкий чугун и цветные металлы; сливная стружка Точение, точение по копиру, фрезерование, чистовое строгание  
Р25 Сталь нелегированная, низко- и среднелегированная Фрезерование, в том числе и фрезерование глубоких пазов, другие виды обработки, при которых предъявляются повышенные требования к сопротивлению сплава тепловым и механическим нагрузкам  
Р30 Сталь, стальное литье, ковкий чугун; сливная стружка Черновое точение, фрезерование, строгание. Для работ в неблагоприятных условиях*  
    Р40 Сталь, стальное литье с включениями песка и раковинами; сливная стружка и стружка надлома Черновое точение, строгание. Для работ в особо неблагоприятных условиях*
Р50 Сталь, стальное литье со средней или низкой прочностью, с включениями песка и раковинами; сливная стружка и стружка надлома Точение, строгание, долбление при повышенных требованиях к прочности твердого сплава в связи с неблагоприятными условиями резания*. Для инструмента сложной формы
M   М10 Сталь, стальное литье, высоколегированные стали, в том числе аустенитные, жаро­прочные труднообрабатываемые стали и сплавы, серый, ковкий и легированный чугуны; сливная стружка и стружка надлома Точение и фрезерование
М20 Стальное литье, аустенитные стали, марганцовистая сталь, жаропрочные трудно ­обрабатываемые стали и сплавы, серый и ковкий чугуны; сливная стружка и стружка надлома Точение и фрезерование
М30 Стальное литье, аустенитные стали, жаропрочные труднообрабатываемые стали и сплавы, серый и ковкий чугуны; сливная стружка и стружка надлома Точение, фрезерование, строгание. Условия резания неблагоприятные*
М40 Низкоуглеродистая сталь с низкой прочностью, автоматная сталь и другие металлы и сплавы, сливная стружка и стружка надлома Точение, фасонное точение, отрезка преимущественно на станках-автоматах

 


Окончание таблицы 4

 

Основные группы резания Группы применения
Обозна-чение Цвет марки-ровки Обозна-чение Обрабатываемый материал и тип снимаемой стружки Вид обработки и условия применения
K   К01 Серый чугун преимущественно высокой твердости, алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния, закаленная сталь, керамика, стекло; стружка надлома Чистовое точение, растачивание, фрезерование, шабрение
К05 Легированные и отбеленные чугуны, закаленные стали, нержавеющие высокопрочные и жаропрочные стали и сплавы; стружка надлома Чистовое и получистовое точение, растачивание, раз­вертыва-ние
К10 Серый и ковкий чугуны преимущественно повышенной твердости, закаленная сталь, алюминиевые и медные сплавы, пластмассы, стекло, керамика; стружка надлома Точение, растачивание, фрезерование, сверление
К20 Серый чугун, цветные металлы, пластмассы; стружка надлома Точение, фрезерование, строгание, сверление, растачивание
К30 Серый чугун низкой твердости и прочности, сталь низкой прочности, древесина, цветные металлы, пластмасса; стружка надлома Точение, фрезерование, строгание, сверление. Работа в неблагоприятных условиях*. Допустимы большие передние углы заточки инструмента
К40 Цветные металлы, пластмассы; стружка надлома Точение, фрезерование, строгание. Допустимы большие передние углы заточки инструмента
Примечание: *Неблагоприятными условиями работы следует считать работу с переменной глубиной резания, с прерывистой подачей, с ударами, вибрациями, с наличием литейной корки и абразивных включений в обрабатываемом материале

 

Группы применения обозначаются буквой основной группы резания и числовым индексом, который характеризует изменение вида обработки, режима резания и свойств твердого сплава.

Чем выше число индекса в обозначении труппы применения, тем ниже износостойкость твердого сплава и допускаемая скорость резания, но выше прочность твердого сплава и допускаемые подача и глубина резания при обработке резанием.

На современном этапе, на производстве все чаще применяют инструмент, оснащенный неперетачиваемыми пластинами с износостойкими покрытиями.

Существует два основных метода нанесения износостойких покрытий: химический (CVD) и физический (PVD).

CVD (Chemical vapor deposition) – износостойкие покрытия получаемые путем химического процесса осаждения при высоких температурах 950-
1050 °С из парогазовой среды. Покрытия представляют собой кристаллическую структуру из химически инертных и тугоплавких соединений, таких как карбид титана TiC, нитрид титанаTiN, оксид алюминия Al2O3 .

Хорошие эксплуатационные качества износостойких CVD покрытий обеспечили их широкое распространение в промышленности (таблица 5).

 

Таблица 5 – Неперетачиваемые пластины с покрытием CVD

 

Пластина Характеристика
Покрытие CVD (Ti(C,N) – Al2O3 – TiN) толщиной 5,5 мкм нанесено на поверхность основы, обладающей высокой устойчивостью к термическим и механическим ударам. Высокая адгезия покрытия, высокая стойкость основы к пластической деформации и износу по передней поверхности, даже при сильном нагреве, снижают трение и наростообразование
Пластина имеет прочную основу, которая обеспечивает достаточно высокую прочность режущих кромок. Покрытие типа CVD (TiN – Ti(C,N) – TiС) толщиной 2,5 мкм способствует повышению износостойкости и снижению трения. Пластина с данным покрытием отлично работает с большими нагрузками, например в условиях прерывистого резания на малых скоростях
Покрытие пластины отличается твердой основой, устойчивой к пластической деформации, вследствие хорошей способности сохранять свою твердость при высоких температурах. Двухслойное покрытие из Ti(C,N) и Al2O3, нанесенное методом CVD, обеспечивает отличную стойкость к абразивному износу по задней поверхности
     

 

PVD (Physical vapor deposition) или КИБ (конденсация с ионной бомбардировкой)­ – износостойкие покрытия получаемые путем физического осаждения. Данное покрытие наилучшим способом улучшает свойства тех режущих инструментов, где технология CVD неэффективна или бесполезна (таблица 6). Во-первых, PVD реализуется при более низких температурах, не превышающих 500 °С, что позволяет покрывать как твердосплавные пластины, так и инструменты из быстрорежущей стали. Во-вторых, покрытие PVD может быть нанесено на острую кромку и вследствие равномерного характера осаждения не вызывает ее притупления.

Таблица 6 – Неперетачиваемые пластины с покрытием PVD

 

Пластина Характеристика
Покрытие PVD типа TiAlN – TiN толщиной 4 мкм. Это покрытие обладает высокой износостойкостью и одновременно прочностью, что в комбинации с мелкозернистой твердой основой обеспечивает сплаву высокую остроту режущих кромок с хорошей сопротивляемостью выкрашиванию. Используется при высоких требованиях к точности и качеству обрабатываемой поверхности
Покрытие PVD TiN толщиной 1-2 мкм нанесено на поверхность особомелкозернистой основы, которая разработана специально для высококачественной обработки. Данное покрытие позволяет осуществлять достаточно эффективную и высокопроизводительную обработку как сталей, так и чугунов

 

Несмотря на все достоинства покрытия PVD, оно не может соперничать с более мощными покрытиями CVD, суммарная толщина слоев которых может достигать 22-25 мкм, поэтому по сей день уступает им долю рынка сменных неперетачиваемых пластин.

Большинство покрытий в настоящий момент выпускаются многослойными с целью создания требуемого уровня защиты инструментальной основы от механических и химических факторов износа за счет комбинации свойств различных частей своей слоистой структуры.

Известно, что первопричиной разрушения материалов стандартной структуры с размерами зерен свыше 1 мкм является формирование трещин, возникающих вследствие внутренних деформаций. В наноструктурированных материалах с размерами зерен менее 80-100 нм проявляется иной механизм разрушения. Материал покрытия в наноразмерных зернах практически идеален. Разрушения зерен вследствие внутренних деформаций практически не встречаются, а если они и происходят, то они быстро и эффективно тормозятся на границах зерен. В наноматериалах наблюдается препятствование ветвлению и движению трещин вследствие упрочнения границ зерен.

Ведущие разработчики покрытий для режущего инструмента, получаемых методами физического осаждения PVD, разработали гамму наноструктурированных покрытий для нанесения на режущие инструменты, которые предлагаются потребителям для широкого применения. Наибольшее распространение пока получили покрытия (Ti, Al)N, где нанослои нитридов титана и алюминия постоянно меняются местами, создавая градиент концентрации составных элементов. Такие покрытия называют наноградиентными (рисунок 2).

Рисунок 2 – Наноградиентное покрытие

Таким образом, создание покрытий для режущего инструмента нового поколения наиболее эффективно осуществляется при использовании инновационной концепции многослойно-композиционных покрытий с нанометрической структурой и чередующимися слоями наноразмерной толщины различного композиционного состава и функционального назначения. Одним из направлений совершенствования покрытий PVD является создание комбинаций структур позволяющих использовать концевой и размерный инструмент для работы без смазывающей и охлаждающей жидкости (СОЖ).

Стружкообразование

 

Оптимизация процесса точения происходит не только в направлении повышения скорости снятия металла, но и с целью повышения контролируемости процесса, что, в конечном итоге, сказывается на качестве обрабатываемых деталей и надежности всей работы. Отделение стружки от заготовки происходит в соответствии с выбранными параметрами резания, которые определяют ее форму и размер.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.