Перспективы совершенствования конструкции режущего инструмента

В связи с повышающимся уровнем автоматизации в машиностроении необходимо:

1. Совершенствование типажа инструмента, обеспечивающего потребности народного хозяйства;

2. Создание программ имитационного моделирования для оптимизации процессов обработки и для автоматизации поискового проектирования;

3. Разработка теоретических основ унификации и стандартизации режущего инструмента;

4. Создание гибких инструментальных систем, включающих в себя инструменты с унифицированной режущей частью;

5. Дальнейшее совершенствование расчетной части системы автоматизированного проектирования режущих инструментов (САПРРИ): освоение прочностных расчетов, расчетов с учетом жесткости системы СПИД и д.р.;

6. Совершенствование направлений проектирования режущего инструмента:

• совершенствование конструкции инструмента с твердым сплавом и СТМ;

• совершенствование геометрических параметров режущей части, например переход на изготовление червячных фрез с поворотными рейками позволяет получить увеличенные задние углы α, повысить число возможных переточек, заменить трудоемкую операцию затылования шлифованием по винтовой поверхности;

• уточнение габаритных размеров.

Лекции 2-3 Инструментальные материалы

1. Требования к инструментальным материалам.

2. Углеродистые и легированные инструменты.

3. Быстрорежущие стали.

4. Твердые сплавы.

5. Минералокерамика.

Материалы, применяемые для режущих инструментов

В технологии обработки металлов резанием прогрессивное значение принадлежало и принадлежит инструментальным материалам. Применение новых инструментальных материалов, обладающих комплексом физико-механических свойств, превышающих по своим показателям предыдущие инструментальные материалы, является одним из эффективных путей повышения производительности труда в машиностроении.

Для изготовления режущего инструмента применяют следующие инструментальные материалы. Для режущей (рабочей) части:

• углеродистые инструментальные стали

• легированные инструментальные стали

• быстрорежущие стали

• твердые сплавы

• минералокерамика

• сверхтвердые инструментальные материалы на основе синтетических алмазов и нитрида бора и др (СТМ).

Крепежная часть: конструкционные стали 45, 50, 40Х, У10А, У8А, 9ХС.

На выбор инструментального материала влияет ряд факторов, главные из которых:

• назначение инструмента,

• его размеры,

• условия работы,

• технология его изготовления и др.

Эти факторы обусловили ряд требований к инструментальным материалам:

1. Высокие механические свойства, которые во многом определяются твердостью (HRA, HRC), пределом прочности на изгиб (σ_изг), пределом прочности на сжатие (σ_сж) и ударной вязкостью (а_Н).

Твердость инструментального материала должна приблизительно в 2 раза превышать твердость обрабатываемого материала, чтобы внедряться в поверхностные слои. Твердость инструментального материала может быть получена в результате специальной обработки (инструментальные стали), в процессе получения инструментального материала (тв. сплавы, минералокерамика) или быть природным свойством материала (алмазы).

Например, конструкционные стали твердостью HRC 30…35 хорошо обрабатываются инструментальными сталями, имеющими после термообработки HRС62…65. Конструкционные стали, термообработанные до твердости HRС 45…55, могут быть обработаны твердыми сплавами и минералокерамикой. СТМ благодаря своей высокой твердости способны производить обработку закаленных сталей.

Прочность инструментального материала способствует сопротивлению силам резания, то есть не дает разрушаться рабочей части инструмента. Наилучшим сочетанием прочностных характеристик обладают инструментальные стали. Поэтому рабочая часть инструмента, выполненного из инструментальной стали, успешно выдерживает сложный характер нагружения и может работать на сжатие, кручение, изгиб и растяжение. Остальные инструментальные материалы хорошо работают на сжатие, но имеют низкие пределы прочности на изгиб и еще меньшее значение предела прочности на растяжение. Поэтому их и используют при работе на сжатие, конструируя соответствующую геометрию рабочей части (σ_изг≈300кгс/мм²-стали; σ_изг≈150 кгс/мм²-твердые сплавы).

2. Красностойкость (температуростойкость) – это способность материала устойчиво сохранять высокие физико-механические свойства, в первую очередь твердость в горячем состоянии (в рабочем состоянии).

Критическая температура, выше которой в инструментальном материале начинаются структурные изменения и связанное с этим снижение твердости, называется температурой красностойкости. Например, твердость углеродистой инструментальной стали при комнатной температуре выше твердости быстрорежущей стали, однако ее режущая эффективность в несколько раз ниже. Средние значения красностойкости инструментальных материалов показаны на рис. 2.

3. Износоустойчивость (износостойкость), то есть способность материала сопротивляться истирающему действию материала обрабатываемой заготовки. Инструмент, обладающий высшей износостойкостью, при прочих равных условиях будет обладать большей размерной стойкостью, что повысит производительность труда, так как позволит в течение более длительного времени работать без переточек и подналадок.

Например, износостойкость твердого сплава больше износостойкости быстрорежущей стали в 50 раз. Однако легирование быстрорежущей стали кобальтом повышает ее износостойкость.

4. Хорошая обрабатываемость. Этот фактор играет большую роль, так как практически все режущие инструменты подвергаются механической обработке.

Например, Р18 – лучшая шлифуемость, чем Р9, хотя дороже (выше стоимость). Углеродистые У8А…У12А, 9ХС – хорошая обрабатываемость, пластичность и дешевле быстрорежущих сталей.

5. Низкая стоимость.