4.5. Минералокерамика
Применяется в виде пластин, основу которых составляет технический глинозем (Al2O3). Достоинства керамики: высокая твердость, теплостойкость и износоустойчивость, дешевизна. Недостаток - хрупкость.
Марки минералокерамических пластин ЦМ332, белая керамика - ВШ, черная керамика В-3 (60% Al2O3 + 40% карбиды тугоплавких металлов). В качестве добавок к керамике используют карбиды титана, вольфрама, молибдена. Такие материалы получили название - керметы.
4.6. Алмазы
Алмазные инструменты широко применяются в металлообработке: алмазные резцы для чистовой обработки цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов, а также алмазные порошки для абразивных инструментов. Широко применяется алмаз в виде специальных карандашей для правки абразивных шлифовальных кругов.
Алмаз - самый твердый инструментальный материал (в 4-5 раз тверже твердого сплава), однако он хрупок и дорог.
Натуральные (естественные) алмазы применяются для металлообработки редко, наиболее распространены в настоящее время инструменты из синтетического алмаза, полученного из графита в условиях высоких температур и давления (до 2000°С и 30-40 тысяч атмосфер).
Вместо однокристальных алмазов обычно лезвийные инструменты оснащаются поликристаллическими алмазами - спеченный мелкий алмазный порошок в виде блока, (цилиндр диаметром 3-5 мм и длиной 5-8 мм).
4.7. Синтетические материалы
Основой их служит синтетический сверхтвердый материал - эльбор, состоящий из кубического нитрида бора (43,6% бора + 56,3% азота), имеющего кубическую решетку.
Эльбор используют в виде порошка для изготовления абразивного инструмента и доводочных паст, а также в виде поликристаллических блоков (цилиндр диаметром 3-5 мм и длиной 5-8 мм) для оснащения лезвийного инструмента (резцы, фрезы и др.).
Марки поликристаллических материалов на основе эльбора:
композит 01, композит 02, композит 05, композит 09, композит 10, исмит 1, исмит 2, исмит 3.
Высокие физико-механические свойства позволяют обрабатывать эльборовыми резцами высокопрочные стали (с HRC 48 ... 64), металлокерамику, стеклопластик.
4.8. Перспективы совершенствования и использования инструментаных материалов
Из рассмотренных материалов наиболее распространены в металлообрабатывающей промышленности быстрорежущие стали, твердые сплавы и минералокерамика.
Удельный вес инструментов из этих материалов примерно следующий:
быстрорежущие стали 66%;
твердые сплавы 32%;
минералокерамика 2%.
По объему снимаемого металла соотношение между ними выглядит так:
твердые сплавы 68%.
быстрорежущие стали 28%;
минералокерамика 4%.
Основные тенденции совершенствования быстрорежущих сталей и их использования:
переход на вольфрамомолибденовые марки;
повышение содержания углерода;
совершенствование теории легирования сталей;
улучшение структуры за счет спецдобавок и порошковой металлургии;
рациональное использование каждой марки стали для конкретных видов инструмента и условий обработки;
повышение скорости резания для уменьшения наростообразования и большей пластичности срезаемого слоя особенно при зубофрезеровании.
Твердые сплавы - особо перспективный инструментальный материал, основные направления его совершенствования и повышения эффективности использования;
создание новых марок твердых сплавов с более высокими прочностными и режущими свойствами за счет обработки композиции и улучшения структуре;
разработка новых марок безвольфрамовых твердых сплавов;
разработка специальных марок твердых сплавов для условий прерывистого резания;
дальнейшее совершенствование методов износостойкого покрытия твердосплавных пластин.
Рациональный выбор инструментального материала при конструировании металлорежущего инструмента позволяет повысить эффективность обработки и производительность труда.
Вопрос: Основные конструкции режущих инструментов общего назначения, область применения.
Любой из режущих инструментов – резец, сверло, развёртка, протяжка, напильник, фреза, несмотря на их, совершенно различную форму имеёт одинаковые по назначению части. Каждый из этих инструментов имеет так называемую рабочую часть, снабжённую одной, или нес колькими режущими кромками; резец имеет одну главную режущую кромку, сверло- две главные режущие кромки; развёртка, протяжка, напильник и фреза – много режущих кромок.
У большинства режущих инструментов рабочую часть можно разбить на две: режущую, на долю, которой приходится основная работа по снятию стружки, и калибрующую, предназначенную для зачистки обработанной поверхности и направления инструмента в работе. Но не у всех инструментов можно разделить рабочую часть на режущую и калибрующую; сверло, развёртка, протяжка – имеют режущую калибрующую части; резец, напильник и фреза - не имеют калибрующей части.
Вторая часть любого инструмента - это соединительная (зажимная) часть. Её назначение передача сил развиваемых станком, к рабочей части инструмента. Разнообразие форм соединительных частей нежелательно, так как чем больше различных конструкций соединительных частей инструмента с одинаковой рабочей частью, тем труднее обеспечить снабжение инструментом.
Вопрос: Инструментальные блоки
Системы инструментальной оснастки предназначены для компоновки функциональных единиц – инструментальных блоков (комбинаций режущего и вспомогательного инструмента), каждый из которых предназначен для выполнения конкретного технологического перехода обработки данной детали на конкретном станке. Важным этапом является стандартизация присоединительных поверхностей инструмента и станка.
Блоки представляют собой взаимозаменяемую сборочную единицу, обеспечивающую быструю смену ее в борштанге в процессе эксплуатации или заточки режущих элементов.
Инструментальные блоки, устанавливаемые в шпинделе, должны обеспечить статическую точность, приведенную к вылету режущих кромок, в соответствии с допустимым биением режущих кромок для данного инструмента.
Вспомогательный инструмент изготавливают из стали 18ХГТ с цементацией и закалкой до 53…57 HRC. Гайки и винты делают из стали 40Х с термообработкой до твердости 37…41,5 HRC.
Инструментальный
блок состоит из корпуса с коническим
посадочным местом 7:24 для установки в
шпинделе, и центральным отверстием для
установки в нем оправки с инструментом.
Регулировка вылета инструмента
производится за счет изменения
местоположения гайки с резьбой
.
Точность обработки зависит от погрешности инструментальных блоков. Точность инструментальных блоков регламентируется допустимым радиальным биением.
Вопрос: Способы крепления пластин.
Для экономии инструментального материала, многократного использования корпусов, сокращения вспомогательных времен современный инструмент, как правило, изготавливается составным или сборным, где корпуса (державки) - из конструкционных материалов, а режущая часть – согласно условиям обработки.
Способы соединения рабочей части и корпуса:
сварка, в том числе и сварка трением, – для инструментов с
рабочей частью из быстрорежущих сталей и диаметром d > 10 мм;
пайка, наклейка, наплавка – для твердосплавного,
минералокерамического, сверхтвердосплавного инструментов;
опрессовка, чеканка – для инструментов из синтетических сверхтвердых материалов;
Неразъемные соединения (пайка, сварка, наклейка, наплавка)
применяются, в основном, для малогабаритных инструментов.
Способы крепления цельных и напайных режущих ножей:
нож-клин с рифлениями;
нож с рифлениями – плоский или полукруглый клин;
нож конический с осевыми рифлениями;
ножи с осевыми рифлениями и зажимом винтами через планку или
втулки.
Механическое крепление.
На практике используются, в основном, 2 варианта механического
крепления элементов:
а) без последующей заточки режущих элементов;
б) с обязательной последующей заточкой режущих элементов.
В первом варианте параметры режущей части обеспечиваются за счет
выбора соответствующей формы и размеров режущей части и гнезда. Этот принцип используется для инструментов с неперетачиваемыми многогранными и круглыми пластинками из твердых сплавов, минералокерамики и сверхтвердых материалов.
Требования к корпусам и режущим элементам
- надежность и быстрота крепления;
- повышенная точность изготовления посадочных гнезд;
- повышенная точность изготовления режущих элементов.
Во втором варианте геометрические параметры режущей части
предварительно образуются за счет формы и размеров режущих элементов и
корпуса, а окончательно режущая часть формируется путем заточки инструмента в сборе.
Требования:
- обеспечение геометрических параметров и их точности путем заточек
и при переточках;
- возможность перестановки режущих элементов относительно корпуса
как в радиальном, так и в осевом направлениях для компенсации износа и создания припуска под переточку;
- обеспечение определенного количества переточек самих режущих
элементов.
ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ КРЕПЛЕНИЯ РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Схемы крепления пластин: а)прихватом сверху; б) прихватом сверху и
через отверстие; в) штифтом; г) винтом; по ISO, соответственно, C, M, P, S.
Схемы и способы крепления пластин из сверхтвердых материалов,
рис.2.3: а, б – горизонтальное и вертикальное расположение кристаллов; в -
кристалл зачеканен в корпус.
Переточка напаянных и приклеенных пластин, рис.2.4, с учетом их
износа:
а) переточка по задней поверхности, инструмент работает при малойтолщине среза, преобладает износ по задней поверхности; б) переточка по передней поверхности, инструмент работает при больших толщинах среза, стружка сливная; в) переточка выполняется по передней и задней поверхности, пластина располагается на корпусе под большим углом, до 30…450,перетачивается только часть передней поверхности.
Сверхтвердые режущие материалы используются для резцов, торцовых фрез, расточных инструментов, разверток при малых толщинах среза и высоких скоростях резания.
Алмазы, рубины, сапфиры используются для обработки цветных металлов и неметаллических материалов. Эти материалы обладают высокой твердостью и износостойкостью, процесс резания – без нароста. Эти материалы непригодны для обработки черных металлов, поскольку они химически активны к железу. Для черных металлов при высокой твердости возможно применение композитов на основе нитрида бора.
Отличительные особенности современных конструктивных исполнений креплений – это отказ от шлица (прорези на головке) на винте и переход к многограннику, утопленному в головку винта; использование минимального количества крепежных элементов для увеличения жесткости конструкций; минимальное количество выступающих частей, препятствующих отводу стружки; повышенные требования к точности изготовления корпусов и посадочных гнезд под пластины.
Элементы крепления пластин
К элементам крепления пластин относятся прижимы, опорные пластины, штифты, эксцентричные втулки, винты, пружины, клинья, стружколомы и др.
Опорные пластины изготавливаются из твердых сплавов или закаленных сталей. Они подкладываются под режущие пластины для повышения срока службы корпуса.
Преимущества механического крепления неперетачиваемых многогранных пластин:
- повышение производительности за счет увеличения режимов резания;
- снижение потерь рабочего времени на замену затупленной режущей кромки;
- возможность замены марки пластины для конкретного обрабатываемого материала без снятия корпуса инструмента и исключения дополнительной переналадки инструмента;
- снижение затрат на переточку пластин.
Недостатки механического крепления пластин:
- увеличенные габаритные размеры за счет элементов крепления;
- повышенные требования к точности изготовления пластин, точности корпуса самого инструмента и особенно к корпусам многолезвийных инструментов;
- затруднен стружкоотвод при использовании пластин без отверстий с креплением по передней поверхности;
- некоторая технологическая ограниченность воздействия на стружку стружколомов, изготовленных на самой пластинке.
Вопрос: Фасонные инструменты. Конструкции и принципы проектирования. Область применения.
Фасонный резец - это специальный инструмент, форма режущих кромок которого определяется формой профиля изделия.
Применяются фасонные резцы для обработки деталей типа тел вращения (на токарных станках) и типа плоских, прямоугольных, и тому подобных тел (на строгальных и долбежных станках).
Достоинства фасонных резцов:
однородность профиля и точность размеров обрабатываемой детали;
высокая производительность обработки;
длительность эксплуатации (большое число переточек);
не требуют высокой квалификации рабочего для обработки фасонных деталей.
Фасонные резцы широко используются в крупносерийном и массовом производстве, несмотря на сложность в изготовлении и высокую стоимость.
Фасонные резцы можно классифицировать следующим образом:
по форме:
стержневые;
призматические;
круглые;
по расположению оси или базы крепления по отношению к оси детали:
с параллельным расположением;
с наклонным расположением;
по направлению подачи:
радиальные;
тангенциальные;
по форме образующих:
круглые резцы с кольцевыми образующими;
круглые резцы с винтовыми образующими;
призматические резцы с плоскими образующими.