11 Минералокерамические материалы.

Сравнительно недавно для изготовления режущих инструментов стали применять минералокерамические материалы. Наиболее широкое распространение получил минералокерамический материал марки ЦМ-332, состоящий в основном из окиси алюминия Аl2O3 с небольшой добавкой (0,5-1,0%) окиси магния МgО. Окись магния препятствует росту кристаллов во время спекания и является хорошим связующим средством.

Минералокерамические материалы изготовляются в форме пластинок и присоединяются к корпусам инструментов механическим путем, приклеиванием или припаиванием.

Минералокерамические материалы более дешевые, чем твердые сплавы, так как в их состав не входят дефицитные и дорогие элементы кобальт, вольфрам и др.

Минералокерамика ЦМ-332 обладает высокой твердостью, ее красностойкость достигает 1200°С. Однако она отличается низкой прочностью при изгибе (350-400 мн/м2) и большой хрупкостью, что приводит к частым выкрашиваниям и поломкам пластинок при работе.

Существенным недостатком минералокерамики является ее крайне низкое сопротивление циклическому изменению температуры. Вследствие этого даже при небольшом числе перерывов в работе на контактных поверхностях инструмента появляются микротрещины, которые приводят к его разрушению даже при небольших усилиях резания. Это обстоятельство ограничивает практическое применение минералокерамического инструмента.

Минералокерамика успешно может применяться для чистового обтачивания чугуна, сталей, неметаллических материалов и цветных металлов с большими скоростями и ограниченным числом перерывов в работе. Имеются примеры удачного применения минералокерамики также и на обдирочных операциях.

Минералокерамические инструменты целесообразно применять только на станках повышенной жесткости, характеризующихся безвибрационной работой.

С целью улучшения свойств минералокерамики проводятся работы по созданию керметов, состоящих из минералокерамики и металлических добавок в виде карбидов вольфрама, молибдена и др.

12 Инструментальные углеродистые стали.

Инструментальные углеродистые стали - это стали с содержанием углерода свыше 0,65% и не более 1,35%. Для изготовления режущих инструментов используются следующие марки углеродистых сталей: УI0, Уll, У12, УI2А, У13. Буква У означает, что сталь углеродистая; цифрами указано содержание углерода в десятых долях процента. Если в конце обозначения добавляется буква А, то это означает, что сталь высокого качества с минимальным содержанием вредных примесеЙ. Чем больше углерода в стали, тем выше ее твердость, достигающая после термообработки значений 61 ... 65НRC; при этом прочность стали уменьшается.

Теплостойкость углеродистых сталей невысока (200 ... 250⁰С), поэтому их можно использовать только для изготовления ручных инструментов или инструментов, работающих при низких скоростях резания, а также применяемых для обработки л~гкообрабатываемых материалов.

Кроме высокой твердости, к числу положительных свойств углеродистых сталей можно также отнести: низкую стоимость, высокие технологичность и прочность при изгибе (J'и=2000 ... 2300 МПа). К числу недостатков, кроме низкой теплостойкости, - плохую прокаливаемость по сечению, склонность к перегреву при шлифовании и к объемным деформациям при закалке.

С целью улучшения свойств углеродистых сталей в их состав вводят в небольших количествах легирующие элементы: хром, вольфрам, марганец, кремний, ванадий и др. Это позволяет повысить их теплостойкость дО 250 .. .300⁰С и за счет этого увеличить скорость резания в 1,2 ... 1,4 раза. Из этих сталей наибольшее применение в производстве режущих инструментов получили сталь 9ХС (С=0,9%, Si=I,4%, Cr=I,1 %, Мn=0,4%) и сталь ХВГ (С=I,О%, Мn=0,95%, Cr=I,1 %, W=I,4%). Последняя марка стали, дающая малые объемные деформации при закалке, применяется главным образом для изготовления протяжек и других инструментов с малой поперечной жесткостью (длинные развертки, метчики и др.).

13 Быстрорежущие стали нормальной производительности.

Быстрорежущие стали были изобретены в начале хх столетия и вызвали качественный скачок в развитии машиностроения. Благодаря высокой теплостойкости (600 ... 650⁰С), они позволили увеличить скорости резания в 3-5 раз. В быстрорежущих сталях при том же количестве углерода, что и в инструментальных сталях, повышение теплостойкости было достигнуто за счет введения в их состав в больших количествах вольфрама, молибдена, хрома и ванадия, образующих тепло- и износостойкие карбиды.

Одним из важных свойств быстрорежущих сталей при их высокой твердости после термообработки (62 ... 65НRC) является высокая прочность при изгибе (J'и=2900 ... 3100МПа), наибольшая из всех известных инструментальных материалов. Благодаря этим свойствам, а также хорошей технологичности быстрорежущие стали в настоящее время остаются основными материалами для изготовления режущих инструментов, особенно сложнопрофильных, имеющих фасонные режущие кромки.

Первой из большого числа марок быстрорежущих сталей была разработана сталь р 18, содержащая 18% вольфрама. Ее недостатками являются высокая стоимость из-за большого содержания дефицитного вольфрама, пониженные пластичность и прочность, поэтому были предприняты попытки замены вольфрама молибденом. Было установлено, что введение 1 % молибдена эквивалентно введению 1,5 ... 2 % вольфрама. Благодаря этому удалось повысить пластичность и прочность быстрорежущей стали. В настоящее время в мировой практике наибольшее применение нашла быстрорежущая сталь марки Р6М5 (W=6%, Мо=5%, Сг4%, У=2%), составляющая около 70% от общего выпуска быстрорежущих сталей; относится к сталям нормальной производительности.

14 Быстрорежущие стали высокой производительности. (Отсутствует)

15 Быстрорежущие стали повышенной производительности

В ГОСТ 5950 содержится 8 марок быстрорежущих сталей различных составов. В их числе находятся стали повышеююй проuзводителыюсти, дополнительно легированные кобальтом (до 10%) и с повышенным содержанием ванадия (до 5%). Они имеют повышенные теплостойкость (до 650 ... 700⁰С) и твердость (до 64 ... 67НRC), но пониженные прочность и технологичность, стоимость существенно выше стоимости стали Р6М5. Применяют эти стали главным образом для изготовления инструментов, предназначенных для обработки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей, титановых сплавов, а также для изготовления наиболее сложных и дорогих инструментов, таких как протяжки и зуборезные инструменты. Из получивших наибольшее применение марок сталей повышенной производительности можно отметить экономно легированные стали Р6М5К5, Р9М4К8, Р12Ф4.

Дальнейшее повышение режущих свойств быстрорежущих сталей возможно путем: 1) выплавки сталей в вакуумно-дуговых печах с использованием метода электрошлакового переплава и др.; 2) использования методов порошковой металлургии с целью получения сталей мелкозернистой структуры повышенной прочности и высокой степени легированности; 3) применения термомеханической и химико-термической обработки, а также поверхностного пластического упрочнения; 4) нанесения износостойких покрытий из карбидов и нитридов титана, ниобия и других элементов.

16 Легированные стали

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированные стали делятся на низколегированные (содерж Lэ < 5 %^[уточнить^]), среднелегированные(содерж 5 < Lэ < 10 %) и высоколегированные (Lэ > 10 %).

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали.

Стоящие за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.

Дополнительные обозначения в начале марки:

Р — быстрорежущая;

Ш — шарикоподшипниковая;

А — автоматная;

Э — электротехническая;

и др.

17 Фрезы с затылованными зубьями. Типы и назначения.

Фрезы – многозубы вращающийся инструмент, режущие зубья которого последовательно один за другим выступают в работу. Подача осуществляется относительным движением обрабатываемой детали и фрезы.

Фрезы в основном применяют для обработки плоскостей и фасонных поверхностей. По форме зубьев фрезы делят на фрезы с остроконечными зубьями и фрезы с затылованными зубьями.

Ни один инструмент не обладает таким разнообразием типов, форм и назначения, как фреза. Огромное преимущество состоит в том, что фреза позволяет производить фасонную обработку деталей причем для этого не требуется ни сложной установки, ни высокой квалификации рабочего.

Фрезы для обработки плоскостей подразделяют на цилиндрические, торцевые, насадные, дисковые, фрезы - пилы, угловые, концевые и сборные фрезы, выделенные в самостоятельную группу лишь по принципу сменности ножей по внешнему же виду относящиеся к одному из первых видов фрез.

Фрезы с затылованной формой зубьев затачивают по передней поверхности.

После переточек затылованные фрезы сохраняют постоянный фасонный

профиль режущих кромок.Для фрез простейшего типа, которые

обрабатывают плоские поверхности, выбирают острозаточенную форму

зубьев, а для фасонных—затылованную форму зубьев.

В группу фрез с затылованной формой зубьев включают выпуклые и

вогнутые фасонные фрезы, дисковые модульные, червячные модульные и

шлицевые, резьбовые фрезы.

Цилиндрическая фреза обычно имеет угол наклона стружечной канавки 30 - 40º и различное число зубьев. Торцевые насадные фрезы имеют зубья как на цилиндрической поверхности, так и на торцевой. Основная работа резания выполняется зубьями, расположенными на цилиндрической поверхности, а торцевые только зачищают обрабатываемую поверхность. Дисковые фрезы бывают четырех типов: пазовые, двусторонние, трехсторонние и регулируемые. Концевые фрезы представляют собой группу фрез, отличающихся креплением в шпинделе фрезерного станка. Зубья на цилиндрической части конструируют аналогично зубьям цилиндрических фрез, а на торцевой части – аналогично зубьям на торцевой части торцевых фрез.

Фрезы с затылованными зубьями применяются в основном для фасонной обработки. Особенностью их

зубьев является то, что при заточке по передней поверхности,

лежащей в осевой плоскости фрезы, сохраняется профиль изделия до

полного износа фрезы. Для этого зуб фрезы обтачивается

(затылуется) по некоторой кривой.

Преимущества и недостатки фрез с остроконечными

(заточенными) и затылованными зубьями:

1. При переточках у острозаточенных фрез пространство для

размещения стружки резко уменьшается, а у затылованных, наоборот,

увеличивается (рис. 5.17).

2. Затылованные фрезы допускают большее число переточек,

чем фрезы с острозаточенными зубьями.

18 Фрезы с затылованными зубьями. Конструктивные и геометрические элементы.

Затылованные фрезы дают худшую чистоту и большую шероховатость обработанной поверхности, чем

фрезы острозаточенные, так как они не подвергаются круглому шлифованию

(зубья расположены на разном расстоянии от оси фрезы и имеют меньшее

число зубьев, в результате работают неспокойно.

4. Профиль затылованной фрезы, как правило, не шлифуется, не

удаляется обезуглероженный слой при термообработке, поэтому стойкость

затылованных фрез ниже.

Несмотря на ряд крупных

Рис. 5.18. Профиль зуба фасонной фрезы

недостатков, фрезы с затылованными

зубьями получили широкое распространение в инструментальном производстве

при фрезеровании канавок сверл, метчиков, разверток и других фасонных

поверхностей как обеспечивающие постоянство профиля изделия.

Постоянство профиля изделия зуб затылованной фрезы обеспечивает в

том случае, если он затылован по кривой, у которой угол между касательной и

радиусом-вектором имеет постоянную величину или изменяется в

незначительных пределах, т.е. сохраняется постоянным задний угол.

Рассмотрим самый простой случай оформления главной задней

поверхности зуба фасонной фрезы – по прямой линии ( аb ), наклоненной под

некоторым углом

α

к касательной к окружности

.

Профиль зуба будет очерчен прямыми cd , параллельными заданной прямой. По мере переточек фрезы

диаметральными плоскостями 00, 01, 02 (для обеспечения

постоянной

(h1 < h ) , так как непараллельные отрезки

γ = 0 ) первоначальная высота зуба h = ac

не остается

h1 , h 2 заключены между параллельными прямыми аb и

cd и не равны между собой. В то же время размеры, параллельные оси фрезы ( В, b - фрагмент), при переточках

h > h1 > h 2 изменится глубина профиля на обрабатываемой детали. Под

не изменяются. В результате того, что

каким бы углом α мы не наклоняли прямую затылка аb , постоянство высоты профиля зуба h при переточках

обеспечено не будет; одновременно с уменьшением h при переточках фрезы изменяются углы α и дополнительные

μ : в положении 00 угол α > α 1 , а в положении 01, наоборот, μ 2 > μ . Таким образом, для

к ним углы

обеспечения постоянства высоты зуба затылованной фасонной фрезы при переточках необходимо затылование

μ

произвести по такой кривой, у которой угол α (задний угол) или

(угол между касательной в точке кривой

затылования и радиусом-вектором этой точки) был бы постоянным или менялся в незначительных пределах.

Из таких кривых заслуживают внимания логарифмическая спираль и спираль Архимеда

.

19 Резьбонарезные головки. Типы и назначения.

Резьбонарезные головки предназначены для нарезания наружной и внутренней резьбы. РНГ

для нарезания наружной резьбы широко используются в массовом машиностроении и специализиро-

ванном метизном производстве. РНГ для внутренней резьбы в основном используются для нарезания

резьбы размерами более М35 в корпусных изделиях.

По схеме работы головки разделяются на вращающиеся и невращающиеся. Они отличаются

друг от друга способами включения – выключения и конструктивным оформлением.

Резьбонарезные головки представляют собой сложный механизм, оснащенный комплектом

гребенок, выполняющих роль зубьев плашек или метчиков, имеющих режущие и направляющие

резьбовые профили.

В начале и в течение рабочего хода нарезания резьбы гребенки настроены на размер нарезае-

мой резьбы с требуемой точностью, т.е. РНГ находится в рабочем закрытом состоянии. В конце рабо-

чего хода РНГ раскрывается – гребенки раздвигаются при нарезании наружной резьбы или сдвигают-

ся при нарезании внутренней резьбы в радиальном направлении. На холостом ходу РНГ, не касаясь

нарезанной резьбы, возвращается в начальное положение и гребенки приводятся в рабочее состояние

• РНГ закрывается. Принцип работы наружных и внутренних РНГ одинаков.

20 Плашки. Типы, назначение.

Плашка — резьбонарезной инструмент для нарезания наружной резьбы вручную или на станке.[1]

Плашка - резьбонарезной инструмент для нарезания наружной резьбы ручным или машинным способом. В настоящее время разделение на плашки и лерки перестало существовать. Ранее название плашка использовалось применительно к наборному и регулируемому резьбонарезному инструменту предпочтительно больших диаметров. Термин лерка применялся для обозначения пластины с резьбовым отверстием и канавками для отвода стружки. Лерки использовались для изготовления более точной резьбы мелких диаметров.

Плашки предназначены для нарезания или калибрования наружных резьб за один проход. Наиболее распространены плашки для нарезания резьб диаметром до 52 мм. Плашка представляет собой закаленную гайку с осевыми отверстиями, образующими режущие кромки. Как правило, на плашках делают 3-6 стружечных отверстий для отвода стружки. Толщина плашки 8-10 витков. Режущую часть плашки выполняют в виде внутреннего конуса. Длина заборной части 2-3 витка. Плашки выполняются из легированных сталей (9ХС, ХВСГФ), быстрорежущих сталей (Р18, Р6М5, Р6М5К5, Р6М5К8), а в последнее время — и из твёрдых сплавов. На них маркируется обозначение и степень точности нарезаемой резьбы, марка стали (9ХС не указывается).

Виды плашек: цельные, разрезные и раздвижные (клупповые). В зависимости от формы наружной поверхности плашки бывают круглые, квадратные, шестигранные, призматические.

Плашки применяются для нарезания наружной резьбы машинным или ручным способом.

Резьбонарезание осуществляется в основном с реверсированием. Наиболее распространенными яв-

ляются круглые плашки и их разновидности – шестигранные, квадратные и др.

21 Плашки. Конструктивные и геометрические элементы.

Круглая плашка - многолезвийный инструмент состоит из следующих основных конструктивных элементов, поверхностей, лезвий (рисунки 1 и 2):

- режущие зубья 1 образованы в результате пересечения внутренней резьбовой поверхности со стружечными канавками 2;

- передняя поверхность 5 цилиндрическая или плоская плавно сопряженная с поверхностью стружечного отверстия;

- главная задняя поверхность 7, очерченная семейством затыловочных кривых, в основном спиралью Архимеда;

- вспомогательные задние поверхности 8 представляют собой винтовые поверхности резьбовой нитки;

- режущие профили 4 – часть резьбовой нитки длиной l₁, заточенной под углом  и затылованной - формируют профиль резьбы. Режущие профили 4 выполняются на двух торцах плашки, что позволяет использовать инструмент с любой стороны;

- направляющие профили 9 длиной l₂ представляют собой часть резьбовой нитки, ограниченной стружечными канавками; служат для центрирования, направления и самоподачи плашки;

- главные лезвия 6 наклонены к оси плашки под углом ;

- вспомогательные режущие лезвия 3, образованные пересечением винтовой поверхности резьбовой нитки с передней поверхностью; они формируют резьбовой профиль детали и частично участвуют в резании в пределах толщины срезаемого слоя на режущих профилях.

При закреплении инструмента в плашкодержателе базирование плашки осуществляется по наружной цилиндрической поверхности и одной из торцевых поверхностей.

 На наружной цилиндрической поверхности изготавливаются центровые отверстия. Некоторые центровые отверстия используются только для закрепления, в то время как остальные выполняют дополнительную функцию регулирования плашки на размер после разрезания пере­мычки толщиной g.

Основные конструктивные и геометрические элементы плашек, подлежащие расчету, представлены в таблице 2 и на рисунке 2.

22 Расчет плашек.

Пример расчета круглой плашки.

 

Проведем расчет круглой плашки размером М16-6h с шагом Р равным 2 мм для нарезания резьбы на детали из стали 45 твердостью НВ = 190. Сбег резьбы не лимитирован. Номинальные значения размеров резьбового профиля плашки и детали согласно ГОСТ 24705-2004 (в редакции 2006 г.): d = D =16 мм, d₂ = D₂ = 14,701 мм; d₁ = D₁ = 13,835 мм.

 Последовательность расчета соответствует нумерации пунктов данного раздела пособия.

1.               Наружный диаметр плашки выбираем из таблицы №3: D = 45 мм;

2.               Режущая часть. Так как сбег резьбы не лимитирован, из соображений повышения стойкости инструмента и надежности направления принимаем угол режущей части  = 20⁰.

Диаметр режущего конуса на торце плашки:

d_т = d + t =16 + 20,12 = 16,24 мм;

Длина режущей части: .

3.               Направляющая часть плашки с учетом точности нарезаемой резьбы принимается короткой:

l₂ = 4P = 8 мм;

4.               Толщина плашки выбирается с учетом унификации этого размера по ГОСТ 9740-71 (в редакции 1997 г.).

 Н = 14 мм. Сравниваем ее с длиной рабочей части:

l = 2l₁+ l₂ = 6,5 + 8 = 14,5 мм.

Корректируем размер l₂, принимаем его равным 7,5 мм. В этом случае длина направляющей части больше трех ниток, что обеспечивает надежное центрирование и направление инструмента, поэтому l₂ = 7,5 мм является приемлемой.

5. Стружечные отверстия. Определим толщину стенки плашки е, т.е. расстояние между наружной поверхностью и поверхностью стружечного отверстия (рисунок 4):

.

Диаметр стружечного отверстия:

Положение центров стружечных отверстий:

Уточняем полученные размеры по приведенным в ГОСТ 9740-71 (в редакции 1997 г.), отмечаем примерное совпадение. С учетом требований унификации технологической оснастки для изготовления плашек принимаем:

 d_с = 12,1 мм; d_ц = 23,9 мм.

Принимаем форму заточки передней поверхности криволинейной как более технологичную. Устанавливаем припуск, снимаемый при заточке:

 = 0,03D = 0,03 16 = 0,48 мм, и диаметр шлифовального круга, которым производится заточка: d_ш = d_с – 1 = 12,1 -1 = 11,1 мм.

Назначаем передний угол  = 20⁰ с учетом твердости обрабатываемого материала НВ = 190 по таблице 4.

Проведем проверку передних углов, полученных в результате заточки в пределах

t = (1,2 … 1,5) Н₁, где Н₁ – высота резьбового профиля плашки. Предварительно вычислим значения вспомогательных величин в соответствии с рисунком 6:

;

Определяем площадку заточки:

Сравниваем ее с величиной t равной, t=(1,2…1,5)Н₁, получаем:

n₁ = 3,33 > t = (1,2 ÷ 1,5). 0,541P = 1,3…1,62 мм.

Следовательно, мы имеем достаточную площадку заточки передней поверхности.

Передний угол в точке, расположенной на внутреннем диаметре резьбового профиля,

 _1з = 90⁰ - _1з - ₂ = 90⁰ – 26⁰27 - 33⁰42 = 29⁰ 51.

Проверяем значение переднего угла в точке 2, расположенной на расстоянии

 t = (1,2…1,5) Н₁ от внутреннего диаметра резьбы плашки:

Полученные значения переднего угла заточки _2З в точке 2 удовлетворяют табличному значению.

Определяем просвет С, полученный в результате заточки плашки по передней поверхности:

6.               Количество зубьев и ширина зуба плашки; расчет допустимого числа переточек по передней поверхности:

 Количество зубьев плашки:

Принимаем количество зубьев плашки равным 4.

Ширина зуба плашки:

В приложении к ГОСТ 9740-71 (в редакции 1997 г.) ширина зуба задана по хорде окружности внутреннего диаметра резьбы. В приведенном расчете m и С измеряются по дуге этой окружности. Сравнение полученных значений m и значений, приведенных в стандарте. Может быть произведено с помощью известных геометрических зависимостей. Вычисления показывают достаточно близкое совпадение рассчитанного значения m со стандартным.

Число переточек при m = 0,3 мм:

Принимаем количество переточек равным 8.

7.               Задний угол  = 8⁰ (см. п. 3.7)

Определим величину радиального падения задней поверхности зуба, которая необходима для настройки затыловочного станка: