2 Резание инструментами с повышенными эксплуатационными свойствами

В настоящее время в инструментальном производстве широко используются различные способы улучшения режущих свойств инструментальных материалов, которые условно можно разделить на две группы:

1) позволяющие улучшить структуру и свойства материала путем устранения вероятных недостатков термической обработки или вредных последствий шлифования и затачивания инструментов;

2) с помощью которых можно повысить износостойкость и теплостойкость режущей части инструмента путем изменения состава и свойств ее тончайших поверхностных слоев.

К первой группе относится способ обработки инструмента при температурах ниже нуля (обработка холодом), которая заключается в охлаждении инструментов после закалки до температуры минус 75...80 °С и выдержке при такой температуре в течение 1 ч. Благодаря переводу остаточного аустенита в мартенсит и исправлению возможных отклонений в осуществлении самого выгодного режима термической обработки (перегрев при закалке, недостаточный отпуск и т. д.), обработка холодом в некоторых случаях позволяет повысить период стойкости инструмента в 1,5—2 раза.

К этой же группе относятся также способы, позволяющие устранить ухудшение качества поверхностных слоев инструментов, которое может возникнуть вследствие шлифования и заточки. Известно, что при шлифовании и заточке, особенно если они производятся без соблюдения необходимых предосторожностей, на обрабаты­ваемых поверхностях инструментов возникает очень высокая температура. Эти поверхности «прижигаются», т. е. отпускаются, и теряют высокие твердость и износостойкость. Такие участки рабочих поверхностей инструментов подвержены ускоренному изнашиванию, на них налипает обрабатываемый материал. Кроме того, в результате шлифования и заточки в поверхностных слоях инструментов нередко возникают остаточные напряжения, приводящие к образованию чрезвычайно мелких трещин, которые могут служить причиной выкрашивания режущих кромок.

Одним из способов устранения указанных дефектов является травление (химическая обработка) заточенных инструментов в водном растворе кислот и медного купороса, в результате которой с поверхности удаляется слой отпущенного металла толщиной 5...20 мкм. Это способствует повышению периода стойкости инструмента на 30...50 % и уменьшению налипания обрабатываемого металла.

К данной группе способов повышения стойкости режущих инструментов относится также удаление поврежденного при заточке слоя с рабочих поверхностей инструментов путем доводки этих поверхностей, т. е. обработки их с помощью доводочных паст или мелкозернистых шлифовальных кругов.

Ко второй группе способов, повышающих износостойкость и теплостойкость режущей части быстрорежущего инструмента, относятся: цианирование, которое повышают периода стойкости инструмента в 1,5—3 раза. НRСэ

Наряду с традиционными способами упрочнения поверхностного слоя в настоящее время используются новые: радиоактивное облучение, светолучевая обработка. В результате облучения металлов нейтронами, электронами, тяжелыми ионами, у-лучами существенно изменяются их механические свойства, возрастает прочность, твердость, снижается пластичность. Это вызвано нарушениями правильности кристаллической решетки, образованием вакансий, которые тормозят движение дислокаций, упрочняя материал. При облучении металлов ионами благородных газов образуется поверхностное покрытие. Радиоактивное облучение инструментов может привести к повышению периода стойкости инструментов в несколько раз, однако оно достаточно дорогое, что препятствует его практическому использованию.

Более экономично упрочнение быстрорежущих сталей светолучевой (лазерной) обработкой. В этом случае в поверхностных слоях инструмента происходят изменения микроструктуры, фазовый наклеп и другие явления, приводящие к повышению твердости материала и возрастанию его износостойкости.

Наиболее перспективным направлением повышения режущих свойств инструментальных материалов является нанесение износостойких покрытий на рабочую часть инструмента в виде пленки толщиной 3...15 мкм в вакууме. В настоящее время применяются керамические покрытия на основе карбидов титана, карбонитридов гитана и других металлов.

Покрытие создает достаточно твердую и износостойкую поверхность при вязкой и прочной сердцевине режущего клина. Покрытие Т1С отличается высокой твердостью, хорошим сцеплением покрытия с основой, стойкостью к окислению и повышает износостойкость прежде всего задней поверхности инструмента. Покрытии Т1С непригодны для обработки легких сплавов, поскольку на стойкость инструмента неблагоприятно сказывается химическое сродство алюминия, титана, входящих в состав обрабатываемого материала, и карбида титана, находящегося в твердом сплаве.

Покрытие Т1N характеризуется практически полной инертностью к адгезии и высоким сопротивлением лункообразованию. В связи с технологическими особенностями нанесения это покрытие единственное, применяемое для быстрорежущих сталей. Другие виды покрытий используются для нанесения их на твердосплавные пластины. Покрытие карбонитридом титана сочетает в себе преимущества Т1С (высокая износостойкость и сцепляемость с основой) и Т1N (лучшая способность противостоять лункообразованию на передней поверхности). Покрытие выполняется многослойным с различным содержанием и Т1N в каждом из слоев. Весьма перспективным направлением является нанесение на твердосплавные пластины покрытий из керамики (Аl₂Оз), двухслойного (Т1С + Аl₂Оз), трехслойного (Т1С+ Аl₂Оз + Т1N), которые имеют очень высокую износостойкость. Инструменты с покрытиями отличаются более высокими режущими свойствами, обеспечивая повышение периода стойкости в 3—5 раз или повышение скорости резания на 10...30 % при неизменной стойкости по сравнению с инструментами без покрытия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Грановский Г.И., Грановский В.Г., Резание металлов: Учебник для вузов.-М.: Высш. шк.,1985.-304с.

2. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов.-М.: Машиностроение, 1974.- 597с.

3. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов.-М.: Машиностроение,1975.-344с.

4. Ящерицын П.И. и др. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах: Учебник для вузов. - Минск: Вышїйш. шк., 1990.-512с.

5. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качест-вом в автоматизированном производстве. - М.: Машиностроение. 1989.- 296 с.

Дополнительная

6. Вульф А.М. Резание металлов. Изд. 2-е.-Л.:Машиностроение (Ленинград. отд-ние),1973.-496с.

7. Филоненко С.Н. Резание металлов.-К.: Технўка,1975.-232с.

8. Трент Е.М. Резание металлов: Пер. с анг/ Пер.Г.И.Айзенштока.-М.:Машиностроение,1980.-263с.

9. Физические основы процесса резания металлов. Под ред.В.А. Остафьева.-К.: Вища школа,1976,-136с.

10. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - 320с.

11. Подураев В.Н., Камалов В.С. Физико-химические методы обработки.- М.: Машиностроение,1973..- 346с.

12. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования.-М.: Машиностроение, 1975. - 176с.

13. Якимов А.В. и др. Теплофизика механической обработки: Учеб. пособие /А.В. Якимов, П.Т. Слободяник, А.В. Усов. - К.: Одесса: Лыбидь,1991. - 240с.

14. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т., т.2 /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1986. - 496с.

15. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. А.Н.Резникова.-М.: Машиностроение, 1977.-391с.

16. Методические указания и контрольные задания по курсу “Теория резания и тепловые процессы в технологических системах” (для студентов специальности 7.090202) / Т.Г.Ивченко, Н.В.Голубов. - Донецк: ДГТУ, 1995. - 39с.