1.6. Абразивные материалы

Абразивные материалы используются для изготовления абра­зивных инструментов (кругов, брусков и др.) и применяются в ви­де зерен, которые являются режущими, а поэтому должны обла­дать высокой твердостью, теплостойкостью и хорошо дробиться при затуплении, чтобы образовывать новые острые кромки. Раз­меры зерен находятся в пределах от 2000 до 1 мкм (2000…160 мкм — шлифзерно; 120…30 мкм — шлифпорошки; 28 мкм и менее — микропорошки).

Естественные абразивные материалы, наждак и корунд, состо­ящие из окиси алюминия А1₂О₃, сильно засорены посторонними примесями, малопроизводительны и в настоящее время для изго­товления промышленных абразивных инструментов применяется редко.

Из искусственных абразивных материалов наиболее широко используются электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, син­тетический алмаз и кубический нитрид бора (КНБ).

Электрокорунд представляет собой кристаллическую окись алюминия А1₂О₃, является продуктом плавки бокситов и в зависимости от содержания окиси алюминия (от 92 до 99%) и спо­соба изготовления подразделяется на электрокорунд нормальный (16А…12А), электрокорунд белый (25А…22А), электрокорунд хромистый (34А…32А), монокорунд (45А…43А), электрокорунд титанистый (37А). Наиболее высокой режущей способностью и прочностью зерен обладают электрокорунд титанистый, хромистый и монокорунд, применяемые при напряженных режимах шлифования.

Карбид кремния (SiC), или карборунд — резуль­тат спекания кварцевого песка с углеродом, выпускается в виде карбида кремния зеленого (64С…62С) с содержанием SiC не ме­нее 98% и в виде карбида кремния черного (55С…52С) с содер­жанием SiC 95…97%. Карбид кремния зеленый более качест­венный, чем черный, и используется для заточки твердосплавных инструментов, а карбид кремния черный — для шлифования мате­риалов с низким пределом прочности (чугуна, бронзы, латуни и др.).

Карбид бора (В₄С) получают при плавке борной кислоты и нефтяного кокса; по твердости приближается к алмазу и выпус­кается в виде порошков и паст для доводки твердосплавного ин­струмента и обработки твердых минералов, таких, как рубин, ко­рунд, кварц.

Алмазы, в основном искусственные, нормальной, повышен­ной и высокой прочности, являются самыми твердыми материала­ми и обладают самой высокой режущей способностью. Поэтому их применяют для высококачественной и производительной обработ­ки твердых сплавов, твердых минералов, цветных металлов и их сплавов.

Кубический нитрид бора по своим свойствам поч­ти не уступает алмазу, но используется для обработки черных ме­таллов (железосодержащих), так как химически инертен к желе­зу и углероду.

Абразивные материалы имеют высокие красностойкость и износо­стой­кость. Инструменты из абразивных материалов позволяют об­рабатывать де­тали со скоростью резания 15…100 м/с. Абразивные материалы используют главным образом для изготовления инструментов для окончательной обра­ботки деталей, когда к ним предъ­являют повышенные требования по точности и шероховатости обработанных поверхностей.

1.7. Выбор инструментальных материалов

Инструментальный материал (ИМ) оказывает большое влия­ние на производительность обработки, качество обработанной поверхности и на конструкцию самого инструмента, т. е. является важнейшей характеристикой режущего инструмента.

Трудности выбора ИМ помимо сложности процесса резания и явлений, его сопровождающих, объясняются еще двумя причи­нами. Во-первых, в отличие от многих других характеристик или параметров инструмента выбор марок затруднен, так как не имеется одного какого-либо надежного и общего комплексного численного критерия, по которому можно было бы осуществлять выбор. Во-вторых, число возможных сочетаний различных фак­торов, условий работы инструмента, существенно влияющих на выбор ИМ, огромно. Очевидно, что дать рекомендации для каждых конкретных условий не представляется возможным.

Имеющиеся опытные данные, а также рекомендации по выбору ИМ в различных стандартах и нормативах позволяют с большим или меньшим основанием выбрать марку ИМ. При этом, однако, учитывается обычно от двух до пяти факторов, что для правиль­ного выбора ИМ часто совершенно недостаточно.

Изложенная ниже методика выбора марок ИМ учитывает боль­шее число факторов, что позволяет сделать выбор более обос­нованным.

При выборе марок ИМ необходимо учитывать: обрабатываемый материал; состояние поверхности заготовки; режимы резания (соответственно t, S, v); характер резания (прерывистое, непрерывное); тип производства (массовое, серийное, еди­ничное); жесткость технологической системы; тре­буемая надежность инструмента; технология перетачивания инструмента (способ, трудоемкость, оборудование, инстру­мент для перетачивания); технология изготовления инстру­мента (ковка, прокат, литье, вышлифовка и др.); размеры инструмента (режущей части); угол β заострения лезвия; форма (размеры) профиля инструмента.

Наибольшее влияние на выбор ИМ оказывает скорость реза­ния.

Некоторые из условий и в зависимости от вида инструмента и техпроцесса могут трактоваться различно. Например, размеры спиральных сверл могут оказывать влияние на выбор ИМ: сверла из кобальтовых сталей диаметром менее 5 мм показывают невысокую стойкость из-за ухудшения теплоотвода при малой массе лезвия сверла. Кроме того, сверла и другие инструменты малого диаметра (метчики, протяжки) при малых размерах часто работают с предельными напряжениями, и поэтому предпочтение имеют марки ИМ более прочные и менее хрупкие. Для других видов инструмента, например, цельных стальных червячных фрез, характерно использование относительно больших диаметров (60…200 мм и более). Здесь размер инструмента, как показывает прак­тика, может существенно повлиять на балл карбидной неоднород­ности, что особенно опасно для более твердых и хрупких марок ИМ.

Вообще технологические свойства инструментальных ма­териалов, особенно сталей, в технической литературе освещены недостаточно и мало систематизированы, что затрудняет их учет при выборе ИМ. В то же время они могут иметь не только суще­ственное, но в ряде случаев решающее значение при выборе той или иной марки ИМ.

При использовании таблиц соответствий возможны случаи, когда ни одна марка не допускается и не рекомендуется для заданных условий. Это означает, что при данных условиях ис­пользование всех рассмотренных марок будет неэффективно, а стойкость инструмента низкая. В таком случае надо прежде всего изменить исходные данные, что практически требует либо изме­нения режимов резания, либо других условий эксплуатации или изготовления инструмента. Можно также увеличить число рас­сматриваемых марок или решать вопрос о применении ИМ дру­гой группы, например, твердого сплава вместо быстрорежущей стали. Возможен случай, когда допускаемых марок несколько. При автоматизированном проектировании должен быть предусмотрен дополнительный критерий или даже несколько критериев, исполь­зуемых последовательно, с помощью которых из числа допускае­мых марок выбирается одна. Такими критериями могут быть де­фицитность, например, пропорциональная содержанию в марке вольфрама, стоимость, хрупкая или пластическая прочность и др. При неавтоматизированном проектировании окончательный выбор марки ИМ из числа найден­ных возможных может быть также осуществим с учетом их физико-механических свойств.

В случаях, когда разрабатывается новый технологический процесс, новое оборудование или инструмент, необходимо решать вопрос о выборе группы инструментальных материалов. Хотя имеются известные теоретические основы, в окончательных реко­мендациях ориентируются на экспериментальные данные, опыт промышленности и, как правило, необходимы экономические расчеты вследствие существенной разницы в стоимости ИМ раз­ных групп.

Выбор марок ИМ связан с различными ви­дами инструментов, работающих по разным кинематическим схемам.

Во всех случаях при выборе марок ИМ используются справочные таблицы. В ряде задач помимо таблиц необходимо также использовать технико-экономические показатели.