9.6.3. Применение режущей керамики.

Режущая керамика, также как твердые сплавы, может быть использована при обработке самых разнообразных материалов, в частности, сталей и чугунов с высокой и низкой твердостью. Таким образом, имеется перекрытие областей применения твердого сплава и керамики.

Преимущество керамики в теплостойкости позволяет значительно повысить скорость резания по сравнению с твердыми сплавами. Так, максимальные рекомендуемые скорости резания при точении сталей и чугунов твердосплавным инструментом составляют 230-250 м/мин, а при использовании режущей керамики они могут быть повышены до 500-700 м/мин.

Возможность реализации столь высоких скоростей объясняется не только высокой теплостойкостью, но и низкой склонностью керамики к адгезии. Начало адгезионного схватывания в паре «твердый сплав ТК - сталь» происходит при 770^ОС, а в паре «белая керамика - сталь» при 1050^ОС.

Однако, керамика не может быть использована при резании со значительными силовыми нагрузками из-за низких прочностных свойств. Так, максимально допустимая глубина резания для твердосплавного инструмента составляет 8-12 мм, тогда как для керамики не превышает 2.5 мм и 4 мм - при обработке сталей и чугунов, соответственно. Керамика, в отличие от твердых сплавов, не может быть использована для резания в особо тяжелых условиях, например, при работе по литейной корке.

Основная область применения керамики – чистовая и получистовая обработка. Рекомендации по применению различных марок приведены в табл. 9.7.

Таблица 9.7.

Рекомендации по применению режущей керамики.

Обрабатываемый материал		Твердость		Керамика для обработки
				получистовой		Чистовой
Ч У Г У Н
Серый	143 – 289 НВ		ВО-13, ВШ, ЦМ-332		ВО-13, ВШ, ЦМ-332
Ковкий	163 – 269 НВ		ВШ, В-3, ВО-13, Силинит		ВШ, В-3, ВО-13, Силинит
Отбеленный	400 – 650 НВ		ВОК-60, Кортинит, В-3		ВОК-60, Кортинит, В-3
С Т А Л Ь
Углеродистая, отожженная	160 – 229 НВ		ВО-13, ВШ, ЦМ-332		ВО-13, ВШ, ЦМ-332
Легированная отожженная	179 – 229 НВ		ВО-13, ВШ, ЦМ-332		ВО-13, ВШ, ЦМ-332
Улучшенная	229 – 380 НВ		ВО-13, ВШ, ВОК-60, В-3		ВО-13, ВШ, ВОК-60, Силинит - Р
После цементации и закалки	36 – 48 HRC		ВОК-60, В-3, Кортинит		ВОК-60, В-3, Кортинит
	48 – 57 HRC		ВОК-60, В-3, Кортинит		ВОК-60, Кортинит
	57 – 64 HRC		ВОК-60, В-3, В-71, Кортинит		ВОК-60, В-3, В-71, Кортинит
Медные сплавы	60 –120 НВ		В-3, Кортинит		В-3, Кортинит
Сплавы на основе никеля	-		ВОК-60, В-3, В-71, Кортинит		ВОК-60, В-3, В-71, Кортинит

9.6.4. Применение стм

Основными отличиями СТМ от прочих инструментальных материалов является:

• самая высокая твердость – в 5 –10 раз больше, чем у прочих инструментальных материалов;

• самый высокий модуль упругости;

• самый низкий коэффициент линейного расширения;

• наибольшая теплопроводность (см. табл.9.5);

• минимальные прочностные характеристики.

Эти особенности определяют основные области применения СТМ. Высокая твердость СТМ дает возможность выполнения лезвийной обработки очень твердых материалов – твердых сплавов, закаленных БРС и т.п.

Использование СТМ позволяет исключить операции шлифования, заменив их более производительной лезвийной обработкой (точение, растачивание, фрезерование). Высокий модуль упругости обеспечивает малые отжатия инструмента в процессе резания и, как следствие высокую точность обработки (до 1 класса) и малую шероховатость поверхности. Достижению высокой точности обработки способствует также высокая теплопроводность наряду с малым коэффициент линейного расширения.

Низкие прочностные характеристики СТМ не позволяют проводить обработку с большими подачами и глубинами резания. Так, для СТМ на основе нитрида бора глубина резания ограничивается 3 мм при резании серого чугуна с твердостью 150НВ и 0,8 мм при обработке закаленной стали с твердостью свыше 60HRC. Большей прочностью обладают композиты с большим индексом (аналогично классификации поISOтвердых сплавов). Так для тонкого точения применяют композиты марок – 01, 02, для чистовой - 01, 02, 05, для получистовой 05, 10.

При использовании СТМ на основе алмаза глубины резания составляют – до 2,5мм при обработке пластмасс и до 0,5 при обрабаотке твердых материалов. Большей прочностью обладают естественные алмазы (маркиА), а не синтетические (АСП – алмаз синтетический поликристаллический).

Применение инструмента из СТМ открывает новые технологические возможности. Так, например, появляется возможность обработки весьма нетехнологичных тонкостенных деталей (например, точение деталей с толщиной стенки 0,2мм).

СТМ на основе алмаза и нитрида бора не взаимозаменяемы, они имеют свои собственные области рационального применения. Это определяется различиями их физико-механических и химических свойств. Твердость алмаза выше, чем твердость кубического нитрида бора, а его теплостойкость ниже. Однако, определяющим является высокая диффузионная способность алмаза по отношению к сплавам на основе железа - сталям и чугунам, и, напротив, инертность к этим материалам нитрида бора. Поэтому режущие инструменты из СТМ на основе нитрида бора применяют главным образом для обработки стали и чугуна, а алмазные инструменты - для обработки цветных металлов и сплавов (в частности, твердых сплавов), неметаллических материалов. При этом более широкое использование получили синтетические, а не редкие природные алмазы.

Применение алмазного инструмента не ограничивается названными областями. Его используют, в частности, для изготовления правящего инструмента (правка шлифовальных кругов), контрольно-измерительного инструмента - инденторы при измерении твердости по методу Роквела, волоки для производства проволоки малых диаметров, бурового инструмента.

Следует отметить некоторое перекрытие областей применения композитов (СТМ на основе нитрида бора) и режущей керамики вследствие ее высокой твердости и теплостойкости – это использование лезвийной взамен шлифования.

При обработке закаленных сталей с высокой твердостью (свыше 60 НRC) наиболее рационально применение композитов. «Композит 01» - эльбор имеет большую стойкость, чем режущая керамика во всем диапазоне скоростей резания. Преимущество композита достигается за счет более высоких значений твердости, теплостойкости и модуля упругости, а также меньшего коэффициента теплового расширения.

Напротив, при чистовой обработке материалов низкой твердости и прочности, например, незакаленных сталей, ферритных чугунов и т.п., следует использовать керамику, а не СТМ. При этом достигается более высокая производительность, т.к. при высоких скоростях резания (более 250-300 м/мин), присущих керамике, композиты всех марок практически неработоспособны.