книги / Резание материалов

у зернистого – тем меньше, чем меньше зерна цементита; у высоколегированных сталей истирающая способность значительно увеличивается, если карбидырасположеныв виде скоплений илисетки.

Наибольшая VT достигается при резании феррита, а затем по мере усиления интенсивности затупления инструментов идут зернистый и пластинчатый перлит, сорбит, троостит.

Однако в тех или иных технологических ситуациях используются различные показатели обрабатываемости. Подробная информация о влиянии микроструктуры на эти показатели приведена в табл. 30.

При обработке деталей на автоматизированном оборудовании серьезное внимание уделяется благоприятному стружкообразованию и обеспечению требуемой шероховатости обработанной поверхности. Решающее влияние на последнюю оказывает микроструктура: если она состоит из зернистого перлита, сорбита и троостосорбита, зона максимальных микронеровностей смещается в зону меньших скоростей по сравнению с обработкой пластинчатого перлита; высота микронеровностей тем больше, чем больше содержание в структуре сталей свободного феррита; повышение содержания углерода и легирующих элементов способствует уменьшению шероховатости, что наблюдается также по мере увеличения размера зерна перлита. Значительная высота микронеровностей наблюдается при мелком зерне перлита и высоком содержании свободного феррита, а наилучшая – при структурах троостосорбита и сорбита с высокой твердостью.

Обрабатываемость чугунов. Обрабатываемость чугунов определяется в первую очередь их микроструктурой, в зависимости от которой они подразделяются на следующие группы: 1) ферритные, содержащие феррит и графит; 2) перлитные, содержащие перлит и пластинчатый графит; 3) перлитные ковкие и сверхпрочные, содержащие перлит и сфероидальный графит; 4) половинчатые, содержащие перлит, графит и цементит; 5) белые, содержащие перлит и цементит. Обрабатываемость чугунов ухудшается по мере того, как углерод из свободного состояния (графит) переходит в связанное (цементит), обладающее повышенной истирающей способностью.

431

На обрабатываемость чугуна влияет также размер и форма частиц графита и цементита. Наилучшая обрабатываемость достигается при наличии небольших сфероидальных зерен графита. При одинаковой твердости уровень VT для чугунов с пластинчатым графитом всегда меньше. Сетка цементита или крупные его скопления резко снижают обрабатываемость чугунов. Это характерно также для обработки по корке, с окалиной или песком.

Зависимость VТ от НВ для серого чугуна более достоверна, чем для стали, а nV = 1,7.

Вследствие малых пластичности и склонности чугуна к упрочнению силы при его резании меньше, чем при обработке литых сталей на ферритной основе. Уменьшаются ширина площадки контакта на передней поверхности, размеры нароста, а заторможенный слой становится неустойчивым. Из-за малой ширины площадки контакта нормальные напряжения достаточно велики и концентрируются вблизи главной режущей кромки инструмента, способствуя ее сколам. Температура резания при обработке чугунов с пластинчатым графитом ниже, чем при обработке ферритных сталей той же твердости. Однако скорость VT при обработке чугунов ниже (см. табл. 29).

Очевидно, в этом случае сказывается преобладающее влияние истирающей способности материала и слабое защитное действие нароста и заторможенного слоя на передней поверхности инструмента.

В машиностроении широко используются легированные чугуны различного назначения. Рассмотрим влияние на обрабатываемость основных легирующих элементов.

При небольшом содержании марганца в чугуне период стойкости инструмента не изменяется, а при его увеличении свыше 1,5 % – уменьшается.

Содержание кремния в чугуне до 2,75 % улучшает его обрабатываемость благодаря своему графитизирующему действию, повышение его свыше 3 % приводит к упрочнению феррита, образованию силикатных соединений и снижению VT.

433

задиров на обработанной поверхности. При нагревании алюминий сильно расширяется (в 2 раза больше, чем сталь). Это препятствует достижению высокой точности обработки, например, при развертывании.

Уровень сил резания при обработке алюминиевых сплавов

в2…4 раза ниже, чем при обработке конструкционных сталей. Характер влияния элементов режима резания и переднего угла на силу резания такой же, как при обработке сталей. Алюминиевые сплавы склонны к наростообразованию. Этот процесс протекает чрезвычайно активно в связи с повышенной адгезионной активностью алюминия к материалам, используемым в качестве инструментальных. Поэтому максимальная высота нароста и его исчезновение отмечаются для алюминиевых сплавов при относительно более низких скоростях резания, чем для сталей.

Между уровнем сил резания и механическими свойствами алюминиевых сплавов нет отчетливой зависимости. Очевидно, последние оказывают сложное совокупное влияние на сопротивление металла пластическому деформированию при образовании стружки и на ее трение о переднюю поверхность инструмента. В целом при повышении прочности сплавов уровень сил резания увеличивается. Связь между силами резания и характером микроструктуры алюминиевых сплавов следующая: сила резания выше при обработке сплавов с равномерной структурой, когда содержание твердого раствора кремния в алюминии преобладает над содержанием эвтектики; если частицы эвтектики имеют более грубую пластинчатую форму, силы резания меньше.

Уровень допустимых скоростей резания, обеспечивающих низкую шероховатость обработанной поверхности и нормативные периоды стойкости, при обработке алюминиевых сплавов

внесколько раз выше, чем при обработке сталей.

Обрабатываемость алюминиевых сплавов можно значительно улучшить за счет применения оптимальных геометрических и конструктивных параметров инструментов, тщательной доводки их режущих кромок и правильного выбора технологической среды. Необходимо конструктивно обеспечивать свободное

435

При обработке сплавов первой группы и красной меди образуется сливная вязкая и трудноломающаяся стружка. Это ухудшает условия работы при использовании автоматизированного оборудования и обработке отверстий (из-за пакетирования стружки в канавках инструмента). Сплавы второй группы также образуют сливную стружку, однако она менее прочная и значительно легче ломается. При резании свинцовистых сплавов образуется короткая хрупкая стружка, а в случае высокого содержания свинца – стружка надлома почти в виде пыли.

Процесс образования стружки при резании медных сплавов в ряде случаев сопровождается ее интенсивными пластическими деформациями. В частности, толщина стружки может превысить толщину среза в 10 и более раз. Коэффициенты Kа, Kl зависят главным образом от структуры сплава. Наибольшие их значения характерны для гомогенных структур, наименьшие – для высокосвинцовистых и гетерогенных сплавов высокой твердости.

При обработке медных сплавов в практически используемом диапазоне скоростей отсутствует нарост. Поэтому зависимости Kl = f(V), Рz = f(V) имеют монотонный характер, свойственный материалам, не склонным к наростообразованию. Уровень сил резания зависит от структуры и механических характеристик сплава. Так, при точении гомогенных сплавов и меди сила Рz может быть выше, чем при обработке конструкционных сталей, а для высокосвинцовистых гетерогенных сплавов уменьшится примерно в 10 раз.

Обрабатываемость медных сплавов определяется температурой в зоне резания и истирающей способностью сплава:

1) присадка к меди любого элемента, образующего с ней твердый раствор (олова, алюминия, кремния), уменьшает VT в 3…4 раза вследствие резкого снижения теплопроводности материала и увеличения температуры резания в 1,6…2 раза;

2)присадка к медному сплаву никеля, который полностью растворяется в меди и не создает новой фазы, слабо влияет на VT;

3)переход от гомогенных структур к гетерогенным приводит

кпонижению VT почти вдвое за счет истирающего действия твер-

437

комендовали себя среды с присадками на базе серы, хлора, фосфора, являющиеся сильными окислителями.

Обрабатываемость жаропрочных, нержавеющих сталей и сплавов. По своим физико-механическим свойствам жаропрочные, жаростойкие и нержавеющие стали и сплавы имеют много общего, что обусловливает их технологические качества. В зависимости от химического состава и с целью обеспечения удовлетворительной обрабатываемости резанием труднообрабатываемые стали и сплавы имеют различную структуру: ферритную, мартен- ситно-ферритную, аустенитную и аустенитно-мартенситную. В связи с этим стали подразделяются на классы (табл. 32). Например, жаропрочные и жаростойкие стали чаще всего относятся к аустенитному классу. Структура таких сталей представляет собой твердый раствор аустенита с гранецентрированной кристаллической решеткой. Кроме того, большая часть деформируемых жаропрочных сплавов относится к типу дисперсионно-твердеющих. Высокая дисперсность структуры повышает сопротивление ползучести сплавов и препятствует возникновению и развитию процессов скольжения.

Таблица 3 2

Классификация труднообрабатываемых сталей и сплавов по их обрабатываемости резанием

439