книги / Резание материалов

что при точении стали Х18Н10Т она примерно в два раза больше, чем у недеформированного металла; относительное упрочнение для сплавов IV и V групп составляет 50...60 %, что значительно меньше, чем при обработке конструкционных материалов.

2. Жаропрочные и нержавеющие стали и сплавы имеют низкую теплопроводность по сравнению с конструкционными материалами (табл. 33). При их обработке выделяется значительное количество теплоты, резко возрастает уровень температур в зоне резания. Это способствует активизации адгезионных и диффузионных процессов, интенсифицирует изнашивание рабочих поверхностей инструментов, снижает уровень VT. Как следствие, использование твердых сплавов в качестве инструментального материала не всегда возможно, а применение быстрорежущих инструментов оправдано лишь при малых скоростях резания. При увеличении скорости температура резания превышает предел теплостойкости инструментального материала и инструмент быстро выходит из строя. Повышению производительности обработки указанных материалов и уровня стойкости инструмента способствует применение соответственно подобранных СОЖ.

3. Способность рассматриваемых материалов сохранять исходную прочность и твердость при повышенных температурах приводит к тому, что в процессе резания инструмент испытывает высокие удельные нагрузки. Весьма слабое разупрочнение жаропрочных и нержавеющих материалов при нагреве до высоких

442

5.Пониженная виброустойчивость при резании нержавеющих

ижаропрочных материалов обусловлена их высокой упрочняемостью при неравномерной пластичной деформации. Возникновение вибраций приводит к микро- и макровыкрашиванию режущих кромок инструментов. Эти явления усиливаются из-за наличия схватывания сходящей стружки с передней поверхностью.

Учитывая рассмотренные особенности, физическую сущность процесса резания нержавеющих и жаропрочных материалов можно свести к следующему: вначале инструмент врезается в неупрочненный металл и под его воздействием происходит пластическая деформация слоя металла, сопровождаемая поглощением прикладываемой извне энергии. Срезаемый слой металла при этом упрочняется и становится хрупким, а затем происходит сдвиг и образование элемента стружки. Ввиду малой теплопроводности обрабатываемого материала теплота резания концентрируется в зоне снятия стружки и способствует активизации процессов адгезии и диффузии, вызывая тем самым разрушение режущих кромок инструмента. Указанные явления наряду с повышенными абразивными и механическими свойствами нержавеющих и жаропрочных материалов при высокой температуре,

атакже переменное воздействие этих факторов, обусловленное вибрациями, интенсифицируют процесс изнашивания режущих инструментов.

Указанные особенности жаропрочных и нержавеющих сталей

исплавов резко ухудшают их обрабатываемость резанием по сравнению с обычными конструкционными сталями и чугунами. Скорость резания с повышением жаропрочности труднообрабатываемых сталей и сплавов снижается до 10…20 раз по сравнению с обработкой обычной конструкционной стали 45 (см. табл. 32). При этом в 1,5…2,5 раза возрастают силы резания, что является причиной более высоких температур в зоне резания, а также небольших периодов стойкости режущего инструмента.

При повышении уровня легирования рассматриваемых материалов их обрабатываемость резко ухудшается. Если скорость резания при обработке нержавеющей стали 20X13 твердосплав-

444

1. Малая пластичность, характеризуемая высоким коэффициентом упрочнения, примерно в два раза большим, чем у жаропрочных материалов. Вместе с тем механические характеристики титановых сплавов по сравнению с жаропрочными хуже. Пониженные пластические свойства титановых сплавов в процессе их деформации способствуют развитию опережающих микро- и макротрещин.

Образуемая стружка по внешнему виду напоминает сливную, имеет трещины, разделяющие ее на очень слабо деформированные элементы, прочно связанные тонким и сильно деформированным контактным слоем. Образование такой стружки объясняется тем, что с увеличением скорости пластическая деформация при высоких температуре и давлении протекает в основном в контактном слое, не затрагивая срезаемый слой. Поэтому при высоких скоростях резания образуется не сливная, а элементная стружка.

Углы сдвига при резании титановых сплавов достигают 38...44°; в этих условиях при скоростях резания, больших 40 м/мин, возможно образование стружки с коэффициентом укорочения Kl < 1, т.е. стружка имеет бóльшую длину, чем путь резания. Подобное явление объясняется высокой химической активностью титана.

Пониженная пластичность приводит к тому, что при обработке титановых сплавов сила Рz примерно на 20 % ниже, чем при обработке сталей, а силы Ру и Рх – выше. Это различие указывает на характерную особенность титановых сплавов – силы резания на задней поверхности при их обработке относительно больше, чем при обработке сталей. Как следствие, при увеличении износа силы резания, особенно Ру, резко возрастают.

2. Высокая химическая активность к кислороду, азоту, водороду. Это вызывает интенсивное охрупчивание поверхностного слоя сплавов вследствие диффузии в него атомов газов при повышении температуры. Насыщенная атмосферными газами стружка теряет пластичность и в этом состоянии не подвергается обычной усадке.

446

5. При обработке титановых сплавов особое внимание необходимо уделять вопросам техники безопасности, так как образование тонкой стружки и тем более пыли может привести к ее самовоспламенению и интенсивному горению. Кроме того, пылеобразная стружка вредна для здоровья. Поэтому не допускается работа с подачами менее 0,08 мм/об, использование затупленного инструмента с износом более 0,8...1,0 мм и со скоростями резания более 100 м/мин, а также скопление стружки в большом объеме (исключение делается для сплава ВТ1, обработка которого разрешается при скоростях резания до 150 м/мин).

Обрабатываемость композиционных материалов. Компо-

зиционными материалами называются материалы, состоящие из нескольких отдельных материалов, соединенных между собой. За счет этого удается добиться нужных свойств отдельных материалов в одном материале. В настоящее время в мире производится около 12 млн т композитов в год, стоимость этого количества материалов более 30 трлн руб. В авиастроении применяется примерно 1 % – 340 млрд руб. В том числе около 530 т углеволокна и 330 т стекловолокна в год. За период 2011–2020 годы по прогнозам будет использовано 7200 т углеволокна и 4500 т стекло-

(рис. 247), но в последнее время разработка и применение этих материалов в машиностроении значительно возрастет.

Рис. 247. Потребление полимерных композиционных материалов на душу населения (по данным НПО «УНИХИМТЕК»)

448

Для использования в качестве матрицы пригодны все легкотекучие термопласты и реактопласты, включая эластомеры и дисперсии. Из термопластов преимущественно, наряду с PC, PS, PE, используются полипропилены (PP) и полиамид (PA). Из реактопластов наиболее распространены полиэпоксиды (EP), а также полиэфирные смолы, силиконовые смолы или винилэфирные смолы вследствие их превосходных механических и электропроводных свойств, а также очень хорошей смачиваемости.

Большое преимущество волокнистых композитных материалов заключается в том, что можно создавать необходимый для конкретных случаев применения материал путем определенной укладки волокон в матрицу. Кроме стекла, традиционного волокнистого материала, к базовому полимеру прежде всего добавляются дорогостоящие углеродные волокна. На рис. 249 показано, как влияет вид плетения на риск расслоения и износ инструмента.

Рис. 249. Влияние вида плетения армирующих волокон композитов на качество и износ инструмента

Видно, что с увеличением числа плетений износ инструментов увеличивается, а риск расслоения материала уменьшается. Поэтому при выборе режущего инструмента необходимо учитывать вид плетения армирующих волокон.

Детали из пластиков, армированных углеродным волокном, состоят из определяющих их прочность высокотвердых и термостойких волокон (армирующая составляющая) на углеродной основе, которые укладываются в вязкую матрицу, обладающую

450