Posobie_TKM

ся быстрорежущие стали с высоким содержанием W, Мо, Со, V. Современные быстрорежущие стали можно разделить на 3 группы:

а) нормальной теплостойкости. К этим сталям относятся вольфрамовые и вольфрамо-молибденовые стали марок P18, P12, Р9, Р6М5, Р8М3 и др. Для придания эксплуатационных свойств инструмент из этих сталей подвергают сложной термообработке – закалке и 2-, 3-кратному отпуску. Стали получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов для обработки конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов и пластмасс. Из-за высокой стоимости вольфрама из быстрорежущих сталей изготавливают только рабочую часть инструмента, которую прикрепляют к державке из обычной углеродистой инструментальной стали.

б) повышенной теплостойкости. Эти стали имеют повышенное содержание углерода – 10P8M3, 10P6M5; ванадия – Р12Ф3, Р2М3Ф8, Р9Ф5; кобальта – Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р9К5, P9K10, Р9М4К8Ф, 10P6M5Ф2K8 и др. Легирование W,

Со и Сг повышает твердость и увеличивает теплостойкость. Более высокая твердость и теплостойкость дает возможность применять инструмент из этих сталей для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также закаленных и конструкционных сталей повышенной прочности. Стойкость инструментов из таких сталей до 3-5 раз выше, чем из сталей P18 и Р6М5.

в) высокой теплостойкости. Эти стали характеризуются пониженным содержанием углерода, но высоким количеством легирующих элементов, напри-

мер, сталь марки B11M7K23 содержит 0,1% С, 11% W, 0,5% V, 7% Мo и 23% Со,

3В20К20Х4Ф – 0,25% С, 20% W, 4% Сг, 1% V и 20% Со. Наиболее рациональная область их использования – резание трудно обрабатываемых материалов и титановых сплавов. При обработке титановых сплавов период стойкости инструментов из сталей высокой теплостойкости в 30-80 раз выше, чем из стали P18. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает в три-восемь раз. Теплостойкость быстрорежущих сталей составляет до 650 - 700°С, скорость резания – до 3 - 4 м/с.

4. Твердые сплавы. Твердые сплавы получают методами порошковой металлургии. Твердые сплавы выпускаются в виде стандартизованных пластин, которые припаиваются, приклеиваются или крепятся механически к державкам из конструкционной стали. Выпускаются также инструменты, рабочая часть которых целиком выполнена из твердого сплава (монолитные).

Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама, титана, тантала и ниобия, частицы которых соединены посредством спекания при температуре 1500-2000°С частиц Со или Ni в смеси с Мо. Термической обработке твердые сплавы не подвергаются, имеют высокую твердость и теплостойкость до 850-1000°С, скорость резания – до 15 м/с.

Применяемые в настоящее время твердые сплавы делятся:

• на однокарбидные (вольфрамовые) сплавы группы ВК (ВК3, ВК6, ВК6-М,

ВК6-ОМ, ВК8). В условном обозначении цифра показывает процентное содержание Со. Например, обозначение ВК8 – 8% Со и 92% WC. Буквами М и ОМ обо-

141

значается мелкозернистая и особомелкозернистая структура. Инструменты из твердых сплавов группы ВК применяют для обработки деталей из конструкционных сталей, при прерывистом резании, при работе с ударами, а также при обработке хрупких материалов типа чугуна, что обусловлено повышенной производительностью этой группы твердых сплавов и невысокими температурами в зоне резания. Используют эти сплавы для обработки бронз, стекол, резин и пластмасс;

•двухкарбидные (титановольфрамовые) сплавы группы ТК (Т5К10, Т15К6,

Т14К8, Т60К6). В обозначении цифра, стоящая после буквы Т, показывает процентное содержание карбида титана, после буквы К – Со, остальное – карбид вольфрама. Например, Т30К4: 30% ТiС, 4% Со и 66% WС. Сплавы этой группы применяют для обработки пластичных материалов низкой и средней прочности. Они имеют более высокую теплостойкость, чем группа ВК, и могут использоваться при высоких скоростях резания, поэтому их широко применяют при обработке сталей. Используют для чистового точения, фрезерования и зенкерования углеродных и легированных сталей;

•трехкарбидные (титанотанталовольфрамовые) сплавы группы ТТК (ТТ7К12,

ТТ8К6, ТТ20К9). В условном обозначении цифры, стоящие после букв ТТ, показывают суммарное процентное содержание карбидов титана и тантала, после буквы К – Со, остальное – карбиды вольфрама. Например, ТТ20К9: 20% суммарное содержание TiC и ТаС, 9% Со и 71% WC. Сплавы этой группы применяют для обработки высокопрочных сталей и материалов.

Введение в твердый сплав карбидов тантала или карбидов тантала и ниобия (ТТ10К8-Б) повышает его прочность. Поэтому трех- и четырехкарбидные твердые сплавы применяются для инструментов, работающих с ударами и по загрязненной корке. Однако температура теплостойкости этих сплавов ниже, чем сплавов группы ТК.

5.Минералокерамика. Основу минералокерамики составляют оксиды алю-

миния Al2O3 с небольшой добавкой (0,5 - 1%) оксида магния MgO. Высокая твердость минералокерамики, теплостойкость до 1200°С, химическая инертность к металлу, сопротивление окислению во многом превосходят эти же параметры твердых сплавов. Однако минералокерамика уступает этим сплавам по теплопроводности, имеет более низкий предел прочности. Минералокерамика выпускается в виде неперетачиваемых пластин, что существенно облегчает условия ее эксплуатации. Существенный недостаток керамики – хрупкость, чувствительность к механическим и термическим ударным нагрузкам.

Минералокерамику на основе Al2O3 можно разделить на три группы:

•чисто оксидная («белая») керамика, основу которой составляет Al2O3 (до 99,7%) с незначительными добавками MgO, ZnO2 и др. Пластины из «белой» керамики получают холодным прессованием с последующим спеканием. Основной недостаток этих пластин относительно небольшая прочность, но твердость их ве-

лика. Примеры марок - ЦМ-332 (Al2O3 + 1% MgO) и ВО-13 (более 99% Al2O3). Применяется для чистовой и получистовой обработки нетермообработанных сталей, серых чугунов;

142

•смешанная керамика, представляющая собой Al2O3 с добавлением тугоплавких металлов (Ti, Nb и др.);

•оксидно-карбидная («черная») керамика – Al2O3 с добавлением карбидов тугоплавких металлов (Ti, W, Mo) для повышения ее прочностных свойств и твердости. Пластины из «смешанной» и «черной» керамики получают горячим прессо-

ванием, процесс более трудоемок. Примеры марок – ВОК-60 (Al2O3 ≥ 60 %, TiC < 40 %). Применяется для чистовой, получистовой обработки ковких и высокопрочных чугунов, закаленных сталей, для обработки цветных металлов.

Наряду с материалами на основе оксида алюминия, выпускается материал

на основе нитрида кремния Si3N4 – силинит-Р (метод получения – горячее прессование) и кортинит ОНТ-20 с добавками Al2O3+TiC. Применяется для получистовой обработки чугунов.

6.Сверхтвердые инструментальные материалы. Одним из направлений совершенствования режущих свойств инструментов является повышение твердости и теплостойкости инструментальных материалов.

Наиболее перспективными в этом отношении являются материалы на основе алмаза или нитрида бора.

Алмазы и алмазные инструменты широко используются при обработке деталей из различных материалов. Для них характерна исключительно высокая твердость и износостойкость. Однако алмазы весьма хрупкие, что сильно сужает область их применения.

Для изготовления режущих инструментов применяются в основном искусственные алмазы, которые по своим свойствам близки к естественным. Мас-

са одного искусственного алмаза обычно составляет 1/8 - 1/10 карата (1 карат – 0,2 г). Вследствие малости размеров искусственных кристаллов они непригодны для изготовления таких инструментов, как сверла, резцы и другие, поэтому применяются при изготовлении порошков для алмазных шлифовальных кругов и притирочных паст.

Материалы на основе нитрида бора получают по технологии, близкой к технологии получения алмазов. Поликристаллы модификаций нитрида бора превосходят по теплостойкости все материалы, применяемые для лезвийного инструмента, и способны выдерживать температуры до 1450°С. Они обладают меньшей микротвердостью (но близкой к твердости алмаза), повышенной теплостойкостью, высокой теплопроводностью и химической инертностью по отношению к углероду и железу.

Например, композиты 01 (эльбор-Р) и 02 (бельбор) используют для тонкого и чистового точения и фрезерования без ударов. Композит 05 применяют для чистового и получистового точения без ударов деталей из закаленных сталей. Композит 10 (гексанит-Р) используют для тонкого, чистового и получистового точения и фрезерования с ударами деталей из закаленных сталей, чугунов. При этом стойкость инструментов возрастает в десятки раз по сравнению с другими инструментальными материалами.

В настоящее время освоен выпуск двухслойных неперетачиваемых пла-

143

стин, состоящих из твердого сплава (основа) и слоя из поликристаллов алмазов или нитрида бора толщиной до 0,5 мм, что повышает общую эффективность использования данных инструментов.

7. Абразивный инструмент. Это режущий инструмент, изготовленный из синтетических или природных материалов высокой твердости. Процесс резания осуществляется множеством зерен абразивного материала, из которого изготовлен инструмент.

Условное обозначение абразивного инструмента включает в себя следующие характеристики: типоразмер инструмента; вид, марку и зернистость абразивного материала; степень твердости инструмента; вид и марку связки; рабочую скорость применения инструмента; класс точности.

Абразивные материалы разделяются на два класса: природные и синтетические.

Кприродным материалам относят природный алмаз, корунд, наждак, кремень и др. Природные материалы применяют в ограниченном количестве, как правило, в виде зерна.

Ксинтетическим материалам относят синтетический алмаз, электрокорунд, карбид кремния, карбид бора и материалы на основе кубического нитрида бора. Они обладают большей стабильностью и значением физико-механических свойств чем природные, поэтому им отдают предпочтение.

Различают следующие виды абразивной обработки: шлифование, полирование, доводку, суперфиниширование, хонингование, отрезку. Для этих целей применяют абразивный инструмент различных типов и конструкций: шлифовальные круги и шлифовальные головки; отрезные круги; шлифовальные сегменты; абразивные бруски; абразивный инструмент на гибкой основе с нанесенным на нее слоем шлифовального материала, закрепленного связкой (шлифовальная шкурка) и т.д.

5.3. Металлорежущие станки

Металлорежущие станки представляют собой машины для изготовления частей других машин в основном путем снятия с заготовки стружки режущим инструментом. В основу классификации металлорежущих станков положен технологический метод обработки заготовок (вид режущего инструмента, характер обрабатываемых поверхностей, схема обработки).

По классификации ЭНИМС (экспериментальный научно-исследовательс- кий институт металлорежущих станков), все металлорежущие станки делят на 10 групп. Каждая группа включает 10 типов, каждый тип имеет 10 типоразмеров. Обозначение станка включает 3-4 цифры.

Первая цифра обозначает группу (общность технологического метода обработки):

1 группа – токарные;

2 – сверлильные и расточные;

144

3 – шлифовальные, полировальные, доводочные;

4 – комбинированные;

5– зубо- и резьбообрабатывающие;

6– фрезерные;

7– строгальные, долбежные, протяжные;

8– разрезные (обрезные);

9– разные (опиловочные, делительные и др.);

0– резервные (для новых типов станков).

Вторая цифра обозначает тип станка. Тип характеризует назначение, степень универсальности, число рабочих органов, конструктивные особенности (автоматы или полуавтоматы, горизонтальные, радиальные или вертикальные).

Третья (иногда и четвертая цифра) – типоразмер. Типоразмер является технической характеристикой станков и показывает условный размер станка. Например, для токарного станка типоразмер – высота центров, для сверлильного – максимальный диаметр сверления, для фрезерного – ширина стола.

Между цифрами или в конце обозначения ставят буквы (А, К, М, Н и др.). Буква между цифрами позволяет различать станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками (модернизация).

Модернизация – введение различных технических усовершенствований (например, станок марки 1Д62 имеет число оборотов (n) равное 600 об/мин; 1А62 – n = 1200 об/мин; 1К62 – n = 2000 об/мин). Буква в конце марки указывает на различные модификации станков одной базовой модели.

Модификация – это видоизменение, характеризующееся появлением новых свойств, например, станок марки 1К62Б – повышенной точности, а станок 1К62ПУ – с программным управлением.

Металлорежущие станки также классифицируют по назначению, степени автоматизации и точности, массе и компоновке основных рабочих органов.

По назначению станки делят на станки универсальные, широкоуниверсальные, широкого назначения, специализированные и специальные.

Универсальные станки позволяют обрабатывать различные заготовки разнотипным инструментом. Заготовки существенно различаются по размерам, форме и расположению поверхностей. Широкоуниверсальные станки отличаются особо большим многообразием выполняемых видов работ. Станки широкого назначения характеризуются однотипностью применяемого инструмента. Специализированные станки (например, трубоподрезные) предназначены для обработки однотипных заготовок (труб) различных диаметров (размеров). Специальные станки – для выполнения определенного вида работ (обрабатывают детали по одному чертежу).

По степени автоматизации станки подразделяют на станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и с программным управлением.

По степени точности существует пять классов станков для обработки заготовок с различной точностью: станки нормальной точности (Н), повышенной (П), высокой (В), особо высокой (А), особо точные (С).

145

По массе станки подразделяют на легкие (до 1 т), средние (до 10 т), тяжелые (свыше 10 т) и уникальные (свыше 100 т).

5.3.1. Обработка заготовок на станках токарной группы

Точение является основным способом обработки поверхностей тел вращения. Процесс резания осуществляется на токарных станках при вращении обрабатываемой заготовки (главное движение) и перемещении резца (движение подачи).

Движение подачи может осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольная подача); перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечная подача); под углом к оси вращения заготовки (наклонная подача). В станках токарной группы главное движение – движение вращения заготовки, движение подачи – движение инструмента (резца).

С помощью точения выполняют следующие основные операции: обтачивание – обработку наружных поверхностей (рис. 5.7, а); растачивание – обработку внутренних поверхностей (рис. 5.7, б); подрезание – обработку торцевых поверхностей (рис. 5.7, в); резку – разрезание заготовки на части (рис. 5.7, г); резьбонарезание – нарезание резьбы (рис. 5.7, д). Возможно выполнение операций сверления; зенкерования; зенкования; развертывания отверстий.

По технологическим возможностям точение условно подразделяют на черновое, получистовое, чистовое, тонкое.

В качестве режущего инструмента при точении используют резцы. Главным принципом классификации резцов является их технологическое назначение. Выделяют резцы:

•проходные (для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей);

•расточные (проходные и упорные – для растачивания глухих и сквозных отверстий);

•отрезные (для отрезания заготовок);

•резьбовые (для нарезания наружных и внутренних резьб);

•фасонные (для обработки фасонных поверхностей);

•прорезные (для протачивания кольцевых канавок);

•галтельные (для обтачивания переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу).

По характеру обработки – черновые, получистовые, чистовые.

По направлению движения подачи – правые и левые (справа на лево и слева на право).

По конструкции – целые, с приваренной или припаянной пластиной, со сменными пластинами.

Существуют токарные станки разных видов: токарные, токарно-винторез- ные, карусельные, многорезцовые, токарно-револьверные, токарные автоматы, полуавтоматы и др.

146

Рис. 5.7. Схемы обработки поверхностей заготовки точением

5.3.2. Обработка заготовок на станках сверлильной группы

Сверление является основным способом получения глухих и сквозных цилиндрических отверстий в сплошном материале заготовки. В качестве инструмента при сверлении используется сверло, имеющее две главные режущие кромки. Для сверления используются сверлильные, реже токарные станки. На сверлильных станках сверло совершает вращательное (главное) движение и продольное (движение подачи) вдоль оси отверстия, заготовка неподвижна

(рис. 5.8).

Рис. 5.8. Части (а) и элементы (б) спирального сверла:

1 – режущая часть, 2 – шейка, 3 – лапка, 4 – хвостовик, 5 – направляющая часть, 6 – рабочая часть, 7 – задняя поверхность, 8 – ленточка, 9 – вспомогательное режущее лезвие, 10 – передняя поверхность, 11 – главное режущее лезвие,

12 – поперечное режущее лезвие

147

На сверлильных станках производят сверление, зенкерование, развертывание, зенкование, цекование, нарезание резьбы и обработку сложных комбинированных поверхностей (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Схемы обработки поверхностей на сверлильных станках:

а– сверление; б – рассверливание; в – зенкерование; г – развертывание;

д– цилиндрический зенкер (зенковка); е – конический зенкер (зенковка);

ж– цековка; з – пластинчатый резец; и – центровочное сверло; к – метчик;

л– комбинированный инструмент; м – конический зенкер;

н, о – конические развертки

148

Сверлением (рис. 5.9, а) получают сквозные и глухие цилиндрические отверстия. В зависимости от требуемой точности и величины партии обрабатываемых заготовок отверстия сверлят в кондукторе или по разметке.

Рассверливание (рис. 5.9, б) – процесс увеличения диаметра ранее просверленного отверстия. Необходимость предварительного сверления с последующим рассверливанием вызывается увеличением длины поперечного режущего лезвия (перемычки – поз. 12 на рис. 5.8) у сверл большого диаметра. При работе таким сверлом в сплошном материале резко возрастает осевая сила, так как перемычка не режет металл, а выдавливает и скоблит его, что создает существенную осевую силу, и как следствие, потерю геометрической точности получаемого отверстия. Для устранения вредного влияния перемычки на процесс резания диаметр первого сверла должен быть больше ширины перемычки второго сверла. В этом случае перемычка второго сверла в работе не участвует, и осевая сила уменьшается.

Зенкерование (рис. 5.9, в) – процесс обработки цилиндрических и конических необработанных отверстий в деталях, полученных литьем, штамповкой, ковкой, а так же предварительно просверленных, с целью увеличения диаметра, улучшения качества их поверхности, повышения точности (уменьшения конусности, овальности, разбивки). Выполняется зенкерами, которые по внешнему виду напоминают сверло и состоят из тех же элементов, но имеют больше режущих кромок (три – четыре) и спиральных канавок.

Развертывание (рис. 5.9, г) – обработка отверстий после сверления, зенкерования или расточки для получения точных размеров и малой шероховатости поверхности. Основным инструментом является развертка, которая состоит из рабочей части, шейки и хвостовика. В зависимости от формы обрабатываемого отверстия применяют цилиндрические и конические развертки с шестью – двенадцатью зубьями. Для развертывания конических отверстий цилиндрические отверстия в заготовке сначала обрабатывают ступенчатым коническим зенкером (рис. 5.9, м), а затем конической разверткой со стружкоразделительными канавками (рис. 5.9, н). После этого окончательно обрабатывают конической разверткой с гладкими режущими кромками (рис. 5.9, о).

Зенкование – образование цилиндрических или конических углублений в предварительно просверленных отверстиях под головки болтов, винтов и заклепок. Применяют для этого цилиндрические (рис. 5.9, д) и конические (рис. 5.9, е) зенкеры, имеющие четыре – восемь торцовых зубьев. Некоторые зенкеры имеют направляющую часть (рис. 5.9, д), которая обеспечивает соосность углубления и основного отверстия. При обработке отверстий могут применяться зенковки. Зенковки, в отличие от зенкеров, применяются для снятия фаски с верхней части отверстий, а также для получения углублений конической формы.

Цекование – обработка торцовых поверхностей под гайки, шайбы и кольца. Применяют торцовые зенкеры или ножи (пластины). Перпендикулярность

149

торца основному отверстию достигается наличием направляющей части у цековки (рис. 5.9, ж) и у пластинчатого резца (рис. 5.9, з).

Нарезание резьбы в отверстиях производят метчиком (рис. 5.9, к). Сложные поверхности получают комбинированным инструментом (рис. 5.9, л).

5.3.3. Обработка заготовок на станках строгально-протяжной группы

На строгальных и долбежных станках обрабатывают плоскости, прямолинейные канавки, пазы, выемки различных профилей, фасонные линейные поверхности и т.д. Особенность операций строгания и долбления (выполняются на строгальных и долбежных станках) является наличие у них прямолинейного возвратно-поступательного движения резания (главного движения), и периодического движения подачи, совершаемого только в момент завершения очередного рабочего хода. Недостатком метода является то, что на холостом ходу работа резания не совершается, на него затрачивается значительное количество времени, т.к. получение больших скоростей на рабочих и обратных холостых ходах представляет большие трудности вследствие инерционных сил и вибраций. Станки подразделяются на поперечно-строгальные, продольно-строгаль- ные и долбежные.

Рис. 5.10. Строгальные и долбежные резцы:

а– д – строгальные резцы, е – ж – долбежные резцы,

з– отжим изогнутого резца, и – отжим прямого резца

При работе на строгальных станках используют прямые и изогнутые резцы: проходные (рис. 5.10, а), чистовые (рис. 5.10, б), широкие чистовые (рис. 5.10, в), подрезные (рис. 5.10, г), отрезные (рис. 5.10, д), двухсторонние долбежные (рис. 5.10, е), долбежные прорезные (рис. 5.10, ж). Изогнутые резцы, допуская при строгании отжим вокруг точки О (рис. 5.10, з), захватывают меньшую глубину резания t, в то время как прямой резец при отжиме

150