Коэффициенты обрабатываемости медных сплавов

Группа сплавов	Ko
Гетерогенные высокой твердости (НВ 150…200 ) Гетерогенные средней твердости (НВ 100…140 ) Гетерогенные свинцовистые Гомогенные Гомогенные с содержанием свинца: менее 10 % свыше 15 % Красная медь	0,7 1,0 1,7 2,0 4,0 12,0 8,0

При обработке медных сплавов в практически используемом диапазоне скоростей отсутствует нарост. Поэтому зависимости K_L = f(V) и P_Z = f(V) имеют монотонный характер, характерный для материалов, не склонных к наростообразованию. Уровень сил резания зависит от структуры и механических характеристик сплава. Так, при точении гомогенных сплавов и меди сила P_Z 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 V_T 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 V_T;

3) переход от гомогенных структур к гетерогенным приводит к понижению V_T почти вдвое за счет истирающего действия твердых частиц эвтектоида; температура резания при этом изменяется незначительно;

4) создание новых фаз в гетерогенных сплавах практически не влияет на обрабатываемость; исключение составляют добавки свинца, которые за счет снижения истирающей способности материала и снижения в 1,4…2 раза температур резания способствует значительному возрастанию V_T.

Приведенные закономерности позволяют определенным образом расположить медные сплавы по их обрабатываемости. При об-работке медных сплавов с K_o = 1V_T их обрабатываемость в 2…3 раза выше, чем при обработке чугунов и сталей. Обрабатываемость медных сплавов резко ухудшается при наличии в них шлаковых включений, а также микротрещин и других дефектов отливки.

Шероховатость поверхности при обработке медных сплавов не зависит от скорости резания. Причиной является тот факт, что физические факторы резания (нарост, температура, процесс стружкообразования) влияют на формирование поверхностного слоя значительно меньше, чем подача и геометрические факторы (углы в плане, радиус вершины и т. д.).

В качестве технологических сред при обработке меди и ее сплавов рекомендуется использовать жидкости на водной основе Аквол-12 (1,5…3 %), Укринол-1 (3…10 %), НГЛ-205 (5 %) или масла В-31, МР-2у, МР-8, индустриальное ИС-12. Хорошо зарекомендовали себя среды с присадками на базе серы, хлора, фосфора, являющиеся сильными окислителями.

Обрабатываемость порошковых материалов. В современной технике широко используются материалы, полученные методами порошковой металлургии. Существует несколько групп таких материалов:

1) конструкционные, изготовляемые из порошков железа, никеля, меди, хрома, титана и их смесей и соединений с углеродом, кремнием, бором и другими элементами, а также из порошков сталей;

2) материалы для узлов трения, изготовляемые на основе порошков железа и меди с добавками легирующих элементов и неметаллических веществ, играющих роль твердых смазочных материалов (графит, сульфиды) либо повышающих износостойкость и коэффициент трения (тугоплавкие карбиды, оксиды, частицы асбеста и другие);

3) материалы электротехнического назначения с большим разнообразием составов;

4) материалы для фильтров на основе порошков железа, никеля, бронзы, хрома, алюминия, нержавеющих сталей, тугоплавких соединений;

5) композиционные, изготовляемые из порошков различных металлов и волокон из никеля, меди, нихрома, углерода, бора и других веществ.

Порошковые материалы имеют ряд специфических особенностей, оказывающих существенное влияние на их обрабатываемость. К ним, в частности, относится сложный химический состав; большое количество составляющих микроструктуры, в ряде случаев наличие карбидной сетки, интерметаллидов и других частиц высокой твердости; остаточная пористость, снижающая теплопроводность порошкового материала по сравнению с монолитными на 20 % и более; низкая прочность и малое временное сопротивление (для некоторых материалов).

Процесс резания порошковых материалов отличается от резания монолитных. Образующаяся стружка, будучи сливной, чрезвычайно хрупкая и легко разделяется на элементы. По краям стружки образуется значительное количество трещин, надломов, особенно при высоких скоростях резания. В этом случае при точении материалов с низкой теплопроводностью и малыми сечениями среза наблюдается частичное оплавление стружки. При обработке мягких материалов на железной основе в широком диапазоне скоростей резания возможно наростообразование.

Уровень сил резания зависит от свойств обрабатываемого материала. При точении мягких материалов на железной основе с пористостью свыше 10 % силы резания меньше, чем при обработке конструкционных сталей, а в случае обработки материалов с ферритной структурой – ниже, чем при обработке чугуна. В этом случае наличие значительного количества пор уменьшает истинное металлическое сечение срезаемого слоя и, следовательно, усилие деформации. Кроме того, в порах могут содержаться антифрикционные включения, например частицы масла, также уменьшающие силы резания. При точении высокотвердых материалов с малой пористостью силы резания, наоборот, несколько больше, чем для монолитных. Поры в этом случае служат препятствием образованию микротрещин, снижают растягивающие напряжения у вершины магистральной трещины разрушения и затрудняют отделение стружки. Контактные напряжения при обработке таких материалов выше, чем при обработке монолитных. Указанные обстоятельства, а также пониженная теплопроводность приводят к тому, что температура резания при обработке порошковых материалов превышает температуру при обработке монолитных. Исключение составляют материалы, пропитанные маслом.

Характер изнашивания режущих инструментов в целом аналогичен известному для монолитных материалов, однако в ряде случаев возможно микро- и макроразрушение режущих кромок в результате соударения с краями пор. В качестве критериев затупления используются технологические – уровень шероховатости обработанной поверхности, ее отслаивание, появление сколов на торцах детали и т. д. Зависимость Т = f(V) имеет сложный характер, обусловленный изменением физических закономерностей изнашивания в том или ином диапазоне скоростей резания. Характер влияния на V_T конкретных условий обработки аналогичен известному для сталей и чугунов.

Обрабатываемость пластмасс. Пластмассы получили широкое распространение при изготовлении различных деталей машин. К их достоинствам следует отнести небольшую плотность, удовлетво-рительную прочность, высокие антифрикционные, шумо- и вибро-поглощающие свойства, достаточно высокую антикоррозионную стойкость, небольшую трудоемкость изготовления деталей из них.

Основные механические свойства пластмасс зависят от вида смолы и характера наполнителя. Прочность отдельных видов древеснослоистых пластмасс и стеклопластиков приближается к прочности углеродистой стали и иногда превосходит прочность чугуна, бронзы, алюминия, меди.

Отмечая положительные свойства пластмасс, необходимо учитывать и целый ряд их недостатков: низкие теплопроводность и теплостойкость, старение под действием температуры и влажности, ползучесть. Теплопроводность пластмасс в 500…600 раз ниже теплопроводности металлов, а детали из них могут работать в интервале температур от –60 до 200 С. Исключение составляют пластмассы на основе кремний-полимеров и фторопластов, детали из которых могут удовлетворительно работать при температурах до 300…350 С.

Старение пластмасс протекает значительно интенсивнее, чем металлов, что приводит к снижению первоначальных механических свойств до 30 %. К тому же ползучесть пластмасс выражается гораздо сильнее, чем у металлов. Механические свойства пластмасс и определяют специфику стружкообразования, уровень сил и температуры резания, характер износа инструмента. Всесторонний анализ этих вопросов позволяет сформулировать следующие особенности, характерные для обработки пластмасс резанием:

1) склонность ряда пластмасс к скалыванию в процессе резания, что приводит к выкрашиванию поверхностей заготовок на входе и выходе инструмента и увеличению шероховатости поверхности или так называемому «серебрению» их. Поэтому режущий клин инструмента должен иметь большие передние и задние углы, а износ по задней грани, например сверл, не должен превышать 0,1…0,5 мм, фрез – 0,4…0,5 мм при черновой и 0,2…0,3 мм при чистовой обработках. Увеличение износа способствует возрастанию шероховатости обработанной поверхности;

2) неоднородность строения пластмассы и различная твердость ее составных частей затрудняют достижение низкой шероховатости обработанной поверхности. В силу этого износ инструмента, применяемого при их обработке, лимитируется, как правило, технологическим критерием затупления и прежде всего увеличением шероховатости обработанной поверхности;

3) сильное абразивное воздействие на инструмент при обработке отдельных видов пластмасс, например стеклотекстолита, имеющего составляющие с повышенными абразивными свойствами. Резец при обработке таких материалов изнашивается сильнее, чем при обработке сталей 30, 50 и чугуна;

4) пониженная теплопроводность пластмасс, обусловливающая плохой теплоотвод из зоны резания, и, следовательно, резкий нагрев лезвий режущих инструментов, а также оплавление, задиры и разрушение обработанной поверхности;

5) интенсивное пылеобразование, особенно при обработке термореактивных пластмасс, и выделение вредных газов, что требует отсасывающих устройств;

6) трудность применения СОТС из-за гигроскопичности отдельных видов пластмасс или образование пасты из пыли и СОТС, которая налипает на поверхности деталей станка, вызывая их корродирование, попадает на инструмент, затрудняя обработку. Поэтому при обработке пластмасс чаще всего для охлаждения применяют сжатый воздух;

7) сложность достижения высокой точности деталей из-за их большого упругого прогиба, повышенного коэффициента линейного расширения пластмасс, интенсивного изнашивания инструмента и других факторов.