Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

590

Продолжение табл. 3.3.11

1

2

3

фрезы алмазные торцо­ Для

оснащения

камнеобрабатывающих На

камнеобрабатывающих

вые

установок, линий, станков

отечествен­ предприятиях,

в стройинду-

ного

и импортного

обработке

облицовочных плит, памят­

Круги

алмазные

типа Изготовляют

из

высококачественных На

камнеобрабатывающих

'Турбо"

в стройинду-

порошков. Для сухой

резки

мрамора, стрии, на дорожных работах

гранита,

кирпича,

черепицы,

бетона,

железобетона,

асфальта, керамики

ог­

неупоров и др. материалов

Алмазное сырье в виде порошков и зер­

и температурах. Отсутствие в шихте катализа­

на используется для изготовления различных

тора позволяет получить стабильные эксплуа­

типов алмазных инструментов; при этом из

тационные свойства этой модификации ком­

всего

комплекса

физико-механических

позита 01. Геометрические размеры пластин и

свойств алмаза в практике уделяют внимание

область применения эльбора-РМ аналогичны

твердости,

износостойкости,

прочности,

эльбору-Р.

плотности.

ма­

Белбор (композит 02) - кубический нит­

Поликристаллические сверхтвердые

рид бора, используемый для спекания компо­

териалы на основе модификаций нитрида бора.

зита 02. Получается прямым переходом из

Основу

поликристаллических

сверхтвердых

BNr

в аппаратах высокого давления при ста­

материалов составляет нитрид бора BN, кото­

тическом приложении нагрузки (давление до

рый представляет собой ковалентное соеди­

9 ГПа, температура до 3200 К). Отсутствие

нение бора В с азотом N. В природе нитрид

каталитических добавок позволяет

получить

бора не встречается. Он имеет кристалличе­

более высокие по сравнению с эльбором-Р

скую структуру графита, высокую температуру

физико-механические характеристики, обес­

плавления

(выше 2200 К), практически

не

печивает стабильность свойств белбора, а

растворим ни в одном из известных раствори­

значит,

и инструмента,

при

его длительном

хранении.

телей, проводит электрический ток.

Исмит (композит 03). Исмит выпускает­

Известны три

модификации

BN: гекса­

ся в виде заготовок различной

формы, масса

гональный

графитоподобный

нитрид

бора

которых не превышает 1 кар.

BNp, кубический нитрид бора

BNK И гексаго­

Киборит

- новый

поликристаллический

нальный вюрцитоподобный нитрид бора BNg.

сверхтвердый

материал,

синтезированный

BNp является исходным материалом для полу­

впервые в ИСМ АН Украины. Поликристал­

чения

BNK И BNB,

на основе которых синте­

лы киборита получают горячим

прессованием

зируются все известные поликристаллические

шихты (спеканием) при высоких статических

сверхтвердые материалы (ПСТМ).

давлениях. В состав шихты

входят

порошок

Эльбор-Р (композит 01) состоит из бес­

кубического

нитрида

бора

и

специальные

порядочно

ориентированных

кристаллов

ку­

активирующие добавки. Состав и количество

бического нитрида бора, полученных "катали­

добавок, а также условия спекания, обеспечи­

тическим синтезом". В результате высокотем­

вают получение такой структуры ПСТМ, в

пературного прессования под действием вы­

которой сросшиеся кристаллы

BNK

образуют

сокого

давления первоначальные

кристаллы

непрерывный каркас (матрицу). В межзерен-

BNK дробятся до размеров 5 ... 20 мкм. Физи­

ных промежутках каркаса образуется туго­

ко-механические свойства композита 01 зави­

плавкая твердая керамика. Киборит выпуска­

сят от состава исходной шихты и термодина­

ется в виде круглых пластинок диаметром до

мических параметров синтеза (давления, тем­

11 мм и толщиной 3,5 ... 5,5 мм.

пературы, времени). Примерное массовое

Композит 05 в своей основе содержит

содержание эльбора-Р следующее: 90 ... 92 %

кристаллы кубического нитрида бора (85 ...

BNK, 2 ... 3 % BNr, остальное - примеси доба­

95 %), спекаемые при высоких давлениях с

вок-катализаторов.

добавками оксида алюминия, алмазов и дру­

Эльбор-РМ (композит 01) в отличие от

гих элементов. По своим физико-меха­

эльбора-Р получают прямым синтезом BNp ->

ническим свойствам композит 05 уступает

BNK, осуществляемым при высоких давлениях

многим ПСТМ.

ИНСТРУМЕНТЫ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

593

Приведенные

диапазоны

режимов реза­

Высокие

твердость

и

износостойкость

ния предполагают

применение

инструментов

при 1000 ... 1200 "С PCBN и керамических

с геометрическими параметрами в состоянии

материалов

позволяют

обрабатывать

изделия

поставки

соответствующими

инструменталь­

при скоростях резания на порядок выше ско­

ными заводами.

ростей,

допускаемых

при

использовании

Специальные

инструменты

из

поликри­

твердосплавного

инструмента. Однако

пони­

сталлических

алмазов

(PCD),

кубического

женные, сравнительно с твердосплавным ин­

нитрида бора (PCBN) и керамики для высоко­

струментом,

прочностные

характеристики

скоростного резания деталей из черных и цвет­

ограничивали до недавнего времени область

ных металлов.

Высокоскоростная

обработка

применения инструмента из PCBN и керами­

резанием деталей из черных и цветных метал­

ки получистовой и чистовой обработкой чугу­

лов является новой прогрессивной технологи­

на и стали, причем,

в основном,

при непре­

рывном точении.

ей, которая интенсивно разрабатывается и

Совершенствование

технологии

произ­

внедряется

в

практику.

Высокоскоростным

следует считать

резание,

при

котором ско­

водства PCBN и керамики, а также появление

на рынке

инструментальных

материалов ке­

рость возрастает

в

10 раз и более по сравне­

рамики на основе Si3N4 позволило расширить

нию с уровнем, установивщимся для данного

область применения

PCBN

и

керамики

на

обрабатываемого

материала. Уровень скоро­

получистовую,

а

в

отдельных случаях

и

на

стей резания

сталей

и

чугунов в

машино­

черновую

обработку.

Выпускаемые

инстру­

строении составляет

100 ... 300 м/мин, а зака­

ментальные

материалы

данных

классов,

а

ленных сталей на порядок ниже. Рост скоро­

также керамика

на основе AI2O3, армирован­

сти ограничивается

теплофизическими харак­

ная

нитевидными монокристаллами

SiC

в

теристиками

традиционных

инструменталь­

количестве

до

30 ... 40 % (Whiskers),

имеют

ных материалов - твердых сплавов и быстро­

достаточно

высокую

прочность

на

изгиб

и

режущих сталей.

вязкость разрушения.

Вместе с тем, только скорость резания

Основная

область

применения

инстру­

может служить реальным источником сущест­

мента из PCBN - это чистовая и получистовая

венного

повыщения

производительности и

обработка серых, высокопрочных и отбелен­

снижения себестоимости обработки, так как

ных чугунов и закаленных сталей, в основ­

благодаря

совершенствованию

заготовитель­

ном, в условиях автоматизированного произ­

ных операций сокращаются припуски, и зна­

водства на базе станков с ЧПУ, многоцелевых

чения глубины резания имеют тенденцию к

станков, автоматических линий,

специальных

уменьшению. Значения подач на один оборот

скоростных станков. Инструменты из PCD

заготовки или инструмента также не могут

используются

для

точения,

растачивания,

быть повышены из-за неуклонного роста тре­

резания и фрезерования сплавов на основе

бований к качеству обработки деталей машин.

алюминия и меди, древесностружечных и

Важной предпосылкой для развития вы­

композиционных

неметаллических материа­

сокоскоростного

резания

является

автомати­

лов,

твердых вольфрамокобальтовых

сплавов.

зация процессов и оборудования, позволяю­

Нитридная керамика на основе Si3N4 отлича­

щая реализовать скорости 500 ... 5000 м/мин и

ется высоким сопротивлением к знакопере­

более на современных станках с ЧПУ, много­

менным

нагрузкам,

повышенной

ударной

целевых станках и автоматических линиях.

прочностью.

Ранее при работе на универсальных станках с

Основной областью применения нит-

ручным управлением это было практически

ридной керамики является обработка серых

невозможно не только по техническим при­

чугунов с пластинчатым графитом с высокими

чинам, но и в связи с трудностями обеспече­

скоростями резания. Она рекомендуется для

ния требований техники безопасности и пре­

точения с ударом и неравномерным припус­

одоления психологического барьера у станоч­

ком

(v = 300 ... 800

м/мин, глубина

резания

ников.

до 3 мм), для предварительного и получисто­

Увеличение на порядок скоростей реза­

вого

фрезерования

(v = 400 ... 1200

м/мин,

ния возможно только на базе создания и вне­

глубина резания до 4 мм). Однако, при полу­

дрения качественно новых

инструментальных

чистовом

фрезеровании

серого

чугуна

уже

материалов,

обладающих

соответствующими

при

скорости

V = 1000

м/мин

несомненно

теплофизикомеханическими

характеристика­

преимущество

PCBN

перед

керамическими

ми. Это синтетические сверхтвердые материа­

материалами на основе Si3N4. Для материалов

лы на основе поликристаллических алмазов

на основе PCBN, имеющих мелкозернистую

(PCD), кубического нитрида бора (PCBN) и

структуру и керамическое связующее, обра­

керамические материалы на основе AI2O3 и

зующееся в процессе синтеза, интенсивность

Si3N4.

износа незначительна даже при получистовом

594

Глава 3.3. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

фрезеровании

серого

чугуна

со

скоростью

стройкой осевого, радиального биения и уг­

V = 3000 ... 4000 м/мин. Ограничением же для

лового положения зачистных режущих кро­

использования этих материалов для высоко­

мок (с точностью до 2 '). Точность настройки

скоростной обработки является их стойкость

биения 0,005 мм.

к термоудару. Новая керамика на основе

К инструменту с пластинами из PCD

AI2O3, обладающая

повышенными

прочност­

предъявляются

повышенные

требования по

ными

характеристиками,

рекомендуется для

жесткости конструкции, точности

изготовле­

обработки серых чугунов (со скоростью до

ния (особенно для многозубого инструмента,

600 м/мин) и нетермообработанных сталей (со

в том числе торцовых фрез) и качества опор­

скоростью до 500 м/мин), а также закаленных

ных и базовых поверхностей гнезд под пла­

сталей. Пластины размером 15,875x8 мм по­

стины, что связано с высокой стоимостью

зволяют вести обработку незакаленных сталей

пластин. Наиболее

эффективное

использова­

и серых чугунов с глубиной резания до 6 ...

ние пластин PCD при высокоскоростном

8 мм. Повышенные прочностные характери­

торцовом чистовом фрезеровании

алюминие­

стики армированной керамики на основе

вых сплавов и цветных металлов обеспечива­

AI2O3

позволяют применять ее для прерыви­

ют высокоскоростные

фрезы,

регулирование

стой обработки. Данная керамика рекоменду­

положения пластин у которых осуществляется

ется также для обработки никелевых сплавов.

в осевом, радиальном и угловом направлени­

Выпускается широкая номенклатура ин­

ях. Угловая регулировка позволяет выставить

струмента из PCBN, PCD и керамики для

зачистные режущие кромки пластин парал­

высокоскоростного

резания.

Это

токарные

лельно обрабатываемой поверхности, что на

проходные,

расточные,

канавочные,

резьбо­

операции чистового

фрезерования

обеспечи­

вые резцы, в том числе ступенчатой конст­

вает необходимую точность и шероховатость

рукции для снятия повышенных припусков с

поверхности. Совмещение механизмов

ради­

деталей типа прокатных валков; торцовые

альной и угловой регулировки в один меха­

хвостовые и насадные фрезы, в том числе

низм обеспечивает

значительное

упрощение

регулируемые

и переналаживаемые, которые

конструкции и технологии изготовления ин­

могут оснашаться пластинами из различных

струмента. Торцовые фрезы данной конструк­

инструментальных материалов с оптимальной

ции, оснащенные специальными

фрезерными

для каждого геометрией; гамма расточных

пластинами с зачистными фасками из PCD,

напайных и сборных резцов; зенковки, рас­

(SPEN,

0903EDR),

обеспечивают

торцовое

точные головки и т.д. Для обработки древес­

биение режущих кромок в пределах 0,005 мм,

ностружечных

плит

на

автоматизированных

радиальное биение 0,01 мм и угловое положе­

линиях созданы пилы, оснащенные PCBN.

ние 2'. Это дает возможность на операциях

Инструменты могут оснащаться как напай-

высокоскоростного

чистового

фрезерования

ными

режущими

элементами

(цилиндри­

достичь

максимальной

производительности

ческие и прямоугольные вставки, твердо­

при высокой точности обработки и низкой

сплавные многогранные пластины с напаян­

шероховатости

обработанной

поверхности. К

ным в одной из вершин PCBN или PCD), так

достоинствам данной конструкции также от­

и сменными круглыми или многогранными

носится компактность и надежность механиз­

пластинами цельной или двухслойной конст­

ма тонкой регулировки биения режущих кро­

рукции.

высокоскоростного

фрезерования

мок, обеспечивающего равномерную нагрузку

Для

зубьев, и следовательно надежную работу

наиболее м-редпочтительным является кассет­

пластин

из

PCD.

Диаметры

фрез

160 ...

ный вариант конструкции, когда режущая

400 мм, z=

8 ... 20, положительные осевой и

пластина расположена на съемной кассете,

радиальный передние углы у = +4°.

что позволяет путем различных вариантов

Повышение производительности и каче­

исполнения кассет использовать на одном

ства

обработки

плоскостей

чугунных

корпусе пластины различных форм и разме­

(нетермообработанных и закаленных), а также

ров. Точность расположения режущих кромок

закаленных стальных деталей на современном

пластин в торцовых фрезах достигается путем

автоматизированном

оборудовании

обеспечи­

высокой точности изготовления деталей фре­

вается

внедрением

гаммы

торцовых

фрез

зы и самих режущих пластин и, когда этого

d = 20 ... 800 мм с механическим

креплением

недостаточно, введением в конструкцию ме­

сменных пластин из PCBN и керамики (на

ханизмов регулировки.

основе Si3N4) разных марок. Наиболее эффек­

Разработаны три конструкции фрез диа­

тивно использование данной гаммы торцовых

метром d = 125 ... 800 мм с механизмами тон­

фрез на многоцелевых станках с ЧПУ (как

кого регулирования положения режущих кро­

правило d=

100, 125, 160 мм) и на автомати­

мок: с настройкой осевого биения; с настрой­

ческих линиях, например, по обработке бло­

кой осевого

и радиального

биения;

с на­

ков и головок

блока двигателей

автомобилей

598

Глава 3.3. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Гибкая СИО, построенная на основе

инструмента;

систему

диагностики;

систему

вычислительной

техники,

сокращает запасы

подачи изношенных инструментов на заточ­

инструментов,

повышает

коэффициент

их

ные станки с ЧПУ с последующей заточкой

использования, уменьшает время на поиск и

РИ и аттестацией их на измерительной ма­

заказ нужных инструментов. Без этого безвоз­

шине.

вратно теряется 30 ... 60% инструментальных

Параллельно

с

усовершенствованием

запасов; идет накопление инструментов глав­

технических элементов СИО

совершенствует­

ным образом на рабочих местах; операторы

ся организация учета и хранения инструмента

тратят до 20 % времени на поиск режущих

с использованием ЭВМ. Планирование тре­

инструментов.

Кардинальное

решение

ука­

буемого

количества инструментов,

изготов­

занных проблем возможно только с примене­

ляемых силами предприятия, или покупных, а

нием ЭВМ. Для этого используют базы дан­

также снабжение

инструментальными

мате­

ных для нескольких тысяч стандартных ре­

риалами связано с переработкой больших

жущих

инструментов,

идентифицированньгх

объемов информации для составления заявок

номером детали, номером инструмента, кодом

на инструментальные стали, пластины твер­

групповой технологии. Их применение позво­

дых сплавов. В соответствии с нормативами

ляет сократить запасы инструментов на 60 %,

рассчитывают нормы расхода инструмента на

а коэффициент

использования

инструмента

каждую деталь-операцию в технологических

повышается с 70 до 99 %. При этом устраня­

процессах на условное число деталей на один

ется дублирование заказов на инструмент,

месяц и на годовой производственный план

сокращаются запасы инструментов и площадь

изделий по всем цехам предприятия.

складов, уменьшается время обучения опера­

Совершенствование структуры СИО и его

торов инструментального хозяйства с шести

составных элементов осуществляется по сле­

месяцев до трех недель.

компьютера

дующим основным направлениям:

Применение

персонального

расширение набора технических средств;

при наличии специального программно-

оптимизация

временных

транспортных

математического обеспечения

позволяет орга­

потоков;

низовать управление СИО, которое включает:

индивидуализация управления;

управление устройством для предварительной

совершенствование средств диагностики

настройки

РИ;

формирование

графического

и прогнозирования стойкости инструмента;

изображения

инструментальной

наладки

для

учет расхода и планирование потребно­

станка; поиск РИ в базе

данных с указанием

сти в инструменте;

стандарта;

наименования

РИ,

идентификаци­

оценка технико-экономических показа­

онного номера, основных размеров РИ, его

телей.

графического

изображения

для

токарной,

Каждое из указанных направлений мо­

фрезерной,

сверлильной

и

шлифовальной

жет быть представлено как составляющая

видов обработки. На предприятиях широко

причинно-следственной модели СИО, мате­

применяют САПР в производстве сложных

матическая интерпретация которой отобража­

инструментов. ЭВМ

конструирует вырубные

ется в виде гиперграфа, где ребра

Гп е Е и

инструменты и выдает управляющую про­

Гп е Гу. Структура

гиперграфа

в компактной

грамму непосредственно на металлообрабаты­

форме дает описание модели СИО с учетом ее

вающий станок с учетом возможности эффек­

технической реализации (рис. 3.3.33).

эле­

тивной передачи данных о сложных изогну­

Область

формирования

основных

тых поверхностях крупногабаритных листовых

ментов

первого

уровня

причинно-

деталей. Организация снабжения СИО вклю­

следственной

модели

СИО,

отображается

чает хранение, замену и диагностику состоя­

ребром

8

ния инструмента, а набор ее элементов зави­

сит от типа оборудования и серийности про­

изводства. Эффективно

работают

многоцеле­

У = 1

вые

станки

с

вместимостью

магазинов

на

где каждая вершина определяет:

100—170 инструментов. Иногда

предусматри­

Гц (РИ) - тип или набор типов режущих

вается

разгрузка

и

загрузка

инструментов,

инструментов;

уложенных в кассеты.

Г12 (TCP) — технические средства реали­

Структура СИО развитой ГПС имеет в

зации СИО;

своем составе максимальный набор элемен­

Г13 (ВТРП) -

временные

транспортные

тов,

обеспечивающих

автоматизацию

всех

потоки РИ;

процессов, связанных с эксплуатацией РИ в

^14

(ПВРИ)

—

программно-

данной системе: центральный склад для ре­

математическое обеспечение выбора РИ;

жущего

и

вспомогательного

инструментов;

Г15 (ПУПР) — управляющие программы

склад

настроенных

на

размер

комплектов

перемещения РИ в ТС;