4. Сверхтвердые материалы (стм)

Наиболее рационально применение СТМ для лезвийной обработки материалов с высокой твердостью (свыше 50НRС).

Твердость, модуль упругости и теплопроводность СТМ значительно выше, чем у других инструментальных материалов, а коэффициент термического расширения значительно ниже (по этим параметрам нитрид бора несколько уступает алмазу). Совокупность этих свойств позволяет обеспечить высокую точность обработки (до 1 класса) и малую шероховатость поверхности. Такое сочетание свойств позволяет исключить операции шлифования, заменив их лезвийной обработкой инструментом из СТМ – точением, растачиванием, фрезерованием. При этом достигается высокая точность и малая шероховатость поверхности.

Различия физико–механических и химических свойств СТМ на основе алмаза и нитрида бора определяют различные области их рационального применения. Твердость алмаза выше, чем твердость кубического нитрида бора, а его теплостойкость ниже. Однако, определяющим является высокая диффузионная способность алмаза по отношению к сплавам на основе железа – сталям и чугунам, и, напротив, инертность к этим материалам нитрида бора. Поэтому режущие инструменты из СТМ на основе алмаза применяют для обработки цветных металлов и сплавов (в частности, твердых сплавов), неметаллических материалов, а инструменты на основе нитрида бора – для обработки стали и чугуна.

При обработке материалов высокой твердости преимущество СТМ на основе нитрида бора (композит–01) перед режущей керамикой достигается за счет более высоких значений твердости, теплостойкости и модуля упругости, а также меньшего коэффициента теплового расширения. При обработке закаленных сталей высокой твердости композиты обладают преимуществом во всем диапазоне применяемых режимов резания.

Применение инструмента из СТМ открывает новые технологические возможности. Это лезвийная обработка самых различных по свойствам материалов, в том числе труднообрабатываемых (не только закаленные стали и чугуны с твердостью свыше 60 HRC, но и твердые сплавы).

При использовании инструмента из СТМ появляется возможность обработки весьма нетехнологичных тонкостенных деталей (например, точение деталей с толщиной стенки 0,2мм).

Область рационального применения СТМ на основе нитрида бора – композитов:

• композит 01 и композит 02 – для тонкого чистового точения закаленных сталей с глубиной резания не более 0,5мм;

• композит 05 – для получистовой и чистовой обработке закаленных сталей и чугунов любой твердости с глубиной резания до 3мм;

• композит 10 – для обработки сталей и чугунов с любой твердостью при непрерывном и прерывистом точении [5].

СТМ на основе алмаза (АСК, АСБ, ПКА) наиболее рационально использовать для обработки цветных металлов, в том числе, твердых сплавов [5].

5. Задачи по выбору инструментальных материалов.

1. Обосновать выбор сталей для изготовления круглых плашек, предназначенных для обработки автоматной латуни и стали с твердостью180…200НВ. Привести составы выбранных сталей, режимы их термической обработки и свойства. Выбрать инструментальный материал для токарной обработки заготовок плашек, привести его состав и свойства.

2. Обосновать выбор стали для изготовления червячных фрез, предназначенных для обработки конструкционных сталей с твердостью220…240НВ. Привести состав выбранной стали, режимы термической обработки и свойства. Выбрать инструментальный материал для токарной обработки заготовок фрез, привести его состав и свойства.

3. Обосновать выбор сталей для изготовления протяжек, предназначенных для обработки автоматной латуни и сталей с твердостью180…200НВ. Привести составы выбранных сталей, режимы их термической обработки и свойства. Выбрать инструментальный материал для токарной обработки заготовок протяжек, привести его состав и свойства.

4. Развертки из стали У12А диаметром 40мм не получили при закалке необходимой твердости. Использование при закалке среды–охладителя с более высокой интенсивностью охлаждения позволило получить высокую твердость, но привело к образованию трещин.

Указать:

• причины, по которым не была получена необходимая твердость;

• какая среда – охладитель была использована для получения высокой твердости;

• способы устранения брака.

Выбрать инструментальный материал для токарной обработки заготовок разверток, привести его состав и свойства.

5. Обосновать выбор стали для изготовления долбяков диаметром 60мм, предназначенных для обработки конструкционных сталей с твердостью180…200НВ. Привести состав выбранной стали, режимы термической обработки и свойства. Выбрать инструментальный материал для токарной обработки заготовок долбяков, привести его состав и свойства.

6. Обосновать выбор материалов инструмента для токарной и слесарной (нарезание резьбы) обработки в деталях из коррозионно–стойкой стали Х18Н10Т. Привести состав выбранной стали, режимы термической обработки и свойства. Привести состав и свойства инструментального материала, выбранного для изготовления резцов.

7. Обосновать выбор материалов инструмента для токарной и слесарной (нарезание резьбы) обработки в деталях из титанового сплава ВТ5. Привести состав стали, режимы термической обработки и свойства. Привести состав и свойства инструментального материала, выбранного для изготовления резцов.

8. Обосновать выбор материалов инструмента для токарной и слесарной (нарезание резьбы) обработки в деталях из высокопрочной стали (s_в>1500МПа). Привести состав стали, режимы термической обработки и свойства. Привести состав и свойства инструментального материала, выбранного для изготовления резцов.

9. Обосновать выбор материалов инструмента для токарной и слесарной обработки (нарезание резьбы) в деталях из стали с твердостью 40…45HRC. Привести состав стали, режимы термической обработки и свойства. Привести состав и свойства инструментального материала, выбранного для изготовления резцов.

10. Обосновать выбор сталей для изготовления червячных фрез диаметром 30 и 80мм. Объяснить, почему для фрез диаметром 80мм целесообразно использовать сталь порошкового производства, указать преимущества такой стали. Привести состав стали, режимы термической обработки и свойства. Привести состав и свойства инструментального материала, выбранного для токарной обработки заготовок фрез.

11. Обработка (расточка) внутренних отверстий подшипников скольжения из бронзы Бр.О5Ц5С5 выполняется лезвийным инструментом. При этом необходимо обеспечить высокую точность отверстия и весьма малую шероховатость поверхности (Ra=0,16…32мкм). Выбрать инструментальный материал для режущей части расточного резца. Выбрать сталь для метчика, обрабатывающего крепежные отверстия на этой детали. Привести состав стали, режимы термической обработки и свойства.

12. Обработка (расточка) внутренних отверстий направляющих втулок выполняется лезвийным инструментом. При этом необходимо обеспечить высокую точность отверстия и весьма малую шероховатость поверхности (Ra=0,32…0,63мкм). Втулки изготовлены из стали 18ХГТ. Твердость трущихся поверхностей – 58…62HRC (цементация, закалка, низкий отпуск). Выбрать инструментальный материал для режущей части расточного резца. Выбрать сталь для метчика, обрабатывающего после цементации крепежные отверстия на этой детали.

13. При обработке деталей из отбеленного чугуна стойкость фрез, оснащенных пластинками из твердого сплава ВК6, оказалась неудовлетворительной. Выбрать инструментальный материал для обработки таких деталей. Указать причины низкой стойкости твердосплавного инструмента. Какую сталь можно рекомендовать для обработки резьбовых отверстий этих деталей. Привести состав стали, режимы термической обработки и свойства.

14. При обработке улучшенных конструкционных сталей стойкость инструмента из быстрорежущей стали Р6М5 была неудовлетворительной. Для повышения стойкости было принято решение об упрочнении инструмента методом КИБ. Сформулировать требования к технологии термической и финишной обработке инструмента. Привести режимы термической обработки инструмента.

15. При обработке улучшенных конструкционных сталей использовали инструмент из быстрорежущей стали Р6М5Ф3. Однако его качественная заточка была затруднена из–за возникновения шлифовочных прижогов. Рекомендовать сталь и метод упрочнения инструмента, обеспечивающий максимальное повышение износостойкости инструмента. Сформулировать требования к технологии термической и финишной обработке инструмента. Привести режимы термической обработки инструмента.

16. Выбрать марки быстрорежущих сталей для изготовления сверл методами вышлифования и продольно–винтового проката. Привести составы сталей, режимы термической обработки и свойства.

17. Обосновать выбор быстрорежущей стали для изготовления концевого сварного инструмента (сверла). Выбрать материал хвостовой части. Указать технологию сварки. Назначить и обосновать режимы термической обработки сварной заготовки и инструмента.

Литература

1. М.Н. Степнов. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. Справочник. – М.: Машиностроение, 1985. – 231с.

2. Ю.А. Геллер. Инструментальные стали. – М.: Металлургия, 1983. – 526с.

3. С.Н. Дуб, А.Л. Майстренко, В.И.Мальнев. Определение сопротивления разрушению сверхтвердых материалов при индентировании. /В сб. «Проблемы разрушения металлов». – М.: МДНТП, 1980. – С.83–89.

4. Fishveister H.F, Karagoss S., Andren H.D. // «Acta Metallurgia», №4, 1988. – P.817–825.

5. В.П. Жедь и др. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение. /Справочник. – М.: Машиностроение, 1987. – 320с.

6. В.И. Третьяков. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. – М.: Металлургия, 1976. – 526с.

7. В.С. Самойлов и др. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент. /Справочник. – М.: Машиностроение, 1988. – 367с.

8. Сталь инструментальная быстрорежущая. Технологические свойства в состоянии поставки и термически обработанном состоянии. ГСССД 41-82 (Государственная служба стандартных справочных данных).

9. Howard R., Cohen M. Trans. Amer. of Mining a Metallurgical Eng., V.172, 1947. P.413.

Приложения