Структура предмета. Резание металлов,

РЕЗАНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Часть 1

 

Учебное пособие

(Издание 2-е дополненное и переработанное)

 

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

 

 

УДК 621.91

Ш 54

 

 

Рецензенты:

зав. кафедрой технологии машиностроения,

металлорежущих станков и инструментов

Российского университета дружбы народов,

д.т.н., профессор Рогов В.А.

доцент кафедры технологии машиностроения,

металлорежущих станков и инструментов

РУДН, к.т.н., доцент Соловьев В.В.

 

 

Учебное пособие «Резание материалов» является составной частью общего учебно-методического комплекса по данной дисциплине. Оно предназначено для студентов машиностроительных вузов по направлениям:

«Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

В учебном пособии собран материал, отражающий современное состояние науки о резании материалов, определены ее роль и значение, а так же место среди других дисциплин в их взаимосвязи.

Учебное пособие построено по принципу структурирования предмета. Каждая глава посвящается одному из изучаемых разделов дисциплины.

Учебное пособие содержит список рекомендуемой литературы по курсу «Резание материалов».

 

 

ã ЕТИ МГТУ «Станкин», 2017

 

Оглавление
	Введение
Глава 1.	Историческая справка. Терминология. Структура предмета. Резание металлов, как основа формообразования деталей. Резание как физико-химический процесс
Глава 2.	Инструментальные материалы
Глава 3.	Обрабатываемость материалов резанием
Глава 4.	Элементы режима резания. Геометрия токарного резца. Элементы сечения срезаемого слоя
Глава 5.	Геометрия цилиндрической фрезы и спирального сверла
Глава 6.	Изменение геометрических параметров режущей части резцов
Глава 7.	Строение поверхностного слоя металла
Глава 8.	Стружкообразование при резании
Библиографический список

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Дисциплина «Резание материалов» является одной из базовых в цикле профессиональных дисциплин при подготовке специалистов по направлению «Технология машиностроения».

Знания и умения, приобретённые при изучении этой дисциплины, используются при практической работе как в действующем промышленном производстве, так и при проектировании нового. В учебном процессе они непосредственно связаны и используются в курсах таких дисциплин, как «Режущие инструменты», «Станочные приспособления», «Технология машиностроения» и других.

Настоящее учебное пособие состоит из двух частей и содержит основной теоретический материал по изучаемой дисциплине. В пособии имеются необходимые рисунки, схемы, таблицы, разобраны отдельные примеры, поясняющие теоретический материал. В пособии приводятся ссылки на справочную литературу, которая поможет студенту изучать темы, включённые в пособие более полно и подробно.

В первую часть пособия вошли темы, вводящие основные понятия, определения и терминологию предмета, дающие понятия об обрабатываемости материалов резанием, инструментальных материалах, геометрии инструментов, элементах теории дислокаций, пластической деформации и стружкообразовании при резании металлов.

Следует, однако, помнить, что резание материалов является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей машиностроения. Только резание материалов способно обеспечить сегодня всё возрастающие требования других отраслей промышленности по качеству и точности изделий. В связи с этим в сфере резания материалов постоянно появляется новая информация, связанная с новыми методами обработки, новым оборудованием и материалами, как обрабатываемыми, так и инструментальными. Этот поток новой информации поступает с периодическими изданиями, материалами специализированных выставок.

Теоретические подходы в резании материалов также претерпевают определённые изменения в ходе получения новых знаний о предмете. Примером этого может служить само понимание резания как любого способа обработки со снятием определённого припуска с поверхности заготовки с целью получения поверхности заданного качества и с заданными размерами.

В настоящее время в ходе практических исследований накоплен огромный эмпирический материал, который ещё требует обобщения и выражения в виде фундаментальных теоретических зависимостей.

Учебное пособие можно порекомендовать в качестве лекционного материала, а также к самостоятельному изучению студентами. Вторая часть пособия дополняет первую. В неё вошли теоретические вопросы, не

отражённые в первой части. Однако автор далёк от мысли о неизменности и полноте охвата всех вопросов резания материалов, а, напротив, рекомендует использовать и рассматривать настоящее пособие лишь как основу для дальнейшей работы по совершенствованию специальных знаний и умений по предмету.

 

Глава 1

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА. ТЕРМИНОЛОГИЯ.

КАК ОСНОВА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ.

Структура предмета

Предмет «Резание металлов» состоит из нескольких основных разделов. В курсе изучаются следующие разделы:

а) Обрабатываемость материалов резанием.

б) Кинематика процессов резания.

в) Инструментальные материалы.

г) Стружкообразование при резании.

д) Силы резания.

е) Теплофизика процессов резания.

ж) Вибрация в резании.

з) Структурные схемы процессов резания.

и) Качество обработанной поверхности.

к) Износ и стойкость режущего инструмента.

л) Управление процессами резания.

м) Абразивная обработка.

н) Резание неметаллических материалов.

 

3. Резание металлов как основа формообразования деталей

Сущность технологии изготовления деталей машин состоит в последовательном использовании различных технологических способов воздействия на обрабатываемую заготовку с целью придать ей заданную форму и размеры указанной точности. Одним из таких способов является механическая об­работка заготовок резанием. Она осуществляется металлорежущим инстру­ментом и ведется на металлорежущих станках.

Обработка резанием заключается в срезании с обрабатываемой заго­товки некоторой массы металла, специально оставленной на обработку и называемой припуском. Припуск может удаляться одновременно с нескольких поверхностей заготовки или последовательно друг за другом с каждой об­рабатываемой поверхности. В ряде случаев припуск может быть настолько большим, что его срезают не сразу, а за несколько проходов. После сре­зания с заготовки всего припуска, оставленного на обработку, заготовка прекращает свое существование и превращается в готовую деталь.

Металл, удаленный в процессе резания заготовки, подвергается пластическому деформированию и разрушению. В результате этого материал припуска, отделенный от обрабатываемой заготовки, приобретает характерную форму и в таком виде его принято называть стружкой. Срезанная с заготовки стружка является побочным продуктом - отходом обработки металлов резанием. Все способы и виды обработки металлов, основанные на срезании припуска и превращении его в стружку, составляют разновидности, определяемые термином «Резание металлов». Все разновидности резания подчиняются общим закономерностям. Способы разделения металлов на части, например разрезка ножницами, к обработке резанием не относится. Условия деформирования обрабатываемого металла и образования новых поверхностей при разрезке ножницами не подчиняется закономерностям теории резания металлов.

 

4. Общие понятия. Терминология. Резание, как физико-химичес­кий процесс разрушения обрабатываемого материала

Рассмотрим основные составляющие механизмы резания.

Кинематика процесса резания - это закономерности относительного движения инструмента и заготовки без учета физических явлений, протекающих в зоне резания, и в первую очередь действующих сил и температур; при этом систему СПИД (станок-приспособление-инструмент- деталь) принимают абсолютно жесткой и не зависящей от всех видов физико-химических воздействий.

Механика процессов резания изучает условия механического взаимодейс­твия рабочих граней инструмента с обрабатываемым материалом на основе определения закономерностей упругих и пластических деформаций обраба­тываемого материала, а так же его разрушения с учетом трения на кон­тактных поверхностях инструмента. На основе этого строится схема про­цесса стружкообразования, находятся действующие напряжения, величина деформации, силы и работа резания.

Теплофизика процесса резания изучает закономерности превращения энергии в составляющих его различных явлениях, сопровождающихся поглощением и выделением теплоты. Наибольшее значение имеет преобразование механи­ческой энергии в тепловую. Работа резания, обусловленная приводами станка, тратится на повышение внутренней энергии материала заготовки и стружки, и выделяющуюся из зоны обработки теплоту.

Теплоструктура процесса резания изучает строение и физико-хими­ческие свойства обрабатываемого материала под действием возникающих при обработке сил и температур. При механической обработке в зоне ре­зания возникают высокие температуры (600-800°С), при этом градиент их повышения весьма высокий. Действие извне смазочно-охлажда­ющей жидкости обеспечивает интенсивное охлаждение образующейся поверх­ности и сходящей стружки. Все это вызывает интенсивные структурные превращения, благодаря которым, например, при плазменно-механической обработке многих сталей происходит формирование аустенитной структуры, и стружка становится не магнитной.

Температура процесса резания устанавливает связь между химическим структурным строением и физико-механическими свойствами исходного мате­риала заготовки, с одной стороны, стружки и поверхностного слоя из­готовленной детали - с другой.

Химические явления при резании протекают интенсивно вследствие образования в зоне отделения стружки от заготовки химически чистых (ювенильных) поверхностей, они находятся в весьма активном состоянии и, взаимодействуя с окружающей технологической средой, существенно влияют на протекание процесса резания. Причиной этого является образование пленок окислов на контактных поверхностях, которые существенно изменяют коэффициент трения стружки и заготовки о рабочие поверхности инструмента, но од­новременно ухудшают эксплуатационные свойства рабочих поверхностей изготовленных деталей.

Электромагнитные явления обусловлены при резании несколькими про­цессами, один из них - интенсивный нагрев зоны контакта инструмента с заготовкой, т.е. спая двух разнородных металлов. В результате этого в замкнутой цепи станок-приспособление-инструмент-заготовка возникает термоЭДС, которая оказывает значительное влияние на физику механизма резания. Например, рациональный вывод электрического тока или намагни­чивание инструмента приводят к повышению производительности механичес­кой обработки.

Таким образом, обработка резанием - это сложный процесс, совмещаю­щий большое число механических, тепловых, химических и электромагнит­ных явлений.

Методы обработки резанием определяют следующие основные признаки:

вид энергии, подводимой к зоне обработки (механическая, тепловая, химическая, электрическая, магнитная, ядерная).

Способ подвода энергии, характеризующийся взаимным положением за­готовки и рабочих поверхностей инструмента в пространстве и характером его изменения во времени. Контакт инструмента и заготовки характеризу­ется также его формой (точечное распределение воздействия, линейное, пространственное). Характер контакта инструмента и заготовки определя­ется также его изменением во времени (непрерывный, прерывистый, вибра­ционный, импульсный и т.д.).

Механизм резания определяет основной физико-химический процесс, обеспечивающий снятие материала с заготовки; такими процессами являют­ся - механическое разрушение (хрупкое или с предварительным пластичес­ким деформированием), плавление, испарение, электрохимическое раство­рение, электроэрозионное разрушение, травление (химическое разруше­ние).

Рабочий процесс определяет всю совокупность явлений, обеспечиваю­щих при использовании данного метода резания снятие с заготовки опре­деленного кинематической схемой слоя металла. Рабочий процесс склады­вается из механизма резания (основного рабочего процесса) и дополни­тельных явлений. Например, при токарной механической обработке рабочий процесс определяется только механизмом резания, однако при переходе к сверлению, особенно глубокому, он определяется еще дополнительным яв­лением - стружкоудалением из зоны обработки.

Схема формообразования характеризует закономерности относительно­го движения инструмента и заготовки без учета физических явлений, про­текающих в зоне обработки, действующих сил, температур и активных сред. Для этого систему СПИД принимают абсолютно жесткой, нетеплопро­водной, не проводящей электрический ток, химически не активной. Схема формообразования определяет кинематическую схему обработки, т.е. сово­купность относительных движений инструмента и обрабатываемой заготов­ки, необходимых для получения заданной поверхности. Таким образом, ос­новные признаки позволяют построить следующую классификацию методов обработки резанием.

Класс обработки объединяет многие методы обработки, использующие один и тот же вид энергии, подводимой извне, т.е. различают классы ме­ханической, тепловой, электрической и других методов обработки. Все методы обработки разделяют на две группы: группу обычных методов обра­ботки, характеризующиеся одним типом используемой энергии и одним спо­собом ее подвода (механической, электроэрозионной, электрохимической), и группу комбинированных методов, при которых в зону обработки подво­дятся два и более типов энергии или совмещаются различные способы их подвода.

Способ обработки определяет методы обработки, использующие один и тот же физико-химический механизм резания - основной рабочий процесс.

Методы обработки - частное решение одного из способов обработки или совокупность комбинаций частных решений одного, двух, и более спо­собов обработки. Примером методов обработки в случае использования класса обработки - механического резания - может быть силовое резание, использующее особую заточку инструмента. Примером комбинированного ме­тода - вибрационное сверление в специальных технологических средах.

Обработка резанием неразрывно связана с разрушением, т.е. работой затрачиваемой на образование новых поверхностей, таким образом поверх­ностная энергия является одним из физико-механических свойств материа­ла, определяющих его обрабатываемость резанием.

Эффектность операции механической обработки определяется отноше­нием внутренней энергии срезаемого объема материала D U к работе резания W, что назовем КПД h _n операции

h _n =D U / W (1.1)

Разрушение - единая основа обработки резанием.

Под обработкой резанием в общем виде понимают метод формообразо­вания деталей, основанный на отделении одной части заготовки от дру­гой, поэтому в основе физического механизма резания всегда наблюдается явление разрушения по заданной схеме формообразования поверхности ре­зания.

Кинематическое разрушение (организованное) определяется схемой резания, оно может давать при обработке размеры площади сечения среза­емого слоя от нескольких миллиметров (черновое точение) до весьма малых - нескольких микрометров (абразивная обработка.), при этом отделяемый от заготов­ки материал может сниматься в виде относительного потока, постоянного или пульсирующего во времени.

Физико-химическое разрушение (организованное) определяется зако­номерностями рабочего процесса, определяющего снятие материала срезае­мого слоя.

Разрушение обрабатываемого материала является необходимым элемен­том любого процесса резания, основными его видами являются механичес­кое, тепловое - плавлением или испарением, а также химическое. В ре­альных процессах обработки чаще имеют место комбинированные механизмы разрушения, совмещающие несколько его видов.

Чтобы при процессе резания произошел необходимый процесс разруше­ния, предварительно происходят сопутствующие и предшествующие ему фи­зико-химические процессы. При механической обработке предшествующими разрушению процессами являются упругая и пластическая деформация мате­риала, а сопутствующим - трение по рабочим поверхностям материала. Совокупное действие этих явлений обязательно должно обеспечить необходимое условие стружкообразования - доведение обрабатываемого материала по линии среза до разрушения. Разрушение сталей и сплавов, в частности, при повышенных температурах, сопровождающих процесс механической обработки, происхо­дит путем развития деформирования до некоторого критического состоя­ния, либо путем образования и роста трещин, т.е. хрупкого разрушения в микрообъемах сплава.

Возникновение одного из двух видов разрушения обусловлено механи­ческими характеристиками материала, определяющими его хрупкие и плас­тические свойства, и схемой напряженного состояния. Характер разруше­ния материала срезаемого слоя зависит от скорости и температуры.

Механическое разрушение (диспергирование) при прочих равных усло­виях зависит от площади вновь образуемых поверхностей. При лезвийной механической обработке, например токарной, может образовываться слив­ная, суставчатая и элементная стружка. Известно, что в первом случае процесс резания является наиболее энергетически выгодным, в этом слу­чае разрушение материала происходит по линии среза, а остальной мате­риал отделяется от заготовки путем его пластического деформирования. В этом случае диспергирования основной массы материала нет, и работа затрачивается на пластическое деформирование и трение.

Для осуществления процесса разрушения по всему сечению снимаемого слоя необходимы значения концентрации энергии, близкие к энергии связи структуры твердого тела (для металлов 10³ - 10⁶ Вт/см²).

Во всех случаях электрические и химические методы обработки ха­рактеризуются большим расходом энергии.

Подведём итог и дадим определение процессу резания материалов.

Резанием материалов называется любой физико-химический процесс обработки материала заготовки с целью получения годной детали с заданными размерной точностью и качеством обработанной поверхности, получаемыми при снятии поверхностного слоя, называемого припуском, с образованием побочного продукта в виде стружки (или растворённого, расплавленного или испарённого слоя материала).

 

Глава 2

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

Инструментальные стали

Стали - это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2 % С. Чистое железо претерпевает аллотропическое превращение при температуре 910°С, до которой атомы железа образуют кубическую объемно-центрированную решетку (Fe-α), при нагревании свыше 910°С - кубическую гранецентрированную (Fe-γ). При нагревании свыше 910°С, т.е. при переходе Fe-α в Fe-γ, происходит уменьшение плотности на 3 % и в десятки раз увеличивается растворимость углерода. Из-за наличия в сталях углерода аллотропичес­кие и фазовые превращения в них происходят не при 910°С, а при других значениях температуры. В сталях могут быть получены следующие структуры:

- аустенит - твердый раствор углерода в Fe-γ,

- цементит - химическое соединение Fe₃C,

- феррит - твердый раствор углерода в Fe-α,

- перлит - механическая эвтектоидная смесь феррита и цементита.
Необходимые структуры и свойства сталей обеспечиваются соответствующим видом термической обработки.

Для получения равновесной структуры, уменьшения твердости и улуч­шения обрабатываемости сталей резанием применяется отжиг - нагревание стали выше температуры фазовых превращений и очень медленное охлаждение с печью.

Для получения высокой прочности, твердости и износостойкости при­меняется закалка - нагрев стали выше температуры фазовых превращений и охлаждение со скоростью, большей, чем критическая скорость охлаждения. Под критической скоростью охлаждения понимается скорость, при которой не происходит диффузионного распада аустенита, а аустенит превращается в мартенсит - пересыщенный твердый раствор углерода в Fe-α.

При недостаточно высокой скорости охлаждения получается одна из следующих переходных структур: троостит, сорбит, перлит. Эти структуры представля­ют собой ферритно-цементитную смесь. Разница между ними заключается в величине частиц цементита: в сорбите (HRC=30) эти частицы мельче, чем в перлите; в троостите (HRC=40) мельче, чем в сорбите. Структура мартен­сита (HRC=65) является основной структурой закаленной стали. Мартенсит имеет отличную от других структур природу и образуется не так как ферритно-цементитные смеси.

При быстром охлаждении углерод не успевает выделиться из твердого раствора (аустенита) в виде частичек цементита, как это имеет место при образовании перлита, сорбита, троостита. Происходит только перестройка γ-железа в решётку α -железа; углерод остается внутри решетки α-железа, искажая ее, степень искажения зависит от содержания в стали углерода. Высокая твердость закаленной стали является следствием искажения кристаллической решетки мартенсита. Мартенсит обладает высокой прочностью и твердостью, но низкой пластичностью и ударной вязкостью.

Закаленные стали со структурой мартенсита подвергают дальнейшей термообработке - отпуску. Твердость, прочность и пластичность отпущенных сталей зависят, наряду с химическим составом, от температуры отпуска.

Низкий отпуск проводится для уменьшения внутренних напряжений. При этом твердость стали почти не меняется, а пластичность несколько повышается. Сталь приобретает структуру мартенсита отпуска.

Средний отпуск проводится при температурах, при которых мартенсит распадается на мелкодисперсную смесь феррита и цементита-троостита. Структура стали - троостит отпуска.

Высокий отпуск проводится с целью получения из мартенсита структуры сорбита. Сорбит имеет высокую пластичность, вязкость и хорошую прочность. Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением. Структура стали - сорбит отпуска.

Характерным отличием структур, образующихся в результате отпуска, является их зернистое строение в отличие от пластинчатого строения та­ких же структур, полученных в результате закалки.

 

Твердые сплавы

Твердые сплавы являются основными инструментальными материалами, обеспечивающими высокопроизводительную обработку резанием. Общее количество твердосплавного инструмента в металлообрабатывающей промышленности не превышает 25-28 %, однако этим инструментом производят съем до 65 % стружки благодаря использованию скоростей резания, в 2-3 раза превышающих уровень скоростей, принятых для инструмента из быстрорежущей стали.

Спеченные твердые сплавы состоят из твердых, тугоплавких соединений (карбиды, карбонитриды титана, вольфрама, тантала и др.) и цементирующей (связующей) фазы (кобальт-никель-молибден). Твердые сплавы, применяемые для оснащения режущего инструмента, по составу и областям применения можно разделить на 4 группы: вольфрамовые (WC-Co), титано-вольфрамовые (WC-TiC-Co), титано-тантало-вольфрамовые (WC-TiC-TaC-Co), безвольфрамовые (TiC-Ni-Mo, TiCN-Ni-Mo).

Твердые сплавы обладаютвысокой твердостью (82-92 HRA), которая сохраняется при нагреве до температуры 700-1100°С, имеют высокие значения модуля упругости (500-700 гПа) и предела прочности при сжатии (s_сж<6 гПа). Относительно невысокие значения предела прочности при изгибе (s_и=0,9-2,0 гПа) и ударной вязкости (КС<0,6×10^-5 Дж/м²) несколько ограничивают возможности твердосплавного инструмента, однако его способность сохранять высокие твердость и сопротивляемость деформированию при температурах резания обеспечивает им заметное преимущество по сравнению с инструментом из быстрорежущих сталей.

Области применения твердых сплавов в соответствии с рекомендациями международной организации стандартов ISO P513-66 определены основными свойствами каждой марки сплава и условиями обработки (режимы резания, характер операции, обрабатываемыйматериал, тип формируемой стружки и т.д.). В соответствии с указанным, твердые сплавы классифицируют на шесть основных групп применения - К, М, Р, S, H, N, которые, в свою очередь, подразделяют на подгруппы применения (табл.2.2). Чем больше индекс подгруппы применения, тем ниже износостойкость твердого сплава и допустимая скорость резания, но выше прочность (ударная вязкость), подача и глубина резания. Таким образом, малые индексы соответствуют чистовым операциям, когда от твердых сплавов требуется повышенная износостойкость при сравнительно невысоких требованиях к прочности и вязкости, большие индексы соответствуют черновым операциям, когда твердый сплав должен быть прочным и вязким. Поэтому каждая марка сплава имеет свою предпочтительную область применения, в которой обеспечиваются максимальные работоспособность инструмента и производительность обработки.

Границы групп применения марок твердых сплавов определяются ориентировочно и неоднозначно, поэтому допускается использовать одну и ту же марку в двух-трех подгруппах или даже в разных группах применения (табл.2.3). Например, сплав Т15К6 можно использовать в подгруппах Р10 (основная), Р15, Р20, а сплав ВК8 в подгруппах К30 (основная), К40, М30.

 

 

Таблица 2.2

Классификация групп применения твердых сплавов

Подгруппа применения	Обрабатываемый материал. Тип стружки	Вид обработки	Ограничивающие условия
Группа резания Р
Р01	Сталь. Сливная стружка	Чистовое точение, растачивание, развертывание.	s £0,1...0,3 мм/об t £0,5...2 мм
Р10	Точение, нарезание резьбы, чистовое фрезерование, рассверливание, растачивание.	s £0,2...0,5 мм/об t £2...4 мм
Р20	Сталь, ковкий чугун, цветные металлы. Сливная стружка.	Точение, фрезерование, чистовое строгание.	s £0,4...1 мм/об t £4...10 мм
Р25	Сталь нелегированная, низко и среднелегированная	Фрезерование
Р30	Сталь, ковкий чугун. Сливная стружка.	Черновое точение, фрезерование, строгание.	s =1 и более мм/об t =6...20 мм
Р40	Сталь с включением песка и раковин. Стружка сливная и надлома.	Черновое точение, строгание в неблагоприятных условиях*	¾¾¾
Р50	Сталь со средней и низкой прочностью с включением песка и раковинами. Стружка сливная и надлома.	Точение, строгание в особо тяжелых условиях.	¾¾¾
Группа резания М
М10	Сталь аустенитная жаропрочная труднообрабатываемая, серый, ковкий и легированный чугуны. Стружка сливная и надлома.	Точение и фрезерование.	s £0,2...0,5 мм/об t £2...4 мм
М20	Жаропрочная сталь, труднообрабатываемые сплавы, серый и ковкий чугуны. Стружка сливная и надлома.	Точение и фрезерование	s £0,4...1 мм/об t £4...10 мм
М30	Аустенитная нержавеющая сталь, жаропрочные труднообрабатываемые стали и сплавы, серый и ковкий чугуны. Стружка сливная и надлома.	Точение, фрезерование, строгание, в том числе в неблагоприятных условиях*	s >1 мм/об t £6...20 мм

Окончание табл. 2.2

М40	Низкоуглеродистая сталь с пониженной прочностью, автоматная сталь, другие металлы и сплавы. Стружка сливная и надлома.	Точение, фасонное точение, отрезание преимущественно на станках-автоматах.	¾¾¾
Группа резания К
К01	Серый чугун высокой твердости, алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния, закаленная сталь, конструкционные пластмассы, керамика, стекло. Стружка, надлома и элементная.	Чистовое точение, растачивание, фрезерование, шабрение.	s £0,1...0,3 мм/об t £0,5...2 мм
К05	Легированные чугуны, закаленные стали, коррозионностойкие, высокопрочные и жаропрочные стали и сплавы. Стружка надлома и элементная.	Чистовое и получистовое точение, растачивание, развертывание, нарезание резьбы.	s £0,2...0,5 мм/об t £2...4 мм
К10	Серый и ковкий чугуны повышенной твердости, закаленная сталь, алюминиевые и медные сплавы, стекло, керамика. Стружка надлома.	Точение, растачивание, фрезерование, сверление
К20	Серый чугун, цветные металлы, пластмассы. Стружки надлома и элементная.	Точение, фрезерование, строгание, сверление, растачивание.	s £0,4...1 мм/об t £4...10 мм
К30	Серый чугун низкой твердости и прочности, сталь низкой прочности, цветные металлы, пластмассы. Стружки надлома и элементная.	Точение, фрезерование, строгание, сверление. Работа в неблагоприятных условиях*	s £1 мм/об t £6...20 мм
К40	Цветные металлы, древесина, пластмассы. Стружки надлома и элементная.	Точение, фрезерование, строгание	¾¾¾
Группа резания S
S01-S40	Жаропрочные специальные сплавы на основе железа, никеля, кобальта, титана. Титановые сплавы.	Точение, растачивание, фрезерование, сверление	_______
Группа резания H
Н01-Н40	Закалённая сталь, упрочнённые чугуны, отбелённый чугун	Точение, растачивание, фрезерование.	_______
Группа резания N
N01-N40	Цветные сплавы на основе алюминия и меди, дерево, пластмасса	Точение, растачивание, фрезерование, сверление	_______

 

* Работа с переменной глубиной резания, с прерывистой подачей, с ударами, вибрациями, с наличием литой корки и абразивных включений в обрабатываемом материале.

 

Таблица 2.3

Режущая керамика

В нашей стране и за рубежом выпускаются три основных вида керамических инструментальных материалов. Оксидная (белая) керамика состоит из оксидов алюминия Аl₂О₃ (до 90 %) и легирующих добавок (MgO, ZrO₂ и др.). Оксидно-карбидную (черную) керамику изготовляют из смеси Al₂O₃ (до 60 %), TiС (20-40 %), ZrO₂ (20-40 %), и других карбидов тугоплавких металлов с легирующими добавками. Керамика на основе нитридов кремния (Si₃N₄) легирована оксидами иттрия, циркония, алюминия.

Керамические режущие пластины не имеют связующей фазы, что снижает вероятность их разупрочнения при нагреве и делает возможным их применение при высоких скоростях резания, намного превосходящих скорости резания, применяемые при использовании инструмента из твердого сплава. Если предельная скорость резания для твердосплавного инструмента составляет 500-800 м/мин, то для керамического инструмента она возрастает до 900-1000 м/мин.

Несмотря на заметное различие свойств представленных типов керамических инструментальных материалов (табл.2.4), все они характеризуются невысокой прочностью при изгибе, повышенной хрупкостью, низкой теплопроводностью, а также достаточно большим коэффициентом линейного расширения. Поэтому керамический режущий инструмент весьма чувствителен к термоциклическому нагружению и склонен к хрупкому микроразрушению при контактных нормальных напряжениях, превышающих 1,2 гПа.

Таблица 2.4

Состав свойства и областиприменения керамического инструментального материала

Керамический инструментальный материал	Состав	sи, гПа	r, г/см3	HRA	Область применения
ЦМ-332	Al 203> 99 % MgO< 1 %	0,3-0,35	3,85-3,90		К01-К05 Н10-Н05
ВО-13	Al 203> 99 %	0,45-0,5	3,92-3,95		Р01-Р10 К01-К05 Н10-Н05
ВШ-75	Al 203> 99 %	0,5	3,98	91-92	К01-К05 Н10-Н05
В3	Al 203 60 % TiC 40 %	0,55-0,65	4,3		К01-К10
ВОК-60	Al 203 60 % TiC 40 %	0,6	4,2		Р01-Р10 К01-К10
ВОК-63	Al 203 63 % TiC 37 %	0,65-0,7	4,2-4,3		К01-К10
ВОК-71	Al 203 71 % TiC 29 %	0,7-0,75	4,5-4,6		Р01-Р05 К01-К05
ОНТ-20	Al 203 70 % TiC 30 %	0,64	4,39	90-92	К01-К05
Силинит-Р	Si3N4Y2O3; TiC	0,5-0,7	3,2-3,4	92-94	К01-К05 М05

 

Вместе с тем, высокая термостабильность при температуре до 1400°С (для оксидной керамики) в сочетании с высокой твердостью, окалиностойкостью, хорошей сопротивляемостью окислению определяет область предпочтительного применения керамического инструмента - чистовую обработку заготовок повышенной твердости и прочности, включая закалённую сталь, (K01-K10, Р01-Р10,) на высоких скоростях резания (400-1000 м/мин) при ограниченных сечениях срезаемого слоя. Керамический инструмент эффективен при использовании жесткого металлообрабатывающего оборудования; а также качественных и жестких державок для крепления пластин.

 

Инструменты с покрытиями

Решение проблемы создание инструментального материала с оптимальным сочетанием основных физико-механических и теплофизических свойств стало возможным только при разработке технологии нанесения износостойких покрытий. Использование таких технологий дает возможность формировать на рабочих поверхностях инструмента износостойкие покрытия заданных состава, структуры и строения, что, в свою очередь, позволяет создать композиции: покрытие - инструментальный материал, которая может оптимально сочетать такие свойства, как прочность, вязкость, выносливость, твердость, теплостойкость.

В России практически отработаны и используются все методы нанесения износостойких покрытий и все покрытия, известные в мировой инструментальной практике. Широкое применение в нашей стране нашли электроискровый, реактивный электронно-лучевой плазменный (РЭП), детонационный методы нанесения покрытий на инструмент, а так же - термодиффузионного насыщения (ДТ), метод химического осаждения из газовой фазы (ГТ-«CVD»), РЭП, метод физического осаждения из пересыщенного пара (PVD), катодное насыщение ионной бомбардировкой (КИБ).

Свойства пластин, покрытых TiC и TiN, различны, что объясняется различием физико-механических свойств покрытий. Покрытие TiC характеризуется лучшей адгезионной связью с твердосплавной основой, более высокой твердостью и износостойкостью. Теплостойкость покрытий TiC выше, чем теплостойкость TiN. Но TiN обладает меньшей хрупкостью, <