6.Сверхтвердые инструментальные материалы

К этой группе относятся алмазы и материалы на основе нитрида бора. Алмаз обладает самой высокой твердостью из известных в природе металлов и минералов. Он превосходит по твердости твердый сплав в 5 раз и более, а быстрорежущую сталь в 14 раз. Модуль упругости алмаза в 2 раза больше модуля упругости твердого сплава, а коэффициент линейного расширения ниже в 4 раза. Коэффициент теплопроводности алмаза в 2 раза и более выше, чем у твердого сплава. Однако алмаз имеет повышенную хрупкость и низкий предел прочности при изгибе (в 3,5 – 5 раз меньше, чем у твердого сплава).

Алмазы имеют высокую химическую и коррозийную стойкость. Красностойкость природных алмазов 700-750⁰С, синтетических – 600-700⁰С. В диапазоне этих температур алмаз химически активен в контакте с черными металлами, что ухудшает его режущие свойства и не позволяет эффективно использовать алмазы при обработке деталей из этих металлов. алмазы выпускают не только в виде поликристаллов, но и в виде порошков различной зернистости (для кругов, шкурок, паст).

Для оснащения инструментов применяют технические природные и синтетические алмазы.

Синтетические поликристаллические алмазы. АСБ, АСПК, АРС-3 имеют физико-механические свойства, близкие к природным.

Алмазы применяют для обработки твердых неметаллических материалов (стекла, твердой керамики, камней, в том числе драгоценных и полудрагоценных), а также цветных металлов и их сплавов.

При обработке черных металлов (при определенных условиях) значительный эффект обнаруживается при использовании в качестве инструментального материала сверхтвердых материалов на основе нитрида бора. Эти материалы по твердости близки к алмазу, а по красностойкости превышает его в 1,5 – 1,7 раза 1300 – 1400⁰С).

Сверхтвердые материалы на основе нитрида бора выпускают цилиндрической формы, а также в виде пластин трехгранной, квадратной, ромбической форм.

Пластины из сверхтвердых материалов широко применяют для оснащения резцов и торцовых фрез, а также для оснащения расточных пластин, разверток, зенкеров, инструментов для правки кругов и некоторых других инструментов.

В связи с невысоким пределом прочности на изгиб сверхтвердых материалов, инструменты, оснащенные ими, работают при небольших сечениях среза при относительно высоких скоростях резания. Крепление пайкой или механическим способом на корпусах инструментов.

7.Основные методы обработки металлов резанием

Из всех процессов формообразования металлов обработка резанием характеризуется наибольшим разнообразием технологических условий обработки.

Режущими инструментами могут быть получены разнообразные изделия – от деталей часовых механизмов до сосудов высокого давления диаметром свыше 3 м. Существует большое разнообразие методов обработки металлов резанием, осуществляемых как с очень высокими скоростями резания, вплоть до 600 м/мин, так и с низкими скоростями, равными всего нескольким сантиметрам в минуту; причем при таких скоростях обработка может длиться несколько часов или занимать доли секунды.

1. Продольное точение

Этот основной метод механической обработки является одним из наиболее широко применяемых при проведении экспериментальных работ по использованию процесса резания металлов. Заготовка, закрепленное в патроне токарного станка, приводится во вращательное движение. Резец, жестко закрепленный в резцедержателе, перемещается с постоянной скоростью вдоль оси заготовки, срезая тонкий слой металла для образования цилиндрической поверхности или поверхности более сложной формы.

2. Растачивание

По существу, условия растачивания внутренних поверхностей незначительно отличаются от условий точения, однако этот метод обработки показывает, какое важное значение при механической обработке имеет жесткость, особенно когда при растачивании цилиндра на большую глубину борштанга, на которой закреплен инструмент, имеет большое отношение длины к ее поперечному размеру и не может быть выполнена такой же жесткой, как резец большого сечения, применяющийся при большинстве видов токарной обработки. Под действием вил резания резец значительно отгибается и вибрирует. Возникающие вибрации могут оказывать влияние не только на размеры обработанной поверхности и ее шероховатость, но также и на стойкость режущего инструмента.

3. Сверление

Сверление – обработка металлов резанием для получения цилиндрических, конических сквозных и глубоких отверстий в сплошном материале, а также для рассверливания уже имеющихся отверстий.

При сверлении, проводимом на токарном или сверлильном станке, наиболее часто применяется обычное спиральное сверло. Режущая часть спирального сверла имеет две режущих кромки.

Существенной особенностью процесса сверления является переменная скорость резания вдоль режущей кромки. Скрость максимальна на периферии у цилиндрической поверхности и приближается к нулю на сердцевине сверла. Переменная скорость вдоль режущей кромки является причиной многих характерных особенностей, свойственных этой операции.

4. Поперечное точение

При точении, растачивании, сверлении обрабатываются цилиндрические поверхности или поверхности вращения более сложного профиля. Поперечное обтачивание (подрезка торца), служит для образования плоской поверхности, перпендикулярной оси вращения, за счет полдачи инструмента от периферии к центру или от центра к периферии. Характерной особенностью этого метода обработки является постоянное изменение скорости резания, достигающей нуля в центре заготовки.

5. Фрезерование

Фрезерование обрабатываются как канавки, так и плоские поверхности, например плоскости блока цилиндров автомобиля. При этом методе обработки резания осуществляется за счет вращения инструмента и подачи заготовки, закрепленной на столе станка.

Важной особенностью всех фрезерных операций является прерывистое действие каждой режущей кромки. каждый зуб производит резание по дуге, меньше половины оборота фрезы. Время резания составляет долю секунды и повторяется несколько раз в секунду.

6. Поперечность и продольность строгания

Существуют два способа получения плоских поверхностей, которые могут быть использованы также для обработки канавок и пазов.

а) При поперечном строгании инструмент совершает возвратно-поступательные движения и резания происходит при ходе инструмента вперед по всей длине обрабатываемой поверхности. Обратный ход совершается с поднятым инструментом, чтобы избежать повреждения инструмента или детали. Следующий ход совершается после перемещения заготовки на величину подачи в вертикальном или горизонтальном положении.

б) При продольном строгании инструмент закреплен неподвижно, а резание производится за счет перемещения заготовки.

7. Шлифование

Это процесс резания металлов, осуществляемый зернами образивного, алмазного или эльборового материалов. Применяемые как отделочная операция и позволяет получать детали 6-го квалитета точности и шероховатости поверхности R_a=0,63–0,16 мкм.

Особенности:

1. Многопроходность, способствующая эффективному исправлению погрешности форм и размеров детали;

2. Резание осуществляется большим количеством беспорядочно расположенных абразивных зерен;

3. Процесс срезания стружки осуществляется на больших скоростях (30-70 м/с);

4. Абразивные зерна в теле расположены хаотически

5. Большие V_рез и неблагоприятная геометрия режущих зерен способствуют развитию высоких t⁰ в зоне резания;

6. Управлять процессом шлиф можно за счет изменения режимов резания;

7. Инструмент в процессе работы самозатачивается;

8. Шлифованная поверхность абразивов в результате одновременного действия как геометрических факторов, так и пластических дефорваций возникающих в процессе резания.

Рассмотренные методы обработки являются одними из наиболее важных среди большого числа методов формирования машиностроительных деталей. Некоторые методы обработки, такие как отрезка, опиловка или нарезания резьбы, широко известны, тогда как протягивания, развертывание или нарезание зубчатых колес червячной фрезой – сфера деятельности специалиста. Каждый из этих методов обработки имеет индивидуальные характерные черты и проблемы наряду с общими особенностями, присущими всем методам обработки.

Еще одним фактором является среда, окружающая зону резания. Резание часто приводима в сухую, но при многих операциях для повышения эффективности резания применяется среда для охлаждения инструмента или заготовки, оказывающая также и смазочное действие (СОЖ). В качестве СОЖ часто применяются масляные эмульсии или минеральные масла. Может применяться также и газ, например СО₂. Действие, оказываемое СОЖ будет рассмотрено позже.