Направления в совершенствовании быстрорежущих сталей и инструментов из них

Инструменты из быстрорежущей стали, полученной методом порошковой металлургии.

Методом порошковой металлургии возможно изготовление более прочного и износостойкого инструмента. Суть улучшения состоит в уменьшении размеров карбидов при увеличении количества карбидов высокой твердости и более равномерным размещением карбидов и элементов (снижение величины карбидной и элементной неоднородности). У такого инструмента скорости резания возрастают до 100 м/мин. По твердости и износостойкости он лучше обычного быстрореза и приближается к твердому славу, но значительно менее хрупкий, чем твердый сплав, что позволяет работать в тяжелых условиях (с ударами, большими припусками). Возможно получение заготовок наиболее приближенных к форме инструмента в процессе спекания для комбинированного и фасонного инструмента. Экономический эффект от быстрорежущих сталей, полученных порошковым методом, составляет 13-15%. Дальнейшее улучшение свойств стали достигается электрошлаковым переплавом.

Отрезные (прорезные) резцы общего назначения изготавливаются из быстрорежущей стали и твердых сплавов и предназначены для отрезания материала под прямым углом к оси вращения, или прорезания узких пазов и канавок. Номенклатура быстрорежущих резцов определяется ГОСТ 18874-73, твердосплавных напайных - ГОСТ 18884-73 и твердосплавных с механическим креплением неперетачиваемых пластин - ТУ2-035-1024-86. В зависимости от расположения режущей части резца относительно корпуса такие резцы бывают асимметричные (правые и левые) и симметричные

7. Конструктивные элементы и геометрические параметры токарного подрезного резца.

При токарной обработке наружные и внутренние резьбы нарезают резьбовыми резцами.

Конструктивные параметры резца

Резец состоит из лезвия – режущей части и державки (корпуса) резца, служащей для закрепления инструмента в резцедержателе.

Лезвие принимает непосредственное участие в процессе резания.

Согласно ГОСТ 25762-83 лезвие токарного резца состоит из следующих элементов:

· Передней поверхности А_γ – поверхности лезвия инструмента, контактирующей в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой;

· Главной режущей кромки К – части режущей кромки, формирующей большую сторону сечения срезаемого слоя;

· Вспомогательной режущей кромки К' – части режущей кромки, формирующий меньшую сторону сечения срезаемого слоя;

· Главной задней поверхности А_α – задней поверхности лезвия инструмента, примыкающей к главной режущей кромке К;

· Вспомогательной задней поверхности А'_α – задней поверхности лезвия инструмента, примыкающей к вспомогательной режущей кромке К';

· Вершины лезвия В – участка лезвия в месте пересечения главной К и вспомогательной К' режущих кромок. При криволинейном сопряжении режущих кромок вершина имеет скругленную форму радиуса r_B, который называется радиусом вершины.

Геометрические параметры резца

Для определения геометрических параметров лезвия резца ГОСТ 25762-83 установлены следующие координатные плоскости:

· основная плоскость Р_v - плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно скорости главного (ССК) или результирующего (КСК) движения резания в этой точке;

· плоскость резания Р_n - плоскость., касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости Р_v;

· вспомогательная плоскость резания Р'_n – плоскость, проходящая касательно к вспомогательной режущей кромке К' перпендикулярно основной плоскости Р_v;

· главная секущая плоскость Р_τ - плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоскости Р_vи плоскости резания Р_n;

· Вспомогательная секущая плоскость Р'_τ – плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки К' на основную плоскость Р_v;

· нормальная секущая плоскость. Р_н- плоскость, перпендикулярная режущей кромке в. рассматриваемой точке;

· рабочая плоскость Р_s – плоскость, проведенная через векторы скоростей главного движения резания и движения подачи.

К геометрическим параметрам лезвия токарного резца относятся следующие углы:

· главный передний угол γ- угол в главной секущей плоскости Р_τмежду передней, поверхностью лезвия А_γ и основной плоскостью Р_v;

· нормальный передний угол γ_н - угол в нормальной секущей плоскости между поверхностью А_γ и плоскостью Р_v;

· главный задний угол α - угол в главной секущей плоскости Р_τ между задней поверхностью А_αи плоскостью резания Р_n;

· нормальный задний угол α_н - угол в нормальной секущей плоскости Р_нмежду поверхностью А_αи плоскостью Р_n;

· главный угол заострения β- угол в главной секущей плоскости Р_τ между передней А_γ и задней А_αповерхностями лезвия;

· нормальный угол заострения β_н - угол в нормальной секущей плоскости Р_нмежду поверхностями А_γ и А_α;

· угол наклона кромки λ - угол в плоскости резания Р_nмежду режущей кромкой К и основной плоскостью Р_v;

· угол в плане φ - угол в основной плоскости Р_v между плоскостью резания Р_nи рабочей плоскостью Р_s;

· угол резания δ рассматривается в главной (или нормальной) секущей плоскости между передней поверхностью лезвия А_γи плоскостью резания Р_n;

· Вспомогательный угол в плане φ₁ - меньший угол между проекцией вспомогательной режущей кромки К'на основную плоскость Р_v и рабочей плоскостью Р_s;

· Угол при вершине в плане ε - угол между проекциями главной Ки вспомогательной К'режущих кромок на основную плоскость Р_v.

28. Направления в совершенствовании твёрдых сплавов и твердосплавных инструментов.

1 Инструмент для работы со скоростями резания до 300 м/мин. Для улучшения свойств производители стремятся к уменьшению зерна сплавов. Другое направление совершенствования связано с получением градиентных твердых сплавов (материалы с функционально переменной микроструктурой). Микроструктура этих материалов локально различается или изменяется таким образом, что появляется возможность управлять термическими и функциональными свойствами. Твердый сплав не любит обработки с ударом, в этом случае происходит выкрашивание кромки или поломка пластины. По конструкции твердосплавный инструмент бывает со сменными многогранными пластинами (СМП), цельнотвердосплавный, с напайными пластинами.

Преимущества инструмента, оснащенного СМП:

- не требует заточки, геометрия режущей кромки сложная, что позволяет оптимизировать процесс обработки;

- быстрая замена затупившейся режущей кромки;

Недостатки:

- неэффективность применения инструмента с СМП на отечественных станках из-за низких скоростей резания;

- по причине конструктивных особенностей оборудования (расчетные частоты вращения шпинделей до 2000 об/мин, низкий класс балансировки шпинделей, что увеличивает вероятность выхода оборудования из строя при работе на больших скоростях);

- высокая стоимость по сравнению с применяемым напайным инструментом;

- невозможность повторного использования пластин;

- высокая стоимость державок и корпусов фрез;

2 Инструмент для обработки без СОЖ. Различают сухую обработку без применения какой-либо жидкости или смазки и псевдосухую обработку, когда через инструмент или снаружи подводится минимальное количество жидкости, которое испаряется в процессе обработки так, что стружка становится сухой.

Существуют два подхода к организации сухой обработки:

- применение новых жаропрочных керамических материалов (на основе кубического нитрида бора), использование поликристаллических алмазов, нитрида бора;

- использование высокопрочных твердых покрытий, обеспечивающих снижение температуры в зоне резания за счет уменьшения трения и хорошего теплоотвода.

3 Инструмент с покрытиями. Применение покрытий в разных условиях, в том числе и при обработке с СОЖ, позволяет получить повышение производительности на 20% и более, увеличения стойкости инструмента на 30%, а иногда и более. Достигается снижение расхода из-за уменьшения количества переточек, сложного и комбинированного инструмента. Покрытия позволяют улучшить адгезию, повысить ударную прочность, снизить коэффициент трения, обладают повышенной трещиноустойчивостью.

В то же время, покрытия увеличивают радиус скругления режущей кромки, что неблагоприятно сказывается. Некоторые покрытия характеризуются высокими внутренними напряжениями, приводящими к отслаиванию покрытий. Наиболее применимы покрытия на неперетачиваемых инструментах и пластинах, т.к. при переточке покрытия на участках, подвергаемых заточке, полностью разрушается.

Основные виды покрытий PVD (характеризуются толщиной 1-3,5 мкм, поэтому применяются для режущих кромок с маленьким радиусом скругления, позволяющих снизить силы резания, улучшить стружкодробление, предотвратить вибрации) и CVD покрытия с толщиной до 20 мкм (Al2O3). Основная разница между этими покрытиями состоит в способе нанесения: для PVD покрытия (400 - 500С) применяется физическое осаждение, для CVD – химическое (1000 - 1100С). Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки, поэтому в последнее время получили распространение гибридные методы нанесения покрытий.

Малоэффективно нанесение покрытий на низкоуглеродистые нелегированные инструментальные стали (типа У8). Для инструмента из инструментальных легированных сталей покрытия наносят на осевой, фасонный, комбинированный, зубообрабатывающий инструмент. Ударное механическое разрушение инструмента также неблагоприятно сказывается и на работе покрытий, поэтому их эффективность может снижаться при использовании несовершенного оборудования.

Кроме износостойких покрытий (наиболее распространенные нитридные TiAlN, TiAlCrN, TiN) используются твердосмазочные покрытия, обладающие очень низким коэффициентом трением и

обеспечивающие снижение сил резания и удаление стружки (TiO2, WO3V2O5)