- •Фгбоу впо «Воронежский государственный технический университет»
- •1.Воронеж 2014
- •1. Инструментальные материалы, области
- •1.1. Классификация инструментальных материалов.
- •1.2. Инструментальные стали
- •1.3. Твердые сплавы
- •1.4. Керамика
- •1.5. Сверхтвердые материалы (стм)
- •1.6. Методы поверхностной модификации
- •1.7. Выбор оптимального метода модификации и его внедрение
- •2. Абразивные материалы
- •2.1. Материалы для абразивных инструментов
- •2.2. Характеристики абразивных инструментов
- •2.3. Алмазные инструменты
- •2.4. Профилирование и правка шлифовальных кругов.
- •2.5. Точность абразивных кругов
- •2.6. Крепление шлифовальных кругов на шпинделе станка.
- •3. Резцы
- •3.1. Конструктивные элементы
- •3.2. Особенности конструкции резцов других типов
- •3.3. Конструкции резцов
- •3.4. Физическая природа изнашивания инструментов
- •3.4.1. Абразивное изнашивание
- •3.4.2. Адгезионное изнашивание
- •3.4.3. Диффузионное изнашивание
- •3.4.4. Окислительное изнашивание
- •3.5. Виды и критерии износа. Расчет количества переточек
- •3.5.1. Расчет количества переточек
- •3.5.2. Расчет количества переточек
- •3.5.3. Расчет количества переточек в зависимости от
- •3.6. Особенности износа поверхностей смп
- •3.7. Конструкции резцов зарубежных фирм с смп
- •3.7.1. Определение способа крепления режущих пластин
- •3.7.2. Выбор типа, размера и формы державки
- •3.7.3. Выбор инструментального материала, формы, размеров, геометрии и других параметров пластин
- •3.7.4. Определение угла и радиуса при вершине пластины
- •3.8. Определение режимов
- •4. Фасонные резцы
- •4.1. Типы фасонных резцов
- •4.2. Методы проектирования резцов
- •4.3. Расчет погрешности обработки деталей фасонными резцами
- •4.4 Износ поверхности фасонных резцов
- •4.5. Анализ условий работы и эффективности фр в производстве
- •4.6. Расчет количества переточек фр
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.4. Керамика
В настоящее время промышленностью выпускается четыре основные группы режущей керамики - оксидная (белая керамика) на основе Al2,O3, оксидно-карбидная (черная или смешанная керамика) на основе композиции Al2O3+TiC, оксидно-нитридная (кортинит) на основе композиции А12О3 +TiN и нитридная на основе Si3N4. Обычно инструментальную керамику выпускают в виде спеченных пластин различной формы, которые механически крепятся к корпусам инструментов.
В отличие от твердых сплавов, керамика не содержит металла-связки. В ее состав входят только твердые компоненты - оксиды, карбиды, нитриды. Поэтому степень разупрочнения керамики при нагреве сильно снижается, и она имеет весьма высокие значения теплостойкости (до 1400 °С) и твердости (до 96 HRA). Это позволяет осуществлять обработку керамическими инструментами на скоростях резания, которые до 2,5 раз превышают скорости резания твердосплавными инструментами. В то же время, отсутствие связующей фазы в структуре керамики определяет ее низкую трещиностойкость и прочность.
Например, низкая трещиностойкость керамики является причиной формирования фронта трещин, которые из-за отсутствия пластичной связующей фазы не встречают барьеров, способных затормозить или остановить их развитие.
Еще одной специфической особенностью керамики является высокая чувствительность к колебаниям температуры. Поэтому для уменьшения опасности возникновения «тепловых ударов», обработку изделий керамическими инструментами рекомендуется вести без применения СОЖ. При необходимости применения СОЖ (для смыва стружки, охлаждения детали и др.) следует обеспечивать непрерывный обильный полив зоны резания.
Допустимый износ по задней поверхности керамических пластин при их эксплуатации составляет не более 0,3 мм при обработке сталей и до 0,5 мм - при обработке чугунов.
Указанные особенности керамики определяют область ее предпочтительного применения. В настоящее время керамические инструменты в основном применяют для чистовой и получистовой обработки серых, ковких, высокопрочных и отбеленных чугунов, низко- и высоколегированных сталей, в том числе закаленных, цветных металлов и полимерных материалов (К01...К05; Р01...Р10). В этих условиях инструменты, оснащенные пластинами из керамики, существенно превосходят по работоспособности твердосплавные инструменты.
Таблица 14
Марки и физико-механические характеристики
керамики отечественного производства [2]
Марка |
Основа |
Плотность, г/смЗ |
Твердость, HRA |
Предел npочности, σизг, МПа |
Область применения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
BO-100 (B1) |
Al2O3 |
4.16 |
92 |
600 |
Высокоскоростная токарная обработка чугунов и сталей в состоянии поставки без применения СОЖ |
BOK-200 (B2) |
Al2O3 + TiC |
4.20…4.30 |
93 |
650 |
Чистовая и получистовая обработка резанием углеродистых и легированных сталей, серых и ковких чугунов, графита и других материалов без npименения СОЖ или при обильном охлаждении. |
BOKC-300 (B3) |
Al2O3 + TiC |
4.25 |
93 |
950 |
Чистовая и получистовая токарная обработка углеродистых, легированных, закаленных сталей и чугунов; точение с ударами, возникающими от абразивных включений; получистовое и чистовое точение с неравномерными npипусками; нарезание резьб и канавок в закаленных сталях |
|
|
|
|
Окончание табл. 14 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
TBИH-200 (T2) |
Si2N4 + оксиды |
3.45 |
93.5 |
750 |
Обработка всех видов чугунов с большими подачами и скоростями резания, черновое, получистовое и чистовое точение, фрезерование, в том числе с пpименением СОЖ, а также обработка сплавов на основе никеля и кобальта
|
TBИH-400 (T4) |
Al2O3 + SiC |
3.70…3.80 |
94 |
850 |
Обработка никелевых сплавов, закаленных высоколегировaнныx и быстрорежущих сталей и чугунов твердостью более 250 НВ, с высокими скоростями и большими подачами; черновое, получистовое и чистовое точение и фрезерование, в том числе с npименением СОЖ |
Применение керамики при обработке с повышенными сечениями среза или при прерывистом резании резко снижает ее эффективность вследствие высокой вероятности (более 50%) внезапного отказа из-за хрупкого разрушения в виде выкрашиваний и сколов. Поэтому в последнее время в РФ и ряде зарубежных стран ведутся активные работы по созданию новых или усовершенствованию известных марок керамики с целью повышения их прочностных характеристик. К таким разработкам относится керамика, армированная «нитевидными кристаллами» SiC или легированная TiB2, ZrO2, и другими компонентами. Кроме того, наряду с совершенствованием составов керамики, для повышения ее эксплуатационных характеристик в промышленности используют более современные технологии получения керамических пластин - горячее изостатическое прессование, золь-гель синтез и др., а также различные способы нанесения износостойких покрытий. [2]
В таблице 14 представлены физико-механические характеристики и основные марки отечественной минералокерамики, выпускаемой ФГУП ВНИИТС, а в таблице 15 − марки и области применения керамики, выпускаемой зарубежными производителями, − Sandvik Coromant и Kennametal.
Таблица 15
Области применения керамики зарубежного производства
Марка |
Группа применения |
Область применения |
1 |
2 |
3 |
Sandvik Coromant |
||
СС620 |
К01 |
Высокоскоростная обработка сталей и чугунов |
СС650 |
К01; М10 |
Чистовая обработка чугунов, закаленных сталей и жаростойких сплавов |
СС670 |
К10 М10-М25 |
Обработка жаростойких сплавов и материалов с высокой твердостью |
СС680 |
К10 |
Прерывистое резание серого чугуна в тяжелых условиях, обработка жаростойких материалов |
СС6090 |
К10 |
Черновая обработка в благоприятных условиях, высокоскоростная получистовая и чистовая обработка серого чугуна |
GC1690 |
К10 |
Черновая, получистовая и чистовая обработка чугунов |
Kennametal |
||
АС5 |
Р05; К05 |
Обработка чугунов и сталей |
КY1615 |
Р10; К10 |
Черновая и чистовая обработка твердых материалов, валов из твердого чугуна, чистовая обработка серых чугунов |
КY4400 |
Р05; К01 |
Чистовая обработка твердых материалов до 65HRC, чистовая обработка серых чугунов |
КY4300 |
М10; К10 |
Обработка жаропрочных сплавов, обработка высокопрочных чугунов |
КY2100 |
М10 |
Обработка (черновая и чистовая) жаропрочных сплавов |
КY3400 |
К10 |
Высокоскоростная обработка чугунов с шаровидным графитом, особенно в условиях тяжелого прерывистого резания |
КY3500 |
Кl5 |
Высокоскоростная обработка серого чугуна, возможна обработка по корке при прерывистом резании |