3549

Для удобства сопоставления и выбора оптимальных инструментальных материалов для РИ из большого многообразия описанных выше материалов (см. таблицы) в сводной табл. 20 приведены их свойства по двум важнейшим показателям (теплостойкости и пределу прочности при изгибе).

Область рекомендуемого применения режущих материалов по скорости резания V и подаче S приведены на рис. 4

50

Рис. 4 Области применения режущих материалов по скорости резания V и подаче S [1]: 1 – быстрорежущие стали; 2 – твердые сплавы; 3 – твердые сплавы с покрытиями; 4 – нитридная керамика; 5 – черная керамика (керметы); 6 – оксидная (белая) керамика; 7 – кубический нитрид бора

1.6. Методы поверхностной модификации

На сегодняшний день одним из наиболее распространенных и эффективных путей совершенствования инструментальных материалов является применение методов поверхностной модификации, заключающихся в направленном изменении физико-механических и кристаллохимических свойств поверхностей и поверхностных слоев инструментов. [2]

При большом разнообразии условий работы инструментов практически во всех случаях наиболее нагруженными оказываются их поверхностные слои,

51

свойства которых определяют работоспособность инструментов в процессе обработки. На разных видах инструментов и при различных условиях резания характер теплосиловых нагрузок весьма разнообразен.

Таблица 19 Области применения сверхтвердых материалов на основе ОКА, выпускаемых зарубежными

производителями

Для того чтобы противостоять им, рабочие поверхности инструментов должны иметь высокие показатели целого комплекса свойств – твердости, прочности, теплостойкости и т.д.Однако пока не созданы универсальные инструментальные материалы, обеспечивающие высокую надежность инструментов при разнообразном характере нагружения их рабочих поверхностей при разных видах обработки. При разных видах обработки инструментальные материалы специализированы для определенных условий работы и имеют различные основные свойства, например, как уже было отмечено, быстрорежущие стали характеризуются высокими прочностными свойствами, но имеют сравнительно невысокую твердость и теплостойкость, а минералокерамика, напротив, имеет высокие значения твердости и теплостойкости, но обладает низкими прочностными свойствами. Модификация рабочих поверхностей инструментов позволяет создать режущие инструменты, обладающие уникальным сочетанием на первый взгляд противоречивых свойств, например, высокой прочности и твердости. В настоящее время разработка универсального инструмента, пригодного для эксплуатации в существенно отличающихся условиях резания, за счет применения различных методов поверхностной модификации, является очень важной задачей для инструментального производства и потребителя.

Несмотря на заметный прогресс в области технологий поверхностной модификации режущего инструмента, сегодня обозначился ряд проблем, решение которых возможно лишь на основе глубокого понимания физической сущности влияния модифицированных слоев и различных покрытий на эксплуатационные показатели инструмента.

Основными из этих проблем являются следующие: [2] 1. Развитие технологий поверхностной модификации часто осуществляется без соответствующей теоретической базы, что определяет пассивный характер их развития, базирующийся в основном на методике математического

54

планирования многофакторного эксперимента. Отсюда следует низкая экономическая эффективность затрат на развитие технологий поверхностной модификации и малая вероятность их радикального улучшения.

2. Большое разнообразие методов поверхностной модификации ставит проблему выбора – какой метод является наиболее эффективным для данного вида инструмента и условий его эксплуатации. Таким образом, возникает задача технически грамотного использования методов поверхностной модификации, что невозможно без соответствующих экспериментально обоснованных научных концепций о влиянии различных методов поверхностной модификации на эксплутационные показатели инструмента.

Опишем классификацию методов поверхностной модификации и эффекты, достигаемые за счет их применения.

Многообразие использующихся в инструментальной промышленности методов можно разделить на пять основных групп (рис. 5):

-нанесениепокрытий;

-поверхностноелегирование;

-термическоевоздействие;

-комбинированная обработка (сочетание указанных методов,относящихся к различным группам).

Поверхностное легирование изменяет химический состав поверхностных слоев режущих инструментов, а термическое воздействие– их структур.

Указанные методы характеризуются различными механизмами воздействия на поверхность и поверхностные слои инструментального материала.

При нанесении покрытий на поверхности режущих инструментов происходит формированиетонкихпленок.

При деформационном воздействии происходит наклеп поверхностных слоев режущих инструментов, а также изменяется

55

ихмикрогеометрияиэнергетическийзапас.

Возможность и целесообразность применения того или иного метода модификации поверхности к конкретному инструментальному материалу определяется целым комплексом факторов. В первую очередь, необходимо соотносить теплостойкость инструментального материала и температуру, при которой осуществляется непосредственно процесс модификации. В табл. 20 представлены общие сведения о возможности и целесообразности использования различных методов модификации для различных групп инструментальных материалов.

Рис. 5. Классификация метод модификации рабочих поверхностей режущих инструментов [2]

56

Возможность и целесообразность применения того или иного метода модификации поверхности к конкретному инструментальному материалу определяется целым комплексом факторов. В первую очередь, необходимо соотносить теплостойкость инструментального материала и температуру, при которой осуществляется непосредственно процесс модификации.

По своей сути методы, использующиеся для модификаций рабочих поверхностей режущих инструментов, имеют существенные различия в применяемых источниках энергии, рабочих средах и т.д.

Однако, несмотря на это, эффекты, которые могут быть достигнуты при их применении, имеют существенные сходства и связаны с улучшением наиболее важных показателей эффективности (выходных параметров) процесса резания

(рис.6).

Улучшение выходных параметров процесса резания является следствием изменения функциональных и физических параметров процесса резания, которое в свою очередь является следствием изменения физико – механических и кристалло – химических свойств поверхностей и поверхностных слоев инструментов, происходящих в результате применения того или иного метода модификации.

1.7.Выбор оптимального метода модификации

иего внедрение

Как видно из приведенной классификации (см. рис.5), в настоящее время применяются разнообразные методы модификации рабочих поверхностей режущих инструментов. При этом универсального метода не существует, так как один и тот же метод в одних условиях эксплуатации инструмента может дать положительный эффект, а в других отрицательный.

57

Выбор метода модификации зависит от затрат на приобретение специального оборудования для его реализации, серийности производства и многих других факторов. Основные этапы технологии модификации рабочих поверхностей РИ описаны в работе [2].

Рис. 6. Эффекты, которые могут быть достигнуты в результате применения различных методов модификации рабочих поверхностей режущего инструмента

58

Контрольные вопросы к разделу 1

1.Перечислите 7 основных требований, которым должен соответствовать инструментальный материал.

2.Перечислите основные группы материалов, применяемых при изготовлении режущих инструментов.

3.Какие основные компоненты входят в состав инструментальных сплавов?

4.Какие основные материалы входят в состав твердых сплавов групп ВК, ТК, ТТК?

5.Какие компоненты входят в состав безвольфрамовых твердых сплавов?

6.Назовите максимальную температуру

теплостойкости в ºС у следующих инструментальных материалов: легированные (ХВГ), углеродистые (У10), быстрорежущие (Р6М5) стали, твердые сплавы (ВК, ТК), керамика, СТМ (алмаз, эльбор).

7.Какие основные недостатки у алмаза?

8.Какие основные достоинства у быстрорежущих

сталей?

9.Можно ли применять РИ из стали Р6М5, если температура в зоне резания больше 700 ºС? Какие инструментальные материалы следует применять?

10.У какого инструментального материала будет наибольший предел прочности при изгибе?

11.Какой из инструментальных материалов имеет наибольшую твердость?

12.Какой инструментальный материал рекомендуется применять при обработке деталей из чугуна?

13.Какой инструментальный материал рекомендуется применять при обработке закаленных сталей (HRC 58-60)?

14.Какой инструментальный материал рекомендуется применять при обработке деталей из твердого сплава?

15.Какой инструментальный материал рекомендуется применять для изготовления протяжки, работающей при

59