Реферат: Різання лезовим інструментом із надтвердих нітридів бору

Як критерій відносної стійкості різців із нітриду бору була обрана довжина шляху різання 1, що дорівнює І - ТV; де Т- стійкість інструмента в хв, V— швидкість різання, м/хв.

Характерна горбоподібна залежність наведена на рис. 5.

Оптимальні швидкості різання знаходяться в порівняно вузькому діапазоні значень. При низьких швидкостях температура в зоні різання відносно невисока, а рівень коефіцієнта тертя й усадки стружки значно більший. Сили різання великі та нестабільні, тому що мають місце коливання через динамічну неврівноваженість процесу. Все це робить процес при низьких швидкостях різання нестабільним.Спостерігається інтенсивний абразивний знос інструмента з боку задніх поверхонь. Частки надтвердого матеріалу, що викришились із ріжучої кромки, заклинюються між задньою поверхнею інструмента й обробленою поверхнею деталі та проорюють борозни на поверхні інструмента. Опаданню же ріжучої кромки сприяє нерівномірність процесу при низьких швидкостях різання. Із зростанням швидкості, а значить, і температури процес різання стабілізується. Знижується коефіцієнт тертя, усадка стружки і сили різання. Стружка сколювання переходить у зливну, більш стійку. При цьому коливання сил, мікровібрації різко знижуються. Температура в зоні різання сприяє розм'якшенню прошарків металу. На поверхні інструмента утворюється тонкий прошарок оброблюваного металу - налипання, загальмований прошарок, що міцно утримується на різці, оберігаючи його від інтенсивного зносу. Цей загальмований прошарок, що може бути розглянутий і як мікронаріст, відіграє роль захисного покриття і свідчить про «пристосовуваність» різального інструмента до умов різання для самозбереження. У цьому діапазоні швидкостей різання знос так само відбувається по задній поверхні, проте тут він мінімальний. Діапазон оптимальних швидкостей різання вузький, і тому вихід за його межі веде до різкої втрати працездатності інструмента, а, значить, до його компрометації, що іноді і буває на практиці застосування цього інструмента.

Подальше підвищення швидкості викликає зростання температури різання до значень, при яких вироджується загальмований прошарок, відкриваючи передню поверхню потоку дуже гарячої стружки, що призводить до інтенсифікації процесу зносу. Цьому сприяє і те, що при таких швидкостях різання починається знос передньої поверхні, який опускає ріжучу кромку нижче рівня передньої поверхні й утворює «сходинку».

Таким чином, оптимальна працездатність інструмента із нітриду бору при точінні загартованих сталей реалізується в порівняно вузькому діапазоні швидкостей різання і, отже, температур.

Рис. 5

Значно впливають на зносостійкість різців із нітриду бору фазово-структурні особливості інструмента. При точінні загартованої сталі різцями з нітриду бору на основі сфалериту (сульфід цинка ZnS) - Ельбор-Р - оптимум у залежності довжини шляху різання від швидкості зрушений убік великих її значень. А оптимум для різців на основі вюрцита - Гексаніт-Р зрушений убік менших швидкостей різання (рис. 5). Це пояснюється розходженням у фізико-механічних властивостях Ельбору-Р і Гексаніту-Р, і, в першу чергу, різною термостійкістю, теплопровідністю, різними міцнісними показниками.

Звідси може бути зроблений висновок щодо переваг Ельбору-Р перед Гексанітом-Р. Проте така перевага має місце тільки у випадку спокійного, безударного різання, що зустрічається в реальному виробництві рідко. При роботі ж з ударами, вібраціями, нерівномірними припусками тощо, переваги завжди в інструмента на вюрцитній основі типу Гексаніт-Р.

Рис. 6

На рис. 6 показаний вплив відсоткового вмісту сфалериту і вюрциту в різцях із нітриду бору на довжину шляху різання при точінні загартованої сталі з ударами і без ударів. Збільшення утримання вюрциту ВNв підвищує стійкість інструмента при роботі з ударами. Стійкість різців в умовах спокійного різання при цьому падає. Збільшення ж сфалериту ВNсф підвищує стійкість інструмента при роботі без ударів. Таким чином, змінюючи фазовий склад, можна забезпечувати необхідні характеристики різальному інструменту в залежності від умовобробки.

Як критерій затуплення різців із нітриду бору варто приймати знос по задній поверхні не більше 0,4 мм.

Зв'язок між швидкістю різання та стійкістю при обробці загартованих сталей інструментами з ПНТМ має вигляд як показано на рис. 7.

Рис. 7

Криву можна розділити на три характерних діапазони. У першому - із збільшенням швидкості різання до v12 стійкість різців падає, сягаючи мінімуму, потім із подальшим збільшенням швидкості вона зростає (другий діапазон) і при оптимальній швидкості доходить до максимуму, після чого падає.

6. Якість поверхні

Завдяки високій якості процес лезової обробки нітридоборним інструментом є конкурентоспроможним абразивній обробці. На формування мікронерівностей обробленої поверхні найбільше впливають режими різання і знос інструмента, а також твердістьоброблюваного металу. На рис. 8 показаний вплив швидкості різання на шорсткість обробленої поверхні при точінні загартованих сталей різної твердості.

Рис. 8

Із зростанням швидкості різання шорсткість поверхні зменшується: в області малих швидкостей різання (дооптимальних) - інтенсивно, а в області оптимальних і вище оптимальних - незначно. Такий вплив швидкості різання на шорсткість пояснюється тим, що при малих швидкостях процес різання, як відзначалося раніше, нестабільний - динамічно нестійкий, тому що температура в зоні різання ще невисока. Звідси великі сили, велика усадка і несприятливі умови стружкоутворення. Із зростанням швидкості процес різання стабілізується і шорсткість зменшується. При обробці сталей НR.С 63-65 на верстатах підвищеної точності досягається шорсткість Rа =0,35 мкм, а на верстатах звичайної точності -Rа = 0,4-0.5 мкм. Збільшення шорсткості зі зменшенням твердості оброблюваного матеріалу можна пояснити застійними явищами (наростом) на передній поверхні інструмента, що інтенсифікуються зі зниженням твердості.

При лезовій обробці загартованих сталей різцями з ПНТМу поверхневому прошарку формуються стискуючі залишкові напруги, що підвищують зносостійкість деталей машин.

Рис. 9

Величина і знак залишкових напружень залежать від швидкості різання, подачі, геометрії різця та інших умов, вплив яких виявляється в зміні ролі силового і температурного факторів. (рис. 9) Збільшення швидкості різання призводить до зниження стискуючих залишкових напружень, тому що воносупроводжується підвищенням температури в поверхневому прошарку.

Збільшення подачі призводить до підвищення стискуючих напружень, одночасно збільшується глибина їхнього залягання. Це знаходиться у повній відповідності до того факту, що зі збільшенням подачі зростають сили різання, відповідальні за виникнення стискуючих залишкових напружень.

Вивчення особливостей формування шорсткості обробленої поверхні при лезовій обробці інструментами із нітриду бору показало, що форма нерівностей відрізняється від нерівностей, отриманих традиційним інструментом. Це позначається на такому показнику, як відносна опорна довжина профілю tр, що істотно більше при нітридборній обробці. Зміна форми нерівностей пояснюється великою їхньою деформацією в процесі різання, викликаної температурним та силовим факторами. Як зазначалося вище, питомі навантаження, що діють із боку задньої поверхні різця на оброблену поверхню, досягають 200 кг/мм2. При таких питомих навантаженнях в умовах сильного нагрівання форма нерівностей змінюється. Профіль нерівностей стає опуклим, що і призводить до зростання відносної опорної довжини профілю.

Таким чином, несуча спроможність поверхні при обробці різцями з нітриду бору збільшується, підвищуючи працездатність деталей машин.