Учебное пособие: Обробка металів різанням

Крихке спрацювання - це процес сколювання (викришування) макрочасток матеріалу інструмента.

У процесі різання спостерігається одночасна дія різних видів спрацювання, що визначає кінцеву стійкість інструмента за даних умов.

Стійкістю інструмента називають час його роботи за певних режимів різання між операціями його переточування. На стійкість впливають такі фактори, як хімічний склад і властивості оброблюва­ного матеріалу, матеріал, з якого зроблений різальний інструмент, режим різання та умови обробки. Наприклад, стійкість токарних різців зі швидкорізальних сталей у середньому дорівнює 30...60 хв., твердосплавних різців - 45...90 хв., циліндричних фрез - 180...240 хв.

Однією з основних характеристик спрацювання і стійкості інструменту є критерій затуплення - гранично допустима величина зношування, за якої інструмент втрачає нормальну працездатність (h₃ ).

Критерієм затуплення вважають певний рівень спрацювання головної задньої поверхні інструмента, оскільки це зумовлює збільшення сил різання, тертя, підвищення температури, шорсткості оброблюваної деталі. Величина h₃ залежить від матеріалу деталі та інструмента, режиму різання, чистоти і точності обробки. Так, для токарних різців із твердосплавними пластинами за чорнової обробки сталі h₃ = 0,8...1 мм,чавуну- А₃ =1,4...1,7 мм. Для чистової обробки встановлюють технологічні критерії затуплення - такий рівень спрацювання задньої поверхні інструмента, перевищення якого призводить до невідповідності виробу технічним вимогам.

Виходячи з умов експлуатації (високі напруження і температури), матеріал різального інструменту повинен відповідати високим вимогам щодо його властивостей. Основні з них: високі твердість, стійкість проти спрацювання, теплопровідність і достатня в'язкість. Важливою характеристикою різального інструменту є також червонотривкість - здатність зберігати високу твердість за високих температур (при нагріванні до темно-червоного каління). Крім цього, матеріали для виготовлення інструменту повинні містити у своєму складі мінімальну кількість дефіцитних легуючих елементів.

Основними інструментальними матеріалами є вуглецеві та леговані інструментальні сталі, тверді металокерамічні сплави і мінералокерамічні матеріали.

Вуглецеві інструментальні сталі містять 0,9...1,3 % С (У 10, У11, У12, У13). З підвищенням вмісту вуглецю твердість сталей зростає і після гартування може дорівнювати 60...63 HRC. Проте у зв'язку з низькою теплостійкістю (200...250°С) застосування їх обмежене. З вуглецевих сталей виготовляють інструмент для невеликих (до 15...18 м/хв) швидкостей різання (плашки, розвертки, ножовочні полотна тощо).

Леговані інструментальні сталі забезпечують високу твердість і теплостійкість (250...300°С) інструменту. Легування сталі такими елементами, як Сr, V, Mo, W тощо, підвищує їхні міцність, прогартовуваність, зносостійкість, теплостійкість. Інструменти з легованої сталі мають кращі різальні властивості, менш схильні до деформації й тріщиноутворення під час гартування. Оскільки теплостійкість цих інструментів невисока, їх використовують при швидкостях різання, що не перевищують 25 м/хв (свердла, розвертки, мітчики, плашки, протяжки тощо).

Швидкорізальні сталі - це леговані сталі, що містять у своєму складі значну кількість вольфраму (близько 19 %), хрому (близько 4,5%), молібдену (близько 5 %), а також ванадій, кобальт, інші домішки. Після гартування і відпуску твердість швидкорізальної сталі дорівнює 62...65 HRC, теплостійкість 650°С, тобто червонотривкість цих сталей висока. Для економії дефіцитних і дорогих елементів інструменти з швидкорізальних сталей виготовляють з хвостовиком із конструкційної сталі. Такі інструменти можуть витримувати швидкості різання, що у 4 рази перевищують швидкість різання інструменту з вуглецевих сталей. Для виготовлення інструментів складної форми і підвищеної стійкості використовують сталі типу Р18, для інструментів інших форм - сталі типу Р9. Число після літери Р у марках швидкорізальних сталей означає вміст вольфраму (у відсотках). Кобальтові сталі Р9К6, Р9КФ, РЦК5Ф2 використовують для виготовлення інструментів, що працюють за умов переривчастого різання, вібрації, а також для обробки важкооброблюваних неіржавіючих і жароміцних сталей. Для інструментів чистової обробки використовують ванадієві сталі (Р9Ф5, Р14Ф4), а для чорнової обробки - вольфрамомолібденові (Р9М4, Р6МЗ, Р6М5).

Тверді металокерамічні сплави мають високу твердість, стійкість проти спрацювання, міцність, теплостійкість близько 900...1000°С. Використовують їх для високопродуктивної обробки зі швидкістю різання до 800 м/хв. Тверді сплави виготовляють спіканням при 1500...1900 °С з дисперсних порошків карбідів (WC, ТіС, ТаС) і порошку кобальту. Тверді сплави поділяють на три групи: вольфра­мові (ВК), титановольфрамові (ТК) і титанотанталовольфрамові (ТТК). Додаткові літери В і М у кінці марки сплаву вказують на дисперсність вихідного порошку відповідно 3...5 і 0,5— 1,5 мкм. Зі сплавів групи ВК виготовляють інструменти для обробки чавунів, кольорових металів і пластмас; групи ТК — для обробки сталей та інших в'язких матеріалів, зі сплавів групи ТТК — для чорнової обробки сталей. Для цього використовують і значно дешевші без-вольфрамові тверді сплави (БТТС) на основі карбідів і карбідо-нітридів титану з нікель-молібденовою зв'язуючою фазою.

Мінералокерамічні матеріали забезпечують інструменту ще більші різальні властивості, високу теплостійкість і швидкість різання. Основою мінералокерамічних матеріалів є порошок оксиду алюмінію Аl₂ О₃ , з якого шляхом пресування і наступного спікання виготовляють пластини потрібних розмірів і форми. Пластини ці закріплюють на держаках різального інструмента. Мінералокераміку використовують для чистової швидкісної обробки за умов відсутності ударних і згинаючих напружень. Добрі показники має мінералокераміка марки ЦМ-332.

Металорізальні верстати

За рівнем спеціалізації металорізальні верстати поділяють на:

• універсальні;

• спеціалізовані;

• спеціальні.

Універсальні призначені для виконання різноманітних операцій при виготовленні деталей, різних за розмірами і формою; спеціалізовані — для обробки однотипних деталей різних розмірів; спеціальні — для виготовлення деталей одного типорозміру.

За технологічними ознаками (залежно від характеру обробки) верстати поділяють на такі групи:

• токарні;

• свердлильні й розточувальні;

• шліфувальні, полірувальні, доводочні;

• для електрофізичної й електрохімічної обробки;

• зубо- і різьбообробні;

• фрезерні;

• стругальні, довбальні, протяжні;

• розрізні;

• різні.

Верстати кожної з цих груп поділяються на типи за такими основними ознаками:

· технологічне призначення (круглошліфувальні, плоскошліфувальні);