1. Инструментальные стали
У7, У7А, У13,У13А
Углеродистые стали используются для изготовления инструмента, который работает при низких скоростях резания, а также при температуре не ниже 200-230оС. Это слесарный инструмент (зубило, напильники, метчики, плашки и т.д.). Твердость углеродистых сталей после термообработки достигает HRC 62-64.
2. Легированные стали
Для повышения технических или иных свойств углеродистых сталей в них вводят легирующие элементы. Так, к примеру:
· Никель (H) повышает пластичность и вязкость, увеличивает прокаливаемость
· Марганец (Г) увеличивает прочность, прокаливаемость, износостойкость
· Хром (Х) упрочняет сталь
· Вольфрам (В) повышает твердость, износостойкость, теплостойкость
· Ванадий (Ф) ограничивает изменение свойств при нагреве, улучшает свариваемость, но ухудшает шлифуемость.
· Молибден (М) повышает прокаливаемость, прочность, пластичность, вязкость
· Кремний (С) повышает прокаливаемость.
Теплостойкость легированной стали не больше 300-350оС. Низколегированные стали (Х) с хромом применяют для изготовления слесарного инструмента. Высоко легированные стали ХВГ, ХСВГ для фасонных резцов, сверл малого диаметра, протяжек и других инструментов, работающих при скоростях резания до 20м/мин.
3. Быстрорежущие стали
Особую группу инструментальных сталей составляют быстрорежущие стали с содержанием вольфрама от 6-18% с высокой теплостойкостью (650оС). Они пригодны для изготовления инструмента, работающего при скорости резания до 60м/мин. Из быстрорежущей стали нормальной производительности Р9, Р18 изготавливают сверла, метчики, фрезы, зенкеры, развертки и т.д., а из сталей повышенной производительности Р18Ф2 или Р9Ф5 делают инструмент для обработки высокопрочных и трудно обрабатываемых материалов. В виду дефицитности вольфрама, как правило, из инструментального материала делают только режущую часть, а корпусную - из обычной конструкционной стали. После термообработки твердость режущей стали достигает HRC 64 и больше.
4. Металлокерамические твердые сплавы
Эти материалы представляют собой сплавы карбидов тугоплавких металлов с чистым металлическим кобальтом. Кобальт выступает в качестве связки для карбидов. Твердые сплавы получают прессованием с последующим спеканием отформованного материала. Все металлокерамические сплавы делят на три группы:
· Одно-карбидные. Вольфрамокобальтовые твердые сплавы ВК2, ВК8, где цифры после букв означает процентное содержание кобальта. Увеличение процентного содержания кобальта увеличивает ударную вязкость. Сплавы этой группы наиболее прочные. Применяются для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов. Теплостойкость 250-1000оС.
· Двухкарбидные. В этих сплавах кроме компонентов сплавов групп ВК, включает карбид титана Т15К6, где 6-процентное содержание кобальта, 15-процентное содержание карбида титана, а остальное есть карбид вольфрама. Применяется при обработке углеродистых и легированных сталей. Предельная теплостойкость 1100-1150оС.
· Трехкарбидные твердые сплавы. Дополнительно введен карбид тантала помимо тех, что перечислены выше. ТТ17К12, где 17- суммарное содержание карбидов титана и тантала, 12-содержание кобальта, т.о. 71-карбид вольфрама. Эти сплавы имеют высокую прочность, применяются при обработке жаропрочных сталей и титан. сплавов.
Рекомендациям ИСО соответствуют три группы твердых сплавов:
· Группа Р - Р10-Т15К6
(синяя) Р25-ТТ20К9
Р50-ТТ7К12
· Группа М - М01-ВК6-ОН
(желтая) М30-ВК8
М40-ТТ7К12, ВК10-ОМ
· Группа К - К01-ВК3М
(красная) К20-ВК6
К40-ВК8
М- мелкий, ОМ- очень мелкий
Сплавы группы Р нужны для обработки материалов дающих сливную стружку (сталь).
Сплавы группы М – при обработке нержавеющих, жаропрочных сталей и титановых сплавов.
Сплавы группы К применяются для обработки малопластичных материалов, цветных сплавов, пластмассы, древесины, чугуна.
5. Минералокерамические инструментальные сплавы
Эти сплавы готовятся на основе окиси алюминия Al2O3 c небольшими добавлениями окиси магния. Например, ЦМ332 используется при получистовой и чистовой обработке стальных и чугунных заготовок обладает высокой износостойкостью, высокими режущими свойствами, дешевле твердых сплавов, но хрупкий.
6. Сверхтвердые инструментальные материалы.
Это материалы на основе кубического нитрида бора КНБ, обладающие высокой твердостью и теплостойкостью. Примером может служить эльбор-Р, который используется при финишной обработке чугуна и закаленных сталей. При этом достигается шероховатость, характерная для шлифования. Режущая часть инструмента изготовляется из монокристаллов диаметром от 4 мм и длиной 6 мм.
7. Алмазы
Для изготовления режущей части инструмента применяются природные алмазы (А) и синтетические (АС) алмазы массой от 2 до 0,85 карата*. Природные алмазы применяются для чистового точения цветных металлов и сплавов пластмасс и других неметаллических материалов. Синтетические алмазы применяются при обрабработке высококремнистых материалов, стеклоплатика и др. пластмасс. Алмазы обладают высокой твёрдостью, малым коэффициентом трения и незначительной способностью к слипанию со стружкой, высокой износостойкостью. Недостатком является его низкая теплостойкость и дороговизна.
Сравнительная характеристика инструментальных материалов
Материал
Марка
Микротвёрдость, кг/мм2
Теплостойкость, град.°С
Предел прочности, МПа
Коэфф-т относ. скорости рез-я
На изгиб
На сжатие
Углеродис-тая сталь
У10А
0,4
Легирован-ная сталь
ХВГ
0,6
Быстрорежу-щая сталь
Р18
Твёрдые сплавы
Т15К6
ВК8
Алмаз
А
1,5
Минераль-ная керамика
ЦМ332
5-7
Сверхтвёр-дые материа-лы (КНБ)
ЭльборБ
нет
6-8
Геометрия токарного резца
При обработке материалов резанием различают следующие поверхности:
Обрабатываемая-1;
Обработанная-2;
Поверхность резания-3;
Распространенным инструментом для обработки наружних и внутренних поверхностей является токарный резец, он состоит из рабочей части - I и корпуса – II. Рабочая часть снабжается инструментальным материалом, корпус изготавливается из конструкционных сталей. Последний нужен для крепления инструмента в резодержателе. Рабочая часть резца образуется рядом поверхностей, которые пересекаясь образуют режущие кромки и вершину резца–6. 1–поверхность, по которой сходит стружка. Задние поверхности 2 и 3 обращены к обрабатываемой заготовке. Пресекаясь с передней поверхностью 1 они образуют режущие кромки: главную–4 и вспомогательную–5. Соответственно задняя поверхность 2 (она обращена к поверхности резания) является главной, а 3–вспомогательной (направлена в сторону обработанной поверхности). Вершина резца есть точка пересечения режущих кромок.
Важную роль в физических процессах, происходящих в процессах резания, играют углы резца.
g может быть как положительным, так и отрицательным, так и нулевым. На процесс резания влияет угол наклона режущей кромки l. Угол l положителен тогда, когда вершина резца является высшей точкой, а отрицательным когда вершина резца является низшей точкой. В плоскости N-N перпендикулярной касательной плоскости к поверхности резания выделяют следующие углы:
a - задний угол
g - передний угол
b - угол заострения
d - угол резания
j - главный угол в плане
j1 - вспомогательный угол в плане
e - угол при вершине резца.
Элементы режима резания и срезаемого слоя
Поверхности резания, соединяющие обрабатываемою и обработанную поверхности в процессе резания, могут представлять собой винтовую плоскость, или другую сложную поверхность. Её вид определяется сочетанием рабочих движений.
Главное движение – движение резания, которое определяет быстроту деформирования материала, удаляемого с заготовки. Скорость этого движения является скоростью резания.
Движение, предназначенное для обеспечения врезания инструмента в новые слои материала, называется подачей.
Рабочие движения бывают непрерывными (точение, фрезерование) и прерывистые (строгание, зубодобление). Главное движение резания всегда одно. Движений подачи бывает несколько (продольное, поперечное).
Главное движение может сообщаться заготовке (точение) и инструменту (фрезерование). Движение подачи может сообщаться заготовке (фрезерование) и инструменту (точение).
Для оценки интенсивности процесса резания используют следующие элементы режима резания:
· V – скорость резания [ м/мин, м/с]
· S – подача [мм/зуб, мм/оборот, мм/мин]
· t – глубина резания [мм]
и элементы срезаемого слоя:
· a – толщина срезаемого слоя [мм]
· b – ширина срезаемого слоя [мм]
Скорость резания (V) – длина пути, который проходит точка режущей кромки инструмента относительно поверхности резания в единицу времени.
Обычно, скорость определяется:
D – диаметр обрабатываемой поверхности, либо диаметр инструмента при фрезеровании, сверлении;
n – число оборотов.
Подача (S) – величина перемещения режущей кромки инструмента относительно обработанной поверхности за один оборот инструмента (сверление) или заготовки (точение). Так как перемещение измеряется в мм, то основная размерность [мм/оборот].
Подача на зуб: Sz [мм/зуб];
Подача на оборот: S0=Sz×z [мм/обо-рот], где z – количество зубьев;
Минутная подача: Sм=S0×n= Sz×z×n [мм/мин];
Глубина резания (t) – кратчайшее расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями.
D0 – диаметр обработанной поверхности,
D – диаметр обрабатываемой поверхности.
Поперечное сечение это в большинстве случаев параллелограмм, площадь которого
Толщина срезаемого слоя a – кратчайшее расстояние между положением режущей кромки за один оборот,
Ширина срезаемого слоя b – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по режущей кромке инструмента.
Элементы срезаемого слоя с элементами режима резания имеют между собой следующую связь:
Параметры S и t связаны с настройкой станка и называются производственными параметрами срезаемого слоя. Они определяют производительность процесса и качества обработанной поверхности.
Параметры a и b – физические. Они влияют на физические показания процесса резания (температуру, силу резания, стойкость и т.д.)
Экономические факторы обработки резания
Время необходимое для обработки одной заготовки называется штучным временем.
tшт=tо+ tв+ tоб+ tп
tо–основное (технологическое или машинное) время, то есть время, затраченное на работу резания, в процессе которого идет изменение размеров, формы, свойств обрабатываемой заготовки.
tв–вспомогательное время необходимое для включения и выключения станка, подачи, установку и снятие заготовки.
tоб – время обслуживания рабочего места и поддержание оборудования, приспособлений, инструментов в рабочем состоянии.
tп – время на отдых рабочего, то есть время регламентированных перерывов, отнесенное к одной заготовке.
Производительность Q работы за определенный промежуток времени об-ратно пропорциональна штучному времени.
Т – прдолжительность определенного отрезка времени (смена и т.п.) в единицу штучного времени tшт.
Сумма tо+tв – называется оперативным временем и составляет до 90% штучного времени. Снижение его оперделяет возможность повышения производительности.
Сумма tоб+tп – называется дополнительным (прибавочным) временем, и определя-ется по нормативам.
Lp - длина расчетного пути инструмента
i – число рабочих ходов (проходов)
n – число оборотов шпинделя
So – подача на оборот.
Основное технологическое время топри резании определяется как частное от деления расчетного пути на скорость относительного перемещения инструмента и заготовки.
Расчетный путь Lp помимо длины обрабатываемой части заготовки включает дополнительное перемещение на врезание и перебег инструмента.
l1 – путь врезания инструмента
l – длина обрабатываемой части заготовки
l2–перебег инструмента
Врезание зависит от конфигурации инструмента и глубины резания.
Величина перебега определяется габаритами инструмента и заготовки. Она нужна для гарантированного окончания обработки заданной поверхности.
z – глубина припуска,
t – глубина резания,
i – число рабочих ходов (проходов).
Cкорость резания V тем больше, чем больше глубина
резания.
Основное (машинное) время уменьшается с ростом элементов режима резания, то есть с ростом скорости резания, увеличением подачи и глубины резания. В идеале число рабочих ходов i равно единице.
Физические основы резания