Министерство сельского хозяйства ипродовольствия
Республики Беларусь
Белорусский ГосударственныйАграрный Технический Университет
Факультет «Технический сервис вАПК»
Кафедра «технология металлов»
Реферат на теме:
«Материалы длялезвийных и абразивных инструментов»
Выполнил: студент 2-го курса
группы 12 тс
Алейчик Ю.В.
Руководитель: Акулович Л. М.
Минск 2011
Оглавление
I. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ,ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛАМ ИНСТРУМЕНТОВ
2. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
3 ЛЕЗВИЙНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
4 ЛИТЕРАТУРА
I.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛАМ ИНСТРУМЕНТОВ
Процессрезания сопровождается большим давлением на режущий инструмент, трением итепловыделением. Такие условия работы выдвигают ряд требований, которым должныудовлетворять материалы, предназначенные для изготовления режущего инструмента.
Инструментальныематериалы должны иметь высокую твердость, превышающую твердостьобрабатываемого материала. Высокая твердость материала режущей частиинструмента может быть обеспечена физико-механическими свойствами материала(алмазы, карбиды кремния, карбиды вольфрама и др.) или его термическойобработкой (закалка и отпуск).
Впроцессе резания срезаемый слой давит на переднюю поверхность инструмента,создавая в пределах площади контакта нормальное напряжение. При резанииконструкционных материалов с установленными режимами резания нормальныеконтактные напряжения могут достигать значительных величин. Режущий инструментдолжен выдерживать такие давления без хрупкого разрушения и пластическогодеформирования. Так как режущий инструмент может работать в условиях переменныхзначений сил, например из-за неравномерно снимаемого слоя металла заготовки,важно, чтобы инструментальный материал сочетал в себе высокую твердость ссопротивляемостью на сжатие и изгиб, обладал высоким пределом выносливости иударной вязкостью. Таким образом, инструментальный материал должен отличатьсявысокой механической прочностью.
Прирезании со стороны заготовки на инструмент действует мощный тепловой поток, врезультате чего на передней поверхности инструмента устанавливается высокаятемпература, достигающая 800 °С и более. При этом режущие элементы инструментатеряют свою твердость и изнашиваются из-за интенсивного разогревания. Поэтомуважнейшим требованием, предъявляемым к инструментальному материалу, являетсяего высокая теплостойкость — способность сохранять при нагреве твердость,необходимую для осуществления процесса резания. Наряду с этим инструментальныйматериал должен быть малочувствительным к циклическим температурным изменениям.Циклическое изменение тепловой нагрузки, что бывает при работе инструмента вусловиях прерывистого резания, вызывает термомеханическую усталостьинструментального материала и способствует образованию усталостных трещин.
Перемещениестружки по передней и задней поверхностям резания инструмента при высокихконтактных напряжениях и температурах приводят к изнашиванию рабочихповерхностей. Таким образом, высокая износостойкость — важнейшее требование,предъявляемое к характеристике инструментального материала. Износостойкость —это способность инструментального материала сопротивляться при резании удалениюего частиц с контактных поверхностей инструмента. Она зависит от твердости,прочности и теплостойкости инструментального материала.
Инструментальныйматериал должен обладать высокой теплопроводностью Чем она выше, тем меньшеопасность возникновения шлифовочных ожогов и трещин. Высокая теплопроводностьулучшает условия отвода теплоты из зоны резания, повышает износостойкостьинструмента.
Впромышленности используется большое количество инструмента, что требуетсоответствующего расхода инструментального материала. Инструментальный материалдолжен быть по возможности дешевым, не содержать дефицитных элементов, что небудет увеличивать стоимость инструмента и, соответственно, стоимостьизготовления деталей
Всеперечисленные требования, рассматриваемые вместе, характеризуютфизико-механические свойства и экономические показатели инструментальныхматериалов. Но не все инструментальные материалы обладают одинаково высокимифизико-механическими свойствами. Эти свойства меняются в зависимости отхимического состава, структурного состояния, устойчивости этого структурногосостояния при повышающихся температурах, от условий взаимодействияинструментального материала с обрабатываемым в процессе резания.
Всоответствии с химическим составом и физико-механическими свойствамиинструментальные материала делят на:
- углеродистыеинструментальные стали;
- легированныеинструментальные стали;
- высоколегированныеинструментальные (быстрорежущие) стали и сплавы;
- твердыесплавы;
- минеральнуюкерамику;
- абразивныематериалы;
- алмазныематериалы.
2.АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Абразивы(от латинского abrasio-соскабливание) – зернистые или порошкообразные вещества. Они предназначены дляоснащения рабочей части режущих инструментов.
Измельченныйобогащенный абразивный материал, твердость которого превышает твердостьобрабатываемого материала и который способен в измельченном состоянииосуществлять обработку резанием, называют шлифовальным.
Естественнымиабразивами являются: корунд, наждак, гранат, кремень, полевой шпат, пемза и др.
Впромышленности наиболее распространены искусственные абразивы: электрокорунд,карборунд и карбид бора.
Абразивныйматериал применяется главным образом в виде абразивного инструмента. Абразивныеинструменты производят из порошков, получаемых размельчением природныхминералов или изготовляемых в специальных условиях. Такие порошки отличаютсяразличной зернистостью, т.е. размерами отдельных зерен.
Геометрические характеристики каждогозерна таковы, что на нем образуются все элементы режущего клина. Особоевнимание обращают на однородность свойств зерен. Зерна, выполненные из кварцевогопеска, наждака, корунда, могут иметь существенное рассеяние свойств, отчегоснижается качество режущего инструмента. Из порошков изготовляют шлифовальныекруги различной формы, бруски, абразивные головки, сегменты, предназначенныедля производства специальных абразивных инструментов.
Основнымидостоинствами абразивных материалов являются их высокие твердость, износо- итеплостойкость. Эти материалы позволяют обрабатывать заготовки со скоростьюрезания до 120 м/с, а в отдельных случаях и более. Такие инструменты даютвозможность проводить окончательную обработку заготовок, имеющих высокуютвердость, полученную после термической обработки. Такие заготовки, какправило, не подлежат обработке лезвийным инструментом.
Впромышленности имеются четкие рекомендации по применению каждого вида абразивовдля обработки заготовок из различных материалов. Так, инструменты из черногокарбида кремния используют для обработки заготовок из материалов с низкойпрочностью на разрыв, а также из вязких материалов и сплавов; электрокорундовыекруги служат для обработки заготовок из материалов с высокой прочностью наразрыв. В ряде случаев используют порошки в натуральном виде, их называют«свободный абразив». Они применяются для доводочных (притирочных)работ. Абразивные пасты, использующие оксид хрома и венскую известь, хороши дляполировальных работ. Пасты наносят на движущиеся устройства (полировальники),совершающие вращательное или возвратно-поступательное движение.
3 ЛЕЗВИЙНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
заготовка детальинструментальный абразивный
Лезвийный инструмент (токарные резцы,развертки, сверла, фрезы и т.п.) в зоне резания воздействуютвысокотемпературное поле (300…800°С), высокое давление (более 500 МПа) ивысокое истирающее воздействие стружки. Кроме того, на него оказывает влияниеагрессивная физико-химическая среда (особенно при использовании СОТЖ). Чтобыпротиводействовать этим воздействиям инструмент должен изготавливаться изспециальных материалов, обладающих особыми физико-механическими итехнологическими свойствами: высокой твердостью, прочностью, пластичностью,температуростойкостью, высоким сопротивлением схватываемости с обрабатываемойповерхностью. Кроме того, инструментальный материал должен иметь высокуюизносостойкость, низкую склонность к трещинообразованию, хорошую свариваемостьили способность к соединению пайкой, низкую стоимость и высокуютехнологичность.
Режущие инструменты изготавливаютцеликом или частично из инструментальных сталей, твердых сплавов (вольфрамовых,вольфрамотитановых, вольфрамотитанотанталовых и безвольфрамовых),минералокерамихи, оксидной керамики, сверхтвердых материалов, алмазов икомпозитов.
Инструментальные стали подразделяются науглеродистые общего назначения для изготовления ручного режущего инструмента;низколегированные, легированные хромом, ванадием, кремнием и марганцем (такжедля ручного инструмента); быстрорежущие для изготовления инструментов,работающих со скоростями резания 20… 50 м/мин. Последние широко применяются впромышленности и делятся на стали обычной производительности, работающие соскоростями резания до 20 м/мин, стали повышенной производительности дляскоростей резания до 50 м/мин, порошковые стали, работающие со скоростямирезания до 70 м/мин. Особенность обозначения сталей: цифра перед буквой Рпоказывает содержание углерода в десятых долях процента, цифра после буквы Рпоказывает процентное содержание вольфрама; для порошковых сталей окончание Мобозначает мелкую структуру, ОМ — особо мелкую структуру.
Металлокерамические твердые сплавысостоят из тонко измельченных карбидов тугоплавких металлов (вольфрам, титан,тантал), соединенных цементирующим металлом — кобальтом. Сплавы имеют высокуютемпературостойкость (благодаря наличию карбидов тугоплавких металлов),твердость и износостойкость, допускают скорость резания 100… 150 м/мин.
Группы вольфрамовых твердых сплавоврекомендуется использовать при обработке чугуна, цветных сплавов и труднообрабатываемыхматериалов с небольшими скоростями резания.
Титановольфрамовые сплавы применяют дляобработки всех видов сталей.
Вольфрамотитанотанталовые сплавыприменяют на черновых операциях со снятием толстых стружек.
Безвольфрамовые твердые сплавыиспользуют для получистового и чистового точения и фрезерования чугуна,углеродистых сталей и цветных сплавов.
Минералокерамика — инструментальныйматериал на основе оксида алюминия AI2О3,обладающий большими, чем у твердых сплавов, твердостью и температуростойкостьто,но меньшей ударной вязкостью. Поэтому инструмент из минералокерамики используюттолько для чистовой обточки и расточки деталей из высокопрочных чугунов,закаленных сталей и для резания неметаллических материалов со скоростями до 200м/мин. Различают оксидную (белую), оксидно-карбидную, оксидно-нитриднуюкерамику и керметы.
Сверхтвердые материалы включают в себясинтетические алмазы и материалы на основе кубического нитрида бора(композиты).
Алмаз как инструментальный материалбывает двух разновидностей: баллас (АБС), который применяют для обработкидеталей из стеклопластика со скоростями резания 450 м/мин, и карбонадо (АСПК) —для обработки алюминиевых и медных сплавов
Композиты — синтетический материал, потвердости не уступающий алмазу, превосходящий его по температуростойкости иинертный к железу.
ЛИТЕРАТУРА
Материаловедениеи технология металлов. Под ред. Г.П.Фетисова М.: Высшая школа, 2001