Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение.

В.П.Жедь, Г.В.Боровский, Я.А.Музыкант, Г.М.Ипполитов.

Машиностроение, 1987 г.

При сопоставлении диапазонов скоростей точения сталей и чугунов резцами из композита и твердых сплавов можно сделать следующие выводы. Скорости резания близких по твердостисталей и чугунов твердыми сплавами примерно одинаковы; скорости резания чугунов композитами выше, чем скорости резания сталей композитами, причем разница резко возрастает по мере уменьшения твердости обрабатываемых материалов.

При точении сталей композитами твердостьсталей мало сказывается на скорости резания, но она в значительной степени влияет на скорость резания твердыми сплавами (изменяется в 15—20 раз). При точении чугунов их твердость оказывает существенное влияние на скорость резания для обоих инструментальных материалов, но особенно заметно для твердых сплавов (изменяет в 15 раз) (табл. 5.1).

Композиты эффективнее твердых сплавов при чистовом точении закаленных сталей с HRC9 > 45 и чугунов любой твердости. При сопоставлении композитов с керамикой определяющим является характер затупления режущей кромки резца. Керамика позволяет точить «сырые» конструкционные стали со скоростью v — 600 ... 1200 м/мин, а композиты — со скоростью не выше 200 м/мин. Скорость точения высокотвердых чугунов и сталей резцами из СТМ выше, чем скорость точения этих материалов резцами из керамики.

При сопоставлении скоростей торцового фрезерования фрезами, оснащенными композитом и твердым сплавом, очевидно преимущество композитов перед твердыми сплавами при рекомендуемых для композитов сечениях среза. Фрезерование чугунов и сталейинструментом из композита принципиально отличается от обработки твердосплавными фрезами: при обработке инструментами, оснащенными композитами, скорость резания сталей в 4—8 раз, а чугунов в 10—30 раз выше; подача на зуб соответственно в 2—5 раз, а силы резания в 2—4 раза меньше; потребляемая мощность в 3—8 раз больше, удельный расходэлектроэнергии на деталь остается неизменным; отклонение от плоскостности и параметршероховатости обработанной поверхности в 2—4 раза ниже; отсутствует наклеп (из-за высоких температур в зоне резания, превышающих 1000 °С); производительность в 1,5— 3 раза выше (табл. 5.2).

Точение и фрезерование СТМ на основе нитрида бора зарубежного производства выполняют на менее высоких скоростях резания, но с существенно большими сечениями среза, более свойственными твердосплавному инструменту.

Точение и фрезерование инструментом из композита по ряду параметров также резко различаются. Между тем рекомендации по точению часто относят к фрезерованию, что недопустимо. Различие заключается в следующем: точение сырых сталей резцами из композита осуществляется на скоростях 100—200 м/мин, что экономически невыгодно по сравнению с точением твердосплавными резцами. Фрезерование же производится на скоростях 400—900 м/мин (в 3—4 раза выше, чем при фрезеровании твердосплавным инструментом), в результате чего достигаются высокие качество обработки и экономический эффект. Скорости резания при фрезеровании закаленных сталей и чугуновинструментом из композита в 3—4 раза выше, чем при точении. В то же время фрезерование закаленных быстрорежущих сталей с HRQ 60^—70 выполняется инструментом из композита со скоростью 20— 40 м/мин, что в 2—3 раза меньше скорости при точении этих сталей. Предварительное фрезерование чугунов по корке с глубиной резания до 6 мм чрезвычайно эффективно и находит все более широкое применение, а точение по корке менее эффективно. Резцы с пластинами из композита 01 не рекомендуются для точения с ударом закаленных сталей (HRG, > 50), а при фрезеровании композит 01 эффективен при обработкечугунов и сталей любой твердости.

Резцы с пластинами из композита 05 одинаково эффективно обрабатывают и чугуны, и закаленные стали, а торцовые фрезы с композитом 05 фрезеруют только чугуны. При точении основное влияние на стойкостьинструмента из композита оказывает скорость резания, а при фрезеровании — подача на зуб. Поэтому при заданной глубине резания в случае точения вначале назначают подачу на оборот, максимальную по критерию точности и критерию качества обработки, а затем выбирают экономически эффективную скорость резания. В случае фрезерования — наоборот: сначала назначают максимально возможную скорость резания, а затем подбирают подачу на зуб, обеспечивающую требуемое качество поверхности. При точении охлаждение рекомендуется всегда, а при фрезеровании — только при большом расходе СОЖ (не менее 5 л/мин на каждый зуб фрезы).

Инструменты из КНБ можно применять для обработкицветныхсплавов и неметаллических материалов, хотя и с меньшей эффективностью, чем алмазные. Поэтому в тех случаях, когда необходимо за один рабочий ход обработать комбинированные заготовки, состоящие из разных материалов (черных и цветных), предпочтительнее инструмент из КНБ. Исключением является точение заготовок из алюминий-кремниевых сплавов со вставками из специальных чугунов (детали типа поршень) — здесь эффективнее алмазные резцы (точение участка из чугуна выполняется со скоростью меньшей, чем при точении алюминий-кремниевых сплавов).

Отличие алмазных режущих инструментов от инструментов из КНБ в том, что первые успешно применяют с теми же оснасткой и режимами резания, с которыми работают замененные твердосплавные инструменты (эффективность достигается благодаря повышению стойкостиинструмента в десятки и сотни раз), а вторые эффективны, как правило, только при резком повышении скорости резания. Поэтому если основной проблемой при внедрении алмазных инструментов является сложность формообразования (профилирования) и восстановления по мере затупления их режущей части, то при внедрении инструментов из КНБ, обладающих относительно хорошей шлифуемостью алмазными абразивными инструментами, основная проблема — сложность создания нового оборудования с повышенными частотой вращения шпинделя, мощностью и жесткостью.

Инструмент из СТМ используется не только для чистовой обработки. С освоением режущих пластин диаметром до 8—12 мм и созданием ступенчатых фрез с механическим креплением область применения композита при механической обработкерезко расширяется: его стали применять для получистовой и даже предварительной обработки заготовок деталей машин взамен твердосплавного инструмента.