В каждом комбинированном режущем инструменте имеются конструктивные элементы нескольких простых инструментов, и его конструкцию в целом можно определить как комбинацию рабочей части и конструктивных элементов. Сочетании элементов отверстий однозначно не определяет сочетание элементов комбинированного инструмента.
Необходимым условием принятия решения об определенном сочетании элементов комбинированного инструмента является заданная схема обработки резьбового отверстия. Результатом проектирования является выбор конструкции инструмента, обеспечивающей обработку отверстия сложного профиля с требуемыми параметрами точности и качества за определенный временнбй интервал.
Приложение 2. СОВРЕМЕННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ[5]
Спеченные твердые сплавы получают методом порошковой металлургии. Они представляют собой композиции, состоящие из тугоплавких соединений (карбиды вольфрама, карбиды титана, карбиды тантала, кар- бонитриды титана) в сочетании с цементирующей (связующей) фазой (кобальт, никель, молибден). Исходным материалом служат порошки указанных материалов, которые смешивают в определенных пропорциях, прессуют в специальных пресс-формах и спекают при температуре 1200...1500 °С. После спекания твердые сплавы приобретают высокую твердость и не нуждаются в дополнительной термической обработке. Структура спеченных твердых сплавов гетерогенна, состоит из твердой карбидной фазы и цементирующей фазы. Размеры частиц карбидной и связующей фаз весьма малы и для большинства сплавов составляют 0,5... 10 мкм.
Для изготовления режущих инструментов твердые сплавы поставляют в виде пластинок определенной формы и размеров. Твердые сплавы, как инструментальные материалы, обладают рядом ценных свойств, основным из которых является высокая твердость (82...92HRA), сочетающаяся с высоким сопротивлением изнашиванию. Они характеризуются весьма высоким пределом прочности при сжатии (до 6000 МПа). Предел прочности при изгибе невелик и составляет 1000...2500 МПа.
Чем больше в сплаве карбидов вольфрама, титана, тантала, тем выше твердость, теплостойкость, а следовательно, и износостойкость сплава и ниже его механическая прочность. При увеличении содержания связующей фазы (кобальт, никель, молибден), наоборот, твердость и теплостойкость снижаются, но возрастает его прочность.
Важной характеристикой инструментального материала является его способность сохранять свою твердость при повышенных температурах.
Твердые сплавы по химическому составу можно разделить на четыре группы:
- вольфрамокобальтовые (W-Co);
- титановольфрамокобальтовые (WC-TiC-Co);
- титанотанталовольфрамокобальтовые (WC-TiC-TaC-Co);
- безвольфрамовые (на основе TiC, TiCN с никельмолибденовой связкой).
1. Вольфрамокобальтовые твердые сплавы
Вольфрамокобальтовые сплавы (ВК) состоят из карбидов вольфрама и кобальта. Сплавы этой группы различаются содержанием в них кобальта, размерами зерен карбидов вольфрама и технологией изготовления. Для оснащения режущего инструмента применяют сплавы с содержанием кобальта 3...10 %. Состав и основные физико-механические свойства этих сплавов приведены в табл.Ш. 1.
Благодаря особомелкозернистой структуре сплавов при заточке и доводке инструментов достигается наименьший радиус округления режущих кромок, обеспечивается повышение точности и качества обработанной поверхности деталей. Вольфрамокобальтовые твердые сплавы рекомендуются преимущественно для обработки материалов, дающих дискретные типы стружек (элементная, стружка надлома) - чугуны,
П2.1. Состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов группы ВК
|
Примечание. В обозначении марки твердого сплава ВК число после буквы К показывает процентное содержание кобальта: остальное - карбид вольфрама. При одинаковом содержании кобальта механические и режущие свойства в значительной мере определяются зернистостью карбидной фазы. Буква М указывает на то, что сплав является мелкозернистым, ОМ - особо мелкозернистым. Мелкозернистая структура сплава повышает его износостойкость, но уменьшает прочность, крупнозернистая - наоборот. Образованию особомелкозернистой (размер зерен WC менее 1 мкм) структуры способствуют добавки карбидов тантала (около 2 %). С целью экономии дефицитного тантала разработаны сплавы с добавками карбида хрома (сплавы типа ХОМ), который также тормозит рост зерен карбидов вольфрама._____________________________ цветные металлы, стеклопластики и труднообрабатываемые материалы (коррозионно-стойкие, высокопрочные стали, жаропрочные сплавы на основе никеля и титана и т.п.).
2. Титановольфрамокобальтовые твердые сплавы
Титановольфрамокобальтовые сплавы (ТК) выпускают, главным образом, для оснащения инструментов при обработке резанием сталей, дающих сливную стружку. Сплавы этой группы состоят из карбидов вольфрама и титана. В качестве связки также используется кобальт. Добавки карбидов титана снижают адгезионное взаимодействие со сталью, по сравнению со сплавами группы ВК. Поэтому сплавы типа WC-TiC-Co более износостойкие при обработке сталей. С увеличением в сплаве содержания карбидов титана, повышается его твердость и износостойкость. Однако, его прочность при этом снижается. В табл. П2.2 приведены состав и основные физико-механические свойства этих сплавов.
П2.2 Состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов группы ТК
Сплав | Состав сплава, | Характеристика физико-механических свойств | ||||
| % (мае.) |
|
|
| ||
| WC | TiC | Со | Предел прочности при изгибе Ощг, МПа | Плотность р, кг/м3 | HRA, не менее |
Т30К4 | 9,5... 9,8 | 92,0 | ||||
Т15К6 | 11,1...11,6 | 90,0 | ||||
Т14К8 | 11,2...11,6 | 89,5 | ||||
Т5К10 | 12,4... 13,1 | 88,5 |
Примечание. В обозначении марки твердого сплава число после буквы Т указывает на процентное содержание карбидов титана. Так же, как и у сплавов группы ВК, предел прочности при изгибе и сжатии, а также ударная вязкость у сплавов группы ТК увеличиваются с ростом содержания кобальта._____________________________________________ |
В соответствии с приведенными закономерностями меняются эксплуатационные свойства твердых сплавов. Так, сплав марки Т30К4 применяют в условиях чистовой обработки, а сплав Т5К12 - в тяжелых условиях резания.
3. Титанотанталовольфрамокобальтовые твердые сплавы
Промышленные марки титанотанталовольфрамокобальтовых сплавов (ТТК) состоят из трех основных фаз: твердого раствора (Ti, W, Та)С, карбида вольфрама и твердого раствора на основе кобальта.
Введение в сплавы карбида тантала улучшает их физикомеханические и эксплуатационные свойства, что выражается в увеличении прочности при изгибе и твердости как при комнатной, так и при повышенной температуре.
В соответствии с ГОСТ 3882-74 существует пять марок сплавов этой группы, состав и свойства которых приведены в табл. П2.3.
Увеличение в сплаве содержания карбида тантала повышает его износостойкость при резании за счет меньшей склонности к лун- кообразованию и разрушению под действием термоциклических и усталостных нагрузок. С учетом отмеченных свойств, сплавы группы ТТК рекомендуют для тяжелой обработки, для резания труднообрабатываемых материалов при значительном термомеханическом нагружении инструмента.
П2.3. Состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов группы ТТК
|
Примечание. В обозначении марки твердого сплава число после буквы К указывает на процентное содержание кобальта. Число, стоящее после букв ТТ, указывает на суммарное процентное содержание карбидов титана и тантала. |
Черновое и получерновое точение высоколегированных, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и некоторых сплавов успешно осуществляется инструментом, оснащенным сплавом марки ТТ10К8-Б.
4. Безвольфрамовые твердые сплавы
Дефицит вольфрама в производстве инструментальных материалов послужил толчком к интенсивным поискам его заменителя. Работы в этом направлении привели к появлению так называемых безвольфрамо- вых твердых сплавов на основе карбидов и карбонитридов титана с ни- кельмолибденовой связкой. За рубежом такие материалы иногда называют титановыми твердыми сплавами (керметами).
В России такие твердые сплавы появились в середине 70-х годов прошлого столетия. В соответствии с ГОСТ 26530-85 выпускаются две основные промышленные марки безвольфрамовых сплавов, состав и свойства которых приведены в табл. П2.4.
В силу меньшей прочности и теплостойкости безвольфрамовые твердые сплавы не могут в полной мере заменить традиционные вольфрамсодержащие сплавы, однако в определенных условиях они могут успешно конкурировать с ними. Так, сплав ТН20 пригоден для чистовой и получистовой обработки незакаленных сталей и является эффективным заменителем сплавов Т30К4 и Т15К6. Ввиду большей прочности, сплав марки КНТ16 пригоден для работы в условиях прерывистого резания.
П2.4. Состав и основные свойства безвольфрамовых твердых сплавов
|
Опыт внедрения существующих безвольфрамовых сплавов, а также их совершенствование показывают, что при выпуске требуемой номенклатуры форм СМП и обеспечении стабильного уровня качественных показателей, около 25...30% объема выпуска вольфрамсодержащих сплавов для обработки стали может быть заменено на безвольфрамовые. Так, если в России выпуск безвольфрамовых твердых сплавов составляет не более 1% от общего объема твердых сплавов, то в Западной Европе и США используют 2...5% безвольфрамовых сплавов, а в Японии - до 30...35%.
5. Сплавы с износостойкими покрытиями
Нанесение износостойких покрытий на контактные поверхности является одним из самых распространенных способов повышения работоспособности режущих инструментов. Опыт эксплуатации СМП с покрытием в различных странах показал, что объем выпуска пластин с износостойкими покрытиями составляет 60...80% от общего объема выпуска твердосплавных пластин.
Твердые сплавы с износостойкими покрытиями являются типичным композиционным материалом, обладающим высокой износостойкостью
покрытия в сочетании с удовлетворительной прочностью при изгибе, ударной вязкостью, выносливостью и трещиностойкостью основы. Учитывая служебное назначение, покрытия должны иметь:
- твердость, в 1,5...2 раза превышающую твердость инструментального материала;
- низкую склонность к адгезии с обрабатываемым материалом;
- минимальную способность к диффузионному растворению в обрабатываемом материале;
HW+CVD(Ti(C,N)+AI203 +TiN) HW+CVD(TiC.Ti(C,N)+TiN)
|
Суммарная толщина покрытия - 10 мкм |
|
Суммарная толщина покрытия - 11 мкм |
HW+CVD(Ti(C,N)+Al203) |
Ti(C.N) |
Рис. П2.1 Структура покрытия на твердом сплаве |
- максимальное отличие кристаллохимических структур покрытия и инструментального материала.
В качестве материала покрытия используют карбиды, нитриды, и карбонитриды титана, двуокись алюминия. Толщина покрытия составляет 5... 15 мкм.
Комбинации сплавов с покрытиями приведены на рис: П2.1.
Наибольшее распространение получили два метода нанесения износостойких покрытий:
- метод CVD (Chemical Vapour Deposition) - так называемый химический метод, который основан на химическом осаждении покрытия из газовой среды.
- метод PVD (Physical Vapour Deposition) или физический метод.
В отечественной практике наибольшее применение получил метод КИБ (конденсация вещества в процессе ионной бомбардировки), который реализуется на установках типа «Булат» и «Пуск».
В России также используются лицензионные технологии нанесения покрытий. Так, на Московском комбинате твердых сплавов используется технология GC фирмы Sandvik Coromant. На заводе «Победит» (г. Владикавказ) используется технология GM австрийской фирмы Plansee. Технология GM применяется и на МКТС при нанесении покрытий типа TiC-TiCN-TiN на сплавы серии МС (Москва - «Сандвик»), Марки этих сплавов приведены в табл. П2.6.
П2.6. Марки твердых сплавов с покрытиями
|
Примечание. Сплавы с покрытием серии ВП получили данное обозначение от названия контракта ВНИИТС - Планзее. |
Проведенные исследования показали, что покрытие типа TiC, TiN на контактных поверхностях инструмента приводит к заметному снижению (на 40...60 %) длины контакта стружки с передней поверхностью, коэффициента трения (на 10... 15 %), усадки стружки (на 20...30 %), сил резания (на 20...30 %) [21].
Несмотря на более высокую стоимость твердосплавных СМП с покрытием, затраты потребителя на обработку единицы продукции по сравнению с аналогичными затратами при применении непокрытых пластин ниже благодаря повышению либо стойкости инструмента, либо скорости резания и производительности.
6. Классификация и обозначение по стандартам ISO
Обозначение твердых сплавов по стандарту ISO. Международной организацией стандартов предложено классифицировать твердые сплавы не по химическому составу, а по областям их применения при обработке резанием.
В зависимости от обрабатываемого материала и типа снимаемой стружки твердые сплавы подразделяют на три основные группы резания Р, М и К, которые в свою очередь делятся на подгруппы в зависимости от видов и режимов обработки резанием. Классификация приведена в табл. П2.7.
П2.7. Классификация твердых сплавов по ISO
|
* Работа с переменной глубиной резания, с прерывистой подачей, с ударами, вибрациями, с наличием литейной корки и абразивных включений в обрабаты- ваемом материале.________________________________________ |
Продолжение табл. П2.7 | ||
Под группа | Обрабатываемый материал Тип снимаемой стружки | Вид обработки, условия применения |
Р50 | Сталь со средней или низкой прочностью, с включениями песка и раковинами | Точение, строгание, долбление при особо высоких требованиях к прочности твердого сплава в связи с неблагоприятными условиями резания.* Для инструмента сложной формы |
Сливная стружка и стружка надлома | ||
Группа резания М | ||
М10 | Сталь, в том числе аустенитная, жаропрочная, труднообрабатываемая, сплавы, серый, ковкий и легированный чугуны | Точение, фрезерование |
Сливная стружка и стружка надлома | ||
М20 | Сгалъ, в том числе жаропрочная, труднообрабатываемая, сплавы, серый и ковкий чугуны | То же |
Сливная стружка и стружка надлома | ||
МЗО | Аустенитная сталь, жаропрочные труднообрабатываемые стали и сплавы, серый и ковкий чугуны | Точение, фрезерование, строгание. Работа в неблагоприятных условиях* |
Сливная стружка и стружка надлома | ||
М40 | Низкоуглеродистая сталь с низкой прочностью, автоматная сталь и другие металлы и сплавы | Точение, фасонное точение, отрезка преимущественно на станках-автоматах |
Сливная стружка и стружка надлома | ||
Группа резания К | ||
К01 | Серый чугун, преимущественно высокой твердости, алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния, закаленная сталь, абразивные пластмассы, керамика, стекло | Чистовое точение, растачивание, фрезерование, шабрение |
Стружка надлома |
* Работа с переменной глубиной резания, с прерывистой подачей, с ударами, вибрациями, с наличием литейной корки и абразивных включений в обрабаты- ваемом материале.___________________________________________________ |
Окончание табл. П2.7
|
* Работа с переменной глубиной резания, с прерывистой подачей, с ударами, вибрациями, с наличием литейной корки и абразивных включений в обрабаты- ваемом материале. |
Чем больше индекс подгруппы, тем ниже износостойкость твердого сплава и допускаемая скорость резания, но выше прочность, допускаемые подача и глубина резания. Каждая группа имеет маркировочный цвет, который наносится на упаковку СМП. Сплавы группы Р маркируются синим цветом, М - желтым и К - красным цветом.
В условиях рыночных отношений потребитель СМП вправе выбирать продукцию любого производителя, которая удовлетворяет его требованиям при минимальных затратах.
Учебное издание
Дмитрий Васильевич Кожевников,
Владимир Андреевич Гречишников,
Сергей Васильевич Кирсанов,
Владимир Иванович Кокарев,
Александр Георгиевич Схиртладзе
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Второе издание, дополненное Лицензия ИД № 05672 от 22.08.2001 г.
Редактор Г.Н. Сидорова Художественный редактор Т.Н. Галицына Корректор Т.Н. Масальская Компьютерный набор и графика Л.А. Оголь Компьютерная верстка И.В. Евсеевой
Сдано в набор 11.07.2005 г. Подписано в печать 06.10.2005 г.
Формат 60x88 '/i6. Бумага офсетная № 1. Печать офсетная.
Гарнитура Times New Roman. Уел. печ. л. 32,34. Уч.-изд. л. 33,04.
Тираж 2000 экз. Заказ № 1925
Ордена Трудового Красного Знамени ОАО «Издательство «Машиностроение», 107076, Москва, Стромынский пер., 4
Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета в ГУП ППП "Типография "Наука" РАН, 121099, Москва, Шубинский пер., 6
7- 1925
[1] В настоящее время за рубежом освоен выпуск твердых сплавов с ультра- мелкодисперсной структурой.
[2] Обозначаются по названию международной ассоциации «Bohring and Trepanning Association» (ВТА).
[3] В последнее время за рубежом освоен выпуск винтовых твердосплавных пластин большой длины.
[4] Перлит - горная порода, которая при нагревании вспучивается с многократным увеличением объема и образует легкий пористый материал.
[5]
Материал взят из книги “Васин С.А., Хлудов С.Я. “Проектирование сменных многогранных пластин. Методологические принципы”. М.: Машиностроение, 2005 г.”
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 24 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
