|
1. Варианты крепления режущей части инструмента к корпусу и технология реализации.
При конструировании режущего инструмента, оснащенного твердыми сплавами, нельзя полностью копировать конструкцию инструмента из быстрорежущей стали. Вследствие особых физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов (высокой твердости и износостойкости, большой температурной стойкости, повышенной чувствительности к ударам и вибрациям) конструкция и геометрические параметры режущей части твердосплавных инструментов должны отличаться от конструкций и геометрических параметров режущей части инструментов из быстрорежущей стали.
В инструментальном производстве при изготовлении хвостового и стержневого инструмента широко применяют стыковую электросварку рабочей части из быстрорежущей стали и нерабочей части из конструкционной или инструментальной углеродистой стали.
Контактная стыковая сварка давлением — процесс соединения металлов при совместной упругопластической деформации и образовании между соединяемыми поверхностями металлической связи. Этот вид сварки подразделяют на сварку сопротивлением и сварку оплавлением. Сварка оплавлением имеет две разновидности: сварка непрерывным оплавлением и оплавлением с предварительным подогревом. При сварке с непрерывным оплавлением процесс состоит из двух основных стадий — оплавления и осадки, при сварке с подогревом из трех — подогрева, оплавления и осадки.
При сварке методом непрерывного оплавления свариваемые заготовки, подключенные последовательно во вторичную обмотку сварочного трансформатора, подводятся друг к другу. Между торцами заготовок в некоторых точках возникает электрический контакт, имеющий высокое сопротивление из-за малой площади, участки контакта быстро плавятся. При дальнейшем сближении торцов заготовок эти явления повторяются на других контактных участках и так до тех пор, пока вся поверхность торцов не будет оплавлена, а торцы нагреты до температуры, необходимой для сварки давлением. Затем ток выключается, заготовки сдавливаются, происходит процесс сварки. Недостаток этого метода — повышенный расход металла на оплавление.
Процесс сварки с подогревом отличается от процесса сварки непрерывным оплавлением тем, что торцы свариваемых деталей сначала подогреваются путем многократного контактирования под напряжением, а затем происходит их оплавление и сварка.
Сварка трением является разновидностью сварки давлением. Сварное соединение образуется в результате совместного пластического деформирования соединяемых деталей в твердой фазе. Нагрев свариваемых поверхностей происходит в результате их трения, при этом механическая энергия непосредственно преобразуется в тепло. Причем генерирование тепла происходит строго локализованно в тонких поверхностных слоях металла.
При сварке трением одну из свариваемых заготовок закрепляют на шпинделе станка, и она вращается вместе с ним для создания взаимного скольжения торцов и их разогрева, другую заготовку неподвижно закрепляют на продольном суппорте, и она получает вместе с суппортом продольное перемещение до соприкосновения с торцом вращающейся заготовки с заданной силой. Выделяющееся при трении тепло разогревает торцы заготовок, вращение шпинделя прекращается, заготовки поджимаются суппортом и производится их соединение.
Если же режущая часть представлена в виде пластины-применяются следующие варианты крепления:
Приваривание. На державки из конструкционной стали приваривают пластины из быстрорежущей стали с помощью сварочных порошков, температура плавления которых близка к температуре закалки быстрорежущей стали.
Места приварки на державке и пластинке механически обрабатывают. Неровности на привариваемых поверхностях допускаются в пределах 0,2 мм, В гнездо под пластинку насыпают сварочный порошок слоем 1 мм, укладывают пластинку из быстрорежущей стали н сварочным порошком заполняют зазор между торцовыми поверхностями пластинки и стенками паза. В пламенной печи в первом окне резец предварительно подогревается до температуры 850—900 °С, и затем во втором окне резец нагревается до температуры плавления сварочного порошка (1180—1195°С). Пластину с помощью ручного пресса быстро прижимают к державке и выдерживают до затвердения припоя. Резец с приваренной пластинкой отжигается, закаливается и отпускается по режиму закалки быстрорежущей стали.
Припаивание термически обработанных пластин. Быстрорежущие стали повышенной и некоторые стали (P18, Р12, Р6М3) нормальной теплостойкости, имеющие температуру кратковременного отпуска 600—620 °С, отличаются повышенной красностойкостью и возможностью кратковременного (1—2 мин) нагрева до 620—640 ºС без снижения твердости, красностойкости, прочности и режущих свойств Указанные свойства быстрорежущей.стали при использовании серебросодержащего припоя ПСр40 с температурой плавления 595—605 ºC дают возможность припаивать окончательно термически обработанные пластины из быстрорежущей стали к корпусу или к державке. Пайку производят с нагревом ТВЧ в петлевом индукторе, который должен отстоять от корпуса инструмента не менее чем на 8—10 мм. Рекомендуется паз в корпусе инструмента с находящимся в нем припоем и флюсом предварительно подогревать до 400 °С, после чего положить в паз припоя пластинку и включением и выключением тока в индукторе равномерно прогреть место пайки до температуры растекания припоя 600—620 °С
Одним из способов, дающих большую экономию быстрорежущей стали, является наплавление этой стали на корпус из углеродистой или легированной конструкционной стали Существуют два вида наплавления: ручное (газовое и электродуговое) и автоматическое Ручное наплавление применяют при восстановлении инструмента и при изготовлении однолезвийного инструмента Автоматическое электрическое наплавление под слоем флюса применяют при изготовлении многолезвийного инструмента.
Корпус или державку изготовляют из стали 30ХГС Наплавочный материал применяют в виде стержней и проволоки диаметром 2—2,5 мм из стали Р18, Р6М5, Р9К5. При ручном процессе наплавление осуществляют в вакуумной камере с нейтральной средой. Заготовку крепят в специальном приспособлении, обеспечивающем необходимые повороты в процессе наплавки Режимы наплавки: предельный вакуум 0,1—1,3 Па избыточное давление нейтрального газа (аргона) в камере 2∙10-2—3∙10-3 Па, постоянный ток прямой полярности, сила тока 140—180 А, напряжение 9—11 В. Для ориентации наплавляемой части в корпусе инструмента фрезеруют канавки под наплавку. При автоматическом наплавлении канавку не фрезеруют. Перед наплавлением корпус и проволоку обезжиривают в гидролизном спирте. Наплавленные заготовки отжигают и после механической обработки закаливают и отпускают.
При необходимости обеспечения высокой жесткости инструмента и в тех случаях, когда конструктивно затруднено применение твердосплавного инструмента с механическим креплением применяют твердосплавный инструмент с напаянными пластинками.
Соединенные припоем твердый сплав и сталь, охлаждаясь, будут упруго взаимодействовать через припой и после остывания будут иметь общую длину. При этом, твердый сплав окажется сжатым, а сталь растянутой.
В качестве припоев, имеющих пониженную температуру пайки и обладающих более высокой пластичностью, способствующей релаксации напряжений при охлаждении соединений используют: серебросодержащие припои типа ПСр49, имеющие температуру пайки 600—800 °С; трехслойные серебросодержащие припои, состоящие из медной фольги (компенсационная прокладка), плакированной с двух сторон припоем, например ТМСр47М, а также припои повышенной пластичности, например припой ПрМНМЦ 08-4-2.
Для высоконагруженных соединений рекомендуется применять высокопрочный припой ПрАНМЦ 0,6-4-2, химически активный флюс Ф-100 и закалку охлаждением после пайки корпуса под пластинкой. В практике применяют медные и латунные припои.
Способы пайки выбирают в зависимости от способа нагрева инструмента. Различают пайку индукционную (на установках ТВЧ), печную в печах с мазутным или газовым нагревом или в электрических печах с газовой восстановительной атмосферой), контактную (на машинах для электростыковой сварки), пламенную (ацетилено-кислородной горелкой), погружением в расплавленный припой и погружением в расплавленные соли.
Клеевые соединения обеспечивают повышенные эксплуатационные свойства инструмента благодаря сохранению исходных физико-механических свойств материалов, склеиваемых при низких температурах. Особенно эффективно применение метода склеивания для крепления трудноспаиваемых и несвариваемых инструментальных материалов, например безвольфрамовых твердых сплавов, керамических и синтетических сверхтвердых материалов. Склеивание эффективно применять для инструментов, работающих при низких температурах (протяжек, разверток и др.).
При конструировании клеевых соединений необходимо учитывать следующее: а) должна быть обеспечена разгрузка клеевого шва за счет различных конструктивных элементов, воспринимающих нагрузку от силы резания; б) за счет определенного расположения клеевого шва к направлению равнодействующей составляющих силы резания обеспечить разгрузку шва от сил сжатия или сжатия со сдвигом; г) должен быть обеспечен минимальный нагрев клеевого шва за счет наиболее благоприятного размещения соединительного шва по отношению к режущей кромке как к месту расположения источника тепла.
Эффективным способом разгрузки клеевого соединения от сил резания является применение полузакрытых пазов, врезных соединений, клеемеханическнх соединений, режущих элементов специальной формы.
Для алмазных резцов применяют следующие методы крепления кристалла в державке:
а) пайка алмаза в открытом пазу;
б) прессование алмазов в металлокерамические вставки и крепление последних с помощью механических прижимов в державке;
в) зачеканка алмазов в закрытом пазу державки твердым
припоем.
Пайку после зачеканки) производят серебряным припоем ПСр50кд при температуре плавления 650—700 °С на установках ТВЧ или в вакуумных печах.
Наибольшее применение для крепления кристалла из эль-бора-Р в инструменте получали пайка и метод порошковой металлургии. При паюсе заготовку из эльбора-Р крепят непосредственно в теле инструмента. Методом порошковой металлургии изготовляют вставки с режущим элементом из эльбора-Р, устанавливаемые в державку.
2. Затачивание фрез.
Затачивание зубьев торцовых фрез по задней поверхности производится торцовой плоскостью чашечного круга. Фрезы диаметром 130—400 мм затачивают на универсально-заточном станке с установкой на универсальной головке П1 или в ручном приспособлении П21.
Поэлементная заточка профильная 'заточка |
к- число проходов |
Рисунок 1. Способы затачивания фрез |
Способы затачивания торцовых фрез. При заточке торцовых фрез применяют следующие способы: поэлементный (круговой и раздельный) и профильный (круговой и раздельный) (рис. 1). Круговой способ заточки зубьев по элементам профиля состоит в последовательной обработке всех зубьев по каждому элементу за несколько оборотов с поперечной подачей на оборот фрезы до полного снятия припуска. Раздельный способ заточки зуба по элементам профиля состоит в снятии полного припуска на каждом затачиваемом элементе за несколько проходов с поперечной подачей за двойной ход стола, после чего поворачивают фрезу на следующий зуб.
Круговой способ заточки по всему профилю состоит в последовательной заточке всех зубьев по всему профилю с обходом круга по контуру зуба за несколько оборотов с поперечной подачей на оборот фрезы до полного снятия припуска. Раздельный способ заточки зубьев по всему профилю состоит в снятии полного припуска на каждом затачиваемом зубе по всему профилю с обходом круга по контуру зуба за несколько проходов, с поперечной подачей на двойной ход стола, после чего затачивают следующий зуб.
Способы раздельной заточки зубьев фрез обеспечивают большую производительность по сравнению с методами круговой заточки зубьев за счет сокращения вспомогательного времени на поворот фрезы. Способы поэлементной и профильной раздельной заточки применяют обычно для снятия основного припуска под заточку.
Для чистовой заточки и доводки с целью обеспечения минимального биения применяют круговой метод. На полуавтомате ЗЕ667 производят поэлементную бескопирную заточку торцовых фрез торцом или периферией абразивного, алмазного или эльбо-рового круга.
На специальном полуавтомате ЗЕ667К торцовые фрезы затачивают по профилю за одну установку, обходом двухуглового шлифовального круга по контуру зуба (цилиндрической поверхности по торцу и фаске) с помощью копира или специальных кинематических устройств. Полуавтомат ЗЕ667 предназначен для электрохимического затачивания торцовых насадных фрез/оснащенных пластинками из твердого сплава. На станке можно производить круглое шлифование торцовых фрез по диаметру и фаскам. Затачивание осуществляется алмазным кругом формы АЧК диаметром 150 мм на металлической связке. Шероховатость обрабатываемых поверхностей Ra = 0,160÷0,100 мкм. Для алмазно-эрозионной заточки применяют станок ЗЕ667РФ1 с числовым программным управлением.
Затачивание фрез с остроконечным (незатылованным) зубом. При изготовлении таких фрез их затачивают в следующей последовательности: вначале затачивают переднюю поверхность, затем шлифуют ленточку по наружной поверхности, после чего затачивают заднюю поверхность. В процессе эксплуатации инструмента переточку обычно ведут только по задней поверхности.
Переднюю поверхность остроконечных (незатылованных) фрез с прямыми, зубьями затачивают тарельчатым шлифовальным кругом-(рис. 103). При переднем угле γ = 0 (рис. 2, а) торец шлифовального круга,совпадает с плоскостью, проходящей через ось фрезы, а при γ > 0 (рис. 103, б) передняя поверхность фрезы смещается на величину
,
где D —диаметр фрезы; γ — передний угол в торцовом сечении.
Если заточку ведут конической поверхностью, то смещение
где β – угол между торцевой плоскостью шлифовального круга и образующей конуса.
Рисунок 2. Схема установки шлифовального круга для затачивания передней поверхности.
Шлифовальный круг при заточке передней поверхности фрезы устанавливают с помощью шаблона (рис. 2, в). Призму 1 прибора ставят на оправку фрезы, линейку 2, помещенную в пазу призмы, устанавливают в нулевое положение, затем линейку винтом смещают на величину h, после чего плоскость шлифовального круга совмещают с боковой плоскостью линейки.
При затачивании задней поверхности чашечным кругом режущая кромка смещается ниже оси фрезы, а при затачивании периферией плоского шлифовального круга — ниже оси круга на величину
,
Где D – диаметр фрезы при затачивании чашечным кругом и диаметр круга при затачивании периферией плоского круга, α – задний угол.
Для уменьшения зоны контакта с затачиваемым инструментом и вероятности прижогов на торцовой поверхности чашечного круга производят поднутрение и оставляют ленточку шириной 2—3 мм, а ось шлифовальной головки разворачивают на 1—2° к направлению движения подачи.
Для уменьшения опасности прижогов применяют чашечные круги, заправленные под двумя конусами. Образующую внутренней поверхности заправляют под углом 30—35°, образующую наружной поверхности — под углом 15°. При работе ось круга разворачивают на 15°. При заточке задней поверхности периферией шлифовального круга задняя поверхность получается вогнутой. Это ослабляет зуб и повышает опасность прижога режущей кромки. Увеличение диаметра круга уменьшает величину вогнутости, но при этом возникает опасность подрезания соседнего зуба.
Цилиндрические фрезы с винтовым зубом затачивают с помощью копира, закрепляемого на одной оправке с фрезой. Число канавок и угол наклона совпадают с затачиваемой фрезой. Кронштейн с упором крепят к шлифовальной головке станка. Жесткий конец упора скользит- по канавкам копира и в результате осуще-являeтcя его поворот вместе с фрезой при продольном движении стола.
Заточка концевых фрез с винтовым зубом осуществляется способом жесткой (кинематической) или упругой (копировальной) заточки. При жесткой заточке движение шлифовального круга относительно инструмента создается кинематической цепью (набором шестерен, копиров), настроенной на определенный параметр винтового движения. При упругой заточке шлифовальный круг в своем относительном движении следует за поверхностью инструмента, прижимаясь к нему с определенной силой.
Способ жесткой заточки применяют для точных инструментов с винтовым зубом (червячных, резьбовых фрез), а способ упругой заточки можно использовать для - инструментов, где изменение параметров винтовой поверхности фрезы не влияет на геометрическую точность обработанной поверхности (например, цилиндрических, концевых и других фрез).
При жесткой заточке исправляются погрешности шага винтовой канавки предыдущей обработки, что приводит к несовпадению винтового относительного движения шлифовального круга с затачиваемой поверхностью, к снятию неравномерного припуска, к большому съему металла в отдельных местах.
При упругой заточке необходимо получить качественные режущие кромки инструмента без соблюдения параметров винтовой поверхности. При этом способе достигается совпадение шагов относительных винтовых движений шлифовального круга с затачиваемой поверхностью фрезы, поэтому снимаемый слой металла получается незначительным и равномерным, что обеспечивает повышение производительности заточки и позволяет избежать прижогов. Глубина шлифования при упругой заточке зависит от силы прижима поверхности инструмента к шлифовальному кругу и площади контакта, т. е. от давления.
Ручная заточка не обеспечивает определенный момент прижатия затачиваемой поверхности к шлифовальному кругу и его постоянство по всей длине обрабатываемой поверхности. Высокое качество поверхности и высокая производительность при заточке (в 2—3 раза выше, чем при ручной заточке) достигается при автоматическом регулировании силы в процессе шлифования. Принцип упругой заточки с автоматическим регулированием силы шлифования при прямом и обратном ходе применен в конструкции полуавтоматов 3685Д, 3685Г для заточки концевых фрез диаметром 14 - 50 мм по передней и задней поверхностям зубьев.
3. Способы повышения режущей способности инструмента.
Важным средством повышения режущей способности инструмента является химико-термическая обработка, преследующая цель изменения химического состава и свойств поверхностных слоев стали. Эти изменения достигаются за счет диффузии различных элементов из внешней среды в сталь. В результате достигается высокая твердость и сопротивление изнашиванию поверхностных слоев при одновременном повышении общей прочности инструмента за счет увеличения предела выносливости.
Для увеличения износостойкости применяют нанесение износостойких покрытий, упрочнение лучом лазера, электроискровое упрочнение, алмазное выглаживание поверхности инструмента.
Для повышения износостойкости быстрорежущего инструмента применяют низкотемпературное цианирование — диффузионное насыщение поверхностного слоя инструмента одновременно угле родом и азотом. Применяют жидкостное, газовое и реже твердое цианирование и карбонитрацию.
Наибольшее распространение получило жидкостное цианирование. Жидкостное цианирование ведут в расплавленных цианистых солях. В состав ванн для жидкостного Цианирования входит технический цианистый натрий NaCN, температура плавления 550—500 С° или смесь технического цианистого натрия и цианистого калия KCN, температура плавления 460—480 °С. Для изменения температуры плавления иногда добавляют соду. Смеси NaCN и KCN применяют сравнительно редко. Это объясняется высокой стоимостью и меньшим содержанием в нем группы CN. Цианирование осуществляют в электрических печах, печах-ваннах или в газовых печах в железных тиглях.
Процесс цианирования инструмента осуществляется при температуре отпуска быстрорежущего инструмента после окончательной термической и механической обработки. В зависимости от состава ванны и времени выдержки глубина цианированного слоя-составляет 0,02—0,07 мм. Цианирование повышает хрупкость поверхностного слоя инструмента.
Вследствие одновременного насыщения передней и задней поверхностей режущая кромка на определенной глубине циани-руется насквозь. Во избежание выкрашивания режущей кромки инструментов с малыми углами заострения цианирование нужно производить на минимальную глубину. Резьбонарезной инструмент с мелкой резьбой не рекомендуется цианировать. Сварной инструмент погружают в ванны до места сварки.
Газовое цианирование осуществляют в смеси, состоящей из одной части аммиака (NH3) и трех частей углеродосодержащего газа. При этом применяют газы, богатые углеводородами, напри мер метан, или газы, содержащие окись углерода в качестве основной составляющей, такие, как газ гидролиза керосина, каменноугольный или древесноугольный генераторный газ и широко применяемый природный газ. Сварной инструмент в газовых печах не цианируют, так как при этом резко снижается твердость хвостовика.
Карбонитрацию осуществляют при температуре 550—5Е0 СС с использованием солей циановокислого калия KCNO. В расплаве KCNO накапливается меньшее количество цианидов, чем при жидкостном цианировании в солях NaCN.
Электролитическое покрытие инструмента хромом обеспечивает увеличение износостойкости режущей части инструмента. Лучшие результаты дает покрытие тонким слоем хрома (5—10 мкм) на инструментах, работающих при снятии малых стружек. Покрытие хромом значительно снижает налипание материала на режущие поверхности, что наблюдается особенно при обработке вязких материалов. Хромирование производят после шлифования и заточки инструмента. Для лучшего сцепления хрома с инструментом и повышения чистоты хромированного слоя рекомендуется полировать хромируемые места.
Инструмент, подлежащий хромированию, подвергается обезжириванию и декапированию. Лучшие результаты дает обезжиривание электролитическим способом в ванне с водным раствором серной.кислоты (H2S04) — 15 г/л, ортофосфорной кислота (Н3Р04) — 25 г/л и декстрина — 2 г/л. При плотности тока 500 А/м2 (5 А/дм2) продолжительность процесса обезжиривания составляет 5—15 мин. При этом инструмент подвешен в ванне как анод или катод. После обезжиривания инструмент промывают в проточной воде.
Хромирование осуществляют в гальванических ванных с электролитом, состоящим из хромового ангидрида (Сг03) — 150— 200 г/л и серной кислоты (H2S04) — 1,5—1,9 г/л при температуре 50—60 °С и плотности тока 2000—3500 А/м2 (20—35 А/дм2). Инструмент подвешивают на катодную шину. В качестве анода применяют свинцовые пластины. В зависимости от формы инструмента анод может быть плоским, цилиндрическим или фигурным.
Хромированный инструмент промывают и сушат, после чего подвергают старению в масляной ванне в течение 1 ч при температуре 180 °С. Старение снижает хрупкость хромированного слоя, так как при этом из него удаляется водород.
Одним из эффективных методов повышения стойкости металлорежущего инструмента является нанесение тонких износостойких покрытий на контактирующие при резании поверхности инструмента: карбида вольфрама WC); карбида титана (TiC), нитрида титана (ТiN), окиси алюминия (А12О3), нитрида циркония (ZrN) нитрида молибдена (МоN), окиси хрома (СrО), карбида ниобия (NbС) и др.
Газофазный способ (ГТ) основан на конденсации газообразных соединений титана (TiС14 + Н2 + СН2) с образованием твердых осадков карбидов титана ТiС на покрываемом инструменте. Процесс проходит при высойой температуре (до 1000 °С) и применим для покрытия твердосплавных инструментов.
Термодиффузионный способ (ДТ) основан на диффузии легирующих элементов в инструмент с образованием химических соединений, его применяют для нанесения покрытий на твердосплавные многогранные пластинки. В вакууме при температуре 1370— 1455 °С происходят следующие реакции: 2WС→W2С + С затем ТiO2 + 2С→Тi + 2СО и Ti + W2C→TiС + 2W.
Реактивное электронно-лучевое плазменное осаждение (РЭП) основано на том, что плазменный поток металла, образующийся с помощью вакуумной дуги (кольцевой термокатод и анод, представляющий собой разогретый электронным пучком до плавления напыляемый металл), ориентируется в направлении инструмента с последующей конденсацией на нем ионов и нейтральных атомов
при одновременном прохождении плазмохимической реакции их с реактивным газом.
Способ конденсации вещества из плазменной фазы в условиях ионной бомбардировки (КИБ). Этот способ наиболее универсальный, он позволяет наносить покрытия на инструмент из твердого сплава и быстрорежущей стали без риска их разрушения, так как процесс про ходит при температуре до 600 °С.
Известны низкотемпературные методы для нанесения покрытий на инструмент из быстрорежущей стали (метод ARE). При этом методе испаряемые атомы титана и,молекулы этилена ионизируются и вступают в реакцию, осаждая на инструмент карбиды титана. *
Повышения долговечности твердосплавных спеченных заготовок и инструмента в настоящее время добиваются различными способами: вибрационной, дробеструйной, термической, термовибрационной обработкой. В результате упрочнения термической обработкой спеченных вольфрамокобальтовых сплавов прочность при изгибе увеличивается на 10—15 %, ударная вязкость — на 20— 30 %.
Особенно эффективно упрочнение изделий, работающих в условиях циклического нагружения. Долговечность при ударных и гармонических циклических нагрузках упрочненных твердых сплавов увеличивается в 2—4 раза. Для твердого сплава ВК6М рекомендуется нагрев до 1200 °С и охлаждение в масле.
Дата добавления: 2015-09-30; просмотров: 40 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Сценарий фольклорной игровой программы « Посиделки на Покров», с участием фольклорной группы «Журавейка» | | | ПпҚазақстан жеріндегі дін тарихы[өңдеу] |