Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Инструментальные материалы. Группы, свойства, область применения.





В настоящее время применяется пять основных групп инструментальных материалов, из которых изготовляется инструмент: инструментальные углеродистые и легированные стали, быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамика и керметы, сверхтвердые материалы. Удельный вес каждой из перечисленных групп инструментальных материалов в мировом производстве инструмента различен. Наиболее распространенным инструментальным материалом является быстрорежущая сталь. Из этого материала изготовляется около 66% инструмента, из твердых сплавов —около 32% инструмента. Сравнение же применяемости каждой группы материалов по объему снимаемой стружки дает иную картину распространенности инструмента. Так, твердосплавным инструментом снимается приблизительно 68% стружки, инструментом из быстрорежущих сталей — около 28%, на долю остальных групп материалов приходится только 4%. Чтобы обеспечить качественную высокопроизводительную механическую обработку, материалы, применяемые при изготовлении режущей части инструментов, должны обладать следующими основными свойствами:

1) высокой твердостью, заметно превосходящей твердость обрабатываемого материала;

2) высокой прочностью, так как режущая часть при резании подвергается значительным нагрузкам, которые не должны вызывать разрушение и заметное пластическое деформирование режущей части;

3) высокой теплостойкостью, характеризующейся наивысшей температурой, при которой инструментальный материал сохраняет свою твердость (режущие свойства); теплостойкость дает представление о твердости инструментального материала при раз-личных температурах его нагрева в процессе резания;

4) мало чувствительностью к циклическим колебаниям температуры, возникающим в условиях прерывистого резания и неравномерного припуска на обработку и вызывающим термомеханическую усталость материала, способствующую появлению усталостных трещин на режущей части инструмента;

5) высокой износостойкостью —способностью инструментального материала сопротивляться износу инструмента по его передней и задней поверхностям в процессе резания

Кроме перечисленных основных требований к инструментальным материалам к ним предъявляются и другие. Например, высокая теплопроводность, способствующая отводу теплоты из зоны резания. Инструментальные материалы должны обладать и определенной технологичностью, к которой относят закаливаемость, прокаливаемость, устойчивость против перегрева, окисления, отсутствие склонности к образованию трещин при напайке, заточке и доводке, свариваемость, шлифуемость и т.д., а также недефицитностью и экономичностью.Перечисленные требования часто взаимно противоречивы: повышение твердости инструментального материала, как правило, сопровождается снижением прочности, ухудшением некоторых технологических свойств, высокая прочность — ухудшением обрабатываемости и некоторых других технологических свойств, повышением стоимости из-за использования дефицитных материалов.

 

Сталь углеродистая

Инструментальные углеродистые стали:

Обладают красностойкостью на уровне 250 градусов С и используются для обработки материалов, при назначенных скоростях резания 8-10м/мин. Твёрдость и износостойкость зависит от содержания в них углерода.

При этом обеспечив твёрдость HRC 62-65

Основные недостатки:

низкая прокаливаемость, повешенное деформирование, склонность к образованию трещин при термообработке.

Содержат 0,65-1,35% С

Стали У7, У13А- облад высокой твёрдостью, хорошо шлиф, дешовые и не диффицитные.

Для снижения твёрдости и создания благоприятных структур, все инструментальные стали до изготавл инструмента подверг отпуску.

Регулируя скорость охлаждения можно получить любой размер зёрен.

Окончательная термическая обработка – закалка с последующим отпуском. Структура мартенсит. Мартенсит и карбиды.

Темпер отпуска выбир в зависимости от твёрд необходимой для инструм. (280-300 градусов С)

 

Легированные стали

Достигают красностойкости до 350 градусов С и позволяют производ обраб при скоростях резания до 12-15 м/мин.

Твёрдость раб поверхности: HRC 58-62. Легирование достигается след элементами, хром, вольфрам, ванадий, кремний.

Хром обеспечивает глубокую прокаливаемость. Вольфрам повышает красностойкость. Ванадий способствует образованию мелкозернистой сруктруы, кремний повышает красностойкость и износостойкость при небольших скоростях резания.

Содержание углерода 0,9-1,4%

Общее содержание легирующих элементов до 5%. Высокая твердость и износостойкость определ высоким содержанием углерода. Легирование примен для повышения закаливаемости и прокаливаемости, повышения прочности и вязкости.

Термическая обработка включает закалку и отпуск. Закалку проводят при температуре 800-850 градусов цельсия в масле или ступенчатую закалку.

Отпуск проводят низкотемпературный при 150-200 градусах цельсия, что обеспечивает твёрдость HRC 61-66.

Повышение содержания марганца: стали ХВГ и 9ХВСГ спосбствует увеличению кол-ва остаточного аустенита, что уменьшает деформ интсрумента.

Хром увеличиваетпрокаливаемость: для изготовленяи ударного и режущего интрум Сталь ХВ 5, содержит 5% вольфрама.

 

Быстрорежущие стали

Быстрореж.инструмент. стали: красностойкость 550-650 градусов С. Изготавливаемый из них инструмент может раб с достаточно высокими скоростями за что сталь получила название быстрорежущая.Стали содержат 0,7-1,5% С и до 18% легирующих элементов, до 5% хрома и молибдена и до 10% кобальта. Добавления ванадия повышает износостойкость, но ухудшает шлифуемость.

Микроструктура в литом состоянии имеет эвтектическую структурную составляющую, для получения оптим. сво-в из быстрореж. сталей необходимо по возможности устранить карбидную ликвацию.Подавляющее кол-во легирующих элементов находится в карбидной фазе.При закалке быстрорежущих сталей требуется нагрев до очень высоких температур около 1280 градусов С.

Охлаждение от закалки производится в масле. Структура в стали после закалки состоит из легированного дисперсионного мартенсита, значит. кол-ва остаточного аустенита и карбидов вольфрама. Наличие остаточного аустенита в структуре закал стали ухудшает реж св-ва. Твёрдость стали 64-65 HRC,. Иногда для повышения износостойкости быстрореж. стали примен. низкотемпературное цианирование. Основными видами реж инструм явл резцы, свёрла, протяжки, метчики, Из быстрорежущей стали изготавливаются только раб часть инструмента. Р- быстрорежущая; % - содержание вольфрама; Ф – вольфрам; К – кобальт; М – молибден. Для изготовления инструмент примен 2 группы быстрореж сталей: нормальной и стали повышенной производительности.

Нормальной производит. – примен для обраб материалов с удовлетворительным обрабатыв: это конструкционные углеродистые и легированные стали, чугуны, цветные Ме и сплавы. Стали с повыш содерж вольфрама Р18, Р12 в настоящее время примен редко из-за дефицита материала. Быстрорежущие стали дисперсионной твёрдости: Это стали с низким содержанием углерода 0,1-0,3 % HRC 68-69 и красностойкостью 700-725 градусов С. При высоких темпер резания прочность увеличивается на 30-50%. Упрочнение происходит за счёт упрочнения кобальта. Эти стали отлич глубокой прокаливаемотсью до 90-100 мм и очень высокой стойкостью.

 

Абразивные материалы

Абразивные и алмазные инструменты широко применяют в машиностроении и приборостроении для шлифования, притирки, полирования деталей, а также для шлифования, заточки и доводки режущих и других инструментов с целью достижения высокой производительности, точности и низкой шероховатости обработки.Потребность в шлифовальных, заточных и доводочных инструментах очень велика. Абразивным инструментом называется тело определенной геометрической формы, состоящее из абразивных зерен, скрепленных между собой связкой. К абразивным инструментам относятся шлифовальные круги, шлифовальные головки, бруски, абразивные ленты. Кроме того, при обработке. деталей машин и приборов находят достаточное применение абразивные материалы, зерна которых не закреплены жестко между собой. Это абразивные пасты, которые могут быть жидкие, мазеобразные, твердые, а также гидроабразивные суспензии. Диски (Д) делаются тонкими 0,5-5 мм, диаметром 80 - 500 мм. Служат для разрезки, прорезания канавок и для шлифования глубоких пазов. Круги кольца (1К и 2К) применяют для плоского шлифования. К планшайбе шлифовального станка их крепят цементирующим веществом. Форма 2К предназначена для более надежного крепления. Круги ЧЦ и ЧК используют для заточки инструментов и для плоского шлифования. Кроме того, ЧЦ с толстыми стенками применяют для внутреннего шлифования цилиндрических поверхностей с буртиком или же для глухих отверстий. Они крепятся планшайбами.

Шлифовальные круги больших размеров делают сборной конструкции, состоящие из нескольких сегментов. Сегменты зажимают в гнездах патрона, который крепится на шпинделе станка. После закрепления сегменты образуют прерывистую плоскую кольцевую поверхность. Шлифовальные сегменты делают различной формы: плоские, выпукло-вогнутые, вогнутовыпуклые, выпукло-плоские, плосковыпуклые, трапециевидные специальной формы.Достоинством абразивных инструментов является то, что они обеспечивают высокую точность обработки, низкую шероховатость поверхности, позволяют обрабатывать твердые материалы, а также металлы в закаленном состоянии. Однако они имеют и существенные недостатки. При шлифовании возникают растягивающие напряжения в поверхностном слое, что отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах контактных поверхностей деталей машин и приборов. Они создают прижоги и шаржирование обработанной поверхности абразивными отходами.Абразивные зерна имеют разную, неопределенную и совсем нерациональную геометрию. На поверхности инструмента они не ориентированы и расположены неравномерно. Все это создает более высокие напряжения процесса резания при шлифовании и, как следствие, ведет к повышению силового воздействия и контактной температуры в зоне резания.Абразивные инструменты характеризуются формой, размерами, родом абразивного материала, зернистостью абразивного материала, видом связки, твердостью, структурой и прочностью.

 

 

Минералокерамика

Минералокерамика и сверхтвёрдые материалы. Марки, свойства, хим. состав, область применения.

Минералокерамические инструментальные материалы обладают высокой твердостью (HRA 90—94), теплостойкостью до 1200° С и износостойкостью и в ряде случаев значительно превосходят по стойкости и производительности твердые сплавы. Их основой является окись аллюминия(А12О3),в состав которого иногда входят такие металлы, как вольфрам, титан, молибден, тантал, хром или их карбиды. Главными недостатками режущей керамики являются ее высокая хрупкость, низкая ударная вязкость и плохая сопротивляемость циклическим изменениям тепловой нагрузки. Они используются при получистовой и чистовой обточке и расточке деталей из высокопрочных и отбеленных чугунов, закаленных и труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных металлов и их сплавов, а также неметаллических материалов с высокими скоростями резания без применения СОЖ, в условиях резания без толчков и ударов. Высокая теплостойкость позволяет применятъ скорости резания, значительно превышающие скорости резания твердосплавным инструментом(до 500м/мин), что является ее основным достоинством.Наиболее высокие режущие свойства имеют пластинки из керамики марки ЦМ332, которую получают из тонкоизмельченного электрокорунда (размер зерна 1—2 мкм).

Оксидно-карбидную керамику получают введением в состав ее основы (А12О3) легирующих добавок карбидов хрома, титана, вольфрама, молибдена и сложных карбидов этих металлов. Это повышает предел прочности керамики на изгиб до 450...700 МПа, но несколько снижает ее теплостойкость и износостойкостъ. Серийно выпускается керамика марок В3 и ВОК-60 и опытные марки ВОК-63, ВШ-75.Режущая керамика изготовляется в виде пластинок, которые крепятся к корпусу инструмента механическим путем, напаиваются или соединяются с корпусом с помощью клея. Пластинки из минералокерамики могут подвергаться отжигу. В результате отжига пластинок марок ВОК-60 и ВОК-63 стойкость их повышается в два—четыре раза по сравнению с неотожженными.

СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

К режущим сверхтвердым материалам относятся природные (алмаз) и синтетические материалы. Самым твердым из известных инструментальных материалов является алмаз. Он обладает высокой износостойкостью, хорошей теплопроводностью, небольшим коэффициентом трения и малой адгезионной способностью к металлам, за исключением железа и его сплавов с углеродом. Наряду с высокой твердостью алмаз обладает и большой хрупкостью. Алмаз обладает высокой теплопроводностью, что благоприятствует отводу теплоты из зоны резания и обусловливает его малые тепловые деформации. К недостаткам алмазных инструментов также относится их высокая стоимость (в 50 и более раз сравнительно с другими инструментами) и дефицитность. В то же время алмазный инструмент отличается высокой производительностью и длительным сроком службы (до 200 ч) при обработке цветных металлов и их сплавов, титана и его сплавов, а также пластмасс на высоких скоростях резания. При этом обеспечиваются высокая точность размеров и качество поверхности, что, как правило, исключает необходимость операции шлифования обрабатываемых деталей.

Различают природные (А) и синтетические (АС) алмазы. Природные алмазы применяются для изготовления лезвийного инструмента (резцы, сверла, фрезы). Синтетические алмазы получают путем перевода углерода в другую модификацию за счет значительного объема исходного графита в условиях высоких температур (~2500° С) и давлений (~1 000 000 МПа).

Синтетические алмазы можно получить с различной твердостью, прочностью и другими свойствами, изменяя параметры технологического процесса их изготовления, чем они выгодно отличаются от природных алмазов. Синтетические алмазы тверже природных. Вершины режущих элементов синтетических алмазов более остры. Выпускают синтетические алмазы марки АСБ и АСПК.

Сверхтвёрдые материалы имеют название – эльбор(кубический нитрид бора), каждая его марка имеет вполне определенную область применения которая определ. условиями резания обраб. материала с себестоим. обработки.

 

Твердые сплавы

Твёрдые сплавы. Марки, свойства, хим. состав, область применения.

По структуре твердый сплав представляет собой конгломерат мельчайших зерен карбидов тугоплавких металлов, связанных металлическим кобальтом или никелем. Массовая доля карбидов в твердых сплавах на кобальтовой основе составляет 75—97%, на никелевой основе—61—79%. Теплостойкость твердых сплавов различных марок составляет 800—900° С, что позволяет повысить скорость резания по сравнению с быстрорежущей сталью в два — десять и более раз и, как правило, поднять производительность обработки. В зависимости от состава карбидной фазы, три группы твердых сплавов: вольфрамовую ВК — однокарбидную, титано-вольфрамовую ТК —двухкарбидную и титано-тантало-вольфрамовую ТТК —трехкарбидную.

Сплавы группы ВК применяются для обработки материалов, дающих стружку надлома (хрупкие материалы) или элементную стружку. Они используются и при резании деталей из труднообрабатываемых материалов —сталей с 1600 МПа, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, титановых сплавов и т. д. — при невысоких скоростях резания (10—6Ом/мин). Сплавы этой группы применяются и при обработке цветных металлов, когда силы резания относительно невелики и в инструменте не возникают значительные контактные и тепловые напряжения.

Сплавы группы ТК в основном применяются при обработке пластичных материалов, к которым относятся конструкционные и легированные стали обычной обрабатываемости. С целью увеличения износостойкости сплавов группы ТК часть WC в них заменяется TiC (массовая доля 5—30%). Это повышает твердость сплава, ослабляется его адгезия к стальной стружке и снижается коэффициент трения между сплавом и сталью. В обозначении марок твердых сплавов группы ТК, цифра после буквы Т указывает массовую долю TiC, а после буквы К —кобальта, в %. Остальное — WC.

Сплавы группы ТК более тверды, теплостойки и износостойки, чем соответствующие по содержанию кобальта сплавы группы ВК, но в то же время и более хрупки и менее прочны, чем последние. Поэтому сплавы группы ТК плохо выдерживают ударные нагрузки, прерывистое резание и резание с переменным сечением среза. С увеличением содержания TiC твердость, теплостойкость и износостойкость сплава при обработке стали повышаются, а его прочность снижается. Увеличение содержания кобальта влечет за собой повышение прочности, но снижает твердость, износостойкость и теплостойкость сплава. Чем мельче зерна карбидных фаз, тем выше твердость и износостойкость сплава и тем он менее прочен.

 

Все сплавы группы ТК обладают большим сродством с титановыми сталями и сплавами, что в процессе резания приводит к выкрашиванию пластины и преждевременному ее разрушению.В этих случаях применяются сплавы группы ВК или быстрорежущие стали.

Твердые сплавы группы ТТК обладают более высокой прочностью (вязкостью), чем сплавы группы ТК, за счет замены части TiC карбидом тантала (ТаС), имеющим меньшую микротвердость и более высокую температуру плавления. Добавка карбида тантала существенно увеличивает сопротивление сплава трещинообразованию при резких перепадах температуры и прерывистом резании, а также его прочность. Карбид тантала образует с карбидом титана и вольфрама тройные твердые растворы. Цифры после букв ТТ указывают на суммарную массовую долю карбидов титана и тантала в %, кроме сплава марки ТТ8К6. Цифры, стоящие после буквы К, показывают массовую долю кобальта в %. Остальное — фаза WC.

Уступая сплавам групп ТК по теплостойкости, сплавы группы ТТК превосходят их по прочности и как бы являются промежуточными между сплавами групп ТК и ВК. Они характеризуются высокими износостойкостью и эксплуатационной прочностью, со-противлением удару, вибрациям и выкрашиванию. Сплавы группы ТТК используются при обработке как сталей, так и чугунов. Они хорошо зарекомендовали себя при черновой обработке с большим сечением среза, при работе с ударами (строгание, фрезерование), а также при сверлении, когда повышенная прочность компенсирует снижение их теплостойкости.

Новой группой твердых сплавов являются безвольфрамовые твердые сплавы, в которых карбид вольфрама заменен карбидом титана или карбонитридом титана, а в качестве связки используются никель, железо, молибден. Сплавы отличаются высокой окалиностойкостью, малым коэффициентом трения, пониженной склонностью к адгезии, меньшей плотностью, пониженной прочностью, склонностью к трещинообразованию при напайке. Они показывают хорошие результаты при получистовой обработке резанием вязких металлов, конструкционных и малолегированных сталей, меди, никеля и др.

Для повышения износостойкости неперетачиваемых твердосплавных многогранных пластинок и цельнотвердосплавных изделий на них наносят тонкий слой карбида титана или других высокотвердых материалов. Это позволяет повысить стойкость инструмента при сохранении прочности и вязкости. Пластинки под покрытие карбидом титана изготовляются из твердых сплавов марок ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК8, Т5К10, T5KI2, Т15К6, Т14К8, Т30К4, ТТ7К12 и ТТ10К8-6.

 

 

 







Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.