В настоящее время расчетных схем, направленных на решение указанной задачи не разработано.
Следующей задачей, решаемой при переходе от шлифования к точению, является выбор инструментального материала, обеспечивающего наилучшие технико-экономические показатели обработки.
Инструмент для токарной обработки покрытий
В качестве инструментального материала для напыленных покрытий с твердостью до 40 HRC рекомендуется применять твердый сплав (ВК2, ВК3, ВК3М, ВК, ВК6M ВК8, Т5К10, Т15К6, ТТ7К12, ТН20, КНТ16, КНТ20) обеспечивающий требования к шероховатости поверхности, при вполне достаточной стойкости инструмента и производительности обработки. При этом скорость резания составляет 30—45 м/мин, подача — 0,15—0,3 мм/об, глубина резания — 0,5—0,75 мм стойкость- 30-55 мин [66]. При обработке напылений твердостью 40-45 HRC приходится уменьшать скорость резания до 10—15 м/мин, а стойкость резцов при этом также снижается до 15—20 мин. Низкая размерная стойкость твердосплавного инструмента исключает возможность окончательной обработки точением напыленных деталей, т. к. не обеспечивается требуемая точность.
При твердости покрытия свыше 45 HRC обработка инструментами из твердых сплавов практически невозможна. Улучшить технико-экономические показатели обработки наплавленных и напыленных покрытий твердостью свыше 45 HRCможно за счет применения инструмента, оснащенного поликристаллическими сверхтвердыми материалами (ПСТМ) на основе кубического нитрида бора (КНБ). Вопросы использования СТМ исследованы достаточно широко [24,26,37,47,59,93]. Рекомендуется применять следующие марки инструментальных материалов: гексанит-Р и эльбор-Р. За рубежом наиболее часто применяются сплошные и двухслойные пластины из амборита, как показано в работах В. Ксабы и Ч. Байка. Резцами из этих материалов можно снимать поверхностный слой покрытий со значительными макроотклонениями профиля, что наряду с неоднородностью структуры и свойств покрытий приводит к большим динамическим нагрузкам на режущее лезвие. Особенно эффективно применение инструмента с механическим креплением режущего элемента в державке.
Композит 01 (эльбор-Р) и композит 02 (белбор) — поликристаллы из кубического нитрида бора (КНБ) с минимальным количеством примесей, рекомендуются для тонкого и чистового точения (преимущественно без удара) и торцового фрезерования. Композит 10 (гексанит-Р) и двухслойные пластины из композита 10Д — поликристаллы на основе вюртцитоподобного нитрида бора (ВНБ), рекомендуются для предварительного и окончательного точения с ударом и без удара и торцового фрезерования.
В табл. 5.2 приведены результаты сравнительных испытаний твердосплавного инструмента и инструмента на основе кубического нитрида бора.
Результаты сравнительных испытаний резцов при точении плазменных покрытий из порошка ПГ-СРЗ
Таблица 5.2
| Параметр обработки | Величина параметра при обработке резцом с пластинами из сплава | |
| ВК8 | киборит | |
| Скорость резания, м/мин | 21,6 — 26,8(21,6 — 26,8)* | 180 — 280(290—550) |
| Подача, мм/об | 0.080(0,028) | 0,040—0,080(0,028) |
| Глубина резания, мм | 0,9(0,2) | 0,9(0,2) |
| Производительность,мм3/мин | 1590—2120(120—460) | 6600—20000(1600—3000) |
| Ra, мкм | 1,4—1,7 | 1,0—1,3 |
* Без скобок указана величина параметра при черновой обработке, в скобках – при чистовой
Сравнительные испытания деталей с плазменным покрытием из порошка ПГ-СРЗ (47—50 HRC)., проведенные Ю. А. Харламовым [106] показали, что при точении резцами с пластинами из киборита производительность черновой (по корке) и чистовой обработки будет соответственно в 10 и 6 раз выше, а параметры шероховатости обработанной поверхности и среднем на 20% ниже, чем при использовании резцов с пластинами из сплава марки ВК8. При выборе геометрических параметров инструмента также существуют закономерности. Учитывая что покрытия являются труднообрабатываем материалом, для повышения прочности режущего клина, рекомендуется принимать отрицательный передний угол Необходим достаточно большой радиус при вершине резца (0,3-1,0 мм) или переходная режущая кромка с φ0= 0° (0,05-0,3 мм). Главный угол в плане резца должен составлять 30-35° или больше, так как его малые значения предопределяют появление значительной радиальной составляющей силы резания. Главный угол в плане рекомендуется принимать j=30…35°, при уменьшении этого угла увеличивается радиальная сила, что способствует увеличению вибраций, что отрицательно сказывается на качестве обработанной поверхности. Задний угол рекомендуется выбирать в пределах 5…10°, в случае его увеличения, как показали исследования С.А. Клименко стойкость снижается. Покрытия могут обрабатываться инструментом, оснащенным круглыми неперетачиваемыми и многогранными пластинами ПСТМ. Геометрические параметры резцов с неперетачиваемыми пластинами киборита, систематизированные Г.В. Боровским приведены в табл. 1.3
При удалении наиболее дефектного поверхностного слоя покрытия (корки) с глубиной резания до 2,5 мм следует затачивать резцы с передним углом g— (15…20)°. Большей твердости обрабатываемого материала соответствует меньшее значение переднего угла.
При использовании резцов с механическим креплением режущего элемента державку оснащают шлифованной подкладкой из твердого сплава под режущий элемент. Это позволяет избежать деформации державки под действием сил резания при высокой температуре в зоне обработки. Зажимающий участок прихвата также армируют твердым сплавом, что снижает его износ сходящей стружкой и значительно повышает надежность работы.
Геометрические параметры резцов с неперетачиваемыми пластинами из киборита.
Таблица 5.3
| Тип резца | Формапластины | j, град | j1, град | a,град | g,град | r, мм |
| Проходной | Квадратная | 45…60 | 30…45 | 7…11 | -(7…11) | 0,3…0,5 |
| Круглая | — | — | 7—11 | -(7…11) | 3,5 | |
| Подрезной | Ромбическая | 90 | 10 | 7—11 | -(7…11) | 0,3…0,5 |
| Расточной | Квадратная | 45…60 | 30 …45 | 5…7 | -(5…7) | 0,3…0,5 |
| Круглая | — | — | 5…7 | -(5…7) | 3,5 |
Паяные резцы применяют при глубине резания до 1,0 мм, что связано с прочностью паяного соединения.
Для удаления припуска более 2,5…3,0 мм используют резцы с несколькими режущими элементами, каждый из которых удаляет припуск в пределах 1,0…1,5 мм.
Режущие элементы круглой формы из киборита можно поворачивать вокруг оси, что увеличивает период их стойкости в 5— 6 раз переворачивать с целью использования ее опорной поверхности' в качестве передней поверхности инструмента при полном ее износе с одной стороны, последовательно обтачивать по диаметру до меньших размеров, что в 20…30 раз увеличивает общий период стойкости инструмента до полного износа пластины при условии отсутствия хрупкого разрушения. Начальный диаметр пластины может составлять 7…8 мм.
Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывают скорость резания и подача, от которых зависит температура на контактных поверхностях инструмента При использовании резцов из гексанита-Р влияние режимов обработки, а особенно скорости резания, на стойкость проявляется сильнее, чем в случае применения резцов из эльбора-Р. Стойкость инструмента из композита 10 при черновом точении в 2-4 раза ниже, чем при чистовом. Влияние подачи на стойкость инструмента неоднозначно. В процессе резания покрытия ПГ-СР3 при скорости резания 0,5…0,7 м/с увеличение подачи от 0,04 до 0,30 мм/об вызывает возрастание стойкости инструмента а при скорости резания. более 12м/с - ее снижение. Это объясняется совместным влиянием скорости резания и подачи на теплообразование в зоне резания.
Износ инструментов из ПСТМ на основе КНБ существенно зависит от химического состава обрабатываемого покрытия. Наличие в нем титана и значительного количества хрома резко интенсифицирует износ инструмента вследствие химического взаимодействия на контактных площадках. Первоначально наибольший износ наблюдается в месте схода свободного края стружки, а затем распространяется на всю главную и частично на вспомогательную режущие кромки. Период приработочного износа составляет 5—10 мин. В широком диапазоне условий обработки износ инструмента носит комплексный характер, включая абразивный, адгезионный, диффузионный и химический (окислительный и эвтектический) виды износа.
С увеличением твердости покрытия до HRC3 58 стойкость инструмента из ПСТМ снижается, а эффективность его применения по сравнению с эффективностью использования твердосплавного инструмента возрастает.
За критерий затупления инструмента из гексанита-Р, эльбора-Р и других ПСТМ по результатам исследований Г.В. Боровского рекомендуется принимать величину фаски износа по задней поверхности h3, равную 0,4…0,6 мм, а в некоторых случаях — 0,6…0,7 мм. При обработке покрытий на основе твердых сплавов группы ВК для резцов из гексанита-Р таким критерием является h3 = 0,20…0,25 мм. Для круглых пластин из амборита рекомендуется h3=0,4…0,5 мм, а для пластин другой формы — 0,25…0,35 мм. Для поликристаллов из киборита при точении газотермических покрытий принимают h3=0,4 мм; для газопламенных покрытий Нп-65г — h3= 0,6 мм.
При обработке покрытий необходимо также уделять внимание силам, возникающим при резании, так как их высокие значения могут привести к дефектам при обработке. Значительная радиальная сила резания обусловливает возможность сколов при входе и выходе инструмента из детали, а также появление вибраций при недостаточной жесткости системы СПИД, что особенно характерно для изношенного инструмента.