Різання алмазними лезовими інструментами (стр. 2 из 3)

5. Теплові явища

Менша в порівнянні з тонким точінням робота різання при алмазному точінні визначає і менше тепловиділення. Висока теплопровідність алмазних різців забезпечує низький рівень температури в зоні різання при точінні кольорових металів, пластмас і низки інших матеріалів. Навіть при високих швидкостях температура в зоні різання рідко перевищує 200 °С, що дозволяє говорити про процес алмазного точіння як про «холодний». Виняток складають титанові і деякі інші сплави, при обробці яких температура в зоні різання досягає великих значень.

Вплив режимів різання на температуру при алмазному точінні латуні, подано на рис. 8. Її рівень не перевищує 200 °С. Найбільший вплив на температуру має швидкість, найменше - глибина різання.

Рис. 8

На відміну від традиційного точіння, де головним джерелом тепла є деформації і тертя в процесі стружкоутворення на передній поверхні різця, при алмазному точінні з малими товщинами зрізу до а = 0,02 мм головним джерелом тепловиділення є тертя по задній поверхні. Тому тепловий потік буде спрямований не з боку передньої, а з боку задньої поверхні (рис. 9).

Рис. 9

При обробці кольорових металів велика частина тепла спрямовується в стружку та оброблювану деталь. У різець, як правило, йде невелика кількість тепла, тому що теплопровідність оправок стандартних алмазних різців набагато нижча алмазу й оброблюваного матеріалу.

При обробці матеріалів, що мають низьку теплопровідність (пластмаси, титанові сплави), кількість тепла, що іде в різець, збільшується. У цих випадках для кращого відведення тепла можна використовувати оправки різців із теплопровідних матеріалів. Температура поверхні деталі при алмазному точінні кольорових металів рідко перевищує 100 °С. Це значить, що термічні зміни в поверхневому шарі деталі мінімальні або виключені.

Низька теплонапруженість при алмазному точінні, невисокий рівень температур деталі й інструмента дозволяють забезпечити високу точність обробки при зберіганні високої якості.

6. Знос і стійкість алмазних різців

При точінні міді, латуні, алюмінію, пластмас та інших матеріалів стійкість алмазних різців може досягати декількох сотень годин, що в багато разів перевищує можливості усіх відомих інструментальних матеріалів. Це дозволяє робити обробку деталей без підналагодження та регулювання інструмента по декілька змін підряд, що дуже важливо в автоматизованому виробництві. Висока стійкість, у тому числі і розмірна, робить алмазний інструмент незамінним у високих технологіях. Водночас при обробці різноманітних груп матеріалів алмазні різці зношуються по-різному, у зв’язку з чим оброблювані матеріали умовно можна розділити на три групи.

Перша група охоплює такі матеріали, при обробці яких регулярний, монотонний, зростаючий знос практично відсутній. Різці тут виходять з ладу за випадкових причин: зупинкаверстата, його вібрації, випадкові включення в металі, удари тощо. Сюди відносяться мідь, латуні та бронзи, що не мають твердих включень, алюміній та його сплави, магній, дорогоцінні метали, пластмаси без твердих наповнювачів тощо.

Друга група охоплює метали та неметалічні матеріали, що містять тверді включення. Обробка матеріалів цієї групи характеризується повільним регулярним зношуванням інструмента. Проте знос інструмента тут не пов'язаний із температурою в зоні різання, тому що її рівень низький і недостатній для термоактивованого зносу. Сюди належать кольорові метали і сплави, що містять тверді включення, пластмаси з твердими наповнювачами, керамічні матеріали тощо.

До третьої групи відносять матеріали, обробка яких викликає виникнення високих температур: 700-900 °С, тобто таких, при яких алмазний різець інтенсивно зношується. До таких матеріалів можна віднести титан та його сплави, цирконій, вольфрам, тверді сплави та ін. Тут інтенсивність зносу вища, ніж при обробці матеріалів другої групи.

Найвищою стійкістю алмазних різців відрізняється обробка матеріалів першої групи, найнижчою - третьої групи.

Обробка матеріалів першої і другої груп супроводжується втомно-механічним видом зносу.

Знос різців при обробці матеріалів третьої групи пов'язаний, насамперед, із високими температурами в зоні різання.

У монокристалі природного алмазу в результаті втомно-механічного впливу з’являються тріщини на ріжучій кромці, збільшуються, ростуть і можуть досягати значних розмірів.

У синтетичного полікристалічного алмазу тріщина, що з'являється, гальмується і зупиняється межами кристалітів і металевих включень.

Отже, полікристалічна будова синтетичних алмазів дозволяє одержати більш високу зносостійкість алмазного інструмента.

Особливої уваги заслуговує питання про обробку алмазними різцями чорних металів. При їх точінні чорних не алмазним інструментом утворюється наріст, що вироджується тільки при досягненні визначеної температури. На алмазному різці наріст практично не вироджується навіть при високих швидкостях різання через високу теплопровідність алмазу і неможливості з цієї причини досягти температур виродження наросту (рис. 10).

Рис. 10

Нестійкість і часті зриви наросту призводять до інтенсивного зносу алмазного різця. Знос в основному відбувається з боку задньої поверхні, тому що, по-перше, на неї діють частки наросту, що потрапляють під ріжуче лезо різця, а, по-друге, високі тиски сприяють розхитуванню і руйнації блоків алмазу.

Необхідно відзначити, що переваг при алмазному точінні чорних металів, як правило, не спостерігається, тому що оброблювану поверхню формує не ріжуче лезо алмазного різця, а наріст, який не забезпечує високу якість обробки.

7.Якість поверхні

У формуванні поверхневого шару й обробленої поверхні роль фізичних чинників (адгезійна взаємодія, температурний вплив, фазово-структурні зміни тощо) значно менша, ніж при точінні іншими інструментальними матеріалами. Тому при алмазному точінні на перше місце виходять чинники, які впливають на утворення мікронерівностей чисто геометрично. Фазово-структурні зміни в поверхневому шарі деталі найчастіше відсутні, тому що рівень температур при обробці матеріалів першої і другої груп низький.

Залежності шорсткості обробленої поверхні від швидкості різання при точінні алмазними і твердосплавними різцями (рис. 11) якісно повторюють закономірності впливу швидкості на коефіцієнт тертя й усадку стружки, розглянуті вище. При алмазному точінні першої і другої груп матеріалів швидкість різання практично не впливає на шорсткість поверхні в широкому діапазоні.

Рис. 11

У той же час при тонкому точінні твердосплавним інструментом висота мікронерівностей, в утворенні яких велику роль відіграє фізичний чинник, значно вища. В інтервалі швидкостей різання, у якому спостерігається особливо сильна взаємодія твердосплавного різця з оброблюваним матеріалом, розходження алмазного «холодного» і тонкого «гарячого» точіння особливо великі.

При поздовжньому точінні алмазними різцями можна забезпечити шорсткість обробленої поверхні, що досягає Rz= 0,03 мкм (природним алмазом). Проте тут для досягненнявисокої якості обробленої поверхні необхідні спеціальні верстати. При алмазному точінні врізанням (без поздовжньої подачі) можна одержати шорсткість поверхні, дуже близьку до шорсткості ріжучої кромки різця. При добре доведених ріжучих кромках різців із природних алмазів можна порівняно легко одержати Rz= 0,05 мкм.

При поздовжньому точінні шорсткість поверхні так само буде залежати від якості заточення інструмента.

Головними чинниками, що впливають на шорсткість обробленої поверхні, є подача і точність установки алмазного різця.

Глибина різання практично не впливає на шорсткість обробленої поверхні. Проте різці із синтетичних алмазів ще не можуть забезпечити такий же рівень шорсткості, як і різці з природних алмазів. Полікристалічна будова не дозволяє одержати дуже чисту ріжучу кромку, тому що при заточенні окремі блоки кристалітів викришуються, залишаючи зриви на ріжучому лезі. Чим крупніші кристаліти, тим більш шорсткуватою утворюється ріжуча кромка. Забезпечити низьку шорсткість ріжучої кромки різця можна, зменшивши розміри кристалітів у полікристалі або підвищивши міцність їхнього утримання, а тим самим покращивши доведення ріжучої кромки.

Істотний вплив на шорсткість обробленої поверхні чинить знос алмазних різців. Поява на рівній, чистій ріжучій кромці зривів, мікротріщин призводить до погіршення якості обробленої поверхні. При цьому розмір зносу по задній поверхні може бути дуже невеличкий hз = 0,05 мм.

При обробці матеріалів другої групи вплив зносу різця на шорсткість обробленої поверхні більш складний. Через те, що знос різців тут втомно-механічний, то утворюються площадки зносу, що представляють собою поверхню зламу з величезною кількістю гострих мікрокромок. Стикаючись з обробленою поверхнею, площадка зносу «підшліфовує» її, поліпшуючи якість обробки (рис. 12). Тому зі збільшенням площадки зносу (до певного розміру) росте число мікрокромок на поверхні зносу і знижується шорсткість обробленої поверхні.

Рис. 12

Це є ще одною особливістю алмазного точіння, що вигідно відрізняється від тонкого точіння, де збільшення зносу завжди тільки погіршує якість обробленої поверхні.

8. Вибір критерію зносу алмазних різців

Вибір критерію зносу алмазних різців регламентується, в основному, двома чинниками: якістю обробленої поверхні і собівартістю обробки. При необхідності забезпечувати високу якість обробленої поверхні (Ra= 0,3 мм) розмір зносу може обмежуватися значеннями 0,05-0,1 мм.