Різання алмазними лезовими інструментами (стр. 1 из 3)

Різання алмазними лезовими інструментами

Вступ

Одним із важливих напрямків сучасної матеріалообробки є різання інструментами з природних і синтетичних алмазів. Характерними для нього є висока розмірна стійкість різального інструмента ( в 10-ки а то і в 100-ні разів перевищуюча стійкість традиційного інструмента звичайної твердості), це гарантує підвищену точність при виготовленні деталей машин; висока швидкість різання і, отже, підвищена продуктивність обробки; висока якість обробленої поверхні, недосяжна іншими методами обробки.

алмаз різання інструмент лезовий

1. Характеристика алмазного лезового інструмента

Алмазним інструментам немає конкурентів в обробці матеріалів на незалізній основі, таких як склопластики, високолеговані алюмінієві сплави (особливо з кремнієм), композиційні матеріали і волокно, композиційні деревоматеріали, кольорові метали, кераміка, скло та ін. Однак область застосування їх не охоплює значну частину оброблюваних матеріалів на основі заліза (приблизно 80 % від застосовуваної кількості матеріалів).

Алмазні інструментальні матеріали підрозділяються на такі групи:

• РКD- полікристалічний алмаз, синтезований при високих тисках і температурі;

• СVDабо ОРСVD- алмаз або полікристалічний алмаз, отриманий хімічним осадженням із газової фази при низькому тиску .

Чистий монокристал алмазу, який має неперевершену твердість і зносостійкість, відрізняється крихкістю і відповідно ризиком відмови при ударах. Полікристали РКD(із включенням кобальту) або СVD-алмазу («вільні від металу») мають середню міцність.

Більш низька зносостійкість порівняно з монокристалом у полікристалічних алмазів РКDпри температурах понад 700 °С.

РКD«досягає» коефіцієнта в'язкості твердого сплаву, тому цей придатний, також для технологічних операцій з відносно високими динамічними значеннями сили різання.

Всі інструментальні матеріали на основі алмазу є відмінними провідниками тепла і перевершують у цьому відношенні альтернативні матеріали. Швидке відведення тепла з зони різання в тіло інструмента підтримує дотримання суворих умов різання, так само як і «м'який» тепловий режим для алмазу.Коефіцієнти теплопровідності алмазу змінюються в залежності від чистоти, структури й орієнтації.

Рис. 1

Монокристали алмазу мають дуже велику твердість, низькі коефіцієнти тертя, високу жорсткість, номінальні параметри кристалічної ґратки.

Монокристалічна структура алмазу має явно виражену анізотропію (неоднаковість фіз. властивостей у різних напрямках) властивостей у залежності від орієнтації. Залежно від орієнтації в кристалічній гратці спостерігається підвищення стійкості ріжучої частини.

Полікристалічні синтетичні алмази відрізняються мікроскопічною анізотропією матеріалу, викликаною різноманітною кристалографічною орієнтацією окремих кристалітів, що призводить до перемінного впливу в межах контакту полікристалу з оброблюваним матеріалам.

2. Особливості контактних процесів

Закономірності контактних процесів у зоні різання алмазного та неалмазного інструментів істотно відрізняються.

Головний вплив на процеси, що відбуваються в контакті алмазного інструмента з оброблюваним матеріалом обумовлюють його найвища твердість та низький коефіцієнт тертя з більшістю матеріалів, а також його висока теплопровідність.

Отже, більш низький рівень роботи тертя, менші витрати па пластичне деформування і низька температура в контактних прошарках - головні особливості, що визначають переваги алмазного інструмента.

Збільшення швидкості ковзання до 1000 м/хв і більше практично не змінює мале значення коефіцієнта тертя синтетичних та природних алмазів із металами (рис. 4.3), тоді як для твердого сплаву зі збільшенням швидкості розмір цього коефіцієнта спочатку росте, досягає максимуму і далі падає. Таке розходження пов'язане з тим, що в контакті з твердим сплавом виникають високі температури, які ініціюють адгезію з металом. Це призводить до росту коефіцієнта тертя. Подальший ріст швидкості пов'язаний із підвищенням температури контактних поверхонь, що послаблює адгезійні зв'язки, знижує коефіцієнт тертя.

Рис. 2

Природний алмаз має найнижчий коефіцієнт тертя з металами порівняно із синтетичними алмазами АСПК (алмаз синтетичний полікристалічний) і АСБ. Таке розходження пояснюється тим, що синтетичні алмази на відміну від природних мають на поверхні пори та заглиблення, викликані випаданням частин кристалітів, а також металеві включення. У АСБ пор і включень більше, ніж в АСПК. Ці пори заповнюються оброблюваним металом, що погіршує умови тертя.

3. Стружкоутворення

Стружкоутворення при алмазному точінні порівняно з тонким точінням твердосплавним або іншим інструментом характеризується меншим рівнем деформації шару, що зрізається. Це підтверджується меншою усадкою стружки, великим значенням кутів зсуву, зниженням рівня сил і роботи різання.

Вплив швидкості різання на усадку стружки показано на рис. 3.

Рис. 3

Горбоподібний характер залежності K= f(v) при точінні твердосплавним різцем пояснюється тим, що з підвищенням швидкості до Vт зростає температура і, отже, зростає адгезійна взаємодія інструмента зі стружкою. Коефіцієнт тертя при цьому збільшується. Все це призводить до зростання усадки стружки. При досягненні швидкості Vт і подальшому її зростанні температура в зоні контакту досягає таких великих значень, при яких міцність адгезійних зв'язок падає, тому що падає міцність матеріалу стружки в контакті, коефіцієнт тертя і, як наслідок, усадка стружки знижуються. Отже, при тонкому (неалмазному) точінні пластичних матеріалів спостерігається діапазон швидкостей різання (поруч із Vт), у якому обробка ускладнена. Цей діапазон швидкостей різання є «зоною важкої оброблюваності», тому що сили різання тут найбільші, якість поверхні найгірша, а сам процес різання динамічно менше стійкий.

Для алмазних різців збільшення швидкості різання до 1000 м/хв і вище практично не змінювало усадку стружки. При цьому «зони важкооброблюваності» не спостерігаються у всьому діапазоні досліджуваних швидкостей. Ця важлива особливість алмазного точіння пояснюється відсутністю активної адгезійної взаємодії алмазу з більшістю оброблюваних матеріалів, чому сприяє низький рівень температур, що супроводжують алмазне точіння.

Вплив подачі на усадку стружки (рис. 4) також пов'язаний із зовнішнім (для алмазних різців) та внутрішнім (для твердосплавних) тертям.

Рис. 4

При тонкому точінні твердосплавним різцем збільшення подачі, тобто товщини зрізу, зменшує усадку стружки, тому що при цьому зростає температура і знижується коефіцієнт тертя. При алмазному точінні збільшення товщини зрізу тільки збільшує коефіцієнт тертя в контакті різця зі стружкою, що призводить до збільшення усадки стружки. При великих товщинах зрізу розходження в усадці стружки при алмазному і тонкому точінні зменшується. Найбільше розходження виявляється при малих товщинах зрізу. Тому тут переваги алмазного точіння найбільш істотні.

Вплив глибини різання на усадку стружки при тонкому і алмазному точінні практично відсутній.

4. Сили різання

Сили різання при алмазному точінні характеризуються істотно меншим рівнем, ніж при тонкому точінні твердим сплавом. Головними чинниками, що впливають на зниження сил при алмазному точінні, є менший коефіцієнт тертя і малий радіусзакруглення ріжучого леза в алмазному різці.

На рис. 5 показано вплив швидкості головного робочого руху при алмазному і, для порівняння, тонкому точінні мідних сплавів на складові сили різання. Якісно характер зміни залежностей такий же, як і для K= f(v) і μ= f(v). Сили різання при алмазному точінні в 2-4 рази менші, ніж при тонкому точінні. Для різців з природних алмазів вони менші, ніж із синтетичних алмазів. Це визначається меншим коефіцієнтом тертя і меншим радіусом заокруглення ріжучого леза.

Рис. 5

Збільшення подачі (площі перерізу зрізу) збільшує сили різання. Проте інтенсивність цієї зміни при тонкому і алмазному точінні різна. При малих перетинах зрізу радіальна складова Ру може бути більшою, ніж тангенційна Рz(рис. 6). Це пояснюється великими силами на задній поверхні різця.

Рис. 6

Важливою особливістю алмазного точіння е порівняно мала зміна сил різання при зносі різця. Інтенсивність збільшення сил різання зі зносом твердосплавного та алмазного різців різна. При зносі алмазного різця сили різання зростають значно менше, головним чином, у початковий період. Чим більше знос інструментів, тим це розходження більше. Знос алмазних різців не призводить до такого інтенсивного збільшення радіуса округлення ріжучого леза, як це має місце у твердосплавних або швидкорізальних інструментів (рис. 7).

Рис. 7

Із зносом алмазного різця сили на задній поверхні збільшуються, проте питомі навантаження не ростуть, а падають, тому що площадка зносу збільшується швидше, ніж сила різання. Тому створення на задній поверхні різця невеликих розвантажувальних фасок підвищує працездатність інструмента.