Різання лезовим інструментом із надтвердих нітридів бору (стр. 2 из 3)

Таким чином, оптимальна працездатність інструмента із нітриду бору при точінні загартованих сталей реалізується в порівняно вузькому діапазоні швидкостей різання і, отже, температур.

Рис. 5

Значно впливають на зносостійкість різців із нітриду бору фазово-структурні особливості інструмента. При точінні загартованої сталі різцями з нітриду бору на основі сфалериту (сульфід цинка ZnS) - Ельбор-Р - оптимум у залежності довжини шляху різання від швидкості зрушений убік великих її значень. А оптимум для різців на основі вюрцита - Гексаніт-Р зрушений убік менших швидкостей різання (рис. 5). Це пояснюється розходженням у фізико-механічних властивостях Ельбору-Р і Гексаніту-Р, і, в першу чергу, різною термостійкістю, теплопровідністю, різними міцнісними показниками.

Звідси може бути зроблений висновок щодо переваг Ельбору-Р перед Гексанітом-Р. Проте така перевага має місце тільки у випадку спокійного, безударного різання, що зустрічається в реальному виробництві рідко. При роботі ж з ударами, вібраціями, нерівномірними припусками тощо, переваги завжди в інструмента на вюрцитній основі типу Гексаніт-Р.

Рис. 6

На рис. 6 показаний вплив відсоткового вмісту сфалериту і вюрциту в різцях із нітриду бору на довжину шляху різання при точінні загартованої сталі з ударами і без ударів. Збільшення утримання вюрциту ВNв підвищує стійкість інструмента при роботі з ударами. Стійкість різців в умовах спокійного різання при цьому падає. Збільшення ж сфалериту ВNсф підвищує стійкість інструмента при роботі без ударів. Таким чином, змінюючи фазовий склад, можна забезпечувати необхідні характеристики різальному інструменту в залежності від умовобробки.

Як критерій затуплення різців із нітриду бору варто приймати знос по задній поверхні не більше 0,4 мм.

Зв'язок між швидкістю різання та стійкістю при обробці загартованих сталей інструментами з ПНТМ має вигляд як показано на рис. 7.

Рис. 7

Криву можна розділити на три характерних діапазони. У першому - із збільшенням швидкості різання до v12 стійкість різців падає, сягаючи мінімуму, потім із подальшим збільшенням швидкості вона зростає (другий діапазон) і при оптимальній швидкості доходить до максимуму, після чого падає.

6. Якість поверхні

Завдяки високій якості процес лезової обробки нітридоборним інструментом є конкурентоспроможним абразивній обробці. На формування мікронерівностей обробленої поверхні найбільше впливають режими різання і знос інструмента, а також твердістьоброблюваного металу. На рис. 8 показаний вплив швидкості різання на шорсткість обробленої поверхні при точінні загартованих сталей різної твердості.

Рис. 8

Із зростанням швидкості різання шорсткість поверхні зменшується: в області малих швидкостей різання (дооптимальних) - інтенсивно, а в області оптимальних і вище оптимальних - незначно. Такий вплив швидкості різання на шорсткість пояснюється тим, що при малих швидкостях процес різання, як відзначалося раніше, нестабільний - динамічно нестійкий, тому що температура в зоні різання ще невисока. Звідси великі сили, велика усадка і несприятливі умови стружкоутворення. Із зростанням швидкості процес різання стабілізується і шорсткість зменшується. При обробці сталей НR.С 63-65 на верстатах підвищеної точності досягається шорсткість Rа =0,35 мкм, а на верстатах звичайної точності -Rа = 0,4-0.5 мкм. Збільшення шорсткості зі зменшенням твердості оброблюваного матеріалу можна пояснити застійними явищами (наростом) на передній поверхні інструмента, що інтенсифікуються зі зниженням твердості.

При лезовій обробці загартованих сталей різцями з ПНТМу поверхневому прошарку формуються стискуючі залишкові напруги, що підвищують зносостійкість деталей машин.

Рис. 9

Величина і знак залишкових напружень залежать від швидкості різання, подачі, геометрії різця та інших умов, вплив яких виявляється в зміні ролі силового і температурного факторів. (рис. 9) Збільшення швидкості різання призводить до зниження стискуючих залишкових напружень, тому що воносупроводжується підвищенням температури в поверхневому прошарку.

Збільшення подачі призводить до підвищення стискуючих напружень, одночасно збільшується глибина їхнього залягання. Це знаходиться у повній відповідності до того факту, що зі збільшенням подачі зростають сили різання, відповідальні за виникнення стискуючих залишкових напружень.

Вивчення особливостей формування шорсткості обробленої поверхні при лезовій обробці інструментами із нітриду бору показало, що форма нерівностей відрізняється від нерівностей, отриманих традиційним інструментом. Це позначається на такому показнику, як відносна опорна довжина профілю tр, що істотно більше при нітридборній обробці. Зміна форми нерівностей пояснюється великою їхньою деформацією в процесі різання, викликаної температурним та силовим факторами. Як зазначалося вище, питомі навантаження, що діють із боку задньої поверхні різця на оброблену поверхню, досягають 200 кг/мм2. При таких питомих навантаженнях в умовах сильного нагрівання форма нерівностей змінюється. Профіль нерівностей стає опуклим, що і призводить до зростання відносної опорної довжини профілю.

Таким чином, несуча спроможність поверхні при обробці різцями з нітриду бору збільшується, підвищуючи працездатність деталей машин.

Мікротвердість обробленої поверхні, як правило, збільшується.

Аналіз параметрів якості поверхневого прошарку і шорсткості поверхні, обробленої розточуванням, дозволив зробити висновок про можливість, а у ряді випадків доцільность заміни операції внутрішнього шліфування розточуванням отворів у загартованих сталях різцями з Ельбору-Р і Гексаніту-Р.

алмазний нітридборний інструмент різання

7. Різання при періодичних навантаженнях

Періодичними прийнято називати поверхні, профіль яких складається з періодично повторюваних однакових ділянок. Властивості періодичності особливо чітко виявляються в полігонних (багатогранних) поверхнях.

Деталі з такими поверхнями широко застосовуються в машинобудуванні. Розроблено ефективні технології обробки полігонних деталей та універсальні токарські і шліфувальні верстати, на яких з однієї установки можна обробляти круглі і полігонні, зовнішні і внутрішні поверхні.

Кінематичні та геометричні умови різання при розточуванні на різних ділянках полігонного профілю істотно різняться. Це одна з важливих особливостей розточування полігонних отворів. Отримані епюри розподілу кінематичних кутів і швидкості різання по полігонному профілю (рис. 10) дозволяють обґрунтовано призначати раціональні передній та задній статичні кути й аргументовано пояснювати різноманітні сторони процесу різання.

Доведено, що ефективна обробка полігонних отворів загартованих сталей може здійснюватися тільки різанням інструментом на основі надтвердого нітриду бору.

Встановлено, що в залежності від кута повороту полігонної поверхні значно змінюються кінематичні кути і швидкість різання, внаслідок чого відбувається зміна рівнодіючої сили різання (за розміром і напрямком) і шорсткість обробленої поверхні.

Великим циклічним навантаженням, що виявляються при обробці полігонних поверхонь, краще протистоять різці з Гексаніту-Р, який забезпечує високу стійкість і найвищу працездатність.

8. Застосування інструмента з надтвердих нітридів бору

Дослідження і практика застосування інструмента з надтвердих нітридів бору показують, що технологічні процеси, що базуються на його використанні, дозволяють:

• знизити шорсткість обробленої поверхні до Rа = 0,08 мкм і досягти точності обробки 5-6 квалітету;

• виключити структурні зміни в поверхневому прошарку оброблюваних матеріалів;

• змінити традиційний технологічний процес виготовлення деталей із загартованих сталей (побудувати його за схемою: прецизійні заготівельні операції - термообробка - фінішна обробка);

• підвищити продуктивність обробки в 2,5 разів порівняно із шліфуванням;

• замінити тверді сплави, що містять вольфрам, на операціях чистового та напівчистового точіння.

Особливості застосування:

• перспективним варто вважати застосування інструмента з нітриду бору при лезовій обробці чавунів, причому, і сирих, і важкооброблюваних – загартованих, проте, настільки високі різальні властивості нітриду бору при обробці чавунів потребують високої швидкості різання, в іншому випадку він не тільки недовикористовується, але й може при низьких швидкостях різання поступатися твердосплавному інструменту.

• обробка наплавлених поверхонь. Обсяги застосування таких деталей зростають безупинно, а обробка традиційними методами не завжди задовольняє вимогам.

- обробка незагартованих - сирих сталей. однією з основних причин неможливості обробляти незагартовані сталі є високий знос різального інструмента, обумовлений інтенсивним наростоутворенням у дуже широкому діапазоні швидкостей різання. Це пояснюється достатньо високою теплопровідністю інструмента з нітриду бору, при якій температура на поверхні різця не досягає значень, достатніх для виродження наросту.

- обробки кольорових металів та сплавів та, у першу чергу, важкооброблюваних алюмінієвих і мідних: нітридборний інструмент поступається алмазному майже за всіма показниками: силам різання, деформації зрізуваного шару, коефіцієнту тертя, зносостійкості. Проте працездатність нітридборного інструмента істотно вище, ніж твердосплавного, що дозволяє його використання при відсутності алмазного інструмента.