Виктор Николаевич Подураев
РЕЗАНИЕ
ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ
МАТЕРИАЛОВ
*** 1974 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) § 81. ОБРАБОТКА РЕЗАНИЕМ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИИ
Обработка резанием металлокерамических деталей (керметов), заготовки которых получают методами порошковой металлургии, занимает при их изготовлении значительное место. Это объясняется, с одной стороны, необходимостью получения более сложных форм, чем это допускает прессование, например деталей с двумя буртами, отверстиями, перпендикулярными движению пуансонов, и взаимно перекрещивающимися осями, выточками, фасками, канавками, резьбой, и, с другой стороны, получением издлий с точностью более 4 — 5-го классов, а также удешевлением производства в тех случаях, когда применить обработку резанием проще, чем использовать сложные пресс-формы. Твердые fплавы являются весьмараспространенной разновидностью металлокерамических материалов; из них изготавливают, например, штампы, инструменты. Для их резания наиболее часто применяют электроэрозионную, анодно-абразивную, ультразвуковую и механическую обработки. Электроэрозионный метод является эффективным средством обработки твердых сплавов. Твердые сплавы хорошо режутся высокочастотной ЭЭО с использованием в качестве инструмента непрерывно движущейся проволоки. Так, сплав ВК20 обрабатывается медной проволокой диаметром 0,2 мм с натяжением 500 г при скорости перемотки 3 мммин на режимах мкф получаемая скорость обработки при толщине детали 5 мм — 0,65 мммин [175]. Анодно-абразивная обработка применяется для изготовления высокоточных твердосплавных деталей. Для этого питание обычных модернизированных шлифовальных станков производится от источников постоянного тока (машинных генераторов или выпрямителей) с напряжением 25 — 30 в. Рабочей средой является смесь масел. Ступенчатым изменением силы тока в пределах 3 — 800 а задается последовательное изменение условий обработки от черновой, обеспечивающей съем основного припуска и чистоту 5-го класса, До чистовой, дающей чистоту 9-го класса; затем осуществляется доводка абразивом до 11-го класса. Анодно-абразивную обработку применяют для заточки твердосплавных инструментов (табл. 77 — данные А. Г. Рябинюка). Механическую обработку твердых сплавов производят лезвийным и абразивным инструментами. Основным методом обработки твердосплавных вставок для холодновысадочного инструмента является абразивное и алмазное шлифование: оно применяется для получения плоских, круглых наружных и внутренних (П>5-г-8 мм) и также фасонных поверхностей и обеспечивает при производительности 40 — 100 мм3мин точность 1-го класса и чистоту поверхности до 13-го класса. Получение цилиндрических наружных поверхностей на деталях из твердых сплавов производится шлифованием кругами карбида кремния зеленого и алмазными кругами, а отрезка заготовок — алмазными отрезными кругами и электроэрозионным методом. Снятие материала срезаемогс слоя при шлифовании твердых сплавов кругами из карбида кремния зеленого происходит путем вырывания из основного материала, дробления и раскалывания зерен карбида вольфрама. Эти процессы сопровождаются высокой температурой (~ 1500°С), которая вызывает размягчение и оплавление относительно более легкоплавкой кобальтовой связи, ее окисление и образование микротрещин. Этй явления приводят к низкому качеству поверхности. При алмазном шлифовании вследствие высокой твердости и остроты режущих кромок снятие материала происходит путем среза; температура в зоне резания в этом случае много ниже (500 — 600°С); все это способствует высокому качеству поверхности. Лезвийный инструмент на ряде операций изготовления изделий из твердых сплавов показывает высокую эффективность. Установлено, что твердые сплавы в состоянии всестороннего неравномерного сжатия могут пластически деформироваться [199]. Деформация протекает путем смещения отдельных блоков кристаллитов карбидной фазы, сдвигов в них, а также дробления карбидных зерен. Процесс резания твердых сплавов, так же как и других материалов, основан на разности твердостей заготовки и инструмента; однако у них степень пластической деформации в зоне стружкообразования небольшая. При обработке сплавов с содержанием кобальта свыше 15% образуется стружка надлома, отдельные куски которой состоят из сдвинутых слоев. Температура резания твердых сплавов составляет 300 — 370° С; это обеспечивает отсутствие микротрещин и структурных превращений. Поверхностный слой твердого сплава после обработки резанием представляет собой уплотненный тонкий слой, под которым располагаются зерна сплава, претерпевшие срез, скол и пластическую деформацию. Точение твердосплавных вставок штампов из сплавов ВК20, ВК25 производится резцами, оснащенными пластинками сплава ВКЗМ, которые укреплены пайкой латунью «7162. Рекомендуются следующие режимы: для чернового точения t=0,2 — 0,5 мм, so = 0,3-j-0,5 ммоб, v = 2-1-3 ммин для чистового =0,2 — 0,3 мм, s0=0,08-i-0,12 ммоб, о=3 — 4 ммин. Отрезка ведется на режимах so=0,05 ммоб, о = 4 — 5 ммин. Металлокерамические пористые материалы широко применяют для изготовления подшипников скольжения; по уровню допустимых скоростей резания они также относятся к труднообрабатываемым. Так, если скорость резания, соответствующая 20-минутной стойкости твердосплавного (ВК8) резца, при обработке молибдена равна 100 ммин, то при точении пористого железографита марки ЖГЗ она не превышает 25 — 45 ммин. Наиболее распространены пористые материалы на основе железа и меди. Материалы на железной основе имеют поры неправильной формы, сообщающиеся друг с другом. Для бронзографйта характерны сфероидальные поры, обособленные друг от друга, вследствие чего при механической обработке деформация поверхностного слоя больше. Обработка резанием пористых материалов затруднена вследствие нестабильности процесса резания из-за несплошности материала, пониженной теплопроводности, приводящей к высоким температурам в зоне резания (до 600°С), повышенной склонности к окислению; образующиеся окислы железа оказывают повышенное абразивное воздействие на инструмент. По обрабатываемости пористые материалы ближе к чугунам; износ инструмента при их обработке происходит также только по задней поверхности. Учитьщая ухудшение Антифрикционных свойств подшипников при обработке затупленным инструментом, критерий затупления относительно мал: г3 = 0,4-0,5 мм. Требования к механической обработке определяются назначением поверхности — для поверхностей скольжения необходим свободный доступ смазки в зону трения, т. е. мало деформированная поверхность, для неподвижных соединений нужна уплотненная поверхность, обеспечивающая необходимую прочность сопряжения. Поэтому режимы обработки по качеству получаемой поверхности делятся на неуплотняющие и уплотняющие [186]. Наиболее пригодны для обработки пористых материалов твердые сплавы марок ВК8, ВКЗМ, ВК6М. Скорость резания при обработке пористых металлокерамических материалов должна быть достаточно большой, чтобы выйти за зону наростообразования и обеспечить однородную шероховатость с умеренным наклепом материала поверхностного слоя. Учитывая это, при пористости обрабатываемого материала 15% скорость резания равна 85 — 250 mSmuh, при пористости 20% v= 100 — 400 ммин, при пористости 30% и=110 — 500 ммин. Подачи должны быть небольшие: при обработке высокопористых материалов (больше 25%) s0 = =0,035 ммоб, низкопористых — so=0,07 ммоб. Металлокерамические материалы, получаемые стеканием смеси порошков металлов и их сплавов (AI2O3 — Al, AI2O3 — Cr, TiC — Ni, ZrC — Fe, Si — S), находят значительное промышленное применение; обрабатываемость резанием даже таких малопроуных, как железографитовые (Fe + ,+ Cu + C), как правило, значительно хуже, чем стали 40 X и серого чугуна СЧ 15 — 32 [196]. Это объясняется тем, что при точении этих материалов температура резания высока, несмотря на их более низ-- ; кие прочность и пластичность, а также величины действующих сил резания. Повышение температуры получается вследствие значительно меньшей (1,5 — 2 раза) теплопроводности. Кроме того, плохая обрабатываемость резанием объясняется их более высокой истирающей способностью и также неблагоприятными условиями работы инструментального материала, обусловленными периодическим усталостным воздействием пор. Обрабатываемость металлокерамических материалов определяется прежде всего структурой; наилучшей обрабатываемостью обладают материалы с ферритной структурой, затем, в порядке ухудшения, идут структуры фрритоперлитные, перлитные и перлитные с включением цементита. Значительное влияние на обрабатываемость оказывает форма частиц цементита, входящего в перлит; зернистый перлит обеспечивает более высокую стойкость по сравнению с пластинчатым. Это объясняется тем, что температура резания возрастает с увеличением содержания перлита и включений цементита в структуре металлокерамических материалов и, наоборот, снижается с увеличением количества феррита. Кроме того, соотношение показателей истирающей способности металлокерамических материалов с различными структурами аналогично обычным сталям; наименьшую истирающую способность показывает зернистый перлит, наибольшую — пластинчатый. Обрабатываемость металлокерамических изделий зависит также от их пористости и степени пропитки маслом; повышение пористости с 15 до 30% увеличивает скорость резания v60 при точении заготовок, пропитанных маслом, на 50% и непропитанных — на 20%. Это объясняется тем, что повышение пористости ведёт к снижению температуры резания на 154-20°. Пропитка маслом также увеличивает значение о6о с 20% (при одной и той же пористости 15%) до 50% (при пористости 30%). Влияние пропитки маслом на повышение скорости резания больше для металлокерамических материалов, не содержащих графит, так как в последнем слуаае температура резания в 1,4-4-1,5 раза выше. Это объясняется тем, что графит играет роль смазки, при этом эффективность смазывающего и охлаждающего действия масла уменьшается. При использовании пропитки маслом как средства повышения производительности надо учитывать, что оно ухудшает санитарно-гигиенические условия выполнения операции, поскольку в процессе резания масло выгорает и его шары загрязняют атмосферу. Металлические покрытия находят широкое применение как средство повышения жаростойких, износостойких и антикоррозионных характеристик деталей. Покрытия наносятся различу ными путями, обычно электрометаллизацией распылением. Наиболее часто обработку покрытий резанием осуществляют точением и шлифованием; это объясняется особенностями обрабатываемых изделий, а также тем, что обработка покрытий другими способами-(сверлением, фрезерованием, строганием) связана с определенными трудностями, обусловленными интенсивными выкрашиваниями обрабатываемого слоя. Отличительной особенностью строения металлических покрытий является их слоистость — частицы металла сильно вытянуты и разделены между собой пленками окислов. Помимо этого, материал имеет большую пористость и неоднородность строения, в нем находятся оксиды, нитриды й другие химические соединения, имеющие высокую твердость. Напыленный металл по сравнению с исходным обладает большой хрупкостью. Твердость напыленного металла значительно выше исходного. Так, при нанесении низко-углеродистой стали твердость покрытия выше на 35-т-60%, а микротвердость вследствие наличия пор и трещин еще больше (в несколько раз). Все это приближает свойства покрытий к свойствам литого металла; однако они имеют свои специфические особенности. Характерными особенностями обработки резанием металлических покрытий являются: 1) хрупкость обрабатываемого материала; вызывает специфический процесс стружкообразования (см. стр. 46), когда нагрузки от процесса резания сосредоточиваются непосредственно у режущей кромки. Концентрация напряжений вызывает повышенный износ резцов у вершины. Во избежание выкрашивания поверхностного слоя не следует обрабатывать у деталей острые кромки и резкие переходы; 2) высокое истирающее (абразивное) воздействие на рабочие поверхности инструмента; оно обусловлено наличием в обрабатываемом покрытии мельчайших включений высокой твердости, которые препятствуют также пластической деформации в процессе стружкообразования; % 3) пониженная теплопроводность покрытий вследствие их пористости и наличия окислов; в результате этого при обработке резанием покрытий часто имеют место прижоги; для их устранения следует применять эффективные охлаждающие жидкости; 4) трудность получения поверхностей высокой чистоты вследствие специфического строения металлизационного слоя. Износ инструмента в процессе обработки вызывает местные разрушения поверхности покрытия: ее выкрашивание, отслаивание, появление чешуек. Шлифование покрытий имеет отличительную особенность — быстрое засаливание круга; кроме того, пониженная теплопроводность покрытий при шлифовании часто приводит к образованию прижогов. Во избежание этого следует применять жидкости, обладающие эффективным охлаждающим дёйствием. |
