Характеристика процесса и условий обработки 1 страница

Твердосплавной режущий инструмент

 

               Выбор и применение

Москва 2004

ББК 34.63

 

 

УДК 621.9.02 (031)

 

ТВЕРДОСПЛАВНОЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

ВЫБОР И ПРИМЕНЕНИЕ

                                        

Зленко Н.И., Попов Е.Н. (МАТИ им. К.Э. Циолковского);

 

 

В учебном пособии приведены сведения о марках твердых сплавов, изготавливаемых в настоящее время специализирован-ными предприятиями России, их кодировании по стандарту ИСО, выбору и применению при обработке металлов резанием.

Предлагается новая методика выбора марок твердых сплавов в зависимости от обрабатываемых материалов, условий и харак-теристики обработки заготовок. Для большой номенклатуры ма-териалов, часто используемых в металлообработке, даны таблич-личные значения скоростей резания для точения, фрезерования, сверления, резьбонарезания, отрезки заготовок, проточки кана-вок. Приводится расчетный метод определения режимов резания для конкретных условий и характеристик процесса обработки заготовок. Даны рекомендации по выбору геометрических ха-рактеристик твердосплавных режущих пластин, способа их креп-ления в инструменте, технологическим особенностям их приме-нения,приведены современные конструкции режущих инстру-ментов с механическим креплением сменных многогранных пла-

стин, современные высокоэффективные СОЖ для лезвийной обработки материалов.

Учебное пособие предназначено для студентов технических ВУЗов, студентов и учащихся колледжей и лицеев по курсам “Режущий инструмент”, “Технология механической обработки”, может быть полезно работникам машиностроительных пред-приятий, специализирующихся в области инструментального и механообрабатывающего производства.

 

 

Содержание

  Введение………………………………………………………. 4

 

1.Выбор твердого сплава………………………………………… 4

 1.1.Общая характеристика тветрдых сплавов…………………. 4

 1.2.Характеристика процесса и условий обработки заготовок..31

 1.3.Выбор марки твердого сплава………………………………33

2.Выбор твердосплавных режущих пластин……………………48

 2.1.Сменные многогранные пластины токарного

  инструмента…………………………………………………. 48

 2.2.Опорные пластины………………………………………….. 95

 2.3.Накладные стружколомы…………………………………....96

 2.4.Сверлильные пластины и пластины расточных головок…. 97

 2.5.Сменные многогранные пластины фрезерного                  

  инструмента………………………………………………….100

 

3.Расчет режимов резания……………………………………… 128

 3.1.Токарная обработка………………………………………… 128

 3.2.Нарезание резьбы резцом…………………………………...138

 3.3.Сверление…………………………………………………… 145

 3.4.Фрезерование……………………………………………….. 149

4.Выбор режущего инструмента………………………………...159

 

5.Смазочно-охлаждающие жидкости…………………………...249

 

Список литературы……………………………………………254

 

Приложение

 

 

Введение

Важным этапом при разработке или внедрении технологи-ческих процессов механической обработки заготовок является выбор характеристик лезвийного режущего инструмента: марки инструментального материала режущей пластины, ее формы,ти-па, размеров и конструктивных особенностей инструмента и др.

На долю твердосплавного режущего инструмента (по объему срезаемого припуска) приходится 65 -70% из всего лезвийного инструмента, быстрорежущего –30 -25% , минералокерамичес-кого инструмента и инструмента из сверхтвердых материалов (СТМ) – до 5%. В связи с этим рациональный выбор твердосп-лавного режущего инструмента позволяет не только определить наиболее выгодные режимы резания и обеспечить выполнение ряда технических требований на изготавливаемую деталь,но и минимизировать себестоимость процесса ее изготовления.

При решении вопроса выбора твердосплавного лезвийного ре-жущего инструмента (в дальнейшем твердосплавного режущего инструмента ) можно выделить несколько этапов работы:

 1.Выбор марки твердого сплава.

 2.Выбор твердосплавных режущих пластин (формы, типа, раз-

 меров и других характеристик режущей пластины).

 3.Выбор конструкции режущего инструмента.

 4.Расчет или выбор по нормативам режимов резания.

Следует отметить, что нередко 4^-ый этап выполняется 1^-м эта-пом, т.е. принимаются режимы резания и условия обработки (например, обработка по литейной корке с песком, имеется продольная канавка и др.), а затем выбирается марка твердого сплава, форма, тип и размер режущей пластины, державки и др.

Рассмотрим каждый из этапов работ в последовательности,                          указанной выше, более подробней.

 

                         1. Выбор твердого сплава

1.1.Общая характеристика твердых сплавов

 

Выбранная марка твердого сплава в режущем инструменте в значительной степени определяет не только приемлемые для конкретных условий производства режимы резания,но и эксплу-

атационную надежность самого процесса обработки заготовок.

0громное количество изготавливаемых марок твердых сплавов, обладающих как универсальностью, так и узкой специфичнос-тью применеия, нередко представляет некоторые затруднения в их выборе и успешном применении.

Для нужд металлообработки в нашей стране выпускается большое количество различных марок твердых сплавов в виде спрессованных и спеченных режущих пластин для напай-ного инструмента, сменных многогранных режущих пластин (СМП) для сборного инструмента с механическим креплением этих пластин в державке (корпусе), а также в виде стержней и пластин-брусков различного сечения и длины для последующе-го вышлифовывания режущей части. 

Твердые сплавы по своей механической структуре представ-ляют равномерную смесь весьма твердых, прочных и термосто-стойких режущих зерен размером  0,5–3,0 мкм, удерживаемых металлическим связующим. Химической основой режущих зе-рен в основном являются тугоплавкие металлы (W,T_i,T_а), обра-зующие карбиды (WC,T_iC,T_aC),нитриды (T_iN, T_aN) и карбонит-риды (T_iCN, T_aCN, WCN). В качестве связующего используют-ся кобальт (С_о), реже никель(N_i), молибден (М_о), хром (C_r).

В металлообработке используются однокарбидные твердые сплавы (например, ВК8 - WC (92%) + Co( 8%)), 2^х карбидные (например,Т30К4 -TiС(30%)+WC(66%)+Cо(4%)) и 3^-х карбидные (например,ТТ7К12М -ТiC+TaC(7%)+WC(81%)+Со(12%)). Неко-торые марки твердых сплавов содержат до 5 – 8 и более различ-ных легирующих компонентов, обеспечивающих требуемые эк-сплуатационные характеристики режущему инструменту. Нит-ридная и карбонитридная основа режущих зерен используется в основном в качестве износостойкого покрытия (ИП) твердосп-лавных пластин,а в маловольфрамовых и безвольфрамовых твер-дых сплавах - как основной режущий элемент.

В связи с дефицитностью и высокой стоимостью основных компонентов твердых сплавов (W_о и С_о) разработаны и широко используются маловольфрамовые и безвольфрамовые твердые сплавы – керметы (например,ТВ4, КНТ16 – Россия; GC 1525, СТ5015 – фирмы “Сандвик Коромант ” (Швеция ); Т12А, Т23 -  фирмы “Сумитомо ” (Япония); НТХ, НТ2, НТ5, КТ125, КТ195М – фирмы “Кеннаметал Хертель (США); ТТ I 15 (Герма-ния)), в составе которых содержание вольфрама £15% или полностью отсутствует. В этих твердых сплавах режущими зернами вляются карбиды и (или) карбонитриды титана (иногда, с добавкой карбида, нитрида тантала или окиси циркония), а свя-зующим, чаще всего – N_i-C_r-C_о. Мелкозернистая структура, оп-тимальный составрежущих зерен и связки, совершенная техно-логия производства обеспечивают получение твердых сплавов с высокими эксплуатационными свойствами (по из-носостойкости, механической, термоударной прочности и др.) - [7 –11; 17].

Специализированные предприятия и инструментальные под-разделения крупных машиностроительных заводов изготавлива-ют довольно большую номенклатуру различных марок твердых сплавов, используемых для производства режущих и меритель-ных инструментов, штамповой оснастки, волок, приборов и др., обладающих одновременно определенной избирательностью и общностью применения. Некоторые марки сплавов обладают уз-кой областью применения, другие – универсальны. Классифика-ция твердых сплавов и обрабатывемых материалов согласно стандарту ИСО1832 приведена на рис. 1.1.1. и в табл.1.1.1. Потребителю важно знать не только область (Р, М или К) и основную подгруппу применения твердого сплава (например, Р10), но и диапазон подгрупп применения (например, Р05 - Р20), что характеризует возможные для этого сплава условия и характеристики процесса обработки заготовки.

Использование весьма универсальных по областям и услови-ям применения твердых сплавов (например, СТ15, СТ35, С U 45, ТК20, Т15К6, ТТ7К12м, ВК8) может обеспечить обработку до 80% заготовок из различных материалов в широком диапазоне режимов и условий резания. Твердые сплавы можно использо-вать и в других областях применения, не указанных в реко-мендациях разработчика или каталогах изготовителя, но их экс-плуатационные свойства могут оказаться явно неудовлетвори-тельными. Нецелесообразно твердые сплавы, предназначенные

только для токарной обработки, использовать на фрезерных опе-рациях.     

Основные марки твердых сплавов, изготавливаемых в России и рекомендуемых для основных операций механической обра-ботки, и их краткая характеристика применения приведены в табл.1.1.2 –1.1.5.  

 

Твердые сплавы для режущего инструмента

                  

                 области и подгруппы применения

область Р (синяя полоса) подгруппы  01 10 20 30 40 50	область М  (желтая полоса) подгруппы  10 20 30 40	область К (красная полоса) подгруппы 01 10 20 30
прочность  min                max	прочность min          max	прочность  min           max
износоcтойкость max                 min	износостойкость  max           min	износостойкость  max         min

обработка резанием групп материалов         

        Группа Р             Группа М         Группа К

Стали: -конструкционные; -инструментальные;  -для от ливок неле- гированные и низ- колегированные;  -коррозионно- и теплостойкие мар- тенситно/феррит-  ного классов.

Сплавы: -коррозионно- и теплостойкие аус- тенитного класса; -жаростойкие и   жаропрочные; -никель-кобальто-  вые; -титановые.

Чугуны:  -ковкие;  -серые;                    -с шаровидным                                                                графитом;  - легированные. Цветные металлы  и сплавы. Металлические  порошковые  материалы. Пластики.

Рис.1.1.1.Классификация твердых сплавов (стандарт ISO 1832)

 

 

1.1.1. Классификация материалов по группам и подгруппам

    обрабатываемости лезвийным режущим инструментом

Группа  обрабаты- ваемости  (по ИСО)

Подгруппы и наименования обрабатываемых                           материалов

Р М

1.Конструкционные стали:  1.1. Конструкционные стали нелегированные.    1.2.Конструкционные стали легированные. 1.3.Подшипниковые стали. 1.4.Рессорно-пружинные стали.  2.Инструментальные стали: 2.1.Инструментальные стали углеродистые. 2.2.Инструментальные стали для режущего и   мерительного инструмента. 2.3.Инструментальные штамповые стали. 2.4.Быстрорежущие стали.  3.Стали для отливок: 3.1.Стали для отливок углеродистые. 3.2.Стали для отливок низколегированные.  4. Коррозионно- и теплостойкие стали    (мартенситно/ферритного класса).  5. Коррозионно- и теплостойкие стали (аустенитного класса).  6. Жаростойкие и жаропрочные сплавы : 6.1. Жаростойкие и жаропрочные сплавы мартен-   ситного, аустенитно/мартенситного и аусте-   нитного и классов. 6.2.Жаростойкие и жаропрочные сплавы на Ni -С r   основе. 7. Никель-кобальтовые сплавы. 8.Титановые сплавы. 8.1. Титановыедеформируемые сплавы. 8.2. Титановые литейные сплавы.

 

Продолжение табл.1.1.1.

Группа обрабаты-ваемости  по ИСО

Подгруппы и наименования обрабатываемых                          материалов

К

9.Чугуны  9.1.Ковкие чугуны. 9.2.Серые чугуны. 9.3. Антифрикционные чугуны. 9.4. Чугуны с шаровидным графитом. 9.5. Легированные чугуны.  10. Алюминиевые сплавы: 10.1. Алюминиевые сплавы деформируемые. 10.2. Алюминиевые сплавы литейные.  11.Магниевые сплавы: 11.1. Магниевые сплавы деформируемые. 11.2. Магниевые сплавы литейные.    12.Медь и медные сплавы: 12.1. Медь. 12.2. Латуни. 11.3. Бронзы  13.Антифрикционные сплавы  13.1.Цинковые сплавы. 13.2.Алюминиевые сплавы. 13.3.Порошковые спеченные алюминиевые      сплавы. 13.4.Баббиты.  14.Порошковые материалы (железо-медно-графитовые)  15.Пластики

 

   1.1.2. Марки твердых сплавов для токарной обработки

Марки

Области применения

Р

М

К

Подгруппы

01

10

20

30

40

50

10

20

30

40

01

10

20

30

СТ15*

СТ25*

СТ35*

CU 45*

РТ10

РТ40

ТК10

ТК20

Т30К4

Т15К6

КНТ16

Т14К8

ТВ4

ТТ10К8б**

ТТ7К9**

Т5К10

ТТ7К12м**

МС146**

ВК6ом

ТТ8К6

МС221

ВК8нст

ВК10хом

ВК3м

ВК6

ВК6нс**

МС321**

ВК8