Материалы для лезвийных и абразивных инструментов

Министерство сельского хозяйства и продовольствия

Республики Беларусь

Белорусский Государственный Аграрный Технический Университет

Факультет «Технический сервис в АПК»

Кафедра «технология металлов»

Реферат на теме:

«Материалы для лезвийных и абразивных инструментов»

Выполнил: студент 2-го курса

группы 12 тс

Алейчик Ю.В.

Руководитель: Акулович Л. М.

Минск 2011

Оглавление

I. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛАМ ИНСТРУМЕНТОВ

2. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

3 ЛЕЗВИЙНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

4 ЛИТЕРАТУРА

I. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛАМ ИНСТРУМЕНТОВ

Процесс резания сопровождается большим давлением на режущий инструмент, трением и тепловыделением. Такие условия работы выдвигают ряд требований, которым должны удовлетворять материалы, предназначенные для изготовления режущего инструмента.

Инструментальные материалы должны иметь высокую твердость, превышающую твердость обрабатываемого материала. Высокая твердость материала режущей части инструмента может быть обеспечена физико-механическими свойствами материала (алмазы, карбиды кремния, карбиды вольфрама и др.) или его термической обработкой (закалка и отпуск).

В процессе резания срезаемый слой давит на переднюю поверхность инструмента, создавая в пределах площади контакта нормальное напряжение. При резании конструкционных материалов с установленными режимами резания нормальные контактные напряжения могут достигать значительных величин. Режущий инструмент должен выдерживать такие давления без хрупкого разрушения и пластического деформирования. Так как режущий инструмент может работать в условиях переменных значений сил, например из-за неравномерно снимаемого слоя металла заготовки, важно, чтобы инструментальный материал сочетал в себе высокую твердость с сопротивляемостью на сжатие и изгиб, обладал высоким пределом выносливости и ударной вязкостью. Таким образом, инструментальный материал должен отличаться высокой механической прочностью.

При резании со стороны заготовки на инструмент действует мощный тепловой поток, в результате чего на передней поверхности инструмента устанавливается высокая температура, достигающая 800 °С и более. При этом режущие элементы инструмента теряют свою твердость и изнашиваются из-за интенсивного разогревания. Поэтому важнейшим требованием, предъявляемым к инструментальному материалу, является его высокая теплостойкость - способность сохранять при нагреве твердость, необходимую для осуществления процесса резания. Наряду с этим инструментальный материал должен быть малочувствительным к циклическим температурным изменениям. Циклическое изменение тепловой нагрузки, что бывает при работе инструмента в условиях прерывистого резания, вызывает термомеханическую усталость инструментального материала и способствует образованию усталостных трещин.

Перемещение стружки по передней и задней поверхностям резания инструмента при высоких контактных напряжениях и температурах приводят к изнашиванию рабочих поверхностей. Таким образом, высокая износостойкость - важнейшее требование, предъявляемое к характеристике инструментального материала. Износостойкость — это способность инструментального материала сопротивляться при резании удалению его частиц с контактных поверхностей инструмента. Она зависит от твердости, прочности и теплостойкости инструментального материала.

Инструментальный материал должен обладать высокой теплопроводностью Чем она выше, тем меньше опасность возникновения шлифовочных ожогов и трещин. Высокая теплопроводность улучшает условия отвода теплоты из зоны резания, повышает износостойкость инструмента.

В промышленности используется большое количество инструмента, что требует соответствующего расхода инструментального материала. Инструментальный материал должен быть по возможности дешевым, не содержать дефицитных элементов, что не будет увеличивать стоимость инструмента и, соответственно, стоимость изготовления деталей

Все перечисленные требования, рассматриваемые вместе, характеризуют физико-механические свойства и экономические показатели инструментальных материалов. Но не все инструментальные материалы обладают одинаково высокими физико-механическими свойствами. Эти свойства меняются в зависимости от химического состава, структурного состояния, устойчивости этого структурного состояния при повышающихся температурах, от условий взаимодействия инструментального материала с обрабатываемым в процессе резания.

В соответствии с химическим составом и физико-механическими свойствами инструментальные материала делят на:

- углеродистые инструментальные стали;

- легированные инструментальные стали;

- высоколегированные инструментальные (быстрорежущие) стали и сплавы;

- твердые сплавы;

- минеральную керамику;

- абразивные материалы;

- алмазные материалы.

2. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Абразивы (от латинского abrasio- соскабливание) – зернистые или порошкообразные вещества. Они предназначены для оснащения рабочей части режущих инструментов.

Измельченный обогащенный абразивный материал, твердость которого превышает твердость обрабатываемого материала и который способен в измельченном состоянии осуществлять обработку резанием, называют шлифовальным.

Естественными абразивами являются: корунд, наждак, гранат, кремень, полевой шпат, пемза и др.

В промышленности наиболее распространены искусственные абразивы: электрокорунд, карборунд и карбид бора.

Абразивный материал применяется главным образом в виде абразивного инструмента. Абразивные инструменты производят из порошков, получаемых размельчением природных минералов или изготовляемых в специальных условиях. Такие порошки отличаются различной зернистостью, т.е. размерами отдельных зерен.

Геометрические характеристики каждого зерна таковы, что на нем образуются все элементы режущего клина. Особое внимание обращают на однородность свойств зерен. Зерна, выполненные из кварцевого песка, наждака, корунда, могут иметь существенное рассеяние свойств, отчего снижается качество режущего инструмента. Из порошков изготовляют шлифовальные круги различной формы, бруски, абразивные головки, сегменты, предназначенные для производства специальных абразивных инструментов.

Основными достоинствами абразивных материалов являются их высокие твердость, износо- и теплостойкость. Эти материалы позволяют обрабатывать заготовки со скоростью резания до 120 м/с, а в отдельных случаях и более. Такие инструменты дают возможность проводить окончательную обработку заготовок, имеющих высокую твердость, полученную после термической обработки. Такие заготовки, как правило, не подлежат обработке лезвийным инструментом.

В промышленности имеются четкие рекомендации по применению каждого вида абразивов для обработки заготовок из различных материалов. Так, инструменты из черного карбида кремния используют для обработки заготовок из материалов с низкой прочностью на разрыв, а также из вязких материалов и сплавов; электрокорундовые круги служат для обработки заготовок из материалов с высокой прочностью на разрыв. В ряде случаев используют порошки в натуральном виде, их называют "свободный абразив". Они применяются для доводочных (притирочных) работ. Абразивные пасты, использующие оксид хрома и венскую известь, хороши для полировальных работ. Пасты наносят на движущиеся устройства (полировальники), совершающие вращательное или возвратно-поступательное движение.

3 ЛЕЗВИЙНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

заготовка деталь инструментальный абразивный

Лезвийный инструмент (токарные резцы, развертки, сверла, фрезы и т.п.) в зоне резания воздействуют высокотемпературное поле (300…800°С), высокое давление (более 500 МПа) и высокое истирающее воздействие стружки. Кроме того, на него оказывает влияние агрессивная физико-химическая среда (особенно при использовании СОТЖ). Чтобы противодействовать этим воздействиям инструмент должен изготавливаться из специальных материалов, обладающих особыми физико-механическими и технологическими свойствами: высокой твердостью, прочностью, пластичностью, температуростойкостью, высоким сопротивлением схватываемости с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость, низкую склонность к трещинообразованию, хорошую свариваемость или способность к соединению пайкой, низкую стоимость и высокую технологичность.

Режущие инструменты изготавливают целиком или частично из инструментальных сталей, твердых сплавов (вольфрамовых, вольфрамотитановых, вольфрамотитанотанталовых и безвольфрамовых), минералокерамихи, оксидной керамики, сверхтвердых материалов, алмазов и композитов.

Инструментальные стали подразделяются на углеродистые общего назначения для изготовления ручного режущего инструмента; низколегированные, легированные хромом, ванадием, кремнием и марганцем (также для ручного инструмента); быстрорежущие для изготовления инструментов, работающих со скоростями резания 20… 50 м/мин. Последние широко применяются в промышленности и делятся на стали обычной производительности, работающие со скоростями резания до 20 м/мин, стали повышенной производительности для скоростей резания до 50 м/мин, порошковые стали, работающие со скоростями резания до 70 м/мин. Особенность обозначения сталей: цифра перед буквой Р показывает содержание углерода в десятых долях процента, цифра после буквы Р показывает процентное содержание вольфрама; для порошковых сталей окончание М обозначает мелкую структуру, ОМ — особо мелкую структуру.

Металлокерамические твердые сплавы состоят из тонко измельченных карбидов тугоплавких металлов (вольфрам, титан, тантал), соединенных цементирующим металлом — кобальтом. Сплавы имеют высокую температуростойкость (благодаря наличию карбидов тугоплавких металлов), твердость и износостойкость, допускают скорость резания 100… 150 м/мин.

Группы вольфрамовых твердых сплавов рекомендуется использовать при обработке чугуна, цветных сплавов и труднообрабатываемых материалов с небольшими скоростями резания.

Титановольфрамовые сплавы применяют для обработки всех видов сталей.

Вольфрамотитанотанталовые сплавы применяют на черновых операциях со снятием толстых стружек.

Безвольфрамовые твердые сплавы используют для получистового и чистового точения и фрезерования чугуна, углеродистых сталей и цветных сплавов.

Минералокерамика — инструментальный материал на основе оксида алюминия AI2О3, обладающий большими, чем у твердых сплавов, твердостью и температуростойкостьто, но меньшей ударной вязкостью. Поэтому инструмент из минералокерамики используют только для чистовой обточки и расточки деталей из высокопрочных чугунов, закаленных сталей и для резания неметаллических материалов со скоростями до 200 м/мин. Различают оксидную (белую), оксидно-карбидную, оксидно-нитридную керамику и керметы.

Сверхтвердые материалы включают в себя синтетические алмазы и материалы на основе кубического нитрида бора (композиты).

Алмаз как инструментальный материал бывает двух разновидностей: баллас (АБС), который применяют для обработки деталей из стеклопластика со скоростями резания 450 м/мин, и карбонадо (АСПК) — для обработки алюминиевых и медных сплавов

Композиты — синтетический материал, по твердости не уступающий алмазу, превосходящий его по температуростойкости и инертный к железу.

ЛИТЕРАТУРА

Материаловедение и технология металлов. Под ред. Г.П.Фетисова М.: Высшая школа, 2001