Обработка металла

Токарная обработка

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

1.1. Основные понятия процесса резания

Токарная обработка (точение) — наиболее распространенный метод изготовления деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, пальцев, цапф, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт и др.) на токарных станках. На них можно производить обтачивание и растачивание цилиндрических, конических, шаровых и профильных поверхностей этих деталей, подрезание торцов, вытачивание канавок, нарезание наружных и внутренних резьб, накатывание рифлений, сверление, зенкерование, развертывание отверстий и другие виды токарных работ (1.1, а — к). Снятие стружки с поверхности вращающейся заготовки осуществляется режущим инструментом, основным элементом которого является клин, заостренный под углом (5 (рис, 1.2). Вращательное движение заготовки называют главным движением резания, а поступательное движение режущего инструмента — движением подачи. Различают также вспомогательные движения, которые не имеют непосредственного отношения к процессу резания, но обеспечивают транспортирование и закрепление заготовки на станке, его включение и изменение частоты вращения заготовки или скорости поступательного движения инструмента и др.

Для обработки заготовки необходимо установить наиболее рациональные р е-ж и м ы резания, т.е. скорость резания, подачу и глубину резания.

Скоростью резания и (м/с или м/мин) называют путь режущей кромки   инструмента   относительно   обрабаты-

ваемой заготовки в направлении главного движения за единицу времени.

Подачей S (мм/об) называют путь, пройденный режущей кромкой инструмента относительно вращающейся заготовки в направлении движения подачи за один оборот заготовки. Подача может быть продольной, если инструмент перемещается параллельно оси вращения заготовки, и поперечной, если инструмент перемещается перпендикулярно этой оси  (1.3).

1.2. Обрабатываемые конструкционные материалы

Обрабатываемость материалов резанием зависит от их химического состава, структуры, механических и физических свойств. При черновом точении обрабатываемость оценивают скоростью инструмента при соответствующей скорости и силе резания, а при чистовой — шероховатостью поверхности, точностью обработки и стойкостью инструмента.

Обрабатываемость металлов определяют методами, основанными на оценке изменений стойкости режущего инструмента при различных скоростях резания. Допустимую скорость резания как критерий оценки обрабатываемости применяют наиболее часто, так как скорость резания оказывает весьма существенное влияние на производительность, а следовательно, и на себестоимость обработки. Считается, что лучшую обрабатываемость имеет тот материал, который, при прочих равных условиях, допускает более высокую скорость резания.

На токарных станках обрабатывают такие конструкционные материалы, как чугун, сталь, цветные металлы и их сплавы, пластмассы.

Чугун — сплав железа с углеродом (2,14—4,5 %) и некоторым количеством кремния, марганца и др. Различают серый, высокопрочный, ковкий и легированные чу гуны.

Серый чугун маркируют буквами СЧ и группой цифр. Буквы СЧ обозначают серый чугун, группа цифр — предел прочности при растяжении <тв в МПа-10~'. По механическим свойствам серые чугуны делят на чугуны малой прочности от СЧ 10 до СЧ 15 и чугуны повышенной прочности от СЧ 20 до СЧ 35. Для изготовления деталей чаще применяют серый чугун марок СЧ 15, СЧ 20, СЧ 30 твердостью в пределах НВ 163—255 и реже — СЧ 35.

Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун чистого магния (0,3—1 %) и церия (до 0,05 %). В отличие от серых чугунов высокопрочный чугун маркируют буквами ВЧ и группой цифр. Группа цифр указывает на минимальное значение временного сопротивления при растяжении в МПа-10~\ например марки ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45. Твердость высокопрочных чугунов изменяется в пределах НВ 140—360.

Ковкий чугун отличается высокой вязкостью; обозначается буквами КЧ и двумя группами цифр. Из них первая группа цифр обозначает предел прочности на растяжение в МПа-10~\ а вторая — относительное удлинение в процентах, например марки КЧ 45-7, КЧ 50-5. Твердость ковких чугунов не превышает НВ 320.

Легированные чугуны получают введением легирующих элементов (хрома, кремния, алюминия, марганца и др.); их маркируют буквами и цифрами, например ЧХ1, ЧХ9Н5, ЧС5Ш, где буква Ч означает чугун, X, Н, С — легирующие элементы, а цифры — их содержание в %; буква Ш указывает на шаровидную форму графита.

Большое влияние на обрабатываемость резанием литых заготовок из серых чугунов оказывает поверхностный слой металла (литейная корка) толщиной 0,15—0,50 мм и твердостью НВ 285—321. По мере удаления от поверхности твердость снижается до НВ 187—229. Скорость резания литейной корки на 20— 30 % ниже скорости резания внутренних слоев металла. Высокотемпературный отжиг чугунных отливок позволяет увеличить скорость резания в 1,5—2 раза.

Сталь — сплав железа с углеродом (до 2,14 %) и другими элементами. С увеличением содержания углерода повышается механическая прочность стали и соответственно возрастает сопротивление ее резанию.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами по порядку от 0 до 6 (например, СтЗ). Чем больше число в обозначении марки, тем больше в стали углерода. Качественные углеродистые стали обозначают числами, например марки 08; 10; 15; 20; 25. Цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 15 содержит углерода около 0,15 %. Твердость стали не превышает НВ 230.

Автоматные . конструкционные стали обозначают буквой и цифрами, например марки All, A12, А20, АЗО, АС40, где А — автоматная сернистая, АС — автоматная свинецсодержащая. Временное сопротивление этих сталей находится в пределах ав = 6004-800 МПа для холоднотянутой и 0в = 4ОО-=-75О МПа для горячекатаной, твердость их составляет НВ 160—207. Автоматные стали отличаются повышенным содержанием серы и фосфора (до 0,35 %), а также наличием свинца (до 0,35 %), поэтому обрабатываются лучше, чем конструкционные стали.

Легированные стали обозначают цифрами и буквами, например марки 20Х, 40ХС, ЗОХГН, 20ХНЗА. Первые цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буквы — наличие легирующих элементов. Цифрами после букв отмечено процентное содержание легирующих элементов. Буквой А в конце марки обозначают высококачественную сталь. Предел прочности этих сталей возрастает от ав = 700 МПа (сталь 15Х) доав=1300МПа (сталь 20Х2Н4А). Повышение содержания некоторых легирующих элементов, таких, как хром (X), молибден (М), ванадий (Ф), вольфрам (В), никель (Н), увеличивает прочность сталей и снижает теплопроводность, что ведет к ухудшению их обрабатываемости. Кремний (С) ухудшает обрабатываемость стали из-за образования в ней силикатных абразивных включений. Заготовки из крупнозернистой стали обрабатываются лучше, чем из мелкозернистой.

В ряде случаев для улучшения обрабатываемости стальные заготовки подвергают термической обработке. Твердость сталей после отжига находится в пределах НВ 180—270, а после термической обработки — HRC 42—55.

Цветные металлы и сплавы. Медь, алюминий, цинк, марганец, титан и другие цветные металлы широко применяют в промышленности (приборостроении, самолетостроении и др.). Однако в качестве конструкционных материалов чаще применяют их сплавы. К сплавам цветных металлов, наиболее часто обрабатываемым на токарных станках, относятся бронза, латунь, алюминиевые сплавы и др.

Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами. Бронзы обозначают буквами Бр, начальными буквами основных элементов, вошедших в сплав, и цифрами, указывающими среднее содержание этих элементов в процентах. Например, сплав БрОЗЦ12С5 содержит в среднем 3 % олова (О), 12% цинка (Ц), 5% свинца (С) и остальное — медь. Для лучшей обрабатываемости бронз и улучшения их антифрикционных свойств в состав бронз вводят свинец.

Латунь — сплав меди с цинком; обозначают буквой Л и двузначным чис-

лом, показывающим среднее содержание меди (остальное — цинк). Например, латунь Л62 содержит 62 % меди и 38 % цинка. Для улучшения обрабатываемости в латунь вводят 1—2 % свинца (С), а для повышения прочности — алюминий (А), никель (Н) и другие элементы. Например, латунь ЛЖМц59-1-1 содержит 59 % меди, 1 % железа (Ж), 1 % марганца (М), остальное — цинк.

Алюминиевые          сплавы —

сплав алюминия с добавками для повышения прочности кремния, марганца, меди и других компонентов. Например, сплав марки АК12 содержит 12 % кремния, остальное—алюминий; сплав марки АК21М2,5Н2,5 — 21 % кремния, 2,5 % меди, 2,5 % никеля, остальное алюминий. Сплав алюминия и кремния (12—13 %) с добавкой железа (0,2—0,7 %), марганца (0,05—0,5 %), кальция (0,07—0,2 %), титана (0,05—0,2 %•), меди (0,03 %) и цинка (0,08 %)  называют силумином.

Пластмассы как конструкционные материалы обладают низкими теплостойкостью (70—150 °С) и теплопроводностью, которая в 200—300 раз меньше теплопроводности стали и чугуна. В состав пластмасс входят соединения, обладающие абразивными свойствами, что вызывает интенсивное изнашивание резцов по задней поверхности и затупление режущих кромок.

1.3. Режущий инструмент

При работе на токарных станках используют различные режущие инструменты: резцы, сверла, развертки, метчики, плашки, фасонный инструмент и др.

Токарные резцы. Резец состоит из г о-ловки 2 (рабочей части) и стержня /, служащего для закрепления резца (1.4). Передней поверхностью 8 резца называют поверхность, по которой сходит стружка. Задние (главная 3 и вспомогательная 4) поверхности обращены к обрабатываемой заготовке. Главная режущая кромка 7 выполняет основную работу резания. Она образуется пересечением передней и главной задней поверхностей резца. Вспомогательная режущая   кромка б  образуется  пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей. Место пересечения главной и вспомогательной режущих кромок называют   вершиной 5 резца.

Для определения углов резца установлено понятие координатных плоскостей. Применительно к токарной обработке это плоскость резания и основная плоскость. Плоскостью  резания 1 называют

плоскость, касательную к поверхности ре

зания и проходящую через режущую

кромку            (1.5).   Основная

плоскость 2 параллельна направлениям 3, 4 подач (продольной и поперечной) ; она совпадает с опорной поверхностью резца.

Углы резца разделяют на главные и вспомогательные (1.6).

Главные углы резца измеряют в главной секущей плоскости, т. е. в плоскости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Главным задним углом а называют угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.

Угол заострения (3 измеряют между передней и глазной задней поверхностью резца.

Главным передним углом у называют угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания, проведенной через главную  режущую  кромку. 

Сверла. В зависимости от конструкции и назначения различают спиральные, перовые, для глубокого сверления, центро--вочные, с пластинками из твердых сплавов и другие сверла.

Наиболее распространены спиральные сверла (1.9). Они имеют две главные режущие кромки (1.10), образованные пересечением передних винтовых  поверхностей   канавок   сверла,   по

могательной режущей кромки резца на основную плоскость и направлением его подачи.

Углом при вершине в плане е называют угол между проекциями главной и вспомогательной режущей кромкой резца на основную плоскость.

Вспомогательный задний угол см — это угол, образованный вспомогательной задней поверхностью резца и плоскостью, проходящей через его вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

Углом наклона главной режущей кромки \ называют угол между режущей кромкой и плоскостью, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Резцы классифицируют: по направлению подачи — на правые 2 и левые 1. Правые резцы на токарном станке работают при подаче справа налево, т. е. перемещаются к передней бабке станка  (1.7, а, б);

Ленточка сверла представляет собой узкую полоску на его цилиндрической поверхности, расположенную вдоль винтовой канавки, предназначенную для направления сверла при резании.

Угол наклона винтовой канавки ш — угол между осью сверла и  касательной  к винтовой линии  по на-

ружному диаметру сверла (ш = 20-f- 30°).

Угол наклона поперечной режущей кромки (перемычки) г|з — острый угол между проекциями поперечной и главной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла (гр = 50ч-55°).

УГОЛ режущей части (угол при вершине) 2ф — угол между главными режущими кромками при вершине сверла (2ф=118°).

Передний угол у — угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности вращения режущей кромки вокруг оси сверла. По длине режущей кромки передний угол у изменяется: наибольший у наружной поверхности сверла, где он практически равен углу наклона винтовой канавки ш, наименьший у поперечной режущей кромки.

Задний угол а — угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной в той же точке окружности ее вращения вокруг оси сверла. Задний угол сверла — величина переменная: а = = 8-=- 14° на периферии сверла и <x = 20-f-4-26° — ближе к центру.

Зенкеры. Зенкеры бывают цельные (1.11) и насадные. Они предназначены для обработки цилиндрических и конических отверстий и торцов. Цельные зенкеры изготовляют диаметром до 32 мм. По внешнему виду они несколько похожи на

спиральные сверла, но имеют три винто

вые канавки и, следовательно, три режу

щие кромки. Режущая или заборная

часть/ (1.12) выполняет основную

работу резания.         Калибрующая

часть 2 предназначена для калибрования отверстий и направления зенкера при резании. Хвостовик 5 служит для закрепления зенкера в станке.

Главный угол в плане 0 для зенкеров из быстрорежущей стали равен 45—60°, а для зенкеров твердосплавных — 60—75°.

У зенкеров, изготовляемых из быстрорежущей стали, передний угол -у равен 8—15° при обработке стальных деталей, 6—8° при обработке чугуна, 25—30° при обработке цветных металлов и сплавов. У твердосплавного зенкера Y = 5° при обработке чугуна и 0—5° при обработке стали.

Задний угол сс = 8-М0°. Угол наклона винтовой канавки co = 10-f-25°. Для лучшего направления зенкера при резании в его зубьях оставляют цилиндрическую фаску шириной 1,2—2,8 мм.

Насадные зенкеры применяют для обработки отверстий диаметром до 100 мм (1.13). Эти зенкеры имеют четыре винтовые канавки и, следовательно, четыре режущие кромки. Они крепятся на оправке. Для предупреждения провертывания зенкера во время работы на оправке имеется два выступа (шпонки), которые входят в соответствующие пазы на торце зенкера. Зенкеры изготовляют из быстрорежущей стали, а также оснащают пластинками из твердых сплавов.

Развертки. Они предназначены для обработки отверстий, к которым предъявляют высокие требования по точности и шероховатости поверхности.

Различают машинные и ручные развертки (1.14), а по форме обрабатываемого отверстия — цилиндрические и конические. Число зубьев развертки 6— 16. Распределение зубьев у разверток по окружности, как правило, неравномерное, что обеспечивает более высокое качество обработанной поверхности отверстия.

Калибрующая часть служит для направления развертки при резании и калибровании отверстия. Обратный кону^ находящийся за калибрующей частью, уменьшает трение развертки об обработанную поверхность и снижает величину разбивки отверстия. У ручных разверток диаметр около шейки меньше калибрующего на 0,005—0,008 мм, у машинных — на 0,04—0,08 мм. Хвостовик у ручных разверток выполнен цилиндрическим с квадратным концом, у машинных — коническим и цилидрическим. У чистовых разверток из быстрорежущей стали передний угол у = 0; у черновых Y = 5-T-10°; у разверток твердосплавных 7 = 04-5°. Задний угол а на режущей и калибрующей частях разверток выбирают в пределах 6—10°.

Метчики. Они предназначены для нарезания или калибрования резьбы в отверстиях (1.15). Различают метчики ручные, машинные, гаечные (для нарезания резьбы в гайках) и нлашечные (для нарезания и калибрования резьбы в плашках) . Ручные метчики поставляются комплектом. Комплект может состоять из 2 и 3 метчиков. Черновые метчики имеют заниженные размеры, а чистовой — полный профиль резьбы. Гаечные метчики выполняют с коротким, длинным и изогнутым хвостовиками.

Рабочая часть / метчика состоит из заборной 2 и калибрующей 3 частей. Заборная (режущая) часть у ручных черновых метчиков составляет 4 витка, у чистового метчика — 1,5- -2 витка. У машинных метчиков длина заборной части при нарезании сквозных отверстий составляет 5—6 витков, при нарезании глухих отверстий — 2 витка. У гаечных метчиков длина заборной части— 11 —12 витков.

Калибрующая часть 3 служит для зачистки и калибрования резьбы, а также для направления метчика при нарезании. Для уменьшения трения калибрующая часть имеет незначительный обратный конус. Хвостовая часть метчика 4 представ-

ляет собой стержень; конец 5 хвостовика у ручных, а иногда и у машинных метчиков имеет форму квадрата.

Профиль канавки метчика оказывает влияние на процесс нарезания резьбы и должен способствовать отводу стружки. Широко распространены 3- и 5-канавоч-ные метчики. Передний угол метчика у = = 5^-10° при обработке стали, 0—5° при обработке чугуна и 10—25° при обработке цветных металлов и сплавов. Задний угол а = 4 4-12°. Обычно метчики изготовляют с прямыми канавками, но для лучшего отвода стружки канавки имеют угол наклона g=9-H 15°.

1.16. Резьбонарезная плашка

Плашки. Их применяют для нарезания или калибрования наружных резьб за один рабочий ход. Наиболее широко используют плашки для нарезания резьб диаметром до 52 мм (1.16). Плашка представляет собой закаленную гайку с осевыми отверстиями, образующими режущие кромки. Обычно на плашках имеется от 3 до 6 отверстий для отвода стружки. Толщина плашки выбирается в пределах 8—10 витков. Режущая часть плашки выполнена в виде внутреннего конуса.

Фрезы. Фреза — многозубый режущий инструмент, который применяют для обработки на токарных станках наружных цилиндрических и фасонных поверхностей, пазов, лысок, канавок и др. Каждый зуб фрезы представляет собой обычный резец.

По материалу режущей части фрезы делят на углеродистые, быстрорежущие, твердосплавные, минерал окерамические и оснащенные композитом. По конструкции фрезы бывают цельными, зубья которых выполнены заодно с корпусом, и сборными со вставными зубьями (ножами) или пластинками. По способу закрепления различают фрезы насадные, закрепляемые на оправке со шпонкой, и концевые, закрепляемые за хвостовик. По назначению (характеру выполняемых работ) и расположению лезвий фрезы (1.17) бывают цилиндрическими, торцовыми, дисковыми и др.

Абразивные инструменты. При токарной обработке для обеспечения точности и высокого качества обрабатываемых поверхностей, а также при заточке и доводке режущего инструмента применяют абразивные инструменты.

В процессе резания металла образив-ными инструментами участвует большое число одинаковых по размеру абразивных зерен, скрепленных связующим веществом

(связкой). Связка определяет прочность и твердость инструмента, влияет на режимы, производительность и качество обработки. Связки бывают неорганическими и органическими. К первым относят керамическую и металлическую, ко вторым — бакелитовую и вулканитовую.

Керамическая связка (К) создается на основе огнеупорной глины, обладает высокой прочностью, жесткостью, теплостойкостью и химической стойкостью, хорошо сохраняет профиль круга.

Бакелитовая связка (Б) создается на основе смол и обладает хорошей самозатачиваемостью и полирующим свойством, уступает керамической связке по теплостойкости и стойкости к щелочам.

Вулканитовая связка (В) создается на основе синтетического каучука и обладает высокой упругостью и плотностью, уступает по прочности и теплостойкости.

Металлическая связка (М) создается на основе сплава меди, олова, цинка, никеля и других элементов и используется в основном для алмазных и эльборовых кругов, обладает высокой стойкостью, прочностью и теплопроводностью.

По степени твердости различают мягкие (Ml, M2, МЗ), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (Cl, C2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТЗ), твердые (Tl, T2) и другие  шлифовальные  круги.

Зернистость, связка, степень твердости и другие параметры маркируют на каждом абразивном инструменте, которые составляют его характеристику. Например, на шлифовальном круге может быть приведена       следующая     характеристика:

14А40ПС26К5, где 14А — марка абразивного материала, 40 — номер зернистости, П — индекс зернистости, С2 — степень твердости, 6 — номер структуры, К5 — вид керамической связки.

Шлифовальные круги могут иметь различный профиль в осевом сечении: прямоугольный, чашечный (цилиндрический и конический), тарельчатый (1.19)  и др.

Шлифовальные бруски изготовляют из белого электрокорунда зернистостью от 25 до М7 и зеленого карбида кремния зернистостью от 16 до М7. По форме поперечного сечения различают квадратные (БКв), прямоугольные (БП), треугольные (БТ)  и другие шлифовальные бруски.

Шлифовальные шкурки выпускают на тканевой и бумажной основе, абразивный слой закрепляется на основе водостойкими или неводостойкими связками. На шлифовальные шкурки может наноситься электрокорунд белый и нормальный, карбид кремния, эльбор, алмаз и др. Зернистость абразивного материала может быть от 80 до М4.

Абразивные пасты состоят из абразивных материалов, связки и поверхностно-активных веществ. В качестве абразивных материалов применяют электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, алмаз и др. В качестве абразивного материала пасты могут включать оксиды железа, хрома, алюминия и др. Абразивные пасты подразделяют по консистенции на твердые (Т) и мазеобразные (М), по смываемости — на смываемые органическими растворителями (О), водой (В), а также водой и органическими растворителями (ВО); по концентрации—на повышенные  (П)   и нормальные  (Н). В ка-

честве связки могут быть использованы, в зависимости от выполняемой работы, животные жиры, стеарин, парафин, вазелин, веретенное масло и др.

Повышение активности паст достигается введением поверхностно-активных элементов; к ним относят олеиновую и стеариновую кислоты.

1.4. Инструментальные материалы

Режущие инструменты изготовляют целиком или частично из инструментальных сталей и твердых сплавов.

Инструментальные стали разделяют на углеродистые, легированные и быстрорежущие. Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления инструмента, работающего при малых скоростях резания. Из углеродистой стали марок У9 и У10А изготовляют ножи, ножницы, пилы, из У11, УНА, У12 — слесарные метчики, напильники и др. Буква У в марке стали обозначает, что сталь углеродистая, цифра после буквы указывает на содержание в стали углерода в десятых долях процента, а буква А — на то, что сталь углеродистая высококачественная, так как содержит серы и фосфора не более 0,03 % каждого.

Основными свойствами этих сталей является высокая твердость (HRC 62—65) и низкая теплостойкость. Под теплостойкостью понимается температура, при которой инструментальный материал сохраняет высокую твердость (HRC 60) при многократном нагреве. Для сталей У10А— У13А теплостойкость равна 220 °С, поэтому рекомендуемая скорость резания инструментом из этих сталей должна.быть не более 8—10 м/мин.

Легированные инструментальные стали бывают хромистыми (X), хро-мистокремнистыми (ХС) и хромовольфра-момарганцовистыми (ХВГ) и др.

Цифры в марке стали обозначают состав (в процентах) входящих компонентов. Первая цифра слева от буквы определяет содержание углерода в десятых долях процента. Цифры справа от буквы указывают среднее содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента или углерода близко к 1 %, цифра не ставится..

Из стали марки X изготовляют метчики, плашки, резцы; из стали 9ХС, ХГС — сверла, развертки, метчики и плашки; из стали ХВ4, ХВ5 — сверла, метчики, развертки; из стали ХВГ — длинные метчики и развертки, плашки, фасонные резцы.

Теплостойкость легированных инструментальных сталей достигает 250—260 °С и поэтому допустимые скорости резания для них в 1,2—1,5 раза выше, чем для углеродистых сталей.

Быстрорежущие (высоколегированные) стали применяют для изготовления различных инструментов, но чаще сверл, зенкеров, метчиков.

Быстрорежущие стали обозначают буквами и цифрами, например Р9, Р6МЗ и др. Первая Р (рапид) означает, что сталь быстрорежущая. Цифры после нее указывают среднее содержание вольфрама в процентах. Остальные буквы и цифры обозначают то же, что и в марках легированных сталей.

Эти группы быстрорежущих сталей отличаются по своим свойствам и областям применения. Стали нормальной производительности, имеющие твердость до HRC 65, теплостойкость до 620 °С и прочность на изгиб 3000—4000 МПа, предназначены для обработки углеродистых и низколегированных сталей с пределом прочности до 1000 МПа, серого чугуна и цветных металлов. К сталям нормальной производительности относят вольфрамовые марок Р18, Р12, Р9, Р9Ф5 и вольфрамо-молибде-новые марок Р6МЗ, Р6М5, сохраняющие твердость не ниже HRC 62 до температуры 620 °С.

] тЛтпечвш л адат

Быстрорежущие стали повышенной производительности, легированные кобальтом  или  ванадием, с твердостью до

HRC 73—70 при теплостойкости 730— 650 °С и с прочностью на изгиб 250— 280 МПа предназначены для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов с пределом прочности свыше 1000 МПа, титановых сплавов и др. Улучшение режущих свойств этой стали достигается повышением содержания в ней углерода с 0,8 до 1 %, а также дополнительным легированием цирконием, азотом, ванадием, кремнием и другими элементами. К быстрорежущим сталям повышенной производительности относят 10Р6М5К5, Р2М6Ф2К8АТ, Р18Ф2, Р14Ф4, Р6М5К5, Р9М4ЕВ, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2, сохраняющие твердость HRC 64 до температуры 630—640 °С.

Твердые сплавы делят на ме-таллокерамические и минералокерамиче-ские, их выпускают в виде пластинок разной формы. Инструменты, оснащенные пластинками из твердых сплавов, позволяют применять более высокие скорости резания, чем инструменты из быстрорежущей стали.

Металлокерамические твердые сплавы разделяют на вольфрамовые, титановольфрамовые, титанотантало-вольфрамовые.

Вольфрамовые сплавы группы ВК, состоят из карбидов вольфрама и кобальта. Применяют сплавы марок ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК6, ВК60М, ВК8, ВКЮМ. Буква В означает карбид вольфрама, К — кобальт, цифра — процентное содержание кобальта (остальное — карбид вольфрама). Буква М, приведенная в конце некоторых марок, означает, что сплав мелкозернистый. Такая структура сплаве повышает износостойкость инструмента, но снижает сопротивляемость ударам. Применяются вольфрамовые сплавы для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов (резины, пластмассы, фибры, стекла и др.).

Титановольфрамовые сплавы группы ТК состоят из карбидов вольфрама, титана и кобальта. К этой группе относят сплавы марок Т5К.10, Т5КЛ2, Т14К8, Т15К6, Т30К4. Буква Т и цифра за ней указывают на процентное содержание карбида титана, буква К и цифра за ней — процентное содержание карбида кобальта,  остальное в данном  сплаве — карбид вольфрама. Применяются эти сплавы для обработки всех видов сталей.

Титанотанталовольфрамо-в ы е сплавы группы ТТК состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. К этой группе относят сплавы марок ТТ7К12 и ТТ10КВ-Б, содержащие соответственно 7 и 10 % карбидов титана и тантала, 12 и 8 % кобальта, остальное — карбид вольфрама. Эти сплавы работают в особо тяжелых условиях обработки, когда применение других инструментальных материалов не эффективно.

Сплавы, имеющие меньшее процентное содержание кобальта, марок ВКЗ, ВК.4 обладают меньшей вязкостью; применяют для обработки со снятием тонкой стружки на чистовых операциях. Сплавы, имеющие большее содержание кобальта марок ВК.8, Т14К8, Т5К.Ю обладают большей вязкостью, их применяют для обработки со снятием толстой стружки на черновых операциях.

Мелкозернистые твердые сплавы марок ВКЗМ, ВК6М, ВКЮМ и крупнозернистые сплавы марок ВК4 и Т5К.12 применяют в условиях пульсирующих нагрузок и при обработке труднообрабатываемых нержавеющих, жаропрочных и титановых сплавов.

Твердые сплавы обладают высокой теплостойкостью. Вольфрамовые и титано-вольфрамовые твердые сплавы сохраняют твердость при температуре в зоне обработки 800—950 °С, что позволяет работать при высоких скоростях резания (до 500 м/мин при обработке сталей и 2700 м/мин при обработке алюминия).

Для обработки деталей из нержавеющих, жаропрочных и других труднообрабатываемых сталей и сплавов предназначены особо мелкозернистые вольфрамоко-бальтовые сплавы группы ОМ: ВК6-ОМ — для чистовой обработки, а сплавы ВКЮ-ОМ и ВК15-ОМ — для получисто-вой и черновой обработки. Дальнейшее развитие и совершенствование сплавов для обработки труднообрабатываемых материалов вызвало появление сплавов марок ВКЮ-ХОМ и ВК15-ХОМ, в которых карбид тантала заменен карбидом хрома. Легирование сплавов карбидом хрома увеличивает их твердость и прочность при повышенных температурах.

Для повышения прочности пластинок из твердого сплава применяют плакирование — покрытие их защитными пленками. Широко применяют износостойкие покрытия из карбидов, нитридов и карбонитри-дов титана, нанесенные на поверхность твердосплавных пластин в виде тонкого слоя толщиной 5—Юмкм. При этом на поверхности твердосплавных пластин образуется мелкозернистый слой карбида титана, обладающий высокой твердостью, износостойкостью и химической устойчивостью при высоких температурах. Стойкость твердосплавных пластин с покрытием в среднем в 1,5—3 раза выше стойкости обычных пластин, скорость резания ими может быть увеличена на 25—80 %. В тяжелых условиях резания, когда наблюдаются выкрашивание и сколы у обычных пластин, эффективность пластин с покрытием снижается.

Промышленностью освоены экономичные безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбида титана и ниобия, карбо-нитридов титана на никелемолибденовой связке. Применяют безвольфрамовые твердые сплавы марок ТМ1, ТМЗ, ТН-20, ТН-30, КНТ-16. Они обладают более высокой окалиностойкостью, превышающей стойкость сплавов на основе карбида титана (Т15К6, Т15КЮ) более чем в 5—10 раз. При обработке на высоких скоростях резания на поверхности сплава образуется тонкая оксидная пленка, выполняющая роль твердой смазки, что обеспечивает повышение износостойкости и снижение шероховатости обработанной поверхности. Вместе с тем безвольфрамовые твердые сплавы имеют более низкие ударную вязкость и теплопроводность, а также стойкость к ударным нагрузкам, чем сплавы группы ТК,- Это позволяет применять их при чистовой и получистовой обработке конструкционных и низколегированных сталей и цветных металлов.

Из минералокерамических материалов, основной частью которых является оксид алюминия с добавкой относительно редких элементов: вольфрама, титана, тантала и кобальта, распространена оксидная (белая) керамика марок ЦМ-332, ВО13 и ВШ-75. Она отличается высокой теплостойкостью (до 1200 °С) и износостойкостью, что позволя-

ет обрабатывать металл на высоких скоростях резания (при чистовом обтачивании чугуна — до 3700 м/мин), которые в 2 раза выше, чем для твердых сплавов.

В настоящее время для изготовления режущих инструментов применяют режущую (черную) керамику марок ВЗ, ВОК-60, ВОК-63, ВОК-71."

Режущая керамика (кермет) представляет собой оксидно-карбидное соединение из оксида алюминия и 30—40 % карбидов вольфрама и молибдена или молибдена и хрома и тугоплавких связок. Введение в состав минералокерамики металлов или карбидов металлов улучшает ее физико-механические свойства, а также снижает хрупкость. Это позволяет увеличить производительность обработки за счет повышения скорости резания. Получистовая и чистовая обработка деталей из серых, ковких чугунов, труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных металлов и сплавов производится со скоростью резания 435—1000 м/мин без смазочно-ох-лаждающей жидкости. Режущая керамика отличается высокой теплостойкостью.

Оксидно-нитридная керамика состоит из нитридов кремния и тугоплавких материалов с включением оксида алюминия и других компонентов (силинит-Р и корти-нит ОНТ-20).

Силинит-Р по прочности не уступает оксидно-карбидной минералокерамике, но обладает большей твердостью (HRA 94— 96) и стабильностью свойств при высокой температуре. Он не взаимодействует в процессе резания с большинством сталей и сплавов на основе алюминия и меди; применяют на операциях получистового и чистового точения различных материалов, а также при обработке закаленных сталей.

Закаленные и цементированные стали (HRC 40—67), высокопрочные чугуны, твердые сплавы типа ВК25 и ВК15, стеклопластики и другие материалы обрабатывают инструментом, режущая часть которого изготовлена из крупных поликристаллов диаметром 3—6 мм и длиной 4—5 мм на основе кубического нитрида бора (эль-бор-Р, кубонит-Р, гексанит-Р). По твердости эльбор-Р приближается к алмазу (86 000МПа), а его теплостойкость в   2 раза   выше   теплостойкости   алмаза (~1600°С). Эльбор-Р химически инертен к материалам на основе железа. Прочность поликристаллов на сжатие достигает 4000—5000 МПа, на изгиб — 700 МПа, теплостойкость — 1350—1450 °С.

Из других сверхтвердых материалов распространены синтетические алмазы типа баланс (марка АСБ), карбонадо (марка АСПК). Карбонадо химически более активен к углеродсодержащим материалам, поэтому применяется для точения цветных металлов, высококремнистых сплавов, твердых сплавов типа ВК10 — ВКЗО, неметаллических материалов. Стойкость резцов из карбонадо в 20—50 раз выше стойкости резцов из твердых сплавов.

К абразивным материалам относят электрокорунд нормальный марок 14А, 15А и 16А, электрокорунд белый марок 23А, 24А и 25А, монокорунд марок 43А, 44А и 45А. Карбид кремния зеленый марок 63С и 64С и черный марок 53С и 54С, карбид бора, эльбор, синтетический алмаз и др.

Абразивные материалы характеризуются зернистостью — линейными размерами зерен и подразделяются на шлифзерно от № 200 до № 16 (соответственно от 2500 до 160 мкм); шлифпорошки от №12 до №4 (соответственно от 160 до 40 мкм); микропорошки от М63 до М14 (соответственно от 63 до 10 мкм).

Из абразивных материалов изготовляют порошки, которые предназначены для обработки резанием в свободном и в связанном состоянии в виде абразивного инструмента (шлифовальных кругов, брусков, шкурок, лент и др.) и паст.

1.5. Заточка инструмента

На машиностроительных предприятиях инструмент, как правило, затачивают централизованно. Вместе с тем иногда необходимо затачивать инструмент вручную.

Для ручной заточки инструмента применяют точильно-шлифовальные станки, например станок модели ЗБ633, состоящий из шлифовальной головки и станины (1.20). В шлифовальную головку встроен двухскоростной электродвигатель. На выходящих концах вала ротора крепятся шлифовальные круги, которые закрываются кожухами с защитными экра-

нами. Станок оснащается поворотным столиком или подручником для установки резца. В станине размещаются электрошкаф и панель управления.

Точильно-шлифовальные станки в зависимости от назначения и размеров шлифовальных кругов можно подразделить на три группы: малые станки с кругом диаметром 100—175 мм для заточки мелкого инструмента, средние станки с кругом диаметром 200—350 мм для заточки основных типов резцов и другого инструмента, крупные станки с кругом диаметром 400 мм и более для шлифования деталей и обди-рочно-зачистных работ.

Резцы в зависимости от их конструкции и характера изнашивания затачивают по передней, задней или по обеим поверхностям. Стандартные резцы с пластинками из твердого сплава или быстрорежущей стали наиболее часто затачивают по всем режущим поверхностям. В ряде случаев при незначительном износе резцов по передней поверхности их затачивают только по задней поверхности.

При заточке на точильно-шлифоваль-ных станках резец устанавливают на поворотный столик или подручник и вручную прижимают обрабатываемой поверхностью к шлифовальному кругу. Для равномерного изнашивания круга резец необходимо перемещать по столику или подручнику относительно рабочей поверхности круга.

При заточке резца по задним поверхностям столик или подручник поворачивают на заданный задний угол и закрепляют в непосредственной близости к кругу. Резец устанавливают на столике или подручнике так, чтобы режущая кромка располагалась параллельно рабочей поверхности круга. Переднюю поверхность резца чаще всего затачивают боковой поверхностью круга, при этом резец устанавливают на подручнике боковой поверхности. Переднюю поверхность можно затачивать и периферией круга, однако этот способ менее удобен. ' Резцы из быстрорежущей стали затачивают сначала по передней, затем по главной и вспомогательной задней поверхностям. При заточке твердосплавных резцов применяют такой же порядок операций, но предварительно обрабатывают задние поверхности стержня под углом, на 2—3° большим, чем угол заточки на пластинке твердого сплава. Примеры заточки резцов на точильно-шлифовальном станке показаны на 1.21.

Качество заточки зависит от квалификации рабочего, производящего заточку, и характеристик шлифовальных кругов. С увеличением усилия прижима инструмента к шлифовальному кругу возрастает производительность труда, но одновременно могут возникнуть прижоги и трещины. Обычно усилие прижима не превышает 20—30 Н. При увеличении продольной подачи вероятность образования трещин уменьшается. .

Обычно на точильно-шлифовальном станке устанавливают шлифовальные круги разных характеристик, что позволяет производить предварительную и окончательную заточку инструмента. При предварительной заточке твердосплавного инструмента используют круги из карбида кремния (24А) зернистостью 40, 25, 16 и твердостью СМ2 и С1 на керамической связке (К5); окончательную заточку (при припуске 0,1—0,3 мм) выполняют на алмазных, эльборовых и мелкозернистых абразивных кругах с бакелитовой связкой.

При предварительной заточке быстро

режущих инструментов применяют шли

фовальные круги из электрокорунда (23А,

24А) зернистостью 40, 25, 16 и твердостью

СМ1, СМ2 на керамической связке (К5).

Окончательную заточку (при припуске

0,1—0,3 мм) выполняют кругами из элек

трокорунда (23А, 24А) или монокорунда

(43А,         45А)         зернистостью         25,

16 и 12 и твердостью МЗ, СМ1, СМ2 на керамической связке (К5). Шероховатость поверхности инструмента после предварительной заточки равна 2,5— 0,63 мкм, после окончательной — 0,63— 0,1 мкм по Ra.

При заточке резца на мелкозернистом круге на режущей кромке его остаются неровности, которые непосредственно влияют на интенсивность изнашивания резца. Поэтому после заточки резец доводят на алмазном круге или на вращающихся чугунных дисках с применением абразивных паст. Скорость вращения алмазного круга — до 25 м/с, скорость вращения диска — 1 —1,5 м/с. Резец доводят по главной задней и передней поверхностям на фаске 1,5—4 мм. Вспомогательную заднюю поверхность резца не обрабатывают.

Для получения поверхностей высокого качества (Ra = 0,32-^0,08 мкм) необходимо, чтобы биение доводочного диска или круга не превышало 0,05 мм, при этом вращение их должно быть направлено под режущую кромку. Перед нанесением пасты на диск его следует слегка протереть войлочной щеткой, смоченной в керосине. Слой пасты, нанесенный на диск, должен быть тонким, так как толстый слой не ускоряет процесс доводки. Доводку следует производить с легким нажимом, касаясь резцом доводочного диска без ударов. Сильный нажим не ускоряет доводку, а только увеличивает расход пасты и ускоряет изнашивание диска.

Проверку углов заточки резца можно производить шаблонами (1.22) и приборами.

Сверла затачивают по задней поверхности, придавая ей криволинейную форму для обеспечения равных задних углов в любом сечении режущих зубьев. Для этого сверло прижимают к шлифовальному кругу и одновременно поворачивают, как показано на 1.23. Сначала затачивают поверхность около режущей кромки, а затем поверхность, расположенную под большим задним углом. У твердосплавных сверл сначала затачивают пластину, а затем корпус сверла.

При заточке сверл следует обеспечивать равенство двух режущих кромок по

длине и углов <р на зубьях; при этом задние углы по всей длине режущего зуба должны быть одинаковыми. Поперечная кромка сверла имеет отрицательные передние углы и не режет металл, а скоблит его, поэтому для уменьшения сопротивления подаче у сверл диаметром более 15 мм поперечную кромку подтачивают на круге малого диаметра (1.24, а — е). Углы заточки проверяют универсальным угломером или шаблоном  (1.25).

На заточенной поверхности сверла из инструментальной стали не должно быть прижогов и трещин, а на сверлах, оснащенных пластинками твердого сплава, заусенцев и мест выкрашивания режущих кромок.

Более точно и производительно затачивать сверла на сверло-заточных станках в заточных отделениях.

Правила безопасности при заточке инструмента. Прежде чем приступить к заточке инструмента, необходимо убедиться в полной исправности всех механизмов и устройств заточного станка, в том числе кругов и их кожухов.

Особое внимание должно быть обращено на кожух круга. Угол раскрытия кожуха точильно-шлифовальных станков не должен превышать 90°. Причем угол раскрытия по отношению к горизонталь-

ной линии не должен превышать 65° (1.26).

Зазор между подручником и шлифовальным кругом не должен превышать 3 мм. Подручник по высоте устанавливают так, чтобы точка касания затачиваемой поверхности инструмента с поверхностью круга находилась на уровне оси шпинделя станка или несколько выше, но не более 10 мм.

Направление вращения круга должно быть таким, чтобы инструмент прижимался к подрядчику и искры, образующиеся при заточке, летели вниз. Заточку инструмента необходимо выполнять в защитных очках или при опущенном защитном экране станка.