Труднообрабатываемые материалы (лезвийная обработка)

В промышленности наиболее распространены следующие труднообрабатываемые материалы: коррозионностойкие и жаропрочные стали и сплавы; материалы с высокой твердостью и прочностью; сплавы на основе титана и тугоплавких металлов (вольфрам, молибден, ниобий).

Формообразующую обработку этих материалов целесообразно выполнять электро-физико-химическими методами. При необходимости обработки резанием следует использовать такие инструменты, как твердосплавные из сплавов группы «М» и инструменты из кобальтовых быстрорежущих сталей повышенной производительности (см. 9.2.2 и 11.5.4).

Покажем особенности обрабатываемости резанием труднообрабатываемых материалов.

Сложность обработки аустенитных коррозионностойких и жаропрочных сплавов объясняется:

• — склонностью к наклепу, характерному для материалов с аустенитной структурой;
• — низкой теплопроводностью, что приводит к большему нагреву инструмента;
• — малым разупрочнением при нагреве — разупрочнение аустенита происходит при более высоких температурах, чем мартенсита (рис. 11.13).

Все эти факторы заставляют уменьшать скорость резания и способствуют снижению стойкости инструмента.

Высокая химическая активность титановых сплавов сопровождается при повышении температуры поглощением кислорода и азота воздуха с образованием твердых оксидов и нитридов титана, изнашивающих режущий инструмент. Кроме того, при высоких температурах резания из-за высокого сродства к углероду (и, возможно, это основная причина), отмечается диффузия углерода из инструментального материала в обрабатываемый. Вследствие диффузии происходит повышение твердости поверхности заготовки и разупрочнение инструментального материала. Еще одна причина низкой обрабатываемости резанием — малая теплопроводность титановых сплавов (температура в зоне резания примерно в два раза выше, чем при обработке стали 45).

Тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, ниобий, цирконий — и сплавы на их основе обладают высокой твердостью, высокой изнашивающей способностью. Эти материалы так же, как титан, отличаются значительным сродством к углероду.

Низкая обрабатываемость высокопрочных ши обладающих высокой твердостью сталей и сплавов обусловлена тем, что их обработка сопровождается возникновением высоких температур и требует больших усилий резания. Это повышает вероятность выкрашивания режущей кромки инструмента и вызывает его разупрочнение и ускоренный износ.

Рекомендации по применению инструментальных материалов при лезвийной обработке

Выбор инструментального материала определяется его основными и технологическими свойствами, условиями обработки — свойствами обрабатываемого материала, необходимой производительностью и т. п., а также конструкцией режущего инструмента.

Теплостойкость инструментальных сталей значительно ниже, чем у остальных инструментальных материалов.

Рис. 11.13. Влияние температуры нагрева на твердость сталей со структурой мартенсита и аустенитных сталей и сплавов (схема).

Это ограничивает производительность обработки при их использовании. Допустимые скорости резания для углеродистых и легированных сталей составляют 10…15 м/мин, а для быстрорежущих не превышают 40…50 м/мин.

Твердые сплавы, режущая керамика и СТМ значительно превосходят по твердости и теплостойкости не только инструментальные, но и быстрорежущие стали (табл. 11.5). Это позволяет выполнять резание с более высокими скоростями, достигается значительный выигрыш в производительности обработки. При обработке труднообрабатываемых материалов твердыми сплавами, керамикой и СТМ обеспечивается значительная бо? льшая стойкость инструмента по сравнению с инструментом из быстрорежущих сталей. Ряд труднообрабатываемых материалов вообще невозможно обработать инструментом из быстрорежущих сталей.

Вместе с тем быстрорежущие стали наряду с твердыми сплавами являются самым распространенным инструментальным материалом. Это определяется их важнейшим технологическим отличием — возможностью изменения свойств за счет термической обработки. После разупрочняющей обработки (отжиг) твердость сталей невелика, их можно обрабатывать резанием с помощью лезвийного инструмента. Именно это и определяет использование инструментальных сталей. Область их рационального применения — изготовление инструмента сложной формы — фасонного (червячные фрезы, протяжки и т. п.).

Твердые сплавы, режущую керамику и ряд сверхтвердых материалов на основе алмаза и кубического нитрида бора получают методом спекания, после чего материал приобретает окончательные свойства, т. е. высокую твердость. Обработка лезвийным инструментом невозможна, выполняется только абразивная. Это определяет невозможность или очень высокую стоимость изготовления изделий сложной формы. Заготовки из таких материалов в виде пластинок припаиваются или механически крепятся к корпусу инструмента. Также в виде вставок, закрепляемых в корпусе инструмента, используются моноили поликристаллы из СТМ. Таким образом, основная область применения перечисленных материалов — инструменты относительно простой формы (резцы, фрезы).