Технология обработки металлических изделий на токарных станках

Введение

Заготовки фасонного монолитного  инструмента из твердого сплава

Припаивание пластин из твёрдых  сплавов

Общие сведения о процессе шлифования

Смазочно-охлаждающие  жидкости

Затачивание и доводка алмазными  кругами

Режимы  шлифования и затачивания

Шлифование  многогранных неперетачиваемых пластин

Доводка

Маршрутная  и унифицированная  технология изготовления инструмента из твердого сплава

Список  литературы

 
Введение

В инструментальном производстве применяют следующие  основные материалы:

1. Инструментальные  стали (быстрорежущие ГОСТ 19265-73, легированные ГОСТ 5950-73, углеродистые  ГОСТ 1435-74) и

дисперсионно-твердеющие сплавы.

2. Твердые спеченные  сплавы (ГОСТ 3.882-74).

3. Минералокерамика.

4. Алмазы природные  и искусственные.

5. Синтетические  режущие материалы (композит 0,1 или  эльбор-Р; композит 02 или белбор, композит 0,5, композит или гексанит-Р).

На выбор материала  влияют тип инструмента, его назначение, размеры и условия работы. Рассмотрим инструменты и твердых сплавов.

Заготовки фасонного монолитного  инструмента из твердого сплава

В промышленности находит  все большее применение монолитный твердосплавный инструмент (сверла, фрезы, зенкеры, развертки, метчики и др.). Для изготовления инструмента применяют  заготовки, полученные методом спекания, и пластифицированные. Заготовки  в виде стержней (для сверл, концевых фрез, метчиков и др.) или дисков (для  фрез и др.) изготовляют по методам  спекания. Заготовки такого типа обрабатывают только шлифованием алмазными кругами. Обработка кругами из карбида  кремния не рекомендуется. Так как  сложный инструмент шлифовать трудно, для его изготовления применяют  заготовки, которым до спекания придают  требуемую форму механической обработкой.

Комбинат твердых  сплавов выпускает спрессованные  цилиндрические или призматические не спеченные заготовки из пластифицированного  твердого сплава. Пластификатором служит парафин (до 7%). Пластифицированным заготовкам придается соответствующая форма  механической обработкой обычным твердосплавным инструментом с увеличенными передними  и задними углами (у = 10-15°, а = 20-30°) при скорости резания 50 - 150 м/мин  с небольшими подачами.

Заготовки при спекании дают значительную усадку. При расчете  размеров заготовки учитывают процент  усадки (25-30%) и величину припусков, снимаемых  до и после спекания. Размеры заготовки  можно определить по следующей формуле:

А1 = (А±С) К±С1, где  А1 - размер заготовки; А - окончательный  размер инструмента;

С - сумма припусков  и допусков на операцию после спекания;

К - коэффициент, учитывающий  процент усадки при спекании; С1 - сумма припусков и допусков на операции до спекания.

При построении технологического процесса изготовления инструмента  из пластифицированных заготовок поверхности, являющиеся базовыми до спекания, используют как базовые после спекания.

ВНИИ разработал способ изготовления фасонных твердосплавных инструментов методом прессования. При этом методе фасонную заготовку  изготовляют из пластифицированного  сплава путем прессования в стальных пресс-формах. Методом прессования  изготовляют дисковые модульные, прорезные  и канавочные фрезы, винтовые пластинки  и сверла.

Технология изготовления монолитных твердосплавных инструментов состоит из следующих операций:

- приготовление пластификатора;

- замешивание порошка  твердого сплава с пластификатором; - прессование заготовок;

- предварительное  и окончательное спекание по  режиму, зависящему от марки твердого  сплава.

ВНИИТС разработал способ изготовления монолитного твердосплавного  инструмента методом прессования  с продавливанием через матрицу. Твердосплавную порошкообразную смесь  с пластификатором прессуют в  брикеты, которые помещают в специальный  контейнер с твердосплавной матрицей и затем продавливают через нее. Эти заготовки подвергают спеканию в водородной среде. Таким способом изготовляют мелкие твердосплавные сверла, зенкеры, развертки и др.

После спекания заготовки  шлифуют и затачивают.

Припаивание пластин из твёрдых  сплавов

При необходимости  обеспечения высокой жесткости  инструмента и в тех случаях, когда конструктивно затруднено применение твердосплавного инструмента  с механическим креплением применяют  твердосплавный инструмент с напаянными пластинами. Особенностью напаивания твердосплавных пластин является то, что соединяются два совершенно различных (как по химическому составу, так и по физико-механическим свойствам) материала. Коэффициент линейного расширения стали примерно раза больше, чем твердого сплава, что приводит в процессе охлаждения к деформации пластинки и державки, вызывая в них значительные напряжения, которые могут привести к появлению трещин в твердом сплаве, шве и корпусе инструмента.

Соединенные припоем  твердый сплав и сталь, охлаждаясь, будут упруго взаимодействовать  через припой и после остывания  будут иметь общую длину. При  этом твердый сплав окажется сжатым, а сталь растянутой.

Низкая теплоемкость твердых сплавов в сочетании  с высоким электрическим сопротивлением обусловливает более быстрый  нагрев твердого сплава, чем стали. Пониженная теплопроводность создает  при нагреве и охлаждении резкие перепады температуры, вследствие чего из-за пониженных прочностных характеристик  твердого сплава при растяжении могут  образовываться трещины.

Технология пайки  должна обеспечить достаточно прочное  соединение пластинки твердого сплава с корпусом и цельность пластинки  твердого сплава в процессе изготовления и эксплуатации.

Снижение остаточных напряжений в паяных соединениях  и уменьшение трещинообразования в  твердом сплаве должно быть достигнуто:

а) увеличением толщины  корпуса или уменьшением толщины  пластинки (отношение Н/h должно-быть >3);

б) применением корпуса  из сталей, способствующих снижению остаточных напряжений в паяных соединениях(например 35ХГСА и др.)

в) применением низкотемпературных пластичных припоев, обеспечивающих меньший  перепад температуры при охлаждении паяного соединения и большую  возможность пластической деформации паяного шва;

г) увеличением, толщины  слоя припоя за счет применения компенсационных  прокладок, имеющих коэффициент  линейного расширения промежуточный  между коэффициентами стали и  твердого сплава, или кернением поверхности  соединения;

д) закаливанием стального  корпуса инструмента в процессе его охлаждения после пайки; при  этом объем корпуса увеличивается  и внутренние напряжения в паяном соединении уменьшаются;

е) применением релаксационного  отпуска (при температуре 220-240 °С не менее 8 ч); при этом снижаются внутренние напряжения, за счет увеличения ползучести припоя.

В качестве припоев, имеющих пониженную температуру  пайки и обладающих более высокой  пластичностью, способствующей релаксации напряжений при охлаждении соединений используют: серебросодержащие припои типа ПСр40, имеющие температуру пайки 600-800 °С; трехслойные серебросодержащие  припои, состоящие из медной фольги (компенсационная прокладка), плакированной  с двух сторон припоем, например ТМСр47М, а также припои повышенной пластичности, например припой

ПрМНМЦ 08-4-2.

Для высоконагруженных  соединений рекомендуется применять  высокопрочный припой ПрАНМЦ 0,6-4-2, химически  активный флюс Ф-100 и закалку охлаждением  после пайки корпуса под пластинкой. В практике применяют медные и  латунные припои.

Рис.1. Припаивание  пластин из твердого сплава:

а - форма пазов  под пластины; б - предварительное  крепление пластин; 1 - кернованием; 2 - технологическими стенками; 3 - обвязка  асбестовым шнуром; 4 - технологическим  штифтом; в - петлевые индукторы для  запаивания пластин из твердого сплава

Пазы под пластины твердого сплава (рис.1, а) делают открытыми (резцы, ножи сборного инструмента), полузакрытыми (резцы, зенкеры, фрезы) и закрытыми (сверла). Плоскости пазов обрабатывают преимущественно фрезерованием  с шероховатостью Rz = 40-10 мкм. Твердосплавные пластины не должны иметь трещин, сколов и коробления более 0,05 мм.

Пластины, имеющие  коробление, шлифуют на плоскошлифовальных станках алмазными шлифовальными  кругами или подвергают электрохимической  обработке. Закрытые пазы изготовляют  с учетом обеспечения плотной  посадки пластинок. Зазор между  плоскостями паза и пластинки  допускается в пределах 0,05-0,15 мм.

Перед пайкой инструмент с полузакрытыми и закрытыми  пазами собирают. Пластины крепят по возможности  подчеканкой. Для крепления пластин  подчеканкой у многолезвийного  инструмента (фрез, зенкеров, разверток) оставляют по передней поверхности  технологическую стенку толщиной 1-1,5 мм, которую удаляют после пайки  заточкой. В некоторых случаях  пластины можно крепить штифтами (винтовые пластины) или обматывать мягкой проволокой, а также асбестовым шнуром (рис.1, б).

Способы пайки выбирают в зависимости от способа нагрева  инструмента. Различают пайку индукционную (на установках ТВЧ), печную в печах  с мазутным или газовым нагревом или в электрических печах  с газовой восстановительной  атмосферой), контактную (на машинах  для электростыковой сварки), пламенную (ацетилено-кислородной горелкой), погружением  в расплавленный припой и погружением  в расплавленные соли. Пайка твердосплавных пластин при индукционном нагреве (рис.1, в) является одной из самых  производительных операций, легко поддающихся  автоматизации. Для создания неразъемных  соединений твердосплавных пластин  с державками применяют диффузионную сварку в вакууме.

Общие сведения о процессе шлифования

Геометрическая и  размерная точность, шероховатость  поверхности и физико-механическое состояние поверхностного слоя режущих  инструментов зависят от термической  и окончательной механической обработки  рабочих поверхностей. Основной окончательной  механической обработкой рабочих поверхностей режущих инструментов являются операции шлифования, заточки и доводки  абразивно-алмазными инструментами. Применяют также электромеханическое  шлифование и анодно-механическую обработку.

Шлифование, выполняемое  после закалки и отпуска, улучшает свойства поверхностного слоя (удаляется  обезуглероженный слой, уменьшается  шероховатость поверхности, повышается прочность и стойкость инструмента). Однако значительное тепловое воздействие  на поверхностный слой, возникающее  при - шлифовании, при некоторых условиях (зависящих от характеристики обрабатываемого  материала инструмента, шлифовального  круга, режимов шлифования, СОЖ и  др.) может привести к ухудшению  его свойств. Это связано со следующими особенностями процесса шлифования;

а) температура тонкого  поверхностного слоя при шлифовании достигает 700-1200 °С;

б) нагрев происходит мгновенно; скорость нагрева составляет 5000-6000 с С/с;

в) температура сохраняется  доли секунды, так как основная часть  возникающего тепла передается нижележащим  слоям холодного металла при  скорости охлаждения поверхностного слоя до 10000С/с;

г) температурное  воздействие протекает в условиях повышенных давлений.

Очень чувствительны  к термическим напряжениям и  деформациям твердые сплавы, для  которых особенно опасны растягивающие  напряжения, поскольку предел прочности  твердых сплавов при растяжении в 5-8 раз ниже, чем предел прочности  при сжатии. Твердые сплавы ТК более  чувствительны к термическим  напряжениям, чем ВК. В связи с  этим их шлифуют при меньшей скорости шлифовального круга.

Следует отметить, что  применение алмазного электроабразивного и электроалмазного шлифования приводит в основном к появлению сжимающих  напряжений.

Высокие температуры, возникающие в зоне шлифования, являются основной причиной, приводящей к появлению  прижогов и трещин на обработанных поверхностях, поэтому технологические  мероприятия, способствующие снижению температуры, приводят к повышению  качества обработки. К числу наиболее эффективных мероприятий такого рода следует отнести обоснованный выбор режимов резания, применение высокопористых и прерывистых абразивных кругов, использование эльборовых и  алмазных инструментов; правильный выбор  состава и способа подвода  СОЖ; применение вибрационного и  упругого шлифования, выбора рационального  способа правки кругов.  

Смазочно-охлаждающие  жидкости

Применение смазочно-охлаждающих  жидкостей снижает трение и температуру  в зоне контакта шлифовального круга  с обрабатывали деталью, улучшает отвод  тепла и удаление отходов шлифовании из зоны резания, в результате чего уменьшается затупление, засаливание  и износ шлифовального круга, повышается производительность и качество обработки.