Минералокерамические материалы

Категория:
Помощь рабочему-инструментальщику


Минералокерамические материалы

Для оснащения режущих инструментов применяют минералокерамический материал марки ЦМ-332 на основе окиси алюминия (А1203) с небольшими добавками окиси цинка или кальция, окиси магния или марганца. По физико-механическим свойствам минералов керамика в значительной степени отличается от метал-локерамических твердых сплавов: она не уступает им по твердости и превосходит по износостойкости, однако обладает низкими показателями ударной вязкости и сопротивления изгибу.

Физико-механические свойства минералокерамики зависят от ее структуры, которая характеризуется формой, размером, плотностью и взаимным расположением зерен. Основной ее недостаток — низкая теплопроводность, что необходимо учитывать при выборе типа крепления пластинок к державкам инструмента и способа обработки.

Минералокерамика имеет ряд положительных качеств. Так, предел прочности на сжатие у нее такой же, как у твердых сплавов, а теплостойкость — на 200…300° С выше, чем у них, и почти вдвое выше, чем у быстрорежущих сталей. Главное же достоинство ее заключается в том, что она сохраняет твердость при высоких температурах, возникающих в зоне резания. Например, при температуре 1000°С твердость минералокерамики составляет HRC 61, а твердого сплава ВК8 — HRC 26. При обработке минералокерамическим инструментом сталей достигается меньшая шероховатость поверхности, так как на нем не образуется нароста.

Рационально используя свойства минералокерамики, можно разработать высокопроизводительный технологический процесс получистовой и чистовой обработки стали, чугуна, цветных металлов-, жаропрочных сплавов.

Минералокерамические пластинки марки ЦМ-332 для оснащения режущих инструментов выпускают прямоугольной, полукруглой и другой формы. Разработан ряд типоразмеров многогранных неперетачиваемых ми-нералокерамических пластинок трех-, пяти- и шестигранной формы. Пластинки всех форм выполнены в двух вариантах: плоские — для обработки закаленных сталей и с выкружками вдоль всех режущих кромок— для обработки незакаленной стали и чугуна твердостью НВ 200. Размеры выкружек выбраны с таким расчетом, чтобы обеспечить удовлетворительный отвод стружки при t= 1…5 мм и S=0,25…0,6 мм/об, т. е. в диапазоне получистовых и чистовых операций.

Чтобы ослабить хрупкость минералокерамических сплавов, используют чистые тугоплавкие окислы АЬ03 (с температурой плавления 2050 °С), химически связанные металлами железной группы — Fe, Ni или тугоплавкими металлами — титаном, цирконием, хромом или молибденом. Получаемые таким образом керме-ты — нечто среднее между металлокерамическими твердыми сплавами и минералокерамикой.

В последнее время появились новые, более прочные керамические материалы—белая керамика ВШ (А1203 = = 100%). Она применяется для обработки чугуноз и успешно заменяет твердые сплавы марок ВКЗ, ВКЗ-М и Т30К4 на чистовых операциях. Отечественная промышленность выпускает трехгранные, четырехгранные и многогранные пластинки из черной керамики марки ВЗ, состоящей из 60% А1203 и 40% карбидов тугоплавких металлов. Твердость этих керметов HRA 92…94, предел прочности при изгибе — 45…55 кгс/мм2, красностойкость— 1200…1300 °С. Инструменты, оснащенные керметом ВЗ, применяют для чистового и получистового точения хромоникелемолибденовых сталей твердостью HRC 50…52 на режимах: v= 110…200 м/мин, S = = 0,14…0,3 мм/об и / = 0,25…0,5 мм. Шероховатость обработанных поверхностей соответствует /?а= 1,25…0,63 мкм.

В настоящее время разработаны и находят практическое применение новые сверхтвердые материалы, полученные на основе нитрида бора, — эльбор-Р и исмит, а также синтетические алмазы — баллас и карбонадо. По режущим свойствам и износостойкости они в несколько раз превосходят металлокерамические твердые сплавы и минералокерамику.

Резцы из эльбора-Р изготовляют двух видов: сборные, в которых заготовки из эльбора крепятся в переходной вставке, устанавливаемой в корпусе резца, и цельные, где заготовки крепятся непосредственно в тело инструмента путем заливки их жидким металлом.

Резцы со вставками из эльбора-Р не только обеспечивают высокую производительность, но и позволяют получить шероховатость в пределах Ra= 1,25…0,63 — Ra=0,63…0,32 мкм, улучшить размерную точность на 1—2 класса, исключить образование прижогов и шаржирование поверхности. Наибольшая стойкость эльбо-ровых резцов — 45…75 мин. Она может быть повышена еще на 30% при охлаждении инструмента сжатым воздухом под давлением 1,5 атм и на 50% при охлаждении 2,5%-ной эмульсией.

Наиболее эффективно применение эльбора-Р при обработке закаленных сталей точением вместо шлифования и при растачивании отверстий.

Сверхтвердый материал исмит, полученный на основе нитрида бора, обладает более высокой стойкостью, чем твердые сплавы, при точении закаленных сталей. Размеры поликристаллов исмита позволяют оснащать ими проходные и расточные резцы, фрезы и другой лезвийный инструмент.

Использование резцов из исмита при обработке деталей беззазорных вырубных штампов из стали У10А твердостью HRC 56…58 дало возможность в 2 раза увеличить производительность труда за счет увеличения скорости и точности обработки.

Баллас — синтетический алмаз (АБС)—предназначен для обработки деталей из стеклопластика. Резцы из балласа позволяют работать без охлаждения при скорости 350…450 м/мин, глубине резания 1,5 мм и продольной подаче 0,1…0,21 мм/об, при этом стойкость резцов более высокая, чем оснащенных твердым сплавом ВК8.

Синтетический алмаз карбонадо применяют для обработки алюминиевых и медных сплавов.

Для оснащения режущих инструментов применяется минералокерамический материал марки ЦМ-332 на основе окиси алюминия (А1203) с небольшими добавками окиси цинка или кальция, окиси магния или марганца.

По физико-механическим свойствам минералокераические материалы значительно отличаются от металлокерамических твердых сплавов. Они не уступают твердым сплавам по твердости, превосходят их по износостойкости, но обладают низкими показателями ударной вязкости и сопротивления изгибу.

Физико-механические свойства минералокерамики зависят от ее структуры, которая характеризуется формой, размером, плотностью и взаимным расположением зерен.

Опыт применения минералокерамических инструментов показывает, что структура минералокерамики в пределах партии и отдельных пластинок крайне неоднородна. Верхний слой пластинки состоит из более крупных зерен по сравнению со слоем, расположенным на глубине 0,2 мм. Размеры зерен колеблются от 1,5—3 и до 3—6 мкм. Минералокерамические пластинки с мелкозернистой структурой (до 3 мкм) имеют более высокую твердость, прочность и износостойкость.

Основной недостаток минералокерамики — ее низкая теплопроводность. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе типа крепления пластинок к державам инструментов и способа обработки.

Минералокерамика имеет ряд положительных ка-еСТВ Так, ее предел прочности на сжатие не уступает твердым сплавам, теплостойкость — на 200—300 °С ыше, чем у твердых сплавов, и почти вдвое выше, чем v быстрорежущих сталей. Главное достоинство ее заключается в том, что она сохраняет твердость при высоких температурах, возникающих в зоне резания. Например при температуре 1000 °С твердость минералокерамики ITRC 61, а твердого сплава BK8-HRC 26.

При обработке сталей минералокерамическим инструментом достигается меньшая шероховатость, чем при обработке твердосплавным инструментом. Это объясняется тем, что на минералокерамическом инструменте не образуется нароста.

Зная отличительные свойства минералокерамикн, можно разработать высокопроизводительный технологический процесс получистовой и чистовой обработки стали, чугуна, цветных металлов, жаропрочных сплавов.

Предприятия по производству твердых сплавов выпускают пластинки марки ЦМ-332 прямоугольной, полукруглой и другой формы для оснащения режущих инструментов.

Во ВНИИ разработан ряд типоразмеров многогранных неперетачиваемых минералокерамических пластинок трех-, пяти- и шестигранной формы. Пластинки всех форм выполнены в двух вариантах: плоские — для обработки закаленных сталей и с выкружками вдоль всех режущих кромок — для обработки незакаленной стали чугуна твердостью НВ 200.

Керметы. Для оснащения режущих инструментов используют и другие виды минералокерамических материалов, имеющих в своем составе кроме основного компонента (А1203) добавки металлов или их карбидов. Такие материалы получили название керметов.

Введение в состав минералокерамики подобных добавок позволило несколько улучшить ее физико-механические свойства, и в первую очередь повысить предел прочности при изгибе.

В качестве металлических добавок вводят не более 10% хрома и молибдена. Так, кермет марки А10 (ГДР) содержит 10% молибдена. Кермет марки С40 состоит из 60% А120з и 40% МоС — WC. Твердость его составляет HRA 90; предел прочности при изгибе —45 кгс/мм2.

Существуют и другие направления в разработке керметов. Так, например, в США выпускают тройной бо-рид, содержащий молибден, никель и бор, двойной карбид титана и др.

Применяемые в промышленности керметы марки НС20М имеют следующий химический состав (в %): 73,52 А1; 12,12 Мо; 7,45 Ti; 3,35 W; 0,37 Fe; 0,08 Со; 0-032 Ni; 0,016 Сг; 0,01 Мп; 0,014 Si и 3,0 С.

Прочность на изгиб кермета НС20М на 24% выше, чем минералокерамики ЦМ-332, на сжатие — более чем в 2 раза, твердость равна HRA 91,8.

Инструменты, оснащенные керметом НС20М, применяют для чистового и тонкого точения сталей на режимах: у=120 м/мин; s = 0,052—0,1 мм/об; (=1—5 мм. Шероховатость обработанных поверхностей соответствует V5—У7-му классам.

Применение кермета НС20М взамен твердых сплавов на обработке деталей из стали 40Х и специального чугуна диаметром от 40 до 500 мм и длиной от 150 до 1300 мм позволило повысить производительность процесса в 2—2,5 раза.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум