Рабочие процессы лезвийной обработки инструментом из сверхтвердых нитридов бора

Сверхтвердые материалы на основе сверхтвердых модификаций нитрида бора (Эльбор-Р, Гексанит-Р. киборит, Белбор, ПТНБ – (СНГ), несколько уступая алмазу по твердости, характеризуются высокой термостойкостью, достигающей 1500 С, высоким сопротивлением термическим ударам и циклическим нагрузкам, а так же слабым химическим взаимодействием с железом.

Как подтверждает широкая практика, наиболее эффективно применение лезвийного инструмента из нитрида бора при обработке закаленных сталей, чугунов различной твердости, наплавленных материалов, труднообрабатываемых высоколегированных сталей и сплавов.

5.1. Контактные процессы

Процесс резания лезвийным инструментом на основе сверхтвердых модификаций нитрида бора существенно отличается от процесса резания алмазным инструментом, что предопределяется его особыми физико-механическими свойствами.

Основным отличием контактных процессов при взаимодействии алмазного и нитридборного инструментов с обрабатываемым материалом является характер трения. Если трение алмаза по большинству орабатываемых материалов подчиняется законам внешнего трения, то трение нитридборного инструмента законам внутреннего трения, так как на его поверхности образуется пленка обрабатываемого металла, которая прочно удерживается.

5.2. Особенности стружкообразования

Для рассматриваемого процесса характерна меньшая степень деформации срезаемого слоя вплоть до отрицательной усадки стружки.

5.3. Силы резания

Резание закаленных сталей лезвийным инструментом из нитрида бора сопровождается более низким уровнем сил резания по сравнению с обработкой традиционным инструментом.

5.4. Тепловые явления

Как показывают исследования, температура в зоне резания достигает 1000-1100 градусов, что значительно выше, чем при традиционной лезвийной обработке. Для различных марок сверхтвердых нитридов бора оптимальная температура различна: для Эльбора-Р она выше, а для Гексанита-Р ниже.

5.5. Износостойкость инструмента

При лезвийной обработке закаленных сталей резцами из нитрида бора последние подвергаются всем видам износа: абразивному, диффузионному, химическому, окислительному. Однако, в суммарный износ в различные периоды эксплуатации инструмента вклад каждого из этих видов неодинаков. Интенсивность износа различна и зависит от условий резания.

Оптимальная работоспособность инструмента из нитрида бора при точении закаленных сталей реализуется в сравнительно узком диапазоне скоростей резания (50…90 м/мин) и, следовательно, температур,

5.6. Качество поверхности

При лезвийной обработке закаленных сталей резцами из ПСТМ в поверхностном слое формируются сжимающие остаточные напряжения, повышающие износостойкость деталей машин.

Изучение особенностей формирования шероховатости обработанной поверхности при лезвийной обработке инструментами из нитрида бора показало, что форма неровностей отличается от неровностей, полученных традиционным инструментом.

При таких высоких (200 кг/мм² ) удельных нагрузках в условиях сильного нагрева форма неровностей изменяется. Профиль неровностей становится выпуклым,, что и приводит к росту относительной опорной длины профиля,

Таким образом, несущая способность поверхности при обработке резцами из нитрида бора увеличивается, повышая работоспособность деталей машин.

5.7. Применение инструмента из сверхтвердых нитридов бора

Исследования и практика применения инструмента из сверхтвердых нитридов бора доказывают, что технологические процессы, базирующиеся на его использовании, позволяют:

• снизить шероховатость обработанной поверхности до R _a =0,08 мкм и достичь точности обработки 5-го квалитета;

• исключить структурные изменения в поверхностном слое обрабаты­ваемых материалов;

• изменить традиционный технологический процесс изготовления деталей из закаленных сталей (построить его по схеме: прецизионные заготовительные операции - термообработка - финишная обработка);

• повысить производительность обработки в 2-г5 раз по сравнению со шлифованием;

• заменить твердые сплавы, содержащие вольфрам, на операциях чистового и получистового точения.

Особенно перспективным следует считать применение инструмента из нитрида бора при лезвийной обработке чугунов, причем, и сырых и труднообрабатываемых - закаленных.

В настоящее время лезвийные инструменты из сверхтвердых нитридов бора наиболее эффективно применяются для выполнения следующих операций:

• растачивание (особенно координатное) отверстий диаметром 6... 30 мм в деталях из закалённой стали и чугуна типа плит, шаблонов, кондукторов, втулок, калибров-колец и т.п.);

• растачивание отверстий с одновременным подрезанием торцов в деталях из закалённых сталей, чугунов и твёрдых сплавов (в пресс-формах, роликах, долбяках и т.п.);

• точение многоступенчатых деталей (типа шпинделей) с одновременной подрезкой торца и снятием фасок;

• обработка деталей их высокопрочных сталей, работающих в тяжёлых условиях при значительных знакопеременных нагрузках;

• предварительная обработка деталей из закалённых сталей и твёрдых сплавов, когда требуется снять значительный припуск;

• прецизионная обработка (точение, растачивание, подрезание торцов) деталей из чугуна различной твёрдости;

• чистовое и тонкое фрезерование плоскостей деталей из закалённых сталей и чу гунов на фрезерных и расточных станках (особенно сложных многоступенчатых деталей на станках с ЧПУ);

• фрезерование деталей из закалённых стали и чугуна значительной длины;

• фрезерование плоскостей комбинированных деталей, собранных из элементов высокой твёрдости;

• обработка деталей из закалённой стали и чугуна на токарных, расточных и фрезерных станках с ЧПУ;

• получистовое и чистовое зубофрезерование закалённых зубчатых колес взамен зубошлифования и др.

1. Каковы основные области применения нетридборнътх сверхтвердых
инструментальных материалов?

2. В чем проявляются особенности стружкообразования при точении и растачивании закаленных сталей резцами из кубического нитрида бора?

3. Оцените достоинства и перспективы технологических процессов обработки, базирующихся на использовании инструментов из сверхтвердых нитридов бора.

Лекция 5 (10)