Анализ технологической операции точения алюминиевых сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Анализ технологической операции точения алюминиевых сплавов

1.1 Элементы режимов резания при точении

Точение наружных поверхностей многоступенчатых деталей типа шпинделей, осей, валов, калибров-пробок с подрезанием торцов, снятием фас, такие детали шлифуют, как правило, кругами небольшой ширины, а шлифование торцов и фасок в этих деталях затруднено. Поэтому замена шлифования точением повышает производительность обработки в 1,5 - 2 раза.

Глубина резания t: при черновом точении и отсутствии ограниченной по мощности оборудования, жесткости системы СПИД принимается равной припуску на обработку; при чистовом точении припуск срезается за два прохода и более. На каждом последующем проходе следует назначать меньшую глубину резания, чем на предшествующем. При параметре шероховатости обработанной поверхности Ra = =3,2 мкм включительно t = 0,5 ч 2,0 мм; Ra = 0,8 мкм, t = 0,1 ч 0,4 мм.

Подача s: при черновом точении принимается максимально допустимой по мощности оборудования, жесткости системы СПИД, прочности режущей пластины и прочности державки.

Скорость резания v, м/мин: при наружном продольном и поперечном точении и растачивании рассчитывают по эмпирической формуле:

v = C_v / T^mt^xs^y *K_v, (1.1)

где v - скорость резания;

C_v, x, y, m - коэффициент и показатели степени;

T - значение стойкости;

t - глубина резания;

s - характеристика подачи;

K_v - является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки K_mv, состояние поверхности К_Пv.

А при отрезании , прорезании и фасонном точении - по формуле:

v = C_v /T^ms^y *K_v, (1.2)

где v - скорость резания;

C_v, m, y - коэффициент и показатели степени;

T - значение стойкости;

s - характеристика подачи;

K_v - является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки K_mv, состояние поверхности К_Пv.

Среднее значение стойкости Т при одноинструментной обработке - 30 - 60 мин.

Коэффициент К_v является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки K_mv, состояние поверхности К_Пv. При многоинструментной обработке и многостаночном обслуживании период стойкости увеличивают, вводя соответственно коэффициенты K_ТИ, углов в плане резцов К_ц и радиуса при вершине резца K_r.

Отделочная токарная обработка имеет ряд особенностей, отличающих её от чернового и межоперационного точения.

Сила резания. Силу резания Н, принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка (тангенциальную P_z, радиальную P_y и осевую P_x). При наружном продольном и поперечном точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении эти составляющие рассчитывают по формуле:

P_{z,y,x =} 10C_pt^xs^yvⁿK_p, (1.3)

сплав алюминиевый токарный резание



где P_z,y,x - сила, направленные по осям координат станка (тангенциальную P_z, радиальную P_y и осевую P_x);

C_p - постоянная;

t - глубина резания ( при отрезании, прорезании и фасонном точении t - длина лезвия резца);

x, y, n - показатели степени;

s - характеристика подачи;

v - скорость резания;

K_p - поправочный коэффициент.

Поправочный коэффициент K_p представляет собой произведение ряда коэффициентов (K_p = K_mpK_цpK_гpK_лpK_rp), учитывая фактические условия резания.

Мощность резания, кВт, рассчитывают по формуле:

N = P_zv/1020*60, (1.4)

где N - мощность резания;

P_z - сила, направленная по оси координаты станка - тангенциальная P_z;

v - скорость резания;

При одновременной работе нескольких инструментов эффективную мощность определяют как суммарную мощность отдельных инструментов. [1.1,с265]

1.2 Анализ характеристик алюминиевых сплавов

В настоящее время алюминий и его сплавы по объёмам производства и потребления занимают второе место после стали. В последние десятилетия производство алюминия развивается опережающими темпами.

Алюминий - металл, сферы потребления которого постоянно расширяются. В ряде областей промышленности и народного хозяйства он успешно вытесняет традиционно применяемые металлы и сплавы. Бурное развитие потребления алюминия обусловлено замечательными его свойствами, среди которых в первую очередь следует назвать высокую прочность в сочетании с малой плотностью, удовлетворительную коррозийную стойкость, хорошую способность к формоизменению путём литья, давления и резания; возможность соединения алюминиевых деталей в различных конструкциях с помощью сварки, пайки, склеивания и других способов; способность к нанесению защитных и декоративных покрытий.

Всё это в сочетании с большими запасами алюминия в земной коре делает перспективы развития производства и потребления алюминия весьма широким.

В нашей стране накоплен богатый опыт по производству и обработке алюминия, который отражён в большом числе различных изданий и информационных материалов . Однако в связи с тем, что практически во всех промышленно развитых странах ведутся интенсивные исследования по дальнейшему совершенствованию процессов получения и обработки алюминия и расширению сфер его эффективного применения, весьма полезно ознакомится с зарубежным опытом.

Алюминий имеет гранецентрированную кубическую решётку. Температура плавления алюминия 660±1?С.По разным литературным источникам температура кипения алюминия от 1797 до 2477?С. В настоящее время принята температура кипения около 2427?С.Электросопротивление алюминия в магнитном поле имеет важное значение поскольку алюминиевые проводники используются при изготовлении мощных электромагнитов.

Алюминий благодаря ряду благоприятных свойств приобрёл особое значение во многих областях техники. Ниже рассматриваются свойства, которые позволяют с успехом использовать алюминий как конструкционный материал.

Небольшая плотность. Плотность составляет 2,6-2,8 г/см³ ( для чистого алюминия 2,7 г/см³),т.е. почти втрое меньше плотности стали. Ещё более благоприятное соотношение получается, если сравнивать алюминий с тяжёлыми металлами. Из этого следует, что с применением алюминия существенно облегчатся мобильные конструкции, например в железнодорожном транспорте, судостроении и наземных транспортных средствах, а так же часто заменяемые и транспортируемые детали. Уменьшение массы приводит к снижению расхода энергии, а также стоимости изготовления и эксплуатации. Часто алюминий применяют для облегчения статических конструкций, особенно тех, которые должны быт атмосферо- и химическистойкими (лёгкие несущие конструкции и фундаменты).

Достаточная прочность. В распоряжении конструктора имеются стандартные материалы с различным уровнем прочностных свойств ( с пределом прочности от 4 до 54 кгс/мм²). С учётом других свойств почти для всех областей применения могут быть найдены оптимальные решения.

Химическая стойкость, атмосферостойкость и стойкость в морской воде. Чистый алюминий и алюминий повышенной чистоты, а также алюминиевые сплавы, не содержащие меди, устойчивы во всех средах. Алюминиевые сплавы, не содержащие меди, всё чаще применяются в химической промышленности, производстве потребительских товаров длительного пользования, в вагоностроении, судостроении и в других областях, где необходима повышенная прочность и значительное снижение массы изделий.

Атмосферостойкость оценивается по поведению алюминиевых поверхностей и покрытий из алюминия и сплава Al-Mn, которые после десятилетней выдержки в условиях атмосферы ещё полностью находятся в контакте. В случае воздействия морской воды и морского тумана или лёгкой щелочной среды предпочитают сплавы системы Al-Mg или Al-Mg-Mn и другие алюминиевые материалы, не содержащие меди.

Поведение алюминия в воде зависит от различных факторов. Наряду со значением рН и жёсткостью воды для характеристики агрессивной среды в значительной мере определяющим является содержанием ионов меди и хлоридов. Благодаря защите поверхности можно существенно улучшить стойкость алюминия в активных водах.

Безвредность для здоровья. Алюминий не ядовит, что характерно для всех стандартных алюминиевых сплавов; он легко чистится, стерилизуется и удовлетворяет требованиям гигиены во всех областях.

Теплопроводность. Теплопроводность стандартных алюминиевых материалов лежит в пределах 0,19-0,55 кал/(см*с*?С). Хорошая теплопроводность необходима для поршней цилиндров и цилиндрических головок в камерах сгорания, компрессорах, а также в теплообменниках всех видов для многих областей применения.

Электропроводность. Электропроводность чистого алюминия и алюминия повышенной чистоты составляет 34-38 м /(Ом*мм²). Электропроводностью выше 30 м /(Ом*мм²) при достаточно высокой прочности обладают сплавы Al-Mg-Si, которые используются для изготовления проводников. Все другие алюминиевые сплавы в зависимости от состояния обладают практически хорошей электропроводностью.

Искрение, невозгораемость. Алюминий, как правило, не даёт искры при ударе и не загорается, не возгорается и алюминиевая стружка. Тончайшая взвесь алюминиевых частичек может при определённых обстоятельствах спонтанно окисляться (взрываться). При незначительной добавке бериллия имеется некоторая опасность искрообразования при соударении с ржавым железом. Известны специальные алюминиевые сплавы с повышенной стойкостью к образованию искры для горного дела.

Магнитные свойства. Алюминий - парамагнетик.

Поведение при воздействии радиоактивного излучения. Период полураспада радиоактивного излучения для алюминия особенно мал.

Оптические свойства. Алюминиевые гладкие поверхности характеризуются повышенной отражательной способностью при незначительной абсорбции света и тепла. С помощью специальной обработки поверхности можно варьировать отражение и поглощение.

Хорошая обрабатываемость давлением. Отличная обрабатываемость делает возможным изготовление труб и профилей разнообразного сечения непрерывным прессованием., что, как правило, и осуществляется. Холодная и горячая обработки полуфабрикатов всех видов возможны почти всеми известными способами.

Хорошая обрабатываемость резанием. Алюминий хорошо обрабатывается резанием. Наряду с достаточно высокими скоростями резания почти всегда достигается короткое основное время резания.

Соединения поверхностей. Применяются все известные методы соединения. Сварка применяется преимущественно в среде защитного газа по методу WIG и MIG. Клееные и зажимные соединения приобретают возрастающее значение.

Влияние обработки поверхности. Для обработки поверхности имеются методы достижения декоративного эффекта, повышения стойкости, повышения поверхностной прочности и сопротивляемости истиранию, хорошей адгезии к окраске и т.д.

Алюминиевые сплавы наряду с основным металлом - алюминием содержат один или более из следующих пяти основных легирующих компонентов: медь (Cu), кремний (Si), магний (Mg), цинк (Zn), марганец (Mn), В небольшом количестве имеются: железо (Fe), хром (Cr), титан (Ti). Для первичных сплавов применяются добавки: никель (Ni), кобальт (Co), серебро (Ag), литий (Li), ванадий (V), цирконий (Zr), олово (Sn), свинец (Pb), кадмий (Cd), висмут (Bi). Основные летучие примеси - бериллий (Be), бор (B), натрий (Na).

Легирующие компоненты при достаточно высокой температуре полностью растворяются в жидком алюминии. Растворимость в твёрдом состоянии при образовании твёрдого раствора для всех элементов ограничена. Нерастворившиеся частички образуют в структуре сплава самостоятельные, чаще всего твёрдые и хрупкие кристаллы (гетерогенные структурные составляющие), либо присутствуют в идее чистых элементов (например, Si, Sn, Pb, Cd, Bi) и в виде интерметаллических соединений с алюминием (например, Al₂Cu, Al₃Mg₂, Al₆Mn, Al₄Mn, Al₃Fe, Al₇Cr, Al₃Ti, Al₃Ni, AlLi).

В сплавах с двумя или тремя компонентами интерметаллические соединения входят в состав двойных (например, Mg₂Si, Zn₂Mg), тройных (например, б (AlFeSi) ~ Al₁₂Fe₃Si, T (AlZnMg) ~ Al₂Mg₃Zn₃, S (AlCuMg) ~ Al₅Cu₂Mg и более сложных фаз.

Образующийся твёрдый раствор и наличие гетерогенных структурных составляющих (количество, величина, форма и распределение) определяют физические, химические и технологические свойства сплавов. Влияние легирования на структуру описывается диаграммой состояния, по которой можно предсказать характер протекания процесса затвердевания, состав образующихся при этом фаз и возможность превращений в твёрдом состоянии.

Литейные алюминиевые сплавы (ГОСТ 2685-75) предназначены для изготовления фасонных отливок. Выпускается 35 марок, подразделенных на 5 групп в зависимости от основы: I - алюминий-кремний; II - алюминий-кремний-медь; III - алюминий-медь; IV - алюминий-магний; V - алюминий - прочие компоненты, химический состав которых приведен в ГОСТ 2685-75, а механические свойства в дифференцированном виде в зависимости от метода литья (З - песчаные формы(«в землю»), О - в оболочковые формы, В - по выплавляемым моделям, К - в кокиль, Д - под давлением, М - указание на то, что сплав подвергся модифицирования, например ЗМ, ОМ, и т. д.) и вида термообработки отливок [Т1 - искусственное старение без предварительной закалки, Т2 - отжиг, Т4 - закалка, Т5 - закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение, Т6 - закалка и полное искусственное старение, Т7 - закалка и стабилизирующий отпуск, Т8 - закалка и смягчающий отпуск].Сплавы алюминиевые деформируемые подразделяются на силумины (ГОСТ 1521-76), марки которых также применяются в качестве литейных; сплавы в чушках(ГОСТ 1131-76), служащие для подшихтовки при выплавке деформируемых сплавов ; сплавы в слитках(ГОСТ 4784-74). Деформируемые алюминиевые сплавы поставляются в виде листового проката(преимущественно), фасонного профиля, сортовых прутков проволоки и труб, в основном прессованных.

Силумины - алюминиевые сплавы содержащие свыше 4,5% Si.

Силумины являются важнейшими алюминиевыми литейными сплавами используемыми в промышленности. Введение сотых долей процента натрия позволяет модифицировать структуру доэвтектических и эвтектических силуминов: вместо грубых хрупких кристаллов кремния появляются кристаллы сфероидальной формы и пластичность сплава существенно возрастает. Силумины охватывают двойные сплавы системы А l - Si (А K 12) и сплавы на основе более сложных систем: А l - Si - Mg (А K 9); А l - Si - Cu (А K 9 M 2); А1- Si -М g -С u ( AK 12 M 2 M гН). Сплавы этой группы характеризуются хорошими литейными свойствами, сравнительно высокой коррозионной стойкостью, высокой плотностью, средней прочностью и применяются для сложных отливок.

Дюралюминий (дюраль, дуралюмин) - сплав Al (основа) с Cu (1,4--1,3%), Mg (0,4--2,8%) и Mn (0,2--1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Конструкционный материал для авиационного и транспортного машиностроения.

Плотность сплава 2500--2800 кг/мі, температура плавления около 650 °C. Сплав широко применяется в авиастроении, при производстве скоростных поездов (например поездов Синкансен) и во многих других отраслях машиностроения (так как отличается существенно большей твердостью, чем чистый алюминий).

После отжига (нагрева до температуры около 500 °C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного -- при 20 °C -- несколько суток, искусственного -- при повышенной температуре -- несколько часов) становится твёрдым и жёстким.

Это свойство самоупрочнения дюралюминия было замечено случайно. Оно сильно упрощает механическую обработку этого сплава и явилось одной из причин широкого применения его в машиностроении.

Коррозионная стойкость невелика, поэтому листы дюралюминия иногда плакируют чистым алюминием.

В таблице 1.1 приведены характеристики основных марок алюминия.

1.3 Анализ конструкций токарных резцов

Резцы - наиболее распространённый вид режущего инструмента. Они отличаются большим многообразием, применяются на токарных, долбёжных, строгальных, расточных станках ( соответственно этому резцы делятся на токарные, строгальные, расточные и долбёжные) при обточке, расточке, подрезке, отрезке, строгании, долблении, резьбонарезании и комбинированной обработке.

Резцы различают по форме - призматические или круглые, и по установке относительно обрабатываемой заготовки - радиальные и тангенциальные.

Радиальные резцы получили наибольшее применение за счёт простоты крепления и набора геометрических параметров режущей части.

Таблица 1.1 Свойства алюминия и его сплавов

Группа	Марка	ув,Н/мм2	д, %	HB
I	АЛ2	15-16	2-4	50
	АЛ4	20-24	2-3	70
	АЛ4-1	20-27	1.5-3	50-70
	АЛ9	16-23	2-4	45-70
	АЛ9-1	20-30	1-5	55-70
	АЛ34	28-30	2-6	70-85
	АК9(АЛ4В)	16-24	0.5	70-80
	АК9(АЛ4В)	13-25	0.5	60-90
	АК7(АЛ9В)	13-25	0.5	60-90
II	АЛ3	14-21	0.5-1	65-70
	АЛ5	16-23	0.5	65-75
	АЛ5-1	18-21	0.5-1	65-70
	АЛ6	15	1	45-70
	АЛ32	20-26	1.5-2	60-70
	АК5М2(АЛ3В)	12-21	0.5-1	65-75
	АКМ7(АЛ10В)	13-16	0.5	65-80
	АКМ2(АЛ14В)	13-20	0.5	80-90
	АК4М4(АЛ15В)	20-22	0.5	70-85
II	АЛ3	14-21	0.5-1	65-70
	АЛ5	16-23	0.5	65-75
	АЛ5-1	18-21	0.5-1	65-70
	АЛ6	15	1	45-70
	АЛ32	20-26	1.5-2	60-70
	АК5М2(АЛ3В)	12-21	0.5-1	65-75
	АКМ7(АЛ10В)	13-16	0.5	65-80
	АКМ2(АЛ14В)	13-20	0.5	80-90
	АК4М4(АЛ15В)	20-22	0.5	70-85
III	АЛ7	20-23	3-6	60-70
	АЛ19	30-34	2.5-8	80-90
	АЛ33(ВАЛ1)	23-26	2.5-8	80-90
IV	АЛ8	29	9	60
	АЛ13	15-17	0.5-1	55
	АЛ22	23	1.5	90
	АЛ23	19-25	4-10	60
	АЛ23-1	20-25	6-10	60
	АЛ27	32-35	12-15	75
	АЛ27-1	32-35	12-15	75
	АЛ28	20-21	3.5-5	55
V	АЛ1	18-21	0.5-1	95
	АЛ11	18-21	1-2	80
	АЛ21	18-21	1	60-75
	АЛ25	19-20	0.5	90
	АЛ30	19-20	0.5	90
	АК21М2.5Н2.5 (ВКЖЛС-2)	16-19	0.5	90-100
	АЛ24	22-27	0.5	60-70

На рисунке 1.1 приведены Основные виды резцов токарных из быстрорежущих сталей.

Рисунок 1.1 Основные виды резцов токарных из быстрорежущих сталей (размеры и форма пластин по ГОСТ 2379-77)

Тангенциальные резцы применяют на токарных автоматах и полуавтоматах в тех случаях, когда основным требованием является шероховатость обрабатываемой поверхности. По направлению подачи резцы бывают правые и левые; по конструкции - цельные, составные, сварные, составные с механическим креплением пластин и т.д.; по материалу режущей части - из быстрорежущей стали, с пластинами из твёрдого сплава, минералокерамики и сверхтвёрдых синтетических материалов.

Токарные резцы изготовляют согласно стандартам на формы и размеры; в основном они могут применяться и для обработки алюминия. Токарные резцы с пластинкой из быстрорежущей стали - по DIN 4951-4956 и DIN 4960-4965; токарные резцы с твердосплавной пластинкой - по DIN 4971-4981. Кроме того, хорошо зарекомендовали себя составные резцы с державками и с закрепляемыми головками и твердосплавными пластинами, у которых подгонка на большой передний угол требует меньше шлифовочных работ и полнее используется режущий материал. Инструмент со значительным скруглением вершин резца, обычный для первых лет обработки алюминия, изготовляемый чаще всего ковкой из инструментальной стали, не обеспечивает оптимальных условий резания и качества поверхности.

Основные части резца : корпус, рабочая часть, крепёжные элементы подкладки, опорные пластины, стружколомы ( у сборных резцов), регулировочные элементы.

Рабочая часть. Она характеризуется инструментальным материалом, твёрдостью, формой, размерами, способом присоединения к корпусу. Материал рабочей части - быстрорежущие стали (63-66 HRC_э или 64-67 HRC_э у быстрорежущих сталей с массовой долей ванадия свыше 3 % и кобальта не менее 5 %), твёрдые сплавы, минералокерамики, сверхтвёрдые синтетические и природные материалы.

Форма и размеры рабочей части резцов зависят от их назначения и формы и размеров пластин, выпускаемых централизованно.

При использовании специальных пластин следует учитывать ряд факторов, влияющих на их форму и размеры.

Пластины из быстрорежущих сталей и твёрдых сплавов для неразъёмных соединений с корпусом характеризуются длиной l, шириной b и толщиной s (l определяет длину режущей кромки резца, b - площадь опоры и число переточек по задней грани, s - прочность пластины и число переточек по передней грани).

Обычно s = (0,18ч0,25) H, где H - высота корпуса резца, мм; b = (1ч1,6) s, мм (у готовых резцов). Для заготовок пластин b = (1,2ч2,8) s. При расположении пластин вдоль задней грани (тангенциальное расположение) b = (1,5ч2).

Корпус резцов. Характеризуется формой и размерами поперечного сечения, материалом, твёрдостью. Форма сечения - прямоугольная, квадратная или круглая - зависит от назначения резца.

Прямоугольную форму с отношением H : B = 1,6 имеют чистовые и получистовые резцы, с отношением H : B = 1,25 - у черновых резцов. Квадратная форма - у автоматно-револьверных и расточных резцов, круглая форма - у расточных и резьбовых резцов.

Взаимное расположение рабочей части и корпуса следующее: у токарных резцов вершина резца располагаются на уровне верхней плоскости корпуса, у строгальных резцов - на уровне опорной плоскости корпуса, у расточных резцов с корпусом круглого сечения - по оси корпуса или ниже её. Корпус отрезных резцов в зоне резания имеет несколько большую высоту (для увеличения его прочности и жесткости).

В качестве материала для корпуса резцов используют конструкционные стали марок 45, 50 (ГОСТ 1051-73* или ГОСТ 1050-74**), стали 40Х,45Х (ГОСТ 4543-71), или инструментальные стали У8, У10. Рабочая часть с корпусом соединяется посредством сварки (быстрорежущие пластины и режущие элементы из СТМ), механического крепления (быстрорежущие, твердосплавные, минералокерамические пластины или пластины из СТМ).

Для закрепления пластин на корпусе выполняются гнёзда (рисунок 1.2). Форма гнезда соответствует форме пластины, а размеры в мм, рассчитывают в зависимости от размеров пластин. Для напайных пластин, врезаемых на полную глубину, равную s,

l₁ = l - s tg (Ь_k1 + 2), (1.5)

b₁ = b - s tg[(Ь_k + г) + (2ч4)], (1.6)

где l₁ - длина гнезда;

b₁ - ширина гнезда в направлении угла г_B (г_B - угол “врезки” пластины в корпус);

s - толщина пластины;

Ь_k - задний угол корпуса в направлении угла г_B;

Ь_k1 - задний угол корпуса в направлении l. [1.3, стр.286]

Угол “врезки” принимается равным: у резцов из быстрорежущих сталей для обработки хрупких материалов г_B = г + (2ч5), для обработки вязких материалов г_B = 0; у резцов с напайными твердосплавными пластинами для обработки стали и других материалов г_B = 0; для обработки чугуна и других хрупких материалов г_B = г + (0ч2) у стандартных резцов из быстрорежущих сталей. Углы врезки г_B равны 0; 12; 16?; у твердосплавных г_B равны0 и 10?.

Рисунок 1.2 Форма гнезда под напайные пластины

Углы Ь_k и Ь_k1 принимаются на 2-3? больше углов Ь и Ь₁ соответственно.

Глубина c гнезда под пластину принимается равной: при s ? 4 мм c = s, при s = 4ч7 мм с = 0,5s, при s > 7 мм c = 0,4s. Для снижения напряжений при пайке пластин высота контакта пластины (по глубине гнезда) принимается равной (0,25ч0,3) s, что достигается образованием уступа по задней стенке гнезда. На рисунке 1.3 приведены основные виды резцов с пластинами из твёрдого сплава.

Рисунок 1.3 Основные виды резцов с пластинами из твёрдого сплава

Форма гнезда при механическом креплении пластин соответствует форме пластин, глубина гнезда принимается равной сумме толщин режущей и опорной пластины, размеры гнезда должны обеспечить выступание режущих пластин за пределы гнезда корпуса не более, чем на 0,8 мм у пластин с d > 12,7 мм.

Опорные поверхности корпуса и гнезда под сменные пластины обрабатываются с параметрами шероховатости R_z ? 20 мкм и R_z ? 10 мкм соответственно.

Опорная плоскость корпуса должна обеспечить точное, без качки и зазоров, прилегание резца к поверхности резцедержателя, а опорная поверхность гнезда должна обеспечить точное прилегание пластины (зазор между пластиной и плоскостью гнезда под режущей кромкой и вершиной недопустим).

Геометрические параметры режущей части. Рассматриваются в статическом состоянии и при условии, что вершина резца расположена на высоте центра перемещения заготовки, а резец - перпендикулярно к оси вращения (обработанной плоскости при строгании). Передние, задние углы, форма передней и задней поверхностей зависят от вида резца и условий обработки. На рисунке 1.4 приведены формы пластин из быстрорежущей стали к резцам.

Рисунок 1.4 Формы пластин из быстрорежущей стали к резцам

Вспомогательный задний угол резцов Ь₁ = Ь, за исключением отрезных и прорезных резцов, для которых Ь₁ = 1ч2? (бо'льшие значения при большей ширине резца).

Углы ц и ц₁ при контурном точении определяют возможности обработки контура, а в инструментах, оснащённых сменными пластинами, они ещё и взаимосвязаны: изменение одного из углов приводит к изменению другого.

Переходные режущие кромки (рис.8.4) выполняются по радиусу или в виде фаски с углом наклона ц₀. Радиус r = 0,5ч5 мм у токарных проходных и расточных резцов, r = 0,2ч0,8 мм у прорезных и отрезных резцов.

Фаска f₀ ? s, мм/об, при чистовой обработке с ц₀ ~ 0; f₀ = 2ч3 мм при ц₀ = ц/2 у проходных резцов; f₀ = 0,25В, ц₀ = 75? - у прорезных резцов (ширина паза В) и f₀ =0,5ч1 мм, ц₀ = 45? - у отрезных резцов.

Рисунок 1.5 Переходные режущие кромки резца

Угол наклона режущей кромки л = (-0,15)ч(+45?). У чистовых резцов л ? 0 для направления стружки в сторону обрабатываемой поверхности; у черновых резцов л > 0, что упрочняет вершину резца.

1.4 Характеристики инструментальных материалов, применяемых для обработки алюминиевых сплавов

Материал для режущего инструмента определяют исходя из конкретных условий резания. Для обработки резанием алюминия используют преимущественно быстрорежущие стали и твёрдые сплавы, а наряду с ними для тонкой обработки - и алмазы. Минералокерамические материалы , содержащие окислы, до сих пор не могут применятся для обработки резанием алюминия, поскольку между пластинкой и обрабатываемым материалом может произойти реакция (из-за большого сродства алюминия и кислороду), приводящая в негодность режущий материал.

Инструментальная сталь применяется только для сверления и развёртывания малых диаметров, в единичных случаях - для обработки деформируемых материалов.

Твёрдые сплавы (HM) применяют в первую очередь при высоких скоростях резания и для обработки алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния. Используют твёрдые сплавы группы К по DIN 4990; выбор такой группы основывается на условиях резания и на способности обрабатываемого алюминиевого сплава изнашивать инструмент.

Твёрдые сплавы применяются преимущественно в форме пластинок по DIN 4950, реже - в виде пластинок специальной конфигурации или как цельный инструмент. При низких скоростях резания , прерывистом резании, нежёстком инструменте или деталях необходимо каждый раз выбирать более вязкие сорта сплавов (большие номера группы твёрдых сплавов ). Это следует учитывать, если передний угол возрастает из-за образования нароста и прочность образующегося нежёсткого режущего клина на более жёстких сортах твёрдых сплавов становится недостаточной.

Для чистой и тонкой обработки с небольшой стружкой часто выбирают более твёрдый сорт НМ, позволяющий при высоком сопротивлении износу (высокой стойкости) достаточной прочности изготовлять большие серии с узкими допусками на размеры без смены инструмента.

Твёрдые сплавы содержат смесь зёрен карбидов, нитридов, карбонитридов тугоплавких металлов в связующих материалах. Стандартные марки твёрдых сплавов выполнены на основе карбидов вольфрама, титана, тантала. В качестве связки используется кобальт.

В зависимости от состава карбидной фазы и связки обозначение твёрдых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы (В - вольфрам, Т - титан, вторая буква Т - тантал ) и связку ( буква К - кобальт ). Массовая доля карбидообразующих элементов в однокарбидных сплавах, содержащих только карбид вольфрама, определяется разностью между 100% и массовой долей связки (цифра после буквы К,) например , сплав ВК6 содержит 6% кобальта и 94% WC. В двухкарбидных WC + TiC сплавах цифровой после буквы карбидообразующего элемента определяется массовая доля карбидов этого элемента, следующая цифра - массовая доля связки, остальное - массовая доля карбида вольфрама (например, сплав Т5К10 содержит 5% TiC, 10% Co и 85% WC).

В трёхкарбидных сплавах цифра после букв ТТ означает массовую долю карбидов титана и тантала. Цифра за буквой К - массовая доля связки, остальное - массовая доля вольфрама (например, сплав ТТ8К6 содержит 6% кобальта, 8% карбидов титана и тантала и 86% карбида вольфрама). Состав и основные физико-механические свойства некоторых марок твёрдых сплавов приведены в таблице 1.2.

Быстрорежущая сталь (SS) хорошо подходит для резания сплавов с небольшим содержанием кремния. Если требуются большие мощности резания, то быстрорежущая сталь может стать более экономичной, чем твёрдые сплавы, особенно в том случае, когда на данных станках нельзя достичь скоростей резания, применяемых при работе с твёрдыми сплавами. Высокая вязкость делает возможным применять инструмент с большими передними углами также при прерывистом резании.

Таблица 1.2 Состав и основные физико-механические свойства некоторых марок твёрдых сплавов

Марка сплава	Массовая доля компонента в смеси порошков, %	Физико-механические свойства
	WC	TiC	NaC	Co	ди, МПа, не менее	с , г/см3	Твёрдость HRA, не менее
ВК6	94	-	-	6	1500	14,6 - 15,0	88,5
ВК8	92	-	-	8	1600	14,4 - 14,8	87,5

В настоящее время токарный инструмент часто весь изготавливают из быстрорежущей стали; иногда его закрепляют в специальных державках. Напаянные или механически закреплённые пластинки из быстрорежущей стали применяются в общем случае только в инструменте большого размера (дисковые пилы, режущие головки). Пластинки нормированы согласно DIN 771. Для обработки сплавов с высоким содержанием кремния (> 10%) стойкость резцов из быстрорежущей стали часто недостаточна.

Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразующим и легирующим элементам (Р - вольфрам, М - молибден, Ф - ванадий, А - азот, К - кобальт, Т - титан, Ц - цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее массовое содержание элемента в процентах (содержание хрома около 4% в обозначении марок не указывается). Массовое содержание азота указывается в сотых долях процента. Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента (например, сталь марки 11Р3АМ3Ф2 содержит около 1,1 % С,: 3 % Мо и 2 % V).

Режущие свойства быстрорежущих сталей определяется объёмом основных карбидообразующих элементов - вольфрама, молибдена, ванадия и легирующих элементов - кобальта, азота. Ванадий в связи с малым массовым содержанием (до 3 %) обычно не учитывается, и режущие свойства сталей определяются, как правило, вольфрамовым эквивалентом, равным (W + 2Mo) %. В прейскурантах на быстрорежущие стали выделяют три группы сталей: стали 1-й группы с вольфрамовым эквивалентом до 16% без кобальта, стали 2-й группы - до 18 % и содержанием кобальта 5- 10 %. Соответственно различаются и режущей свойства этих групп сталей.

Кроме стандартных, применяются и специальные быстрорежущие стали, содержащие, например, карбонитриды титана. Однако высока твёрдость заготовок этих сталей, сложность механической обработки не способствуют их широкому распространению. При обработке труднообрабатываемых материалов находят применение порошковые быстрорежущие стали Р6М5-П и Р6М5К5-П. Высокие режущие свойства этих сталей определяются особой мелкозернистой структурой, способствующей повышению прочности, уменьшению радиуса скругления режущей кромки, улучшенной обрабатываемости резанием и в особенности шлифованием. В настоящее время проходят промышленные испытания безвольфрамовые быстрорежущие стали с повышенным содержанием различным легирующих элементов, в том числе алюминия, молибдена, никеля и др. Основные физико-механические свойства быстрорежущих сталей приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 Основные физико-механические свойства быстрорежущих сталей

Марка стали	с , г/см	Твёрдость	После закалки	Температура, С?	Теплостойкость (красностойкость), С?
		После отжига (НВ)	После закалки и отпуска (HRCэ)	Ди, МПа	ar*105, Дж/м2	Закалки	Отпуска
Р18	8,75	255	63	2900-310	3,0	1270	560	620
Р12	8,39	255	63	3000-3200	3,8	1250	560	620
Р9	8,3	255	63	3350	2,0	1230	560	620
Р6М5	8,15	255	64	3300-3400	4,8	1220	550	620
Р9К5	8,25	269	64	2500	0,7	1230	570	630
Р2АМ9К5	7,8	285	65	-	-	1200	540	630
Р9М4К8	8,3	285	65	2500	2,6	1230	550	630
Примечание. Красностойкость оценивается температурой отпуска в течение 4ч, после которого твёрдость стали будет составлять 59 HRCэ.

Размещено на Allbest.ru