МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ____________________________________________________________________ Кафедра материаловедения и технологии художественных изделий РЕФЕРАТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» на тему «Классификация материалов лезвийных инструментов. Назначение твердых сплавов при обработке резанием. Износостойкие покрытия режущих инструментов.» Автор: студент гр. НБ-17-1 (шифр группы) ____________ (подпись) Оценка: ______________ Проверил: преподаватель /Яковлев Д.И./ (Ф.И.О.) Дата: ________________ доцент _____________ /Борисова Л.Г./ (должность) (подпись) (Ф.И.О.) Санкт-Петербург 2019г Содержание Введение ........................................................................................................................................ 3 Классификация материалов лезвийных инструментов ............................................................... 4 Назначение твердых сплавов при обработке резанием ............................................................... 6 Износостойкие покрытия режущего инструмента ...................................................................... 9 Заключение .................................................................................................................................. 11 Список литературы ..................................................................................................................... 12 2 Введение Режущий инструмент- инструмент для обработки резанием, то есть инструмент для формирования новых поверхностей отделением поверхностных слоев материала с образованием стружки. Такие инструменты (сверла, фрезы и т.д.) используются на большинстве производств в ручных видах и станковых, таких как: токарный станок, фрезеровочный станок, ленточнопильный станок и т.д. Поэтому они постоянно улучшаются и совершенствуются, с целью повысить КПД инструмента и его экономичность. В данном реферате будут подняты темы материалов таких инструментов, а также улучшения их свойств путем нанесения защитных покрытий. 3 Классификация материалов лезвийных инструментов Для резки материалов могут применяться самые различные инструменты. Их классификация проводится по достаточно большому количеству признаков, которые позволяют провести выбор наиболее подходящего варианта исполнения изделия. Режущий инструмент при этом изготавливается из самого различного материала. Выделяют довольно большое количество различных признаков классификации режущего инструмента, основной можно назвать конструктивные признаки. В зависимости от геометрической формы и основных параметров выделяют следующие варианты: 1. фрезы; 2. резцы; 3. зенкеры; 4. сверла; 5. развертки; 6. цековки; 7. метчики; 8. плашки; 9. шеверы; 10. ножовочное полотно; Все приведенные выше виды режущих инструментов характеризуются своими определенными особенностями. Примером можно назвать ручной режущий инструмент под названием плашка. За счет применения особого крепления можно получить резьбовую поверхность на цилиндрической поверхности. Довольно большое распространение получили резцы. Их относят к режущему инструменту, который предназначен для обработки исключительно тел вращения. Материалы режущих инструментов должны обладать высокой твердостью и прочностью, износостойкостью, инструментальные стали, теплостойкостью. твердые сплавы, К таким материалам минералокерамика, относятся абразивно-алмазные материалы, являющиеся работоспособными в условиях высоких температур, усилий и интенсивного трения. Углеродистые инструментальные стали имеют низкую теплостойкость (красностойкость 200 – 250° С). Поэтому из них изготовляют главным образов развертки, метчики, ножовочные полотна, зубила и другой инструмент, используемый с низкой скоростью резания. Рабочую часть инструмента из углеродистых инструментальных сталей закаливают до твердости HRC 60 – 62. 4 Легированные инструментальные стали после термообработки имеют твердость HRC 62 – 64 и красностойкость 300 – 400° С, что позволяет применять их для изготовления инструментов, работающих при скоростях больших, чем инструмент из углеродистой стали. Наиболее применимыми являются стали хромистые (Х12М, 9Х), хромокремнистые (6ХС, 9ХС), хромованадиевые (8ХФ), хромовольфрамомарганцовистые (ХВГ, 9ХВГ). Высокая вязкость инструмента позволяет использовать его при обработке хрупких материалов с ударными на-грузками. Ряд сталей (ХВГ, 9ХВГ) при термообработке мало деформируются, поэтому из них изготовляют сложные и длинные инструменты, например развертки, протяжки, длинные сверла и др. Инструмент из быстрорежущей стали обладает более высокими режущими свойствами (красностойкость до 600 – 650° С, твердость HRC 62 – 65), что – позволяет увеличить скорости резания до 100 м/мин. Быстрорежущие стали могут иметь нормальную и повышенную стойкость. Инструмент из стали нормальной стойкости (Р18, Р9) применяют для обработки стали с пределом прочности 90 – 100 кгс/мм 2 и чугуна с. твердостью НВ 270 – 280. Из стали Р9 изготовляют инструменты простой формы – резцы, фрезы, зенкеры, а из стали Р18 – более сложные инструменты для зубо-резьбона – резных работ. Сталь Р18Ф2 обладает более высокими режущими свойствами, чем стали Р9 и Р18, и применяется для изготовления режущего инструмента при обработке стали повышенной прочности. Стали повышенной стойкости (кобальтовые стали Р9К5, Р9КЮ, Р18К5Ф2, Р10К5Ф5) обладают большей, чем Р18, твердостью, красностойкостью и износостойкостью, поэтому их применяют для обработки главным образом жаропрочных сплавов и нержавеющих и легированных сталей твердостью НВ 300 – 350, титановых сплавов и других труднообрабатываемых материалов в условиях прерывистого резания с вибрациями. Режущие свойства и износостойкость инструмента из быстрорежущей стали могут быть повышены хромированием, сульфидированием, цианированием и т. д.[1. Стр. 30] 5 Назначение твердых сплавов при обработке резанием Твердые сплавы - гетерогенные материалы, в которых частицы высокотвердых тугоплавких соединений (чаще всего карбиды, реже нитриды или бориды переходных металлов; наиболее широко используют карбиды вольфрама, титана, тантала, хрома или их сочетаний) сцементированы пластичным металлом-связкой (кобальтом, никелем, железом и их сплавами). Твердые сплавы обладают высокой твердостью и износостойкостью и сохраняют эти свойства при температуре 900 - 1500 °С. По способу изготовления выделяют два типа твердых сплавов: спеченные; литые. Спеченные сплавы получают методами порошковой металлургии. Данный способ дает очень высокую точность изготовления получаемой продукции и обеспечивает высокие значения различных свойств. Изделия, произведенные методами порошковой металлургии, требуют минимальной механической обработки, поэтому они обрабатываются шлифованием или физико-химическими методами (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др.). Спеченные твердые сплавы иногда называют металлокерамическими, так как технология их производства сходна с технологией производства керамики. Сплавы данного типа наносят на инструмент с помощью пайки или механическим закреплением. Наиболее распространенными представителями указанной группы являются сплавы ВК (например, ВК6, ВК8), ТК и ТТК - твердые сплавы на основе карбида вольфрама. Литые твердые сплавы получают методом литья. К данной группе относят стеллиты (хром, вольфрам, никель, углерод; основа - кобальт), сормайты (хром, никель, углерод; основа - железо), стеллитоподобные сплавы (основа - никель). Для наплавки их выпускают в виде литых стержней или прутков различного химического состава. В соответствии с областью применения выделяют следующие группы твердых сплавов: 1)инструментальные сплавы, применяемые при обработке материалов резанием, давлением или штамповкой, при бурении горных пород и так далее; 2)конструкционные сплавы, служащие для изготовления износостойких деталей машин, механизмов и приборов, в том числе и с особыми свойствами - высокой плотностью, большим временным сопротивлением и значительным модулем упругости; 3)жаропрочные и жаростойкие сплавы. Современное машиностроительное производство предъявляет к режущим инструментам очень жесткие требования в отношении точности и постоянства размеров обрабатываемых деталей и высокой стойкости металлообрабатывающего инструмента. Эти качества может дать' лишь высокопроизводительный инструмент, могущий работать длительное время без практически ощутимого износа при высоких скоростях резания, при больших температурах, возникающих в процессе резания металлов, при работе с 6 охлаждением или совсем без охлаждения, и обладающий достаточно высокой эксплуатационной прочностью. Хорошее качество поверхности обрабатываемого металла, минимальный расход электроэнергии на единицу продукции, большая производительность оборудования в процессе обработки, низкая стоимость продукции металлообработки также обеспечиваются свойствами металлорежущего инструмента. Таким металлорежущим инструментом, наиболее современным, выгодным и эффективным, является инструмент из металло-керамических твердых сплавов. Исключительно ценные свойства твердых сплавов: высокая твердость, большая износостойкость и достаточная прочность позволяют обрабатывать с высокой производительностью различные материалы, как металлические, так и неметаллические, обеспечивая при этом высокую чистоту и точность обрабатываемых поверхностей. Высокие режущие свойства твердых сплавов позволяют производить обработку деталей с большими скоростями резания, при больших сечениях среза. Высокое сопротивление износу позволяет применять твердые сплавы с большой эффективностью как в качестве инструментального материала для изготовления различных видов режущего инструмента, так и в качестве конструкционного материала для деталей машин, механизмов и приспособлений, подвегаю-щихся, по роду своей работы, сильному износу. Твердые сплавы рекомендуются для применения всюду, где требуются высокие твердость, сопротивление сжатию и сопротивление износу (истиранию) как при нормальных, так и при высоких температурах. Применяя твердые сплавы, предприятия получают большую экономию за счет сокращения расхода инструмента, повышения производительности труда и станочного оборудования и снижения стоимости обработки. Металлокерамические твердые сплавы состоят из тончайших зерен карбидов тугоплавких металлов — вольфрама, титана и тантала, сцементированных вспомогательным металлом — кобальтом. Эти сплавы были названы металлокерамическими потому, что исходными материалами для них являются порошки металлов, а технология производства (формование изделий и последующее их спекание) сходна с технологией производства керамических изделий (глиняных, фарфоровых и др.). В металлокерамических твердых сплавах карбиды тугоплавких металлов содержатся в количестве 70—98 °/о ι являясь их основной составной частью. Благодаря карбидам сплавы приобретают высокую твердость и стойкость при износе. Однако сами по себе карбиды 7 очень хрупки и получить прочный сплав из одних только карбидов не представляется возможным. Вспомогательный металл выполняет функции цемента: связывая частицы карбидов, он придает сплаву достаточную прочность и вязкость. Специфическим свойством металлокерамических твердых сплавов является их высокая теплостойкость, т. е. способность сохранять твердость при высоких температурах (до 900—1000°), возникающих в процессе обработки металлов, в отличие от быстрорежущей стали, теряющей свою твердость и режущие свойства при 600°. Технологический процесс изготовления металлокерамических твердых сплавов заключается в том, что из порошкообразной смеси карбидов тугоплавких металлов и кобальта прессуют нужные изделия, которые затем спекают при температурах значительно ниже температуры плавления исходных карбидов. Изменяя соотношения компонентов в твердых сплавах и микроструктуру (величину карбидных составляющих) получают марки твердых сплавов с различными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, определяющими различные области их применения. 8 Износостойкие покрытия режущего инструмента Одними из наиболее важных показателей использования режущего инструмента является его способность сохранять свои функциональные параметры в течение продолжительного времени. Обеспечивая увеличение работоспособности инструмента, можно значительно повысить производительность механизированного труда, и тем самым сэкономить затраты на энергию и прочие сопроводительные технологические составляющие. В ходе эксплуатации режущего инструмента, основная нагрузка передаётся на его рабочую часть, что, как правило, приводит к частичному износу или полному разрушению плоскостей и режущих кромок. Существует ряд технологий обработки рабочих поверхностей, придающих им дополнительное упрочнение, наиболее эффективным из которых является способ нанесения на поверхность режущего инструмента специальных покрытий из твердых соединений. Повышение работоспособности режущего инструмента можно обеспечить благодаря улучшению свойств поверхностного слоя инструментального материала, при котором рабочая поверхность инструмента наиболее эффективно сопротивляется характерным видам износа. Подобный материал должен обладать значительным запасом прочности при изгибе, сжатии и выдерживать ударные нагрузки. Наиболее перспективным инновационным направлением модернизации износостойких покрытий является разработка многослойных универсальных покрытий, позволяющих в полной степени учитывать сложные технологические условия процесса резания. Применение износостойких покрытий позволяет более эффективно решать такие задачи как повышение сопротивления к образованию трещин, качества сцепления покрытия и инструментальной стали, твердости и износостойкости. При этом возможна разработка покрытий как с учетом выбора материала на основе быстрорежущей стали или твердого сплава, так и с учетом условий работы при использовании непрерывного резания или ударного. Совершенствование технологии нанесения покрытий для режущего инструмента, разработка новых модификаций защитных покрытий позволяет существенно повышать работоспособность инструмента и расширять область его эффективного применения. 9 Рис.1. Износостойкие покрытия Нанесение инновационных покрытий на режущий инструмент является стратегической задачей. По ряду требований, технологическое покрытие, в конечном счете, должно соответствовать высокой степени износостойкости. Следовательно, оно должно быть термически стойким и прочно сцепляться с телом инструмента. Покрытие выбирается с учётом типа обрабатываемого материала и технологии использования конкретного инструмента. Разработка и применение инновационных покрытий значительно увеличивает поле оптимизации их свойств в сопоставлении инструментальной основой и обрабатываемой поверхности.[2, стр 240] 10 Заключение В ходе выполнения данного реферата и изучения соответствующей литературы было выяснено, что режущие инструменты могут изготавливаться из различных видов материалов и с использованием различных технологий. Также были рассмотрены различные износостойкие покрытия режущих инструментов, было определено в каких конкретно изделиях оно используются и для каких материалов. 11 Список литературы 1. Аверьянов, О.И. Режущий инструмент: Учебное пособие / О.И. Аверьянов, В.В. Клепиков. - М.: МГИУ, 2007. - 144 c. 2. Кожевников, Д. Режущий инструмент: Учебник для ВУЗов / Д. Кожевников. - М.: Машиностроение, 2014. - 520 c. 12
