Резание тугоплавких материалов

Опубликовано admin Июл 3, 2012 в Резка металлов

По обрабатываемости резанием тугоплавкие материалы разделяются на три группы: 1) вольфрам и его сплавы; 2) молибден, хром и их сплавы; 3) ниобий, тантал, ванадий.

Вольфрам является наиболее тугоплавким материалом; наряду с этим он и его, сплавы обладают высокой механической прочностью и твердостью; предел прочности этих материалов на растяжение доходит до 110 кгс/мм2 (1079 Мн/м2) и твердость — до НВ 490.

Заготовки деталей из вольфрама получают дуговой или электроннолучевой плавкой, а также методами порошковой металлургии. Легирование осуществляют обычно этими же способами. Вольфрам наиболее широко применяется в двух видах — ковкий нелегированный вольфрам с высокой плотностью (98—100%) и пористый вольфрам, пропитанный серебром или медью. Вольфрам первого вида вызывает при механической обработке большие затруднения; наоборот, пропитанный вольфрам обрабатывается резанием так же легко, как и латунь. Так, если вольфрам первого вида при точении твердосплавным резцом не допускает скорости резания более 60—90 м/мин, то вольфрам с 10% серебра допускает скорости 400—600 м/мин. Пропитывающий металл действует как хорошая смазка.

Вольфрам плохо поддается обработке резанием; это объясняется его исключительно высокими хрупкостью, твердостью, теплостойкостью, высоким абразивным воздействием. Основной причиной хрупкости вольфрама являются примеси. Поэтому вольфрам, полученный плавкой электронным лучом/достаточно пластичен. Другим недостатком вольфрама является склонность к образованию нестойких окисных пленок. Вследствие этих причин инструменты из быстрорежущей стали быстро тупятся, вызывая выкрашивание на обрабатываемой поверхности. Поэтому при обработке резанием вольфрама применяют остро заточенный твердосплавный инструмент с большими значениями передних углов. Во всех случаях при конструировании деталей из вольфрама, изготовленных обработкой резанием, следует избегать острых углов и кромок из-за опасности выкрашивания; с этой же целью точение следует вести от середины к торцам заготовки.

Процесс стружкообразования при резании вольфрама протекает по схеме хрупкого разрушения при этом обработанная поверхность детали имеет характерную ярко выраженную шероховатость. Неровности имеют правильные ряды надрывов. При обработке вольфрама плотностью не менее 85% с отн9сительно низкими скоростями резания образуется, мелкодроблена форма стружки. По мере увеличения скорости достигается переход на непрерывную стружку; при этом повышение скорости ведет к снижению шероховатости поверхности.

Обрабатываемость вольфрама резанием ввиду его высокой хрупкости сильно зависит от вида операции. Вероятность откалывания и растрескивания получаемой при обработке поверхности детали особенно велика на операциях, связанных с ударным воздействием инструмента, например на фрезеровании. Следовательно, технологичность конструкций деталей из вольфрама, получаемых механической обработкой, достигается заданием конструктором форм деталей, характеризующихся радиальной симметрией, она обеспечивает широкое применение токарной обработки.

Сила резания при точении вольфрама характеризуется высокой радиальной, составляющей; она составляет 30—50% от полного значения силы и еще более увеличивается при снятии большой ширины среза. Это вызывает повышенный износ вершины инструмента, особенно при резании с отрицательными углами наклона режущей кромки. Следовательно, обработку деталей из вольфрама нужно производить с небольшими глубинами резания.

Хорошие результаты при обработке вольфрама показывает подогрев заготовок токами высокой частоты или горелкой до температур 3004400° С. С повышением температуры вольфрам становится более пластичным (так, при 1000°С относительное удлинение вольфрама составляет 8—10% против нуля при комнатной температуре). Одновременно значительно понижается его прочность. Например, нагрев заголовок до температуры 420° С при точении приводит к увеличению стойкости резцов в несколько раз; при этом устраняются выкрашивание и растрескивание обрабатываемого материала. В этом случае предел прочности на растяжение уменьшается на одну треть, а твердость — вдвое. Нагрев выше этой температуры не рекомендуют, так как это может способствовать интенсивному окислению вольфрама и снижению стойкости, резцов.

Для улучшения обрабатываемости прессованные вольфрамовые заготовки, подвергнутые предварительному спеканию, пропитывают расплавленным металлом, не вступающим в химическое соединение с вольфрамом. Пропитывающий металл должен хорошо смачивать вольфрам и перемещаться по капиллярам.

Он служит наполнителем, а также является хорошей смазкой, вследствие чего предотвращает вырывание частиц вольфрама и уменьшает износ инструмента. Такие заготовки можно обрабатывать обычными твердосплавными и быстрорежущими резцами после этого пропитывающий металл удаляют интенсивным нагревом. Наиболее часто вольфрамовые заготовки пропитывают медью и ее сплавами.

Хорошие результаты при разрезке вольфрама показывает анодно-механическая обработка на режимах: рабочий ток напряжение 18—22 в, скорость подачи заготовки 6-25 мм/мин. Молибден характеризуется низкой обрабатываемостью резанием. По сравнению с вольфрамом молибден более пластичен относительное удлинение молибдена составляет примерно половину от его значения для конструкционных сталей.

Обрабатываемость молибдена резанием, определяется также способом получения заготовки: молибден, получаемый плавкой, несмотря на то что он плотнее порошкообразного молибдена, получаемого спеканием, лучше поддается обработке рёзанием. Это обусловлено меньшим растрескиванием материала, лучшей шероховатостью поверхности. Общей особенностью обработки резанием для обоих видов материалов является высокая истирающая способность. Другой особенностью молибдена является ограниченный выбор видов СОЖ, так как молибден химически активен и легко взаимодействует, например, с осененными маслами. Хорошие, результаты при обработке резанием молибдена показывает смесь хлорированного масла с трихлорэтиленом в пропорции 1:1; при этом следует учитывать, что пары этой жидкости токсичны и требуют проведения специальных мер по технике безопасности. Некоторое повышение стойкости резцов и снижения шероховатости поверхности дает применение 10процентного раствора эмульсола. Особое внимание при обработке молибдена следует уделять обеспечению повышенной жесткости системы СПИД, ликвидации в ней люфтов. При резании молибдена применяют оптимальные величины скоростей; использование низких скоростей резания ведет к увеличению шероховатости поверхности, высоких — к интенсивному износу инструмента.

Для обработки заготовок из молибдена можно применять также ультразвуковой, электроискровой и электрохимический процессы. В последнем случае в качестве электролита используют 10процентный едкий калий. Электролитическое полирование применяют в лабораториях, а также для очистки поверхностей заготовок перед сваркой. Электролит в этом случае содержит 150 мл метилового спирта (95%), 50 мл концентрированной соляной кислоты и 20 мл концентрированной серной кислоты.

Ниобий характеризуется малой прочностью и высокой пластичностью. По обрабатываемости ниобий можно сравнить с медью; оба металла пластичны и легко режутся. Отличительной особенностью ниобия является его активное схватывание с рабочими поверхностями инструментов, наволакивание на них. Это увеличивает работу трения, приводит к наклепу и повышению температуры в зоне резания, а в целом снижает стойкость инструмента и ухудшает шероховатость поверхности.

Бориды тугоплавких металлов являются одним из особо жаропрочных материалов; однако они очень хрупки и восприимчивы к тепловым ударам. Учитывая это, в сплавы на основе боридов добавляют значительное количество металлического цемента, повышающего вязкость и термостойкость сплава.

Удовлетворительные результаты при последующей обработке показывают шлифование и резка абразивами, особенно ультразвуковая и анодно-механическая обработка. Высокая эффективности применения ультразвуковой обработки объясняется повышенной хрупкостью этих материалов, поэтому ультразвуковая обработка боридов показывает большую производительность, равную при мощности УЗ Г 600 вт 20—30 мм2/мин, между тем для твердого сплава ВК8 в тех же условиях она равна только 6—8 мм3/мин. Повышенная производительность при применении анодно-механической обработки деталей из боридов объясняется особо низкой стойкостью боридов под действием электрической дуги; в первую очередь это относится к боридам титана, вольфрама и циркония, а также к сплавам карбидов бора и вольфрама. Анодно-механическая обработка боридных сплавов производится электродом инструментом в виде вращающегося диска или в случае, необходимости получения деталей более сложной формы — по схеме анодно-механического долбления.

Механическая обработка алмазов производится чаще всего распиливанием; в качестве режущего инструмента принимается вращающийся бронзовый диск толщиной 0,05— 0,08 мм, шаржированный алмазным микропорошком. Механика стружкообразования при резании этим способом алмаза заключается в удалении микрочастиц с обрабатываемой поверхности путём хрупкого разрушения алмаза при многократном воздействии зерен абразива. Хрупкое разрушение обусловлено скольжением по поверхности алмаза значительного количества микрозерен абразива, оно приводит к микрораскалыванию поверхностного слоя с образованием в нем полукольцевых микротрещин. Скольжение частиц абразива по месту, где уже имеется полукольцевая микротрещина, приводит к ее увеличению с последующим микровыкрашиванием. Образование микровыступов на обрабатываемой поверхности при воздействии последующих зерен вызывает возникновение микроударов. Это интенсифицирует процесс съема вследствие разрушения обрабатываемого алмаза между полукольцевыми микротрещинами.

Резание алмазов этим методом вследствие их весьма высокой теплопроводности характеризуется относительно низкими температурами (200—300°С); характерной особенностью этого процесса резания является также то, что тангенциальная составляющая во много раз (15—30) превышает составляющую.

Производительность обработки увеличивается с повышением скорости резания до определенного предела, а затем уменьшается. Это объясняется тем, что при низких скоростях (15—20 м/сек) частота воздействия микро зерен на обрабатываемую поверхность алмаза мала, что определяет низкую интенсивность разрушения алмаза. Рост скорости вращения диска, несмотря на уменьшение глубины врезания каждого зерна на каждый цикл резания, повышает производительность обработки за счет роста частоты воздействия зерен. Вместе с тем уменьшение глубины врезания ведет к улучшению чистоты поверхности. Увеличение скоростей резания сверх оптимальных (45 м/сек) приводит к снижению производительности вследствие интенсивного удаления из зоны резания зерен абразива крупной фракции под действием центробежных сил. Таким образом, дальнейшего повышения скоростей резания и производительности обработки можно достигнуть увеличением сил удержания зерен абразива в диске. Для этого применяются диски, при изготовлении которых предварительно металлизированные зерна алмазного микропорошка, вводятся в расплав бронзы в процессе изготовления диска.

Оптимальные скорости вращения диска, обеспечивающие наибольшую производительность, наименьший расход абразива и удовлетворительное качество поверхности после распиливания, находится в пределах 40—45 м/сек.