Контрольная работа по "Металлургии"

 Опешите технологический  процесс изготовления режущих пластин  токарного отрезного резца, материал заготовки сталь 45.

При обработке  металлов применяют режущие инструменты разнообразных форм и конструкций. Простейшей формой режущего инструмента является токарный резец (рис.1). Резец имеет рабочую часть - головку Б, на которой расположены режущие элементы, и державку B, предназначенную для установки и закрепления резца на станке (в оправке или резцедержателе). 

рис.1. Токарный резец:

А- пластина из твёрдого сплава; Б- головка резца; В- державка; 1- передняя поверхность; 2- главная режущая

кромка; 3- главная  задняя поверхность; 4- вспомогательная задняя поверхность; 5- вершина резца; 6- вспомо- гательная режущая кромка. 

  Режущий инструмент должен быть по возможности дешевым, жёстким и виброустойчивым, а его рабочая (режущая) часть должна еще обладать высокой твердостью (HRC 6O-65) при достаточной прочности, высокой износостойкостью и способностью работать при высоких температурах в зоне резания без значительной потери режущих свойств. Режущие свойства инструментов в основном обеспечиваются высоким качеством материала, из которого их изготовляют.

  Материал  режущих инструментов значительно  дороже конструкционных сталей, и поэтому для уменьшения стоимости режущих инструментов разрабатывают такие конструкции, на которые тратилось бы минимальное количество дорогостоящего материала. Например, большинство резцов изготовляют из конструкционных сталей марок 45 и 50; в резцах фрезеруют гнезда под пластинки из высококачественных материалов. Пластинки A вставляют в гнезда державок и припаивают (рис. 1.) или прикрепляют механическим способом.

  Кроме высокой  режущей способности, инструментальный материал должен также иметь хорошие технологические свойства. Наиболее важным из этик свойств является хорошая обрабатываемость при изготовлении режущих инструментов. При резании должно получаться хорошее качество обработанной поверхности, а при термической обработке инструментальный материал должен хорошо прокаливаться и иметь минимальные деформации, что очень важно для длинных инструментов. При пайке и заточке не должно получаться микротрещин, чтобы не было выкрашивания и поломки пластинок в процессе работы инструмента.

  Перечисленным выше требованиям удовлетворяют  применяемые в настоящее время следующие материалы: инструментальные стали – быстрорежущие; металлокерамические твeрдыe сплавы; минералокерамические материалы; абразивные материалы и алмазы.

  Быстрорежущие стали сохраняют режущую способность  при нагреве до 600-700° C. Из легирующих элементов в этих сталях больше всего вольфрама (до 17,5-19%). Стандартизованы и применяют быстрорежущие стали марок Р18, Р9, Р18Ф2, Р9Ф5, Р9К5, Р9К10, Р18К5Ф2 и др. (буква P означает быстрорежущая, а цифра за ней - среднее содержание вольфрама в процентах, цифры за буквами K и Ф соответственно показывают среднее содержание кобальта и ванадия в процентах). Быстрорежущие стали с повышенным содержанием кобальта и ванадия более производительны (теплостойкость 700° С). Из быстрорежущих сталей изготовляют все инструменты, которые по тем или иным причинам не могут оснащаться металлокерамическими твердыми сплавами.

   Металлокерамические твердые сплавы имеют технологический процесс изготовления, подобный технологическому процессу производства керамических изделий. Твердые сплавы высокопроизводительны, так как обладают высокой твердостью (HRA87-92) и теплостойкостью (800-900° С).

  Широкое распространение имеют две группы сплавов: вольфрамовые, состоящие из карбидов вольфрама, сцементированных кобальтом, и вольфрамотитановые, состоящие из карбидов вольфрама, карбидов титана и кобальта. Кобальт в сплaвaх является связующим элементом и c увеличением его содержания увеличивается прочность сплава, но уменьшается твердость и износостойкость. Для режущих инструментов применяют твердые сплавы c содержанием кобальта не более I2-15%. Вольфpамoвыe сплавы применяют для обработки деталей из чугунов, цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов (пластмасса, фибpa, резина и др.). Вольфрамотитановые сплавы применяют для обработки стальных деталей.

   Твердые сплавы изготовляют в виде пластинок различной формы по следующей схеме. Порошкообразные составляющие сплава тщательно перемешивают, затем полученную смесь прессуют в специальных пресс-формах под давлением 1000-1500 кг/см². Полученные заготовки (полуфабрикаты) подают в специальные электропечи, где их спекают при температуре 1400-1500^° С. Пластинки или коронки припаивают к державкам, а затем затачивают.

   Металлокерамические твердые сплавы при всех положительных качествах имеют существенный недостаток - малую прочность (примерна в 2-2,5 раза меньше, чем y закаленных быстрорежущих сталей). Для компенсации этого недостатка промышленностью выпускается ряд сплавов c различной прочностью, a в конструкциях инстрyмeнтов стремятся, где это возможно, обеспечить работу пластинок на сжатие, a не на изгиб (при сжатии пластинки твердого сплава допускают примерно такие же нагрузки, как и быстрорежущая сталь). Жесткость системы станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД) должна быть высокой. Вольфрамовые сплавы выпускают следующих марок: ВК2, ВКЗМ, ВК4,

ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8В, вольфрамотитановые Т5К12В, Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4. Буква M указывает на мелкозернистость сплава, а буква B на крупнозернистость. При выборе марки твердого сплава руководствуются следующим: для предварительной обработки и особенно при ударных и переменных нагрузках следует применять более прочные сплавы, т. е. те, в которых имеется больше кобальта; для чистовых работ (небольшие нагрузки) следует применять более твердые сплавы, в которых меньше кобальта. Например, сплав Т30К4 как наиболее твердый и износостойкий из группы Вольфрамотитановых сплавов целесообразно применять при чистовой и тонкой обработке сталей (с небольшими и равномерными нагрузками) на высоких скоростях резания.

   Освоены новые твердые сплавы, в которых, помимо карбидов вoльфрaма и титана, имеется карбид тантала. Эти сплавы, называемые титанотанталовольфра- мовые, по своей режущей способности и прочности являются промежуточными между быстрорежущей сталью и Вольфрамотитановыми сплавами. Стaндаpтные сплавы марок ТТ7К12 и ТТ7К15 содержат 4% карбида. титана, 3% карбида тантала и соответственно 12 и 15% кобальта (остальное карбид вольфрама). Эти два сплава, как и вольфрамотитановый сплав марки Т5К12В, более прочные, чем остальные, и могут успешно применяться при предварительной обработке деталей из сталей с ударными и переменными нагрузками.

  Высокое качество современных твердых сплавов дает возможность использовать их не только для оснащения режущих инструментов различного рода пластинками, но и изгoтовлять из некоторых марок монолитный твердосплавный инструмент (сверла, зенкеры, различного рода фрезы). Монолитный инструмент изготовляют двумя способами. Первый способ заключается в том, что нужная форма инструмента в окончательном видe формируется в специальной пресс-форме. Исходным материалом является мелкозернистый порошок c химическим составом, соответствующим oпpеделенной марке твердого сплава. Затем полуфабрикаты подвергают двукратному спеканию. Если полученный инструмент имеет форму коронок, то его припаивают к державкам, a затем затачивают. Если инструмент насадкой, то его затачивают и надевают на соответствующие оправки.

  Второй  способ изготовления малогабаритных монолитных твердосплавных инструментов разработан Всесоюзным научно-исследоватeльским институтом твердых сплавов (ВНИИТС). Этот способ заключается в том, что методами порошковой металлургии изготовляют пластифицированные твердосплавные заготовки из мелкозернистой смеси. Основными операциями технологического процесса изготовления фасонного твердосплавного инструмента являются: a) получение пластифицированных заготовок; б) механическая обработка заготовок для придания им нужной формы увеличенных размеров; в) спекание обработанных пластифицированных заготовок; г) шлифование, заточка и, если необходимо, доводка инструмента.

   Пластифицированные  заготовки изготовляют в виде дисков (с центральным отверстием и без него), цилиндров, стержней, брусков и плиток разных размеров. После предварительного спекания пластифицированные заготовки имеют достаточную прочность и могут быть подвергнуты точению, фрезерованию и другим видам обработки. После механической обработки линейные размеры заготовки должны быть на 26-30% больше окончательных размеров инструмента, так как при спекании происходит усадка сплава (коэффициент усадки 1,25-1,3). Этим способом изготовляют различные инструменты из сплава ВК6М. Такие инструменты дали возможность повысить производительность в 2-3 раза по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали. Применение малогабаритных твердосплавных инструментов в приборостроении дает возможность отказаться от малопроизводительных инструментов из легированных и быстрорежущих сталей. Из пластифицированных заготовок (сплавы ВК15М и ВК20М) изготовляют детали штампов. Такие штампы более долговечны и повышают точность штамповки.

   Минералокерамические  материалы применяют для режущих инструментов в виде пластинок, изготовленных прессованием и специальным спеканием из окиси алюминия (А1₂0₃). Минералокерамические материалы обладают высокой твердостью (HRA 90-95) износостойкостью и теплостойкостью (до 1100-1200 ° С) и значитeльно меньшей стоимостью, чем твердые сплавы. Однако минерало-керамические материалы еще более хрупки, чем твердые сплавы, и их можно применять только для окончательной обработки металлов.

   Пластинки из минералокерамики присоединяют к  державкам прижимами, но их можно также припаивать или приклеивать специальными пpипoями и клеем.

   Алмазы  применяют для оснащения резцов и изготовления различного рода шлифовальных кругов и паст для притирки. Алмазы обладают высокой твердостью и износостойкостью, сохраняют остроту режущих кромок в течение срока, исчисляемого месяцами работы, обеспечивают высокую точность и качество обработанных поверхностей, что создает стабильность размеров обработанных деталей партией 50-200 тыс. шт. Для получения резцов мелкие алмазы в 0,2-1,4 карата (1 карат равен 0,2 г) крепят в специальных державках путем припайки или механически. Алмазные инструменты применяют главным образом для окончательного точения, а также доводки деталей из керамики, ситаллов, закаленных сталей и других твердых материалов. Чугунными дисками, шаржированными алмазным порошком, окончательно затачивают и доводят режущие инструменты, в том числе и алмазные. Для изготовления державок и корпусов инструментов используются стали марок 40, 40X, 45, 40ХН.