Преимущества применения керметов по сравнению с твердыми сплавами при высокоскоростной обработке изделий в машиностроении | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 27 июля, печатный экземпляр отправим 31 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №49 (391) декабрь 2021 г.

Дата публикации: 02.12.2021

Статья просмотрена: 420 раз

Библиографическое описание:

Светлаков, В. С. Преимущества применения керметов по сравнению с твердыми сплавами при высокоскоростной обработке изделий в машиностроении / В. С. Светлаков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 49 (391). — С. 44-47. — URL: https://moluch.ru/archive/391/86195/ (дата обращения: 18.07.2024).



В настоящей работе рассматривается использование и особенности применения керамических материалов (или керметов) для высокоскоростной фрезерной обработки изделий. Разбираются терминология и ключевые особенности технологии HSM, анализируются слабые и сильные стороны режущей керамики. Делается вывод о том, что керамические материалы являются особенно эффективными для применения при высокоскоростной обработке.

Ключевые слова: режущая керамика, керметы, HSM, машиностроение, высокоскоростная обработка.

In this paper we considered the use and features of using ceramic materials (or cermets) for high-speed machining (HSM). Research focused on terminology and key features of HSM technology and analyses strengths and weaknesses of the cutting ceramics. We conclude that ceramic materials are particularly effective for high-speed machining applications.

Key words: cutting ceramics, cermets, HSM, mechanical engineering, high-speed machining, high speed cutting.

Сфера машиностроения, одна из наиболее востребованных отраслей по созданию товаров и услуг ввиду разнообразия и незаменимости продукции машиностроительного производства в промышленности в целом, находится в авангарде технологического развития. Среди последних тенденций особенно можно выделить активное освоение машиностроительными производствами технологии высокоскоростной обработки, более известной как HSM или High Speed Machining. Чтобы лучше понимать принцип работы данного метода, обратимся к словам немецкого ученого Карла Соломона. Так, в переложении Болотова, объяснение HSM говорит нам о том, что тепловыделение уменьшается в зависимости от применяемых особым скоростям резаниям, что приводит, в свою очередь, к уменьшению силы резания [1]. Мы визуализировали эту корреляцию на графике, представленном на рисунке 1.

График зависимости силы резания от его скорости

Рис. 1. График зависимости силы резания от его скорости

Действительно, высокоскоростную обработку используют с целью увеличения качества работы со сложными поверхностями наподобие цилиндров, плоскостей на поверхности деталей, т. е. деталей с непримитивными элементами.

Говоря о принципе действия высокоскоростной обработки, сравним ее с обработкой на обычной скорости. Ключевым отличием здесь будет то обстоятельство, что скорость действия при HSM в 5–10 раз выше, чем аналогичная при обыкновенной обработке деталей.

Говоря о принципе действия высокоскоростной обработки, сравним ее с обработкой на обычной скорости. Ключевым отличием здесь будет то обстоятельство, что скорость действия при HSM в 5–10 раз выше, чем аналогичная при обыкновенной обработке деталей. В месте отрыва стружки при такой обработке происходят другие структурные изменения. Сила резания изделия первоначально растет с ростом скорости деформации материала, но только до достижения определенной температуры. По ее достижению, силы резания в зоне образования стружки понижаются. Объясняется это тем, что высокая скорость отрыва стружки и краткая длительность контакта режущей кромки с изделием приводят к удалению подавляющей части тепла вместе со стружкой, что препятствует нагреванию и заготовки, и инструмента. Согласно ряду исследований [1, 2] со стружкой уходит до 75 % всего производимого в процессе обработки тепла. Оставшиеся 20 % и 5 % приходятся на инструмент и заготовку соответственно.

В связи с тем, какую существенную роль в высокоскоростной обработке материала играет температура и отвод тепла, у этого метода есть своя специфика. При применении HSM важно обращать особое внимание на материал режущей кромки инструмента. Разновидности (типологию) и особенности каждого из возможных материалов мы привели на рисунке 2 [3].

Система и классификация материалов для режущей части инструмента Система и классификация материалов для режущей части инструмента

Рис. 2. Система и классификация материалов для режущей части инструмента

Материал станет определяющим условием для таких показателей как производительность обработки и ее себестоимость. Зависеть от выбора материала будет также и точность, следовательно, качество поверхностного слоя. Иными словами, технический уровень режущего инструмента вступает в прямую корреляцию с избранным материалом режущей части.

Притом чаще всего в настоящий момент на производствах при HSM используют твердые сплавы. Мы же обратим внимание на керметы или возможность использования в качестве инструментального материала режущей керамики. Керамика для режущих частей инструмента подразделяется на несколько основных групп, каждая из которых отличается как химическим составом и методом производства, так и областью ее применения.

Перечислим основные группы керметов: керамика на основе нитрида кремния с добавлением оксидов металлов, керамика на основе оксида алюминия (оксидная), Керамика на основе оксида алюминия (Al2O3) и карбида титана (TiC) с легирующими добавками тугоплавких соединений (оксидно-карбидная), керамический композиционный материал на основе оксида алюминия с армированием нитиевидными монокристаллами карбида кремния и слоистый композиционный материал из нескольких слоев керамического режущего материала и высокопрочной твердосплавной подложки.

При применении керметов, требуется учитывать особенности этого типа инструментальных материалов. Режущая керамика используется, как правило, только при чистовой обработке в рамках строгого соблюдения технологической системы, поскольку обладает низкой прочностью и трещиностойкостью, хуже сопротивляется циклическим тепловым нагрузкам. Предотвратить образование и развитие трещин в условиях отсутствия связующей фазы может только армированный материал. Часто для режущей кромки используется микро- и макровыкрашивание, так как фактор температуры существенного влияния на механизм изнашивания не оказывает [1].

При всех перечисленных недостатках, керамические материалы способны поддерживать в 2–3 раза большую скорость резания на той же подаче, чем твердые сплавы, обладают большим сопротивлением износу и большим же ресурсом стойкости инструмента, большей жесткостью, а образуемая поверхность отличается лучшим качеством (Ra = 0,4 мкм). Сфера применения керметов в HSM шире, чем у аналогов. Инструментом с керамическими режущими частями можно обрабатывать помимо чугуна и конструкционных сталей некоторые другие труднообрабатываемые материалы (к примеру, жаропрочные, закаленные стали) [1, 5–12]. Керметы отличаются отсутствием связки, что снижает разупрочнение при нагревании и расширяют возможности материала работать при существенно больших скоростях. Керамика способна выдерживать скорость до 2,5 выше, чем у аналогов из твердых сплавов.

Подводя итог, мы можем утверждать, что режущая керамика лучше, чем распространенные в настоящий момент твердые сплавы, подходит для использования при высокоскоростной обработке изделий. Использование при высокоскоростной обработке изделий керметов приведет к улучшению качества обрабатываемых изделий благодаря существенно больше подходящих для этой технологии эксплуатационных свойств материала, пусть для этого и потребуется четкое понимание слабых сторон керамических режущих поверхностей. Применение режущей керамики затормозит изнашивание инструмента, улучшит его трещиностокость (для оксидно-карбидной, нитридной или композиционной керамики), прочность на растяжение, изгиб.

Литература:

  1. Максаров В. В. Станочное и инструментальное обеспечение автоматизированного производства / В. В. Максаров, А. Д. Халимоненко. — СПб.: Издательство «Лема», 2018. — 85 с.
  2. Халимоненко А. Д. Точность обработки при точении заготовок режущим инструментом, оснащенным сменными керамическими пластинами / А. Д. Халимоненко, Р. В. Вьюшин // Записки горного института. — Т. 209. СПб., 2014. — С. 99–103.
  3. Халимоненко А. Д. Анализ устойчивости работы многолезвийного инструмента, оснащенного режущей керамикой / А. Д. Халимоненко, Т. С. Голиков // Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики IPDME-2017. Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. — Т.1. 2017. — С. 305–308.
  4. Халимоненко А. Д. Оценка режущих свойств керамического инструмента / А. Д. Халимоненко, Р. Р. Рахманкулов // Инновации на транспорте и в машиностроении. Сборник трудов IV международной научно-практической конференции. — 2016. — С. 148–150.
  5. Maksarov V. Machining quality when lathing blanks with ceramic cutting tools / V. Maksarov, A. Khalimonenko, D. Timofeev // Agronomy Research. — 2014. — V. 12 (1). — Р. 269–278.
  6. Maksarov V. V. Stability analysis of multipoint tool equipped with metal cutting ceramics / V. V. Maksarov, A. D. Khalimonenko, K. G. Matrenichev // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. — 2017. — V. 87. — 82030.
  7. Maksarov V. V. Forecasting performance of ceramic cutting tool / V. V. Maksarov, A. D. Khalimonenko // Key Engineering Materials. — 2017. — V. 736. — Р. 86–90.
  8. Максаров В. В. Влияние структурных параметров режущей керамики на работоспособность инструмента при обработке прецизионных поверхностей деталей горных машин / В. В. Максаров, А. Д. Халимоненко // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — Т. 8 (1). — С. 56–64.
Основные термины (генерируются автоматически): HSM, высокоскоростная обработка, режущая керамика, основа оксида алюминия, ключевое отличие, обыкновенная обработка деталей, обычная скорость, принцип действия, режущая кромка, скорость действия.


Ключевые слова

машиностроение, режущая керамика, керметы, HSM, высокоскоростная обработка

Похожие статьи

Метод высокоскоростной обработки как способ улучшения...

Ключевые слова: шероховатость, традиционный метод обработки, высокоскоростная обработка, поверхности, инструмент. Развитие технологии машиностроения как науки за последние десятки лет позволило сделать вывод, что в общем случае параметры, влияющие на образование шероховатости при всех методах механической обработки зависят от режимов обработки, геометрии режущей части инструмента, его заточки, определяющей шероховатость режущей кромки, жесткости технологической системы, физико-механических свойств обрабатываемого материала и исходной шероховатости обрабатываемой поверхности.

Деятельность воспитателя по обучению сюжетному рисованию...

— научить изменению формы предметов в связи с их действиями в сюжете (например, поворот туловища, наклон, бег и т. п.); — развивать композиционные умения — научить передавать на листе широкие пространства земли и неба, расположение предметов: близких — внизу листа и удаленных — вверху (без изменения размеров)

Погодин, С. В. Теоретические и методические основы организации продуктивных видов деятельности детей дошкольного возраста: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / С. В. Погодина. − Москва: Издательский центр «Академия», 2015.

Понятие, сущность и основные виды сервитута | Статья в журнале...

Ваш вопрос. Нажимая кнопку «Отправить», вы даете согласие на обработку своих персональных данных.

Применение режущих инструментов из синтетических... | «Молодой

Режущий инструмент из кубического нитрида бора выводит обработку закаленных материалов на новый уровень [6,7]. Основные преимущества обработки закаленных материалов инструментом из КНБ: - высокая производительность за счет высоких скоростей резания и снижения вспомогательного времени

Скорость резания — важнейший фактор интенсификации обработки материалов резанием с применением инструмента из синтетических сверхтвердых материалов, в целях, когда резервы существенного повышения скоростей резания традиционным инструментальным материалом практически исчерпана. Таблица 1.

Технология плазменной обработки режущего инструмента

К примеру, обработка детали, к которой не предъявляют высокие требования по шероховатости поверхности. Упрочнение деталей без перекрытия зон ведет к получению твердости равномерно распределенной по всей поверхности

Если рассматривать конкретное применение плазменной обработки для металлорежущих резцов, то по данным статистики промышленных предприятий до 40 % инструмента выходят из строя преждевременно из-за

В целом базовая стойкость резцов по данным статистики промышленных предприятий обычно находится в пределах ±50 %, что вызвано отклонениями от стандартных режимов объемной термообработки инструмента...

Комбинированное устройство для глубокого рыхления грунта...

Ваш вопрос. Нажимая кнопку «Отправить», вы даете согласие на обработку своих персональных данных.

Формирование режущей кромки ножей скользящего резания

Рис. 1. Формирование режущей кромки при многопроходовом шлифовании фасок пластинчатого ножа. Рассмотренные микрозубцы являются технологическими неровностями заточки (заусенцами).

Структура поверхностных слоев шлифованной детали показана на рис.3. Граничный слой 1 толщиной 2–3 oА состоит из адсорбированной пленки газа, которую можно

Основные эксплуатационные свойства тонких пластинчатых ножей — режущая способность и стойкость — формируются на этапах заточки и доводки режущего инструмента, отличающихся от других способов обработки лезвий сравнительной простотой и экономичностью.

Работа сталефибробетона на местные нагрузки | Статья в журнале...

Электронная почта. Ваш вопрос. Нажимая кнопку «Отправить», вы даете согласие на обработку своих персональных данных.

Эффективные станки для обработки композитных материалов от...

Обработка композитных материалов происходит с помощью таких технологических методов: механический (подразумевает использование ультразвука); гидроабразивный (резка с помощью струи воды, смешанной с

Ключевые моменты при работе с композитными материалами на полимерной основе: Устранение пыли. В результате воздействия режущего или сверлящего механизма на композитный материал образуется

Достигнута высокая точность обработки. Этот критерий очень важен при работе с композитными материалами. Малейшее отклонение от необходимых параметров детали, изготовляемой, например, для энергетической или...

Похожие статьи

Метод высокоскоростной обработки как способ улучшения...

Ключевые слова: шероховатость, традиционный метод обработки, высокоскоростная обработка, поверхности, инструмент. Развитие технологии машиностроения как науки за последние десятки лет позволило сделать вывод, что в общем случае параметры, влияющие на образование шероховатости при всех методах механической обработки зависят от режимов обработки, геометрии режущей части инструмента, его заточки, определяющей шероховатость режущей кромки, жесткости технологической системы, физико-механических свойств обрабатываемого материала и исходной шероховатости обрабатываемой поверхности.

Деятельность воспитателя по обучению сюжетному рисованию...

— научить изменению формы предметов в связи с их действиями в сюжете (например, поворот туловища, наклон, бег и т. п.); — развивать композиционные умения — научить передавать на листе широкие пространства земли и неба, расположение предметов: близких — внизу листа и удаленных — вверху (без изменения размеров)

Погодин, С. В. Теоретические и методические основы организации продуктивных видов деятельности детей дошкольного возраста: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / С. В. Погодина. − Москва: Издательский центр «Академия», 2015.

Понятие, сущность и основные виды сервитута | Статья в журнале...

Ваш вопрос. Нажимая кнопку «Отправить», вы даете согласие на обработку своих персональных данных.

Применение режущих инструментов из синтетических... | «Молодой

Режущий инструмент из кубического нитрида бора выводит обработку закаленных материалов на новый уровень [6,7]. Основные преимущества обработки закаленных материалов инструментом из КНБ: - высокая производительность за счет высоких скоростей резания и снижения вспомогательного времени

Скорость резания — важнейший фактор интенсификации обработки материалов резанием с применением инструмента из синтетических сверхтвердых материалов, в целях, когда резервы существенного повышения скоростей резания традиционным инструментальным материалом практически исчерпана. Таблица 1.

Технология плазменной обработки режущего инструмента

К примеру, обработка детали, к которой не предъявляют высокие требования по шероховатости поверхности. Упрочнение деталей без перекрытия зон ведет к получению твердости равномерно распределенной по всей поверхности

Если рассматривать конкретное применение плазменной обработки для металлорежущих резцов, то по данным статистики промышленных предприятий до 40 % инструмента выходят из строя преждевременно из-за

В целом базовая стойкость резцов по данным статистики промышленных предприятий обычно находится в пределах ±50 %, что вызвано отклонениями от стандартных режимов объемной термообработки инструмента...

Комбинированное устройство для глубокого рыхления грунта...

Ваш вопрос. Нажимая кнопку «Отправить», вы даете согласие на обработку своих персональных данных.

Формирование режущей кромки ножей скользящего резания

Рис. 1. Формирование режущей кромки при многопроходовом шлифовании фасок пластинчатого ножа. Рассмотренные микрозубцы являются технологическими неровностями заточки (заусенцами).

Структура поверхностных слоев шлифованной детали показана на рис.3. Граничный слой 1 толщиной 2–3 oА состоит из адсорбированной пленки газа, которую можно

Основные эксплуатационные свойства тонких пластинчатых ножей — режущая способность и стойкость — формируются на этапах заточки и доводки режущего инструмента, отличающихся от других способов обработки лезвий сравнительной простотой и экономичностью.

Работа сталефибробетона на местные нагрузки | Статья в журнале...

Электронная почта. Ваш вопрос. Нажимая кнопку «Отправить», вы даете согласие на обработку своих персональных данных.

Эффективные станки для обработки композитных материалов от...

Обработка композитных материалов происходит с помощью таких технологических методов: механический (подразумевает использование ультразвука); гидроабразивный (резка с помощью струи воды, смешанной с

Ключевые моменты при работе с композитными материалами на полимерной основе: Устранение пыли. В результате воздействия режущего или сверлящего механизма на композитный материал образуется

Достигнута высокая точность обработки. Этот критерий очень важен при работе с композитными материалами. Малейшее отклонение от необходимых параметров детали, изготовляемой, например, для энергетической или...

Задать вопрос