Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение.

При точении сталей композитами твердость сталей мало сказывается на скорости резания, но она в значительной степени влияет на скорость резания твердыми сплавами (изменяется в 15—20 раз). При точении чугунов их твердость оказывает существенное влияние на скорость резания для обоих инструментальных материалов, но особенно заметно для твердых сплавов (изменяет в 15 раз) (табл. 5.1).

Композиты эффективнее твердых сплавов при чистовом точении закаленных сталей с HRC9 > 45 и чугунов любой твердости. При сопоставлении композитов с керамикой определяющим является характер затупления режущей кромки резца. Керамика позволяет точить «сырые» конструкционные стали со скоростью v — 600 ... 1200 м/мин, а композиты — со скоростью не выше 200 м/мин. Скорость точения высокотвердых чугунов и сталей резцами из СТМ выше, чем скорость точения этих материалов резцами из керамики.

При сопоставлении скоростей торцового фрезерования фрезами, оснащенными композитом и твердым сплавом, очевидно преимущество композитов перед твердыми сплавами при рекомендуемых для композитов сечениях среза. Фрезерование чугунов и сталей инструментом из композита принципиально отличается от обработки твердосплавными фрезами: при обработке инструментами, оснащенными композитами, скорость резания сталей в 4—8 раз, а чугунов в 10—30 раз выше; подача на зуб соответственно в 2—5 раз, а силы резания в 2—4 раза меньше; потребляемая мощность в 3—8 раз больше, удельный расход электроэнергии на деталь остается неизменным; отклонение от плоскостности и параметр шероховатости обработанной поверхности в 2—4 раза ниже; отсутствует наклеп (из-за высоких температур в зоне резания, превышающих 1000 °С); производительность в 1,5— 3 раза выше (табл. 5.2).

Точение и фрезерование СТМ на основе нитрида бора зарубежного производства выполняют на менее высоких скоростях резания, но с существенно большими сечениями среза, более свойственными твердосплавному инструменту.

Точение и фрезерование инструментом из композита по ряду параметров также резко различаются. Между тем рекомендации по точению часто относят к фрезерованию, что недопустимо. Различие заключается в следующем: точение сырых сталей резцами из композита осуществляется на скоростях 100—200 м/мин, что экономически невыгодно по сравнению с точением твердосплавными резцами. Фрезерование же производится на скоростях 400—900 м/мин (в 3—4 раза выше, чем при фрезеровании твердосплавным инструментом), в результате чего достигаются высокие качество обработки и экономический эффект. Скорости резания при фрезеровании закаленных сталей и чугунов инструментом из композита в 3—4 раза выше, чем при точении. В то же время фрезерование закаленных быстрорежущих сталей с HRQ 60^—70 выполняется инструментом из композита со скоростью 20— 40 м/мин, что в 2—3 раза меньше скорости при точении этих сталей. Предварительное фрезерование чугунов по корке с глубиной резания до 6 мм чрезвычайно эффективно и находит все более широкое применение, а точение по корке менее эффективно. Резцы с пластинами из композита 01 не рекомендуются для точения с ударом закаленных сталей (HRG, > 50), а при фрезеровании композит 01 эффективен при обработке чугунов и сталей любой твердости.

Резцы с пластинами из композита 05 одинаково эффективно обрабатывают и чугуны, и закаленные стали, а торцовые фрезы с композитом 05 фрезеруют только чугуны. При точении основное влияние на стойкость инструмента из композита оказывает скорость резания, а при фрезеровании — подача на зуб. Поэтому при заданной глубине резания в случае точения вначале назначают подачу на оборот, максимальную по критерию точности и критерию качества обработки, а затем выбирают экономически эффективную скорость резания. В случае фрезерования — наоборот: сначала назначают максимально возможную скорость резания, а затем подбирают подачу на зуб, обеспечивающую требуемое качество поверхности. При точении охлаждение рекомендуется всегда, а при фрезеровании — только при большом расходе СОЖ (не менее 5 л/мин на каждый зуб фрезы).

Инструменты из КНБ можно применять для обработки цветных сплавов и неметаллических материалов, хотя и с меньшей эффективностью, чем алмазные. Поэтому в тех случаях, когда необходимо за один рабочий ход обработать комбинированные заготовки, состоящие из разных материалов (черных и цветных), предпочтительнее инструмент из КНБ. Исключением является точение заготовок из алюминий-кремниевых сплавов со вставками из специальных чугунов (детали типа поршень) — здесь эффективнее алмазные резцы (точение участка из чугуна выполняется со скоростью меньшей, чем при точении алюминий-кремниевых сплавов).

Отличие алмазных режущих инструментов от инструментов из КНБ в том, что первые успешно применяют с теми же оснасткой и режимами резания, с которыми работают замененные твердосплавные инструменты (эффективность достигается благодаря повышению стойкости инструмента в десятки и сотни раз), а вторые эффективны, как правило, только при резком повышении скорости резания. Поэтому если основной проблемой при внедрении алмазных инструментов является сложность формообразования (профилирования) и восстановления по мере затупления их режущей части, то при внедрении инструментов из КНБ, обладающих относительно хорошей шлифуемостью алмазными абразивными инструментами, основная проблема — сложность создания нового оборудования с повышенными частотой вращения шпинделя, мощностью и жесткостью.

Инструмент из СТМ используется не только для чистовой обработки. С освоением режущих пластин диаметром до 8—12 мм и созданием ступенчатых фрез с механическим креплением область применения композита при механической обработке резко расширяется: его стали применять для получистовой и даже предварительной обработки заготовок деталей машин взамен твердосплавного инструмента.