Применение и разработки

Применение. В современной технике получают широкое распространение и быстро совершенствуются твёрдые Сплавы. Развитие техники применения твёрдых сплавов идёт по двум направлениям: с одной стороны, совершенствуются и улучшаются составы твёрдых сплавов и технология их производства, с другой стороны, совершенствуется техника нанесения твёрдых сплавов на изделия. Твердые сплавы ввиду своей высокой твердости применяются в следующих областях: Обработка резанием конструкционных материалов: резцы, фрезы, сверла, протяжки и прочий инструмент.

Горнодобывающее оборудование: напайка спеченных и наплавка литых твердых сплавов.

Рудообрабатывающее оборудование: оснащение рабочих поверхностей

Появление инструмента из твердых сплавов сопровождалось значительным повышением производительности труда при металлообработке за счет более высокой теплостойкости и сопротивляемости износу, позволяющих работать на скоростях резания, в 3-5 раз превышающих скорости резания для инструмента из быстрорежущих сталей. Использование самых современных твердосплавных материалов, совершенствование технологии изготовления инструментов, методов их шлифовки и заточки, в том числе с применением алмазного инструмента, электрофизических и электрохимических методов обработки, - основные направления работ заводских специалистов, позволяющие поддерживать на высоком техническом уровне выпускаемые нами твердосплавные инструменты. Разработки В настоящее время в отечественной твердосплавной промышленности проводятся глубокие исследования, связанные с возможностью повышения эксплуатационных свойств твердых сплавов и расширением сферы применения. В первую очередь эти исследования касаются химического и гранулометрического состава RTP(ready-to-press) смесей. Одним из удачных примеров за последнее время можно привести сплавы группы ТСН (ТУ 1966—001-00196121-2006), разработанных специально для рабочих узлов трения в агрессивных кислотных средах. Данная группа является логическим продолжением в цепочке сплавов ВН на никелевой связке, разработанных Всероссийским Научно-Исследовательским Институтом Твердых Сплавов. Опытным путём было замечено, что с уменьшением размера зерен карбидной фазы в твердом сплаве, качественно повышаются такие характеристики, как твердость и прочность. Технологии плазменного восстановления и регулирования гранулометрического состава в данный момент позволяют производить твердые сплавы размеры зерен (WC) в которых могут быть менее 1 микрона. Сплавы ТСН группы в настоящий момент находят широкое применение в производстве узлов химических и нефтегазовых насосов отечественного производства. Возрастающие темпы развития производства требуют все большего объема выпуска режущего инструмента, штампов, пресс-форм, фильер и т.п. Это вызвало большой расход вольфрама. Возникшую проблему нехватки вольфрама во многих странах стали решать в первую очередь за счет повышения эффективности его использования.

В связи с расширением технологических возможностей при производстве твердых сплавов, развитием химии и порошковой металлургии, дефицитом вольфрама уже в начале 60-х годов начались интенсивные работы по созданию безвольфрамовых твердых сплавов. Одно из направлений решения этой актуальной задачи - разработка новых марок твердых сплавов с применением карбидов титана TiC, гафния HfC, ниобия NbC, тантала TaC. Производство инструмента, оснащенного этими марками твердого сплава, позволяет заменить дефицитный вольфрам более дешевыми металлами, расширить номенклатуру используемых марок твердого сплава, что позволяет создать инструментальные материалы со специфическими свойствами, обладающими более высокими эксплуатационными характеристиками, применяющиеся для специальных видов работ. Кубический нитрид бора (КНБ). Это относительно новый поликристаллический материал, применяемый для режущих инструментов. Твердость КБН достигает 88 000 МПа (9000 кгс/мм.кв.), приближаясь к твердости алмаза. Теплостойкость его составляет 1400-1500°C. В США, ФРГ, Австрии в начале 70-х годов налажено производство сплава Ферро-ТiC, который создан на основе карбида титана и стальной связки. Обладая высокой твердостью, износостойкостью и жаропрочностью, этот сплав является промежуточным между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами. Он применяется для изготовления инструментов и конструкционных материалов, работающих в условиях интенсивного износа. Из него изготавливают детали штампов, пуансоны, протяжные кольца, валки, ролики, фильеры, режущие и измерительные инструменты. В настоящее время для металлообработки создан целый ряд безвольфрамовых твердых сплавов на основе карбида и карбонитрида титана, которые применяются в различных сферах производства. Широко используются твердые безвольфрамовые сплавы марок ТН20, ТН50, КТН16, ЛЦК20, ТВ4. Положительный опыт работы ряда организаций позволяет сделать вывод, что безвольфрамовые твердые сплавы найдут широкое применение для изготовления режущего и штампового инструмента, деталей машин, работающих в тяжелых условиях, оснастки и приспособлений. При сопоставлении диапазонов скоростей точения сталей и чугунов резцами из композита и твердых сплавов можно сделать следующие выводы. Скорости резания близких по твердости сталей и чугунов твердыми сплавами примерно одинаковы; скорости резания чугунов композитами выше, чем скорости резания сталей композитами, причем разница резко возрастает по мере уменьшения твердости обрабатываемых материалов. При точении сталей композитами твердость сталей мало сказывается на скорости резания, но она в значительнойстепени влияет на скорость резания твердыми сплавами (изменяется в 15—20 раз). При точении чугунов ихтвердость оказывает существенное влияние на скорость резания для обоих инструментальных материалов, но особенно заметно для твердых сплавов (изменяет в 15 раз). 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 режущейкромки 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; отсутствуетнаклеп (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 высокихскоростях 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 ичугунов 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 глубинойрезания 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 стойкостьинструмента 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 подбираютподачу 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 специальныхчугунов (детали типа поршень) — здесь эффективнее алмазные резцы (точение участка из чугуна выполняется соскоростью 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 замененныетвердосплавные 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 алмазныхинструментов 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.

Заключение

В этом реферате мы изучили производство и применение сверхтвердых режущих металлов.

Список используемой литература

1. http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=470744

2. Конструкционные материалы. Под ред, Б.Н. Арзамасова. Москва, изд «Машиностроение», 1990.

3. Технология конструкционных материалов. Под ред. А.М. Дальского. Москва, изд «Машиностроение», 1985.

4. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них - Панов B.C., Чувилин A.M. МИСИО, 2001

5. Термодинамика сплавов. Вагнер К. Москва, 1957

6. Производство и литье сплавов цветных металлов. Юдкин В.С. М., 1967–1971