Эльбором и другими сверхтвердыми материалами[22] .

Геометрия режущих кромок.

Алмазные и эльборовые лезвийные инструменты позволяют обрабатывать различные по свойствам материалы (закаленные стали и чугуны, цветные сплавы, золото, неметаллические материалы) и получать изделия высоких классов точности и шероховатости. Особенно эффективно применение этих инструментов на станках со сменными наладками, с ЧПУ и автоматах в крупносерийном и массовом производстве.

Геометрические особенности алмазного резца приведены на рис.6.28, а параметры резцов в таблице 6.5.

Табл.6.5

Алмазные резцы крепятся к державке следующим образом:

а) прессованием в металлокерамические вставки и их креплением в державке механическими прижимами;

б) зачеканиванием алмаза в закрытом пазе державки твердым припоем;

в) пайкой алмаза в открытом пазе твердым припоем.

Кристаллы из эльбора-Р крепятся пайкой в теле инструмента или изготавливают вставку с режущим элементом методом порошковой металлургии.

Рис.6.28.

Геометрия алмазного резца.

Пайка более проста, но происходит нежелательный нагрев кристалла. В ряде случаев возникает необходимость отпайки кристалла при переточке резца.

При механическом креплении можно одной державкой пользоваться при работе с разными кристаллами.

В случае получистового и чернового точения для съема больших припусков применяют многокромочные резцы (рис.6.29)

Заточку и доводку лезвийного инструмента из алмазов и других сверхтвердых материалов производят на предприятиях, изготавливающих эти инструменты. Если заточка производится на предприятии- потребителе, то необходимо соблюдать основные правила:

Рис.6.29. Многокромочный резец.

1. Алмаз шлифуют алмазными кругами на металлической связке или чугунными дисками, шаржированными алмазными порошками.

2. Для доводки диски из СЧ 12-8 , СЧ 15- 32 шаржируют алмазными порошками малых номеров зернистости и микропорошками. Скорость шлифовки 25…40 м/с. Торцевое биение не должно превышать 3..5 мкм.

3. Шлифование или переточку алмазного резца начинают с передней поверхности. Затем – задние поверхности и криволинейный участок.

Последней операцией является доводка передней поверхности, когда снимают все сколы и другие дефекты.

Процесс резания при точении

Особенности определяются физико-химическими свойствами алмаза: низким коэффициентом трения; высокими коэффициентами тепло и температуропроводности (это обеспечивает низкие температуры в зоне резания и позволяет производить механическую обработку со скоростью до 1000 м/мин); малыми силами резания по сравнению с тонким точением другими материалами; высокой износостойкостью (обеспечивает высокую размерную стойкость инструмента); наличие нароста на резце в широком диапазоне скоростей при обработке наростообразующих материалов (это связано с высокой теплопроводностью алмаза и малыми температурами на рабочих поверхностях инструмента).

СОЖ не оказывает существенного влияния на процесс алмазного точения. Однако она предохраняет чистые поверхности от приваривания к ним мелких частиц стружки, снижающих качество обработки.

Алмазное точение имеет высокую экономическую эффективность при высоком качестве работ.

Стружкообразование при алмазном точении отличается от тонкого точения другими материалами.

Процесс алмазного точения характеризуется большими углами сдвига и малыми деформациями стружки, что связано с невысоким значением коэффициента трения. Значительное увеличение толщины среза мало влияет на усадку стружки..

Большое влияние оказывает длина вылета l_o алмаза в державке резца. Для природных алмазов она равна l_o= 0,8…1,2 мм. Это ограничивает сечение среза. Большие размеры поликристаллов синтетических алмазов позволяют значительно увеличивать l_o.

При алмазном точении труднообрабатываемых высокоабразивных материалов силы резания с увеличением износа резца незначительно возрастают, т.к. по мере износа режущая способность алмазного резца непрерывно восстанавливается. Это обеспечивает малое изменение теплонапряженности процесса резания даже при больших износах алмазного резца.

Силы резания при точении инструментом из эльбора-Р описываются выражениями:

P_z= C_pzt^xPzS^yPz_ou^zPz; P_y= C_pyt^xPyS^yPy_ou^zPy; P_x= C_pxt^xPxS^yPx_ou^zPx. (6-25)

Коэффициенты при обработке разных материалов указаны в таблице 6.6

Табл. 6.6

Износ и стойкость

При алмазном точении цветных металлов и пластмасс стойкость резцов около 300 час.

Алмазные резцы выходят из строя вследствие выкрашивания режущих кромок, имеющего случайн6ый характер.

При точении материалов с абразивными свойствами (высококремнистые алюминиевые и медные сплавы, стеклопластики) износ происходит в виде микросколов и выкрашиваний по задним поверхностям. С повышением скорости резания износ

алмазных резцов увеличивается. Однако длина пути резания до одинаковой величины износа не зависит от скорости резания в широком диапазоне скоростей u_р= 50…750 м/мин.

При точении титановых сплавов износ алмазных резцов происходит в основном по задним поверхностям, но здесь кроме механического есть и адгезионный износ. При этом на резцах из природных алмазов образуются достаточно глубокие микротрещины, а у резцов из поликристаллов алмаза микротрещины неглубокие. В связи с чем стойкость поликристаллических резцов выше природных.

Критерием затупления природных и синтетических алмазов (АСП алмаз синтетический поликристаллический) при точении цветных металлов и пластмасс на финишных операциях принимается увеличение в 2 раза шероховатости Ra обрабатываемой поверхности. Тогда износ по задней поверхности равен h_з= 0,01…0,1 мм. Для материалов с абразивными свойствами h_з= 0,2…0,3 мм.

Точение алмазными резцами сталей на малых скоростях u_р£ 20м/мин характеризуется высокими удельными давлениями на заднюю поверхность, что приводит к интенсивному механическому износу режущих кромок. При высоких скоростях, когда образуется нарост, повышенный износ происходит из-за срывов нароста и динамической неустойчивости процесса резания. Для продольного точения материалов с абразивными свойствами резцами из А и АСП скорость определяется соотношением Т= С_u/ u. При этом С_u определяется из таблицы 6.7

Таблица 6.7

Износ резцов из эльбора-Р при обработке закаленных сталей происходит в начальный момент по главной задней поверхности, а затем захватывает часть вспомогательной задней поверхности. Критерием износа является ширна контактной площадки износа h_з= 0,4мм. Для сталей твердостью HRC 60…65 стойкость инструмента определяется выражением

T_u= к_м 52,6*10⁴/(u_p^1,65t^0,3s^0,5₀). (6-26)

Для Р6М5, Р6М3 к_м= 1; для Р18 к_м= 1,1; для ХВГ к_м= 1,2; для ШХ15 к_м= 0,9.

Качество поверхности при алмазном точении выше, чем при тонком точении резцами из других инструментальных материалов.

Большое влияние на шероховатость оказывает правильная установка резцов с фасками (фасочных резцов), точность установки резца по высоте, подача (продольная), радиус закругления.

Пример режимов резания эльбором-Р закаленной стали.

тонкое точение

u_p= 80…160 м/мин; s₀= 0,02…0,08 мм/об; t= 0,05…0,2 мм; Т=120…200 мин.

черновое точение

u_p= 60…120 м/мин; s₀= 0,16…0,20 мм/об; t= 0,4…2,0 мм; Т=30 мин.

Алмазное сверление.

Применяется для сверления стекла, пластмасс, бетона, железобетона, твердого сплава и др.

Алмазный инструмент изготавливают в виде трубок, коронок, игл.

Игольчатые алмазные сверла выполняются в виде цилиндрических и конических алмазных игл, режущая часть которых состоит из алмазного порошка и связки. Они предназначены для изготовления отверстий диаметром до 6 мм в тонкостенных деталях и кристаллах алмазов. Так, отверстия в камнях часов сверлят игольчатым сверлом при n= 35000 об/мин. Инструмент имеет также возвратно- поступательное движение.

При сверлении и рассверливании каналов применяют проволоку без алмазного слоя, но на поверхность заготовки наносят каплю растительного или минерального масла, в котором во взвешенном состоянии находится алмазный порошок. Размер зерна должен быть равен примерно 0,04 от диаметра проволоки, а концентрация порошка 0,2 карата/см³ масла.

Широко применяются кольцевые сверла с алмазоносным слоем.

Изготавливают также сверлильные головки и алмазные сегментные сверла. В них алмазы размещаются по окружности в форме сегментов, между которыми расположены промывочные пазы и окна.

Алмазное сверление следует вести на высоких скоростях резания, применяя специальные станки высокой жесткости. Может быть использована СОЖ.

При алмазном сверлении железобетона и т.п. основными параметрами процесса являются: скорость резания, осевая сила, крутящий момент и скорость сверления (подача минутная) s.

Скорость резания мало влияет на крутящий момент, а с увеличением зернистости М_кр растет. Увеличение размера зерен способствует повышению подачи.

При попадании под сверло арматуры алмазные зерна замазываются металлом и скорость внедрения снижается, а М_кр растет.

В случае обработки деталей из минералокерамики, кварцевого стекла, рубина …инструменту сообщают ультразвуковые колебания малой амплитуды. Производительность в этом случае может увеличиться в 8..10 раз. В таком процессе от ультразвуковых колебаний (УЗ) в месте контакта с индентором в материале образуется зона повышенного трещинообразования, обработка которого облегчена.

Производительность УЗ сверления зависит от характеристик инструмента, глубины отверстия, свойств материала и акустических параметров колебаний (амплитуды, частоты).

Осевая сила зависит от обрабатываемого материала, площади инструмента.