Инструмент из сверхтвердых материалов для высокоскоростного резания
В современном производстве вопрос финишной обработки закаленной стали решается в основном абразивной обработкой. До последнего времени это объяснялось разным уровнем оборудования для шлифования и лезвийной обработки. Токарные и фрезерные станки не могли гарантировать ту же точность, что достигалась на шлифовальных станках. Но сейчас современные станки с ЧПУ имеют достаточную точность перемещений и жесткость, поэтому доля токарной и фрезерной обработки твердых материалов постоянно расширяется во многих отраслях.
Множество стальных деталей требует термообработки или поверхностного упрочнения для приобретения дополнительной износостойкости и способности выдерживать значительные нагрузки. К сожалению, высокая твердость негативно отражается на обрабатываемости таких деталей. Фрезерованию в закаленном виде подвергаются штампы и пресс-формы. В настоящее время существует тенденция обработки штампов и пресс - форм в закаленном состоянии уже на стадии черновой обработки. Это приводит к значительному сокращению времени изготовления штампа.
Обработка деталей после термообработки – вопрос, требующий гибкого подхода. Диапазон решений зависит от типа инструментального материала, выбранного для обработки. Для инструмента способность обрабатывать твердые материалы означает – высокую термостойкость, высокую химическую инертность, стойкость к абразивному износу. Такие требования к инструментальному материалу определяются самим процессом обработки. При резании твердых материалов на режущую кромку оказывается высокое давление, что сопровождается выделением большого количества тепла. Большие температуры помогают процессу, приводя к разупрочнению стружки, тем самым, снижая силы резания, но отрицательно влияют на инструмент. Поэтому далеко не все инструментальные материалы подходят для обработки термообработанных деталей.
Для обработки материалов твердостью до 40HRc используются твердые сплавы с острой режущей кромкой, хорошо сопротивляющиеся абразивному износу и обладающие высокой термостойкостью и стойкостью к пластической деформации.
Для материалов твердости от 50-ти до 70HRc ОАО «ВНИИАЛМАЗ» разработал концевые фрезы с режущей частью из кубического нитрида бора (КНБ). В настоящее время разработаны конструкции фрез со сферической (рис.1) и радиусной (рис.2) режущей частью.
Рис.1 Концевая фреза со сферической режущей частью.
Рис.2 Концевая фреза с радиусной режущей частью.
При обработке КНБ может быть достигнута шероховатость до 0,3Ra, в то время как керамика создает поверхность шероховатостью 0,6Ra. Это объясняется различными моделями износа инструментального материала: КНБ имеет в нормальных условиях равномерный износ по задней поверхности, а на керамике образуются микровыкрашивания. Таким образом, КНБ сохраняет линию режущей кромки непрерывной, что позволяет получать лучшие значения шероховатости обработанной поверхности. Режимы резания при обработке закаленных материалов варьируется в довольно широких пределах. Это зависит от материала заготовки, условий обработки и требуемого качества поверхности. При обработке заготовки с твердостью 60HRc инструментом из кубического нитрида бора скорость резания может достигать 200 м/мин.
Производительность при обработке закаленных материалов до сего момента достигалась за счет изменения конструкции инструмента и усовершенствования оборудования. Сейчас, новые инструментальные материалы позволяют работать с высокими скоростями, а геометрия режущей части достигать высоких значений рабочих подач. Кроме того, возможность обработки деталей за один установ дает значительное снижение вспомогательного времени.
Режущий инструмент из КНБ выводит обработку закаленных материалов на новые уровни производительности.
Основные преимущества обработки закаленных материалов инструментом из КНБ:
- высокая производительность за счет высоких скоростей резания и снижения вспомогательного времени;
- высокая гибкость применения;
- процесс проще, чем шлифование;
- нет прижогов;
- минимальные коробления заготовки;
- возможность унификации оборудования для полной обработки детали;
- безопасный и экологически чистый процесс обработки.