2020-06-29
302
К сверхтвердым синтетическим поликристаллическим инструментальным материалам (ПСТМ) относят синтетические и природные алмазы и композиционные материалы на основе кубического нитрида бора (КНБ).
В основе технологии изготовления поликристаллов лежат два различных процесса: фазовый переход вещества из одного состояния в другое (синтез) или спекание мелких частиц заранее синтезированного порошка ПСТМ. В нашей стране первым способом получают поликристаллический нитрид бора (ПКНБ), а также поликристаллический алмаз (ПКА).
Прежде, чем синтезированные спеки ПКНБ и ПКА могут быть использованы в качестве металлорежущих инструментов, они должны быть разрезаны электроэрозионным или лазерным способом на многогранные пластины стандартных размеров или фрагменты произвольной формы и отшлифованы. Фрагменты запаивают либо в вершины корпусов стандартных твердосплавных пластин, либо в напайные инструменты.
ПСТМ принципиально новые, как по технологии изготовления, так и по условиям эксплуатации инструментальные материалы. Ими можно обрабатывать изделия при скоростях резания на порядок выше скоростей, допускаемых при использовании твердосплавных инструментов и даже инструментов из керамики.
ПКА имеет твердость 70…100 ГПа, которая до 5 раз превышает соответствующий показатель для твердых сплавов, обладает хорошей теплопроводностью, большим модулем упругости и низким коэффициентомтрения к цветным металлам, но, как и все высокотвердые материалы обладает достаточно низкими прочностными характеристиками.
Теплостойкость ПКА составляет 700…800оС (при более высоких температурах алмаз теряет режущие свойства). Инструменты, оснащенные режущими вставками из ПКА, применяют в основном при тонком точении цветных металлов и сплавов, не содержащих углерод и железо.
По твердости ПКНБ несколько уступает алмазу, но имеет более высокую теплостойкость, доходящую до 15000 С, и практически инертен по отношению к углероду и железу. Как и алмаз, ПКНБ имеет повышенную хрупкость и низкую прочность на изгиб. Инструменты, оснащенные режущими вставками из ПКНБ, применяют, главным образом, для обработки металлов, содержащих углерод и железо.
Практика показывает, что во многих случаях точение инструментами из ПСТМ намного эффективнее процесса шлифования, так как такие инструменты обеспечивают бесприжоговую обработку при работе на высоких скоростях резания и низкую шероховатость обработанной поверхности.
В целом можно отметить, что основная область эффективного применения лезвийных инструментов из ПСТМ – автоматизированное производство на базе станков с ЧПУ, многоцелевых станков, автоматических линий и специальных высокоскоростных станков. При этом выбор конкретной скорости резания определяется величиной снимаемого припуска, возможностями оборудования, наличием ударных нагрузок в процессе резания и многими другими факторами.
При относительно низких скоростях резания и, как следствие, при низких температурах у ПСТМ преобладают адгезионно-усталостный и абразивный виды изнашивания, а при высоких скоростях резания может протекать диффузионный износ. При неблагоприятных условиях резания могут наблюдаться выкрашивания мелких частиц режущих кромок, а также сколы на передней и задних поверхностях. Например, для точения с ударами и фрезерования закаленных быстрорежущих сталей и сталей с высоким содержанием хрома применять инструменты из ПСТМ вообще не рекомендуется.
На рис. 17 представлена классификация инструментальных материалов, предназначенных для изготовления лезвийных инструментов, по их прочности и твердости. Как видно, ни в одной группе нет материала с оптимальным сочетания таких свойств как удельная вязкость, прочность, трещиностойкость с одной стороны и твёрдость, износостойкость и теплостойкость с другой стороны. Кроме того, видно, что необходимо стремиться к такому “идеальному” инструментальному материалу, в котором удачно сочетаются вышеперечисленные свойства.
