Анализ эксплуатационных возможностей режущей керамики фирмы «NTK technikal ceramiks» (Япония)

2. Зона минимальных напряжений вблизи периферии шлифовального круга вследствие влияния Рр образует динамический «выступ» в радиальном направлении (в направлении центрального отверстия); размер выступа уменьшается при уменьшении Рр и увеличении n инструмента.

3. Скорость вращения инструмента практически не оказывает влияние на силы шлифования и величину напряжений вблизи рабочей поверхности шлифовального круга в зоне контакта «инструмент-заготовка», которые в большей степени зависят от глубины шлифования, величины продольной и поперечной подач.

Заключение

Результаты проведенных исследований напряженного состояния структуры шлифовального круга с использованием возможностей трехмерного компьютерного моделирования позволяют сделать следующие выводы.

1. Сила резания, действующая со стороны обрабатываемой заготовки на шлифовальный круг, работающий по схеме плоского шлифования с осевой подачей, не вызывает увеличения растягивающих напряжений в наиболее опасной зоне - вблизи поверхности центрального отверстия инструмента.

2. В процессе вращения при прохождении участком периферии шлифовального круга зоны контакта с заготовкой в объеме инструмента формируется локальная зона низких напряжений, вытянутая в радиальном направлении к поверхности центрального отверстия (рис. 6), которая увеличивается с увеличением Рр и уменьшается с возрастанием n.

3. Критическими факторами для рассмотренных условий, определяющими разрушение инструмента, будут являться величины максимальных растягивающих напряжений утах, возникающих при вращении инструмента и/или напряжений сжатия вблизи зоны контакта шлифовального круга с заготовкой без учета взаимовлияния напряжений.

Большие силовые воздействия на инструмент со стороны заготовки, особенно в сочетании с низкими скоростями его вращения и прочностью структуры, как показали проведенные исследования, теоретически могут привести к разрушению матрицы круга. Поэтому в случае отсутствия рекомендаций и другой необходимой информации об операции, опыта использования инструмента в конкретных условиях необходимо определять и учитывать силовые характеристики процесса обработки при проектировании черновых и силовых операций шлифования с целью гарантированного обеспечения оптимальных и безопасных режимов работы шлифовальных кругов.

Список литературы

1 Переладов А.Б., Кожевников И. В. Изучение геометрических параметров поверхности контакта шлифовального круга с заготовкой для схем круглого и плоского шлифования с использованием пакетов твердотельного моделирования //Вестник Курганского университета. Серия «Технические науки». - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2005.- Вып. 2. - 249 с.

УДК 621.9.02 А.М. Гэниатулин

Курганский государственный университет

АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЕЖУЩЕЙ КЕРАМИКИ ФИРМЫ «NTK TECHNIKAL CERAMIKS»

Аннотация. В данной работе описаны основные направления использования эксплуатационных возмож-

ностей керамических инструментальных материалов фирмы «NTK technikal ceramiks».

Ключевые слова: режущая керамика, направления использования, эксплуатационные возможности.

A.M. Geniatulin Kurgan State University

THE ANALYSIS OF CUTTING CERAMICS OPERATIONAL POSSIBILITIES MADE BY FIRM «NTK TECHNIKAL CERAMIKS»

Annotation. The work describes basic directions of usage operational opportunities of ceramic cutting materials «NTK technikal ceramiks».

Key words: ceramic cutting, directions of use, operational opportunities.

Развитие современного мирового машиностроения связано с расширением объемов и номенклатуры труднообрабатываемых материалов (высокотвердых легированных, жаропрочных сталей, чугунов и других сплавов), при резании которых в зоне контакта с инструментом возникают высокие температуры (свыше 8000С). Это приводит к постоянному росту мирового потребления режущей керамики, обладающей высокой теплостойкостью.

Применение режущей керамики давно стало привычным явлением. Развитие здесь идет в направлении расширения областей применения. Традиционно керамика применялась для обработки чугунов и закаленных сталей в благоприятных условиях. Современная керамика позволяет обрабатывать твердые материалы в неблагоприятных условиях (например, при прерывистом резании), существенно повысить эффективность обработки чугуна и, кроме того, вывести на новый уровень производительности обработку жаропрочных сплавов, закаленных сталей.

«NTK technikal ceramiks» - отделение японской компании «NGK spark plug co., ltd», занимающееся производством изделий и компонентов из керамических материалов для различных отраслей промышленности. Компания основана в 1936 году и с тех пор занимает лидирующее положение в своей области.

Подразделение фирмы «NTK technikal ceramiks» по режущему инструменту производит сменные неперетачи-ваемые пластины из режущей керамики следующих серий:

1. Оксидная керамика серии HW на основе оксида алюминия Al2O3 (86-96,5%) с добавками нестабилизиро-ванного ZrO2.

Основное назначение пластин из данного материала - обработка точением серого чугуна с небольшими ударными нагрузками со скоростями резания до 1000 м/мин и подачей до 0,4 мм/об.

Имеется серия пластин для обработки града в сварных трубах.

2. Пластины из смешанной керамики серии НС на основе оксида алюминия с добавками карбида титана (Al2O3-TiC) (табл. 1).

Таблица 1

Марка Плотность гр/м3 Твердость HRA Прочность МПа Микроструктура HC7

HC7 4,6 95 1100

HC4 4,6 95 1000

Область применения - обработка точением серого чугуна, жаропрочных сплавов, закаленных сталей твердостью до 65HRC со скоростью резания до 150 м/мин и подачей 0,2 мм/об.

3. Сплавы серии SX -материалы, содержащие композицию на основе нитрида кремния - Si3N4 (табл. 2).

Основная область применения сплавов SX1, SX7, SX8 - черновая фрезерная и токарная обработки с СОЖ серого чугуна (табл. 3).

Таблица 2

чугуна со скоростями резания до 1000 м/мин и подачей до 0,5 мм/об.

Марка Плотность гр/м3 Твердость HRA Прочность МПа Микр оструктура SX1

SX1 3,2 93,5 1200

SX8 3,2 93 1200

Марка Обрабатываемый Операция Скорость Подача,

керамики материал резания, м/мин мм/об

SX1 Серый чугун Точение 1000 0,7

Фрезерование 800 0,3

SX7 Серый чугун Точение 1500 0,5

Фрезерование 150 0,2

SX8 Серый чугун Фрезерование 600 0,5

SX9 Никелевые сплавы Черновое 230 0,4

SX5 точение

Непрерывное 300 0,5

Легкое 200 0,3

SX9 Кобальтовые прерывистое

сплавы Фрезерование 1000 0,2

При применении марки SX7 скорости резания, принятые при обработке оксидной керамики, увеличились от 150 до 1500 м/мин. Срок службы данной керамики превышал в 2-4 раза срок службы твердых сплавов с покрытием.

При фрезеровании поверхности чугунного кольца (твердость 250 НВ) диаметром 205 мм для коробки передач шестизубой фрезой диаметром 100 мм, скорость резания составляла 180 м/мин, подача -0,2 мм/об, глубина резания - 3-4 мм. Стойкость этой фрезы из керамики SX7достигала 30 деталей, тогда как при обработке чугунов твердыми сплавами она не превышала 15 деталей.

4. SX9/SX5 % смешанная керамика (сиалон), которая используется для высокоскоростной механообработки жаропрочных сплавов. Сиалон % - это соединение нитрида кремния с оксидом алюминия. Существенно увеличивает износостойкость, прочность и термостойкость режущего инструмента.

Предназначена для обработки таких материалов, как никелевые сплавы, кобальтовые сплавы. Намного дешевле армированной керамики.

Пример обработки диска турбины низкого давления из никелевого сплава показан на рис. 1.

Рис. 1.

Таблица 3

Fracture Toughness «-High

Рис.2. Микроструктура керамики SP2

6. Керамика НС6 на основе карбида титана (TiC) разработана специально для обработки ковкого чугуна на скоростях резания в пределах от 100 до 500 м/мин и подачей до 0,4 мм/об.

7. Наиболее прочная из всех режущих керамик - так называемая «вискеризованная» керамика серии WA, в которой основной материал Al2O3 армирован длинными (нитевидными) кристаллическими волокнами карбида кремния SiC.

Это существенно увеличивает прочность, обеспечивает высокую износостойкость при высокой скорости резания.

Область применения данных пластин - от чернового до чистового точения и фрезерования серого чугуна; обработка жаропрочных сплавов; высокоскоростная обработка сталей; обработка отбеленного чугуна.

Рекомендации по обработке жаропрочных сплавов сведены в табл. 5.

Пример обработки кольца подшипника из никелевого сплава показан на рис.3.

Таблица 4

Марка Плотность, гр/м3 Твердость, HRA Прочность, МПа Микроструктур а

WA1 3,7 94,5 700 ив

Таблица 5

Марка керамики Обрабатываемый материал Точение Скорость резания, м/мин Подача, мм/об

WA1 Никелевые сплавы Непрерывное 500 0,5

Черновое 300 0,4

Кобальтовые сплавы Легкое прерывистое 200 0,3

1000 0,2

8. Керамика ZC7, ZC4, предназначенная для обработки закаленных сталей твердостью до 65HRC со скоростью резания до 150 м/мин и подачей 0,2 мм/об.

Основные области использования режущей керамики NTK technikal сегат^ сведены в табл. 6.

Таблица 6

Серый Ковкий Жаропрочные Закаленная

чугун чугун сплавы сталь

SX1 SP2 SX9 HC4

SP2 SX9 WA1 HC7

SX9 SX8 HC7 ZC7

HW2 / HC1 HC6 ZC4

HC2

5. Керамика SP2 с покрытием А1203 (рис.1). Основная область применения - токарная обработка серого

Анализ табл. 6 показывает, что режущую керамику NTK technikal сегат^ можно использовать для обработки широкого спектра материалов, включая чугуны, жаропрочные сплавы, закаленные стали.

Широкое использование эксплуатационных возмож-

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6

55

Рис. 3

ностей режущей керамики требует увеличения жесткости станков, их быстроходности.

Список литературы

1. Каталог фирмы NTK technikal ceramiks 2007-2008 гг.

2. http://www.ntkcuttingtools.co.uk/

УДК 621.9.02 А.М. Гэниатулин

Курганский государственный университет

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ РЕЖУЩЕЙ КЕРАМИКИ

Аннотация. В данной работе описаны тенденции развития и основные направления увеличения возможностей керамических инструментальных материалов.

Ключевые слова, режущая керамика, тенденции развития, новые материалы.

A.M. Geniatulin Kurgan State University

THE ANALYSIS OF THE CONDITION AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF CUTTING CERAMICS

Anotation. The work describes tendencies of development and the basic directions of increase of properties of ceramic cutting materials.

Key words: ceramic cutting, tendencies of development, cutting materials.

Основной тенденцией развития современной металлообработки является постоянное повышение скорости резания. Преимущества высокоскоростного резания могут быть достигнуты только при условии создания инструментов с принципиально новым уровнем свойств. Этим объясняется повышенное внимание машиностроителей к новым видам режущей керамики и оснащенных ею инструментов. Их рациональное применение способно обеспечить не только рост технико-экономических показателей металлообработки, но и прорыв в создании новых конкурентоспособных машин.

В современной отечественной промышленности потенциальные преимущества режущей керамики реализуются в очень узкой области применения в первую очередь из-за несоответствия большей части имеющегося технологического оборудования требованиям эксплуатации инструмента, оснащенного режущей керамикой. Во-вторых, из-за устойчивых представлений заводских технологов о низкой прочности и природной хрупкости керамик в принципе, которые определяют высокую вероятность внезапного разрушения инструмента.

В результате в настоящее время объем режущей керамики, применяемой в отечественной металлообработке, не превышает 2-3% от общего числа инструментов. И это несмотря на большой дефицит высокопроизводительных инструментов в отраслях, производящих современную технику из труднообрабатываемых материалов.

На самом деле достижения в деле совершенствования режущей керамики так велики, что она все более вытесняет твердые сплавы и даже сверхтвердые материалы при обработке ковких, отбеленных и серых чугу-нов, жаропрочных и титановых сплавов, относящихся к группам обработки резанием К и S по ISO.

Современная керамика позволяет обрабатывать твердые материалы в неблагоприятных условиях (например, при прерывистом резании), вывести на новый уровень производительность обработки никелевых сплавов (в авиационной промышленности время обработки сократилось более чем в три раза). Скорость резания керамикой составляет 1300 м/мин, что примерно в 100 раз выше