Резка труднообрабатываемых материалов

Наряду с этим во всех отраслях промышленности продолжают широко использоваться обычные машиностроительные материалы, такие как углеродистые и легированные стали, чугуны, цветные сплавы. По мере прогресса техники, с одной стороны, происходит, непрерывное совершенствование эксплуатационных характеристик материалов - их прочности, твердости, ударной вязкости, жаропрочности, стойкости к коррозионным средам и, с другой, повышение производительности и экономичности всех видов их обработки.

Одной из основных тенденций современной технологии машиностроения является совершенствование заготовительных процессов, с тем чтобы значительно снизить припуски на механическую обработку, ограничить ее операциями окончательной отделки, а в ряде случаев полностью исключить ее. Однако, несмотря на это, удельная трудоемкость механической обработки все еще продолжает оставаться большой. Так, например, в турбостроении трудоемкость механосборочных работ составляет 69%, в станкостроении - 60%, в тракторостроении - 58% от общей трудоемкости изготовления машин.

Это объясняется все более расширяющимся применением в современных машинах труднообрабатываемых материалов, усложнением форм изготовляемых деталей, ростом требований к точности обработки и шероховатости поверхности; при этом механическая обработка продолжает оставаться основным средством для осуществления этих требований.

Несмотря на создание таких совершенных заготовительных процессов, как точные виды литья, штамповка взрывом, порошковая металлургия и др., они до последнего времени во многих случаях не обеспечивают для ответственных деталей заданных требований к точности, качеству поверхности и другим эксплуатационным характеристикам. В связи с этим применяют дополнительные технологические методы уточнения размеров и достижения необходимого качества поверхности. Среди них ведущее место занимает обработка резанием, т. е. снятие с заготовки слоя материала.

Технолог на основе рассмотрения физических и механических свойств обрабатываемых сталей и сплавов должен разработать процесс резания и конструкцию инструмента, обеспечивающие наиболее производительную и экономичную их обработку. Для этого необходимо знание основных закономерностей, связывающих физико-механические параметры материала обрабатываемой заготовки с его технологическими свойствами; в этом случае можно предвидеть и протекание процесса резания в тех или иных условиях.

Труднообрабатываемые резанием материалы, обладающие специальными физико-химическими свойствами, классифицируют по служебному назначению (высокопрочные и сверхпрочные, нержавеющие, жаропрочные, жаростойкие, тугоплавкие, магнитные и немагнитные и др.), строению (аустенитные, металлокерамические, сотовые и др.) и ведущему элементу, составляющему материал (никелевые, кобальтовые, титановые, алюминиевые, магниевые, вольфрамовые, стеклопластики и др.). Жаропрочные и нержавеющие стали и сплавы подразделяют по составу в зависимости от того, какой материал составляет основу или преобладает в них. В качестве основы для жаропрочных сплавов могут быть использованы магний и алюминий (рабочая температура до 400-500°С), бериллий и титан (до 500-600°С), железо, никель, кобальт (до 800-1100°С), хром, молибден, ниобий, вольфрам, тантал (до 2000° С) и др. Наиболее широко применяются жаропрочные и нержавеющие сплавы на основе железа, никеля, кобальта и титана.

К материалам с высокими удельными прочностями и удельной жесткостью относятся высокопрочные и сверхпрочные стали, титановые сплавы и неметаллические материалы, в первую очередь стеклопластики. Титановые сплавы имеют при тех же прочностных показателях, что и обычные легированные стали (р = 7,8 кг/мм3), примерно вдвое меньшую плотность (р = 4,8 кг/мм3) и вместе с тем обладают высокой коррозионной стойкостью в большинстве агрессивных сред.

Большинство используемых жаропрочных сплавов на основе никеля и кобальта теряют свою прочность при нагреве до 800-850° С. Это объясняется тем, что упрочняющее действие искаженной решетки в обычных металлических сплавах ослабляется с повышением температуры вследствие увеличения подвижности атомов и развития диффузионных процессов, приводящих к уменьшению напряженного состояния и разупрочнению. Поэтому для изготовления деталей, работающих при особо высоких температурах, применяют тугоплавкие материалы и прежде всего сплавы вольфрама, молибдена, тантала и ниобия. Тугоплавкие металлы и их сплавы сочетают высокие механические свойства с жаростойкостью.

Цветные сплавы широко применяют для деталей, работающих в условиях интенсивного аэродинамического нагрева. Учитывая, что жаропрочность типовых марок цветных сплавов невелика, в настоящее время созданы новые марки, обладающие повышенными тепловыми свойствами - жаропрочные алюминиевые сплавы типа АК4, ВД17, Д20, жаропрочные литейные сплавы АЛ1, АЛ19, В300, В14А, жаропрочные магниевые сплавы, цветные сплавы на основе бериллия с добавками титана и молибдена. Широко применяется деформируемый жаропрочный материал САП, получаемый прессованием и спеканием алюминиевой пудры. Он выдерживает температуру до 500° С. В приборостроительной промышленности применяются материалы со специальными электрофизическими свойствами, для которых первостепенное значение имеют такие свойства, как удельная магнитная энергия, магнитная проницаемость, радиопрозрачность и др. К ним относятся, например, магнитнотвердые материалы типа литейных сплавов ЮНД4, ЮНДК24 по ГОСТ 4402-48 и 9575—60; магнитномягкие материалы - электротехнические стали, пермаллои, альсиферы, ферриты. Механическая обработка магнитных материалов вызывает серьезные затруднения. Таким образом, совершенствование конструкций машин привело к росту прочностных, жаростойких, коррозионных и магнитных параметров деталей, сильно затрудняющих обработку их резанием.