ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА СВЕРХТВЕРДЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Проблема инструмента в последние годы стала особенно актуальной из-за дефицитности вольфрама, кобальта и тантала. В связи с этим важно увеличить выпуск синтетических алмазов, внедрить в машиностроение и инструментальное производство новые передовые технологические процессы изготовления инструмента, обеспечивающие рост производительности труда, улучшение качества и повышения срока службы инструмента, увеличения коэффициента использования инструментальных материалов и сокращения их расхода. Особенно важно внедрение современных технологий в инструментальное производство, где используются дорогостоящие и дефицитные материалы.
Большая роль в ускорении научно-технического прогресса, увеличения темпов роста производительности труда, повышения эффективности и качества выпускаемой продукции принадлежит синтетическим алмазам и кубическому нитриду бора (КНБ ).
Именно благодаря прогрессивности сверхтвердых материалов производство и применение их в нашей стране развивается бурными темпами.

Вначале синтетические алмазы и КНБ применяли для чистового шлифования и чистовой заточки (доводки) инструмента после предварительной обработки кругами из обычных абразивных материалов – карбида кремния зеленого ( КЗ ) и электрокорунда белого (ЭБ ). Дальнейшие работы многих научных институтов и заводов страны показали, что сверхтвердые материалы (СТМ ), обладающие большими потенциальными возможностями, целесообразно применять при съеме значительных припусков, т.е. при заточке и шлифовании инструмента без предварительной обработки его кругами из КЗ.

Это стало возможным благодаря совершенствованию синтеза, улучшению качества и организации промышленного производства сверхтвердых материалов с широким диапазоном физико-механических и эксплуатационных свойств, создания высокопроизводительных кругов на новых связках, освоению новых методов шлифования, заточки и оборудования для их осуществления. Сверхтвердые материалы стали важным фактором подъема технического уровня и прогресса инструментального производства, совершенствования существующих и создания новых орудий труда и технологических процессов, экономии трудовых и материальных ресурсов, в частности таких ценных материалов, как вольфрам и кобальт.

Благодаря синтетическим сверхтвердым материалам успешно решается проблема повышения производительности  труда, качества и срока службы инструмента, применяемого в машиностроении и металлообработке, а также в черной и цветной металлургии, угольной, лесной и деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, пищевой, радио и телевизионной промышленности, в приборостроении, точной механике, электронике, медицине и т.д. Сверхтвердые материалы повысили культуру производства и улучшили условия труда рабочих, позволили механизировать и автоматизировать процессы, снизить уровень шума и вибрации. При работе кругами из сверхтвердых материалов резко сокращается количество абразивной пыли и шлама, что уменьшает запыленность воздуха в цехе, повышает надежность работы оборудования и оснастки.

Однако эти значительные резервы экономии инструментальных материалов и повышение эффективности СТМ используются еще не в полной мере. Одним из важных факторов изыскания и реализации таких резервов являются комплексный анализ и оценка экономической эффективности новой техники. Внедрение новых процессов обработки относительно дорогостоящим шлифовальным инструментов из алмазов и КНБ вместо ранее применяемых процессов шлифования, заточки и доводки кругами из обычных абразивных материалов, стоимость которых сравнительно низкая, требует четкого знания показателей эффективности обработки инструмента и методики их расчета. Это тем более необходимо сейчас, когда техническое перевооружение производства, повышение его эффективности является важнейшей задачей нашей экономической политики.

Настоящая статья должна помочь инженерно-техническим работникам в их практической работе при оценке экономической и технической эффективности новой техники при внедрении и сравнении различных вариантов технологических процессов обработки инструментов. Это необходимо, прежде всего, потому, что в последние десятилетия значительно расширилось применение синтетических алмазов в инструментальном производстве. Освоено массовое производство кубического нитрида бора, внедрены и широко применяются технологические процессы полной алмазной, кубонитовой и эльборовой обработки инструмента, выявлены новые эффективные области применения сверхтвердых материалов, и они широко используются не только в шлифовальном, но и в лезвийном инструменте. В этих условиях повысилось значение методически правильной экономической оценки мероприятий по новой технике, обоснования эффективности отдельных вариантов с целью внедрения в производство прогрессивных технологических процессов.

Автор: к.т.н., проф. И.П.Захаренко

Обработка закаленных сталей кругами из кубического нитрида бора.

При шлифовании закаленных сталей и заточке инструмента из быстрорежущих сталей обычными абразивами, в зоне обработки возникают значительные силы резания и высокие температуры, достигающие температуры плавления обрабатываемого материала. Это приводит к низкому качеству обрабатываемой поверхности, уменьшению стойкости инструмента из быстрорежущих сталей. Кроме того, обычные абразивные круги имеют низкую стойкость, что вызывает их частую правку и переналадку.
Высокий расход абразивных кругов, низкое качество обработанной поверхности, низкая производительность, запыленность рабочей зоны – основные недостатки применения обычных абразивных кругов..
Более прогрессивной является обработка с применением синтетических сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора (эльбор, кубонит, гексанит-А, CBN).
Кристаллы КНБ (кубического нитрида бора) обладают повышенной хрупкостью и в результате скалывания кристаллов при шлифовании, режущие кромки постоянно обновляются и тем самым обеспечивается самозатачивание инструмента.
Круги из КНБ имеют высокую режущую способность, которая в несколько раз превышает режущую способность кругов из обычных абразивов. Высокая режущая способность кругов из КНБ сохраняется до полного износа.
Так же как и алмаз КНБ отличается от обычных абразивных материалов более высокой теплопроводностью и низкой теплоемкостью, что обеспечивает интенсивный отвод тепла из зоны шлифования. Это позволяет осуществлять процесс шлифования более и интенсивно и при этом получать обрабатываемую поверхность изделия без прижогов, фазовых и структурных изменений в поверхностном слое.
Не менее важным преимуществом КНБ является его химическая инертность при взаимодействии с различными сортами стали. В отличие от алмаза и карбида кремния КНБ инертен к железу вплоть до температуры 1200º С. Это обстоятельство снижает силы резания, температуру и предотвращает «засаливание» шлифовальных кругов. Низкие температуры в зоне резания кругами из КНБ исключают возможность образования растягивающих напряжений в поверхностном слое и наоборот, способствуют образованию напряжений сжатия, которые положительно влияют на износостойкость обрабатываемых деталей и инструмента.
Несмотря на близость физико-механических свойств алмаза и КНБ, каждый из этих сверхтвердых материалов имеет свою область применения. Например, при обработке твердого сплава Т15К6 удельный расход КНБ превышает удельный расход алмаза в 21 раз, а при шлифовании стали Р18 в 8,5 раз меньше, чем для алмазных кругов. Таким образом для обработки твердого сплава надо применять алмазные круги, а для обработки быстрорежущих сталей круги на основе КНБ.