Основы технологии производства металлорежущего инструмента
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Технология машиностроения
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 300
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0411-2
Артикул: 744481.01.99
Изложены теоретические основы и особенности технологии производства металлорежущего инструмента. Рассмотрен весь цикл изготовления инструмента от заготовки до операций заточки. Указаны способы повышения режущих свойств инструмента.
Для студентов высших учебных заведений машиностроительных специальностей всех уровней подготовки.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
В. Ф. Безъязычный, П. Д. Мотренко, А. В. Кордюков ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Допущено Федеральным учебно-методическим объединением в системе высшего образования по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки 15.00.00 «Машиностроение» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по основным образовательным программам высшего образования по направлению подготовки бакалавриата 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» с профилем подготовки «Технология машиностроения» Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020
УДК 621.9.025 ББК 34.63-5 Б40 Рецензенты: профессор кафедры технологии авиационных двигателей и общего машиностроения Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П. А. Соловьёва доктор технических наук, профессор Семёнов А. Н.; начальник экспериментального технологического цеха ПАО «ОДК-Сатурн» доктор технических наук Коряжкин А. А. Безъязычный, В. Ф. Б40 Основы технологии производства металлорежущего инструмента : учебное пособие / В. Ф. Безъязычный, П. Д. Мотренко, А. В. Кордюков. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 300 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-0411-2 Изложены теоретические основы и особенности технологии производства металлорежущего инструмента. Рассмотрен весь цикл изготовления инструмента от заготовки до операций заточки. Указаны способы повышения режущих свойств инструмента. Для студентов высших учебных заведений машиностроительных спе- циальностей всех уровней подготовки. УДК 621.9.025 ББК 34.63-5 ISBN 978-5-9729-0411-2 В. Ф. Безъязычный, П. Д. Мотренко, А. В. Кордюков, 2020 Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 2
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ............................................................................................................ 7 1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ................................................. 10 1.1. Требования, предъявляемые к инструментальным материалам ....... 10 1.2. Инструментальные стали ...................................................................... 12 1.2.1. Углеродистые инструментальные стали ...................................... 12 1.2.2. Легированные инструментальные стали ..................................... 13 1.2.3. Быстрорежущие стали ................................................................... 15 1.2.4. Быстрорежущие стали, получаемые методом порошковой металлургии ............................................................................................ 21 1.2.5. Дисперсионно-твердеющие быстрорежущие сплавы ................ 22 1.3. Твёрдые сплавы ..................................................................................... 23 1.3.1. Вольфрамокобальтовые твёрдые сплавы .................................... 24 1.3.2. Титановольфрамокобальтовые сплавы ........................................ 25 1.3.3. Титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы ........................... 26 1.3.4. Безвольфрамовые твёрдые сплавы ............................................... 30 1.4. Керамические инструментальные материалы .................................... 35 1.5. Алмазы и другие сверхтвёрдые инструментальные материалы ....... 40 1.6. Абразивные материалы ......................................................................... 45 2. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ ................................................................... 50 2.1. Заготовки для инструмента, получаемые из проката ........................ 50 2.1.1. Виды проката. Состояние поставки и контроль материала ...... 50 2.2. Заготовки для инструментов, полученные методами пластической деформации ........................................................................... 52 2.2.1. Ковка и штамповка заготовок ....................................................... 52 2.2.2. Прессование в специальных штампах ......................................... 53 2.2.3. Горячее выдавливание осевого инструмента (свёрл, фрез и др.) ........................................................................................................ 54 2.2.4. Гидродинамическое выдавливание .............................................. 54 2.2.5. Ротационное обжатие .................................................................... 56 2.2.6. Прокатка заготовок инструментов ............................................... 57 2.3. Правка и разделка заготовок из проката ............................................. 58 2.4. Центрирование заготовок .................................................................... 68 3
3. ВИДЫ И СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ИНСТРУМЕНТЕ .............. 70 3.1. Наплавка режущих частей инструмента ............................................. 70 3.2. Сварка заготовок ................................................................................... 72 3.3. Припаивание пластин из твёрдого сплава ........................................... 76 3.4. Клеевые соединения режущих инструментов .................................... 79 3.5. Режущие инструменты с механическим креплением сменных режущих пластин ......................................................................................... 80 4. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ .............................................................................................. 102 4.1. Выбор и обработка баз при механической обработке инструмента ................................................................................................ 102 4.2. Обработка режущей части инструмента ........................................... 106 4.2.1. Обработка стружечных канавок ................................................. 106 4.2.2. Затылование инструмента ........................................................... 111 4.2.3. Обработка резьбовых поверхностей .......................................... 116 4.3. Обработка корпусов инструмента ..................................................... 123 4.3.1. Изготовление державок резцов .................................................. 123 4.3.2. Изготовление корпусов дисковых фрез с рифлёными пазами .................................................................................................. 128 4.3.3. Технологический процесс изготовления дисковых модульных фрез ................................................................................... 129 4.3.4. Изготовление корпусов концевого инструмента ...................... 130 4.3.5. Обработка конических хвостовиков .......................................... 132 4.3.6. Обработка лапок и квадратов ..................................................... 133 4.3.7. Изготовление корпусов торцевых твердосплавных фрез ........ 135 5. ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА ШЛИФОВАНИЕМ ............................. 141 5.1. Характеристика поверхностного слоя инструментов после шлифования ................................................................................................ 141 5.2. Оценка дефектов структуры поверхностного слоя материала инструмента ................................................................................................ 142 5.3. Контроль трещин на шлифованном и заточенном инструменте .... 144 5.4. Выбор шлифовальных кругов для обработки инструмента из быстрорежущей стали ........................................................................... 145 4
5.5. Выбор шлифовальных кругов для обработки инструмента из твёрдого сплава ...................................................................................... 147 5.6. Выбор шлифовальных кругов для обработки инструмента из алмаза и синтетических материалов .................................................... 149 5.7. Шлифование стружечных канавок .................................................... 149 5.8. Шлифование резьбы на метчиках и накатных роликах ................... 152 5.9. Современное оборудование для изготовления режущего инструмента методом глубинного шлифования ...................................... 155 6. ЗАТОЧКА ИНСТРУМЕНТА ................................................................... 157 6.1. Общие вопросы заточки ..................................................................... 157 6.2. Измерение углов инструмента ........................................................... 157 6.3. Оборудование для заточки инструмента ........................................... 161 6.4. Заточка резцов ..................................................................................... 170 6.5. Заточка свёрл ....................................................................................... 179 6.6. Заточка зенкеров и развёрток ............................................................. 189 6.7. Заточка фрез ......................................................................................... 192 6.8. Заточка протяжек ................................................................................ 203 6.9. Заточка зуборезного инструмента ..................................................... 209 6.10. Заточка резьбонарезного инструмента ............................................ 223 7. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ........ 230 7.1. Предварительная термическая обработка заготовок режущего инструмента ................................................................................................ 230 7.2. Закалка инструмента ........................................................................... 232 7.3. Отпуск инструмента ............................................................................ 237 7.4. Способы очистки инструмента после термической обработки ...... 240 7.5. Правка инструмента после термической обработки ........................ 240 7.6. Дополнительная термическая обработка готового инструмента .... 241 7.7. Химико-термическая обработка инструментов ................................ 242 7.8. Практические рекомендации по термической обработке режущего инструмента .............................................................................. 243 8. ТЕХНОЛОГИЯ УЛУЧШЕНИЯ РЕЖУЩИХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТА ........................................................................................... 247 8.1. Способы улучшения режущей способности инструмента и эффекты, достигаемые при этом ............................................................ 247 5
8.2. Подготовка поверхностей инструмента перед нанесением покрытия ..................................................................................................... 257 8.3. Методы химического осаждения покрытий ..................................... 259 8.4. Методы физического осаждения покрытий ...................................... 260 8.5. Нанопокрытия режущего инструмента ............................................. 264 8.6. Методы поверхностного легирования инструмента ........................ 269 8.6.1. Химико-термическая обработка ................................................. 269 8.6.2. Ионная имплантация и лазерное легирование .......................... 270 8.7. Способы и технология термического воздействия на поверхностный слой инструмента ....................................................... 271 8.8. Методы деформационного воздействия ............................................ 273 8.9. Комбинированная обработка поверхностей инструмента ............... 274 Библиографический список .......................................................................... 277 Приложения ................................................................................................... 278 6
ВВЕДЕНИЕ В настоящее время в Российской Федерации металлообрабатывающий инструмент выпускается на 25 специализированных предприятиях, ряде частных фирм и цехов машиностроительных предприятий. На специализированных заводах производится инструмента порядка 32 от уровня 1990 г. Предприятия инструментальной отрасли производят основную часть стандартного инструмента, применяемого в промышленности (свыше 350 государственных отраслевых стандартов на инструмент). Кроме специализированных заводов, производство инструмента развивают некоторые машиностроительные предприятия, в частности Ивановский завод тяжелого станкостроения, ПАО «ОДК-Сатурн» и некоторые новые предприятия, к которым можно отнести: «Урал-инструмент-Пумори» (г. Екатеринбург), ЗАО «Винт» (г. Ярославль), ЗАО «Новые инструментальные решения» (г. Рыбинск) и др. В настоящее время импорт инструмента на российском рынке в три раза превышает экспорт. По данным статистики объём импорта инструмента в Россию за год составляет около 43 млн долларов США, а экспорта - 16,3 млн долларов США. При этом темп роста импорта равен 10-20 в год. Несмотря на то, что объём экспортно-импортных поставок, составляет всего 0,6 от объёма внешней торговли России, существует четкая зависимость страны от импорта инструментальной продукции. Примечательно, что объектом импорта являются не только высокотехнологичные виды инструмента, такие как инструмент из синтетических алмазов и твердых сплавов, но и самый рядовой инструмент, в том числе стандартный режущий инструмент из инструментальных сталей, слесарно-монтажный инструмент (например, напильники), а также значительное количество абсолютно некондиционного инструмента (в основном поставки китайского инструмента). Кроме того, на отечественный рынок поступает значительное количество импортного инструмента, изготовленного из низкокачественных инструментальных и даже неинструментальных материалов, например сверла из конструкционных легированных сталей с крупными отклонениями от необходимой геометрии, непригодные для металлообработки. К сожалению, падение спроса на российский инструмент коснулось наиболее высокотехнологичных видов производимого инструмента, поставляемого машиностроению, и, в первую очередь, сборного твердосплавного, из синтетических сверхтвердых материалов, с износостойкими покрытиями, зуборезного инструмента, доля выпуска которых упала на 10 от объёма производства. Тем не менее, при сохранении значительной части основных фондов отечественных предприятий имеется потенциальная возможность увеличить объёмы производства инструмента более чем в два раза и при этом восстановить производство значительной части высокотехнологичного инструмента. Необходимо отметить, что отечественные производители инструмента осваивают и новые конкурентоспособные виды инструмента, такие как, например, сборные концевые и торцевые фрезы, в том числе для высокоскоростной 7
обработки, оснащенные сменными твердосплавными пластинами, концевые твердосплавные фрезы и борфрезы, отдельные виды вспомогательного инструмента, в том числе для применения на высокоскоростном оборудовании, инструмент с нанопокрытиями и т. п. Серьёзным ограничением для развития инструментального производства является отсутствие технологических возможностей для изготовления целого ряда пользующихся спросом инструментов. К ним относятся биметаллические ленточные пилы, сегментные пилы большого диаметра, широкая номенклатура алмазного и твердосплавного концевого инструмента, мелко- и крупномодульные червячные фрезы, некоторые виды вспомогательного инструмента для высокоскоростной обработки. Для организации современного конкурентоспособного производства в нашей стране необходима реализация комплекса мер в области разработки инструмента и оборудования, инструментальных материалов и средств измерения. Требуются инвестиции для производства специального оборудования. Для инструментального обеспечения развивающихся областей промышленности необходимо решить комплекс задач по созданию и развитию отечественного производства инструмента для высокоскоростной и сухой обработки металлов, обработки неметаллических материалов, вспомогательного инструмента для высокоскоростной обработки. Эти меры в значительной степени отражены в программе технологического развития инструментального производства в России. Они включают в себя: научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки, направленные на создание новых инструментальных материалов на основе ультрамикродисперсных твердых сплавов, синтетических сверхтвердых материалов, смазочно-охлаждающих сред для высокоскоростного резания, средств измерения, новых методов термической обработки инструмента; мероприятия по разработке и освоению производства твердосплавного инструмента с износостойкими покрытиями для высокоскоростной обработки, высокоточного расточного инструмента, инструмента из сверхтвердых инструментальных материалов на основе алмазов и кубического нитрида бора, системы высокоточного вспомогательного и зажимного инструмента, метрологических средств контроля инструмента; мероприятия по созданию оборудования для производства инструмента, включая гамму высокоскоростных шлифовально-заточных автоматов с ЧПУ для изготовления высокоточного режущего инструмента, оборудования для изготовления вспомогательного инструмента и хвостовиков инструмента для высокоскоростной обработки, вакуумных электропечей для термообработки инструмента, установок нового поколения для нанесения износостойких покрытий на инструмент; мероприятия по метрологии и стандартизации инструмента. 8
Можно утверждать, что без реализации этого комплекса мер в обозримые сроки не будет достигнута цель повышения конкурентоспособности технологических процессов, реализуемых на базе создания нового отечественного оборудования и инструмента. Более того, по многим инструментальным позициям резко усилится зависимость промышленности Российской Федерации от импорта. В учебном пособии изложены основные технологические процессы изготовления металлорежущего инструмента, их особенности и специфика, которые должны помочь в освоении данной учебной дисциплины студентами и последующей практической работе инженера-технолога. 9
1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 1.1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ Металлообрабатывающий инструмент работает в условиях повышенных температур, трения и износа, а также значительных силовых нагрузок. Поэтому инструментальные материалы должны обладать определенными физикомеханическими свойствами. 1. Инструментальный материал должен иметь высокую твёрдость. Она должна быть выше твердости обрабатываемого материала не менее чем в 1,5-2 раза. 2. При резании материалов выделяется значительное количество теплоты, вследствие чего режущая часть инструмента нагревается. Поэтому инструментальный материал должен сохранять высокую твердость при температурах резания, т. е. обладать высокой теплостойкостью. Для быстрорежущей стали теплостойкость также называют красностойкостью (т. е. сохранение твердости при нагреве до температур начала свечения стали). Увеличение уровня теплостойкости инструментального материала позволяет ему работать с большими скоростями резания и, следовательно, повышать эффективность обработки (табл. 1.1). Таблица 1.1 Теплостойкость и допустимая скорость резания инструментальными материалами Допустимая скорость резания при обработке стали 45, м/мин Инструментальный материал Теплостойкость инструментального материала, qС Углеродистая сталь 200-250 10-15 Легированная сталь 350-400 15-30 Быстрорежущая сталь 600-550 40-60 Твёрдые сплавы: группа ВК 900-930 120-200 группы ТК и ТТК 1000-1030 150-250 безвольфрамовые твёрдые сплавы 800-830 100-300 твёрдые сплавы с покрытием 1000-1100 200-300 Керамические инструментальные материалы 1200-1230 400-600 3. Важным требованием является высокая прочность инструментального материала. Если высокая твёрдость материала рабочей части инструмента не обеспечивается необходимой прочностью, то это приводит к поломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок. Таким образом, инструментальный материал должен иметь достаточный уровень ударной вязкости и сопротивляться появлению трещин. 10