53С, 54С и 55С. Марка 52С содержит 95 %, а марка 55G - 98 % карбида кремния. Применяется для заточки инструментов, шлифования твердых сплавов, твердых и хрупких металлов.

Карбид кремния зеленый обозначается 6С, содержит более 97 % SiC и имеет цвет от светло-зеленого до темно-зеленого, выпускается марок 62С, 63С, 64С. Марка 62С содержит 97 % SiC, марка 63С - 98 % SiC, а марка 64С имеет 99 % карбида кремния. Он лучше черного карбида кремния, имеет большую твердость и более острые режущие кромки. Применяется для заточки быстрорежущих и твердосплавных инструментов, правки шлифовальных кругов, для более ответственных случаев шлифования.

Карбид бора ВС получают при плавке борной кислоты ВОз и нефтяного кокса в электрических печах. Он имеет серовато-черный цвет, содержит до 93 % В4С и 1,5 % свободного углерода. Карбид бора значительно тверже карбида кремния, но термостойкость его ниже. Поэтому применяется в виде мелких порошков или паст для доводки твердосплавных инструментов.

Силикошрбид бора получают методом восстановительной плавки в дуговой печи смеси борной кислоты, нефтяного кокса и кварцевого песка. Его режущая способность немного выше, чем режущая способность карбида бора. Используется в виде высококачественных микропорошков для обработки технических рубинов, твердых сплавов и других весьма твердых материалов.

Качество абразивных материалов определяется формой и величиной зерен, твердостью, теплостойкостью и другими физико-механическими свойствами.

Форма абразивных зерен характеризуется длиной I, высотой Л, шириной Ь. Если все три измерения равны или их отношение близко к единице, то такие зерна называют изотермическими или нормальными. Они имеют наибольшую прочность. Если / > Л, то зерна называют пластинчатыми, и при большем превышении - мечевидными. Абразивные зерна имеют закругление вершины радиусом

1.4. Размер зерен и их обозначение

3-30 мкм. Зернистость характеризует крупность зерен. В зависимости от размера зерен абразивные материалы по ГОСТ 3647-80 делятся на три группы: шлифзерна, шлифпорошки и микропорошки. Размер зерен и обозначение зернистости по ГОСТ 3647-80 приведены в табл. 1.4.

Шлифзерна и шлифпорошки получаются способом рассева на ситах с контролем зернового состава ситовым методом. Верхний предел размера зерна соответствует размеру ячейки сита, сквозь которое зерно, основной фракции проходит, а нижний предел - ячейке сита, на котором зерно основной фракции задерживается. Микропорошки получаются методом статического осаждения в жидкости. При этом чем больше время оседания порошка, тем мельче будет зерно. Контроль зернового состава проводят микроскопическим методом. Абразивные материалы характеризуются высокой твердостью и теплостойкостью. Так, микротвердость электрокорунда (18-26)10МПа, а термостойкость 1300-2000 °С. Карбид кремния имеет микротвердость (28-36)10 МПа и термостойкость 1300- 1400 °С.

АЛМАЗЫ

Природные алмазы кристаллизовались на большой глубине при огромном давлении земных недр и высокой температуре (2000- 2500 °С) из расплавленной магмы, содержащей углерод. Алмаз самый твердый в природе минерал (10* МПа), устойчивый к физическим и химическим воздействиям. Твердость алмаза зависит от кристаллического строения, т. е. от расположения атомов углерода. Наиболее твердый алмаз, имеющий атомную решетку в виде октаэдра, затем ромбододекаэдра и менее твердый - куб. Обрабатываемость (шлифуемость) алмаза легче в направлениц, параллельном граням кристалла, так как в этом направлении атомы наиболее удалены друг от друга. Термостойкость алмаза сравнительно невысокая. В неокисляющейся атмосфере (водороде, азоте) алмаз можно нагревать до температуры более 1000 °С без изменения его свойств. Заметное окисление алмаза в среде кислорода начинается при температуре 700 °С. Тепловое расширение алмаза самое низкое, а теплопроводность высокая. Она в 7 раз выше теплопроводности быстрорежущей стали и в 5 раз выше теплопроводности твердого сплава Т15К6. Алмаз отличается низким коэффициентом трения, который в 3-4 раза ниже коэффициента трения твердого сплава с обрабатываемым материалом.

Алмазы бывают ювелирные и технические. Ювелирные - наиболее высокосортные алмазы. На технические цели используют, 80 % природных алмазов, особенно для изготовления шлифовальных кругов и доводочных паст, а также для алмазно-металлических карандашей. Технические алмазы разделяются на бортсы, балласы и карбонадо. Наиболее лучшие из них - карбонадо. Это весьма тонкозернистые, твердые и плотные кристаллы, имеющие острые ребра,

Учитывая высокую стоимость природных алмазов, а также их недостаточность для удовлетворения нужд промышленности. Институт физики высоких давлений Академии наук СССР в I960 г. синте-звршал алмаз в лабораторных условиях 121, а Киевский институт сверхтвердых материалов в 1961 г. начал промышленное произ: водстао синтетических алмазов из графита при высоких давлении и температуре, т. е. при тех же условиях, при которых образовался природный алмаз. Графит имеет гексагональную структуру. При этих условиях углерод кристаллизуется в более плотную кубическую структурную решетку, свойственную природному алмазу. Синтетические алмазы имеют те же химические и физико-механические свойства, что и природные.

Наиболее эффективно алмазные инструменты применяются при обработке твердых и хрупких материалов - твердых сплавов, полупроводников (германий, кремний), рубинов, керамики, мрамора, стекла и др.

Алмазные инструменты нельзя применять для шлифования сталей, так как при этом возникает высокая контактная температура 800-1000 °С, и алмаз в атмосфере кислорода сгорает. Все синтетические алмазы и 70-80 % природных алмазов подвергаются дроблению для получения алмазных порошков. При этом около 80 % алмазных порошков используется в связанном состоянии для изготовления различных алмазно-абразивных инструментов (шлифовальных кругов, хонов, притиров и др.), а остальные 20 % применяются в свободном состоянии в виде абразивных порошков и паст для доводки и полирования изделий из указанных ранее материалов.

Монокристаллы или поликристаллы алмаза или осколки размером более 800 мкм называются алмазным зерном. Совокупность алмазных зерен размерш менее 800 мкм называется алмазным порошком.

В зависимости от размера зерен и метода их получения алмазные порошки по ГОСТ 9206-80 Е делятся на две группы: шлифпорошки и микропорошки. Шлифпорошки выпускают с размером зерен оТ 800 до 40 мкм. Классификация зернистости та же, что и абразивных материалов, но обозначается через дробь, например, 800/630, 630/500, 50/40. Микропорошки выпускаюгг с размером зерен от 63 до 0,5 мкм и обозначаются также через дробь: 63/50, 50/40, 2/1, 1/0. Они применяются в основном для доводочных паст. Шлифпорошки из природных алмазов выпускаются марки А и применяются для инструментов на металлических связках, работающих в условиях высоких удельных нагрузок. Шлифпорошки из синтетических алмазов выпускаются пяти марок: АСО, АСР, АСВ, АСК. и АСС Здесь последние буквы означают, соответственно: обычной, повышенной, высокой прочности, крупные К, самые крупные С и прочные. Кроме того, выпускаются микропорошки с покрытием, упрочняющим зерна, способствующим отводу тепла из зоны резания и увеличивающим сцепляемость алмазного зерна со связкой. При обозначении порошка с покрытием к его марке добавляется буква М. 18

СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Кубический нитрид бора - новый сверхтвердый материал. Он представляет собой соединение двух химических элементов - бора 43,6 % и азота 56,4, имеющего так же, как и графит, гексагональнук) кристаллическую решетку.

При высоких давлении и температуре гексагональная решетка нитрида бора превращается в более плотную и твердую кубическую кристаллическую решетку, т. е. в кубический нитрид бора.

Кубический нитрид бора КНБ - весьма твердый, теплостойкий и химически устойчивый материал. По твердости он близок к алмазу. Теплостойкость КНБ 1300 °С, т. е. значительно превосходит теплостойкость алмаза. В отличие от алмаза этот материал химически инертен к железоуглеродистым сплавам, не вступает с ними во взаимодействие. Это особенно важно при шлифовании твердых закаленных сталей, высокопрочных и труднообрабатываемых сплавов и при заточке быстрорежущих инструментов, когда контактная температура в зоне резания достигает 1000 °С и более. Кубический нитрид бора выпускается под названием эльбор. Цвет эльбора от белого и желтого до аметистового и черного. В обозначении материала ставится буква Л.

В зависимости от размера зерен эльбор выпускается двух групп: шлифпорошки и микропорошки. Шлифпорошки имеют зернистость 250/200-50/40 мкм. Зернистость микропорошка из эльбора та же, что и из алмазов.

Сверхтвердые синтетические материалы - это композиционные поликристаллические материалы, обладающие весьма высокой твердостью, приближающиеся к твердости алмаза.. Наибольший интерес для режущих инструментов представляют три разновидности: композиты, карбонадо и силинит. Они подразделяются на композит 01 (эльбор-Р)( композит 05, композит 10 (гексанит-Р), исмит. Композит 05-материал по твердости и хрупкости занимает промежуточное положение между композитами 01 и 10. Композиты весьма теплостойкие материалы, химически инертны к железоуглеродистым сплавам, поэтому их применяют для лезвийных инструментов (резцов, фрез, разверток и др.) при плавной получиетовой и тонкой чистовой обработке стальных и чугунных деталей.

Сверхтвердый материал карбонадо представляет собой более плотные модификации синтетического алмаза. По твердости он превосходит композиты, но значительно уступает им по теплостойкости. Карбонадо применяется для тех же целей, что и композиты, но при обработке цветных металлов и сплавов, керамики, твердых сплавов и других материалов. Эльбор-Р, гексанит, исмит и карбонадо выпускаются в виде цилиндров диаметром 4-6 мм и высотой 3-6 мм или виде пластин таких же размеров, вставки из которых механически закрепляются в инструментах или же впаиваются, запрессовываются, зачеканиваются в гнезда или корпуса.

Силинит-Р - новый сверхтвердый синтетический материал. Он имеет высокую твердость HRA 94-96, но недостаточную прочность. Отсутствует склонность к адгезии к сталяи к медным и алюминиевым сплавам. Применяется для лезвийных инструментов в виде пластин, при получистовой и тонкой скоростной обработке при весьма спокойной нагрузке.

ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ

Резцы являются наиболее простыми инструментами. Они широко Применяются для обработки деталей на токарных, револьверных, расточных, строгальных и долбежных станках, а также на токарных автоматах и полуавтоматах. Резцы подразделяются на простые и фасонные.

Геометрия и конструкция простых резцов подробно рассмотрены в работах [3, 20, 23, 25], поэтому в данной книге описана методика Проектирования только фасонных резцов.

Фасонные резцы широко применяют в массовом и крупносерийном Производстве для обработки сложного профиля деталей тел вращения или призматических деталей. На деталях тел вращения обрабатывают как наружные, так и внутренние поверхности на токарных, револьверных станках, полуавтоматах и автоматах. Фасонные поверхности на призматических деталях изготовляют фасонными резцами на фрезерных и строгальных станках.

Фасонные резцы имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными токарными резцами. Они обеспечивают:

1) высокую Производительность вследствие значительного уменьшения машинного и вспомогательного времени за счет сокращения пути резания при радиальной подаче и времени на установку и наладку резца;

2) высокую точность формы и размеров обрабатываемых деталей, а также их идентичность и взаимозаменяемость;

3) Простоту эксплуатации, так как их перетачивают только ПО передней поверхности.

Однако стоимость фасонных резцов выше, чем простых токарных резцов. Несмотря на это, в массовом и крупносерийном производстве они вполне рентабельны. Фасонные резцы подразделяют по форме на круглые и призматические (рис. 2.1, а, б); по виду обрабатываемой поверхности - на наружные и внутренние (рис. 2,1, а, г); по установке и найравлению подачи относительно обрабатываемой детали - на радиальные и тангенциальные (рис. 2.1, б, в); по форме образующих фасонных поверхностей - на кольцевые и винтовые (рис. 2.1, е, ж, и); по расположению резца относительно детали - с параллельным расположением осей или баз или с повернутым (рис. 2Л,е,ж) и по расположению передней поверхности - без наклона и с наклоном под углом X (рис. 2.1, а, д). Призматические резцы изготовляют только для обработки наружных- поверхностей. Круглые резцы, как правило, работают с радиальной подачей и их