Повышение экологичности механической обработки в следствии применения режущих инструментов из синтетических сверхтвердых материалов

Васильева Нателла Валерьевна

ОБПОУ «Курский электромеханический техникум»

Президент Российской Федерации Владимир Путин подписал Указ о проведении в 2017 году Года экологии. В статье изложено одно из наиболее эффективных направлений в решении проблемы экологичности технологических процессов и качества выпускаемых изделий машиностроения – экологически чистая сухая обработка резанием без применения смазочно-охлаждающих жидкостей, используя прогрессивный современный режущий инструмент из синтетических сверхтвердых материалов.

Одним из определяющих факторов развития и совершенствования современных производств является создание экологически чистых технологий в машиностроении, в том числе в металлообрабатывающих областях. Технология машиностроительного производства на современном этапе развития машиностроения достигла такого уровня, когда современные процессы обработки резанием вплотную приблизились к возможности получения предельного диапазона точности обработанных деталей. Для повышения производительности и достижения качества обработки металлов резанием в настоящее время эффективные производства используют в основном жидкие смазочно-охлаждающие технологические среды (СОТС).

Количество потребляемых жидких СОТС в индустриально промышленно развитых странах весьма велико и составляет миллионы тонн в год.

Вместе с тем, современные технологические процессы обработки резанием с применением СОТС являются причиной вредного воздействия на окружающую среду. Испарение, распыление, пролив, концентрация в стружке и поверхностях обработанных деталей, возможный слив в канализационную систему – всё это оказывает непоправимый ущерб.

Кроме того, традиционно используемые СОТС чрезвычайно вредны для здоровья человека и являются причиной роста числа профессиональных заболеваний. Отрицательное воздействие на организм человека проявляется как через непосредственный контакт, вследствие чего резко увеличивается вероятность возникновения кожных заболеваний, так и через атмосферу цеха, поражая дыхательную систему и другие жизненно важные органы. Безусловно, такое положение требует пересмотра традиционных схем эксплуатации смазочно-охлаждающих технологических сред в сторону экономически эффективных и экологически ориентированных решений в этой области.

Одной из наиболее серьезных проблем развития современного машиностроения является необходимость обеспечения постоянно растущих и ужесточающих требований к экологичности технологических процессов и качеству выпускаемой продукции. Для отечественной продукции качество приобретает особое значение в связи с необходимостью повышения конкурентоспособности на мировом рынке. Одним из наиболее эффективных направлений в решении данной проблемы является применение экологически чистой сухой обработки без применения смазочно-охлаждающих жидкостей, используя прогрессивный современный режущий инструмент.

В последние годы во всем мире растет производство и применение лезвийных режущих инструментов из синтетических сверхтвердых материалов (СТМ), например, кубического нитрида бора. Это связано с широким внедрением новых технологий обработки – высокоскоростная обработка резанием, обработка металлов в закаленном состоянии, экологически чистая сухая обработка без использования СОТС.

Отечественные поликристаллические СТМ на основе нитрида бора были созданы и исследованы целым рядом научно-исследовательских организаций.

Кубический нитрид бора (КНБ) – второй по твердости после алмаза синтетический материал, получаемый при высоких давлении и температуре, обладает исключительной твердостью в горячем состоянии, что позволяет использовать его при очень больших скоростях резания. Он также характеризуется хорошей прочностью и термостойкостью.

Кубический нитрид бора широко используется для чистовой токарной обработки закалённой стали, имеющей твёрдость более 45 HRC. При твёрдости обрабатываемого материала более 55 HRС пластины из CBN становятся единственно возможным решением, способным заменить традиционно используемые методы шлифования.

Производительность при обработке закаленных материалов до сего момента достигалась за счет изменения конструкции инструмента и усовершенствования оборудования. Сейчас, новые инструментальные материалы позволяют работать с высокими скоростями, а геометрия режущей части достигать высоких значений рабочих подач.

Режущий инструмент из кубического нитрида бора выводит обработку закаленных материалов на новый уровень. Основные преимущества обработки закаленных материалов инструментом из КНБ:

• высокая производительность за счет высоких скоростей резания и –

• снижения вспомогательного времени;

• ударная устойчивость;

• химическая инертность;  

• высокая температурная устойчивость (до 1300 С);  

• широкий спектр обрабатываемых материалов (твердость 30 - 90  HRC)

Технологию создания СМП из КНБ для обработки сверхпрочных металлов освоили на одном из предприятий Москвы. Инструмент получается настолько надежным, что по прочности может соперничать с синтетическим алмазами и позволяет в разы сократить время на обработку металлических деталей. Технология создания СМП начинается с синтеза порошка. В печи, которая одновременно выполняет функции пресса, из порошка делают заготовки. На специальном оборудовании их поверхность шлифуют, затем отправляют под луч лазера – на «раскройку». Финальная стадия – обработка на шлифовально-программируемом центре, который корректирует размеры с точностью до микрона.

Применение сменных режущих пластин из сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора позволяет эффективно решить ряд технических и экономических  задач.  Высокоскоростная обработка пластинами из КНБ на порядок снижает усилие резания, что предотвращает преждевременный износ дорогостоящих станков.

Инструменты с вставками из КНБ успешно применяются на всех этапах машиностроения и авиационно-космической промышленности. Сверхпрочный компонент пользуется успехом не только среди отечественных производителей, но также получил высокие оценки зарубежных экспертов. Использование инструментов из синтетических сверхтвердых материалов позволяет во многих случаях осуществить обработку без СОЖ, т.е. так называемое "сухое" резание, что уменьшает затраты и улучшает экологическую обстановку на рабочем месте, а также уменьшает вредные выбросы в окружающую среду. 

Список источников

1. Васильева Н.В. Применение режущих инструментов из синтетических сверхтвердых материалов для повышения экологичности и качества механической обработки, стр.91- 95 /Материалы III международной научной конференции: Актуальные вопросы технических наук:  — Пермь: Зебра, 2015.  –178 с. (Электронный ресурс http://www.moluch.ru/conf/tech/archive/125/)

2. Кириллов А.К., Верещака А.С. Разработка системы экологически безопасной формообразующей обработки резанием. - Межд. Науч.-техн. Сборник. «Резание и инструмент в технологических системах». – Харьков: ХГТУ, 2001– 102 с.

3. Малышев С.Н., Филоненко В.П., Захаревич Е.М., Перфилов С.А. Опыт промышленного применения сверхтвердых инструментальных материалов // РИТМ. 2011. № 2

4. Грубый С.В. Исследование режущих свойств резцов из нитрида бора – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 96 с.
5. 5.Маслов А.Р. Инструментальные системы машиностроительных производств: М.: Машиностроение, 2006.–336 с.