39 / 457
Современные технологии и автоматизация в машиностроении
39
нии специализированных инструментов, учитывающих индивидуальные особенности их механиче-
ской обработки. Следовательно, требуется детально изучить конструктивные особенности инстру-
ментов для обработки композиционных материалов, а так же различные виды методов обработки
композитов, свойства и возможности инструментальных материалов.
Изготовление изделий различной конфигурации из композиционных материалов производит-
ся методами лезвийной обработки: 1) Точение (с механическим деформированием заготовок, путем
сжатия и растяжения [11]; с технологическим заполнением (пропиткой жидкой технической средой с
последующим её отверждением. 2) Фрезерование, одна из часто встречающихся операций обработки
[12]; 3) Сверление [13]; 4) Абразивные методы [14].
При обработке композиционных материалов с учетом режимов резания важен правильный
подбор лезвийного инструмента. В современной промышленности используются инструменты из
различных материалов. Это углеродистые и легированные стали, современные быстрорежущие стали,
среди которых - сплавы нормальной теплостойкости (вольфрамовые, кобальтовые), сплавы повы-
шенной теплостойкости, твёрдые сплавы, мелкозернистого порошка (80 % карбиды и карбонитриды),
сверхтвёрдые материалы (нитрид бора, алмаз). По своим физико-механическим свойствам (предел
прочности, модуль упругости, теплопроводность, характеризующая интенсивность отвода тепла из
зоны резания), твёрдые и сверхтвёрдые сплавы являются наиболее предпочтительными для компози-
ционных материалов. В некоторых случаях могут использоваться быстрорежущие стали, в силу вы-
сокой теплопроводности, но относительно низкие твердость и теплостойкость ведут к их стремитель-
ному износу и резкому ухудшению качества обработанной поверхности изделий из композиционных
материалов [15].
Лучшим для композитов, но не всегда применимым из-за конструктивных сложностей, явля-
ется алмазный инструмент. В настоящее время активно используется инструмент с режущими алмаз-
ными вставками, так называемый PCD-инструмент (Polycrystalline Diamond - поликристаллический
алмаз) [16].
В отличие от монокристаллов, зерна PCD представляют собой агрегаты мельчайших кристал-
лов алмаза. Типовые размеры зерен-агрегатов составляют от 6 до 15 микрон. Из-за воздушных зазо-
ров между частицами зерен PCD материал получил название «пористый алмаз». Пористая структура
повышает теплопроводность и, следовательно, способствует лучшему отводу тепла в зоне резания.
PCD-инструмент можно сравнить с абразивным инструментом, так как он представляет собой абра-
зив на твердой металлической (никелевой) связке, изготавливается в виде пластин путем спекания с
учетом требуемой геометрии. Готовые пластины припаиваются к корпусу инструмента. [17].
В зависимости от вида композита и содержащегося в нем армирующего компонента для об-
работки применяют различные инструменты: для полимерных композиционных материалов, содер-
жащих наполнители с невысокой твердостью, используется специфичный для данных методов обра-
ботки инструмент, с углами заточки, зависящими от вида и механических свойств материалов; для
стеклопластиков применяют инструменты на керамической основе или абразивные инструменты; для
композиционных материалов, содержащих арамидные волокна, используются инструменты на ал-
мазной основе или оснащенные твердым сплавом [18].
Режущий инструмент для обработки изделий из композиционных материалов должен удовле-
творять: обеспечению высоких и стабильных режущих характеристик; формированию и отводу
стружки; обеспечению заданных условий по точности обработки; универсальности применения для
типовых обрабатываемых поверхностей различных изделий на разных моделях станков; быстросмен-
ности при переналадке на другую обрабатываемую деталь или замене затупившегося инструмента
[19].
Применение сборного инструмента со сменными многогранными пластинами (СМП) позво-
ляет повысить его эксплуатационные свойства, обеспечить значительную экономию дефицитных ре-
жущих материалов. Вместе с тем создаются благоприятные условия для широкого применения более
износо- и теплостойких режущих материалов. Сборный инструмент с СМП нашел широкое примене-
ние, выпуск его постоянно увеличивается, как по объему, так по номенклатуре. Удельный вес такого
инструмента сегодня составляет 35 – 40 % общего объема выпуска режущего инструмента [20].
Таким образом, следует отметить, что при лезвийной обработке изделий из композиционных
материалов целесообразно использовать сборный инструмент, со съемными многогранными пласти-
нами. Ведь сравнению с цельным инструментом, сборный имеет ряд преимуществ: высокую стой-
кость и производительность; низкий расход обрабатывающего материала; взаимозаменяемость; воз-
можность применения одного корпуса для пластин из разных материалов; простота замены пластины
после её затупления. Использование инструмента с СМП для обработки композиционных материалов