Материалы для изготовления режущих инструментов
Режущая часть инструментов работает при высоких температурах, на нее действуют высокие статические и динамические нагрузки. Поэтому инструментальные материалы должны обладать высокими твердостью, прочностью, износостойкостью, теплостойкостью, теплопроводностью и др.
Углеродистые инструментальные стали для изготовления режущих инструментов содержат 0,9…1,3 % С (У10, У11, У12, У13). Увеличение его содержания в стали повышает ее твердость и хрупкость. Твердость закаленной и отпущенной углеродистой инструментальной стали 60…63 HRC. Эти стали обладают низкой теплостойкостью (до 200…250 °С), применение их ограничено. Из них изготавливают инструменты, работающие со скоростями резания, не превышающими 15…18 м/мин: (метчики, плашки, ручные развертки, напильники, шаберы, ножовочные полотна и др.).
Легированные инструментальные стали имеют более высокие прочность, прокаливаемость, вязкость, стойкость против износа, теплостойкость. Изготовленные из них инструменты обладают более высокими режущими свойствами, менее склонны к деформациям и появлению трещин при закалке. Теплостойкость легированных инструментальных сталей не превышает 300 °С, поэтому изготовленные из них инструменты можно использовать лишь для работы при умеренных скоростях резания (15…25 м/мин). Из них изготавливают сверла, развертки, метчики, плашки, протяжки и др.
Быстрорежущие стали - легированные инструментальные стали, содержащие значительное количество вольфрама (8,5…19 %), хрома (3,8…4,4 %), молибдена, ванадия, кобальта и некоторых других элементов, имеют теплостойкость 600…650 °С. Такие стали могут работать со скоростями резания в 3…4 раза большими, чем инструментальные углеродистые стали. После закалки и отпуска твердость быстрорежущей стали достигает 62…65 HRC и высокие режущие свойства.
Из вольфрамовых быстрорежущих сталей (Р9) изготавливают резцы, зенкеры, фрезы. При изготовлении сложных инструментов, которые должны обладать более высокой стойкостью (фасонные резцы, зубообрабатывающие инструменты и др.), используют сталь Р18.
Для изготовления инструментов, работающих в более тяжелых усло-
виях (прерывистое резание, вибрации, обработка труднообрабатываемых нержавеющих и жаропрочных сталей), применяют кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К5, Р9К10, Р18К5Ф2).
Инструменты, используемые для чистовой обработки (протяжки, развертки, шеверы), изготавливают из ванадиевых сталей (Р9Ф5, Р14Ф4),
а для черновой обработки - из вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталей (Р9М4, Р6М3).
Металлокерамические твердые сплавы. Высокая твердость, износостойкость, прочность, теплостойкость, достигающая 900…1000 °С, позволяют обрабатывать твердосплавными инструментами различные металлические и неметаллические материалы со скоростями резания до 800 м/мин.
Металлокерамические твердые сплавы изготавливают из мелкозернистых исходных порошков весьма твердых и тугоплавких карбидов вольфрама (WC), титана (TiC), тантала (TaC), смешанных в различных пропорциях с порошком кобальта, который служит связкой. Из полученной смеси прессуют стандартизованные пластинки и спекают при температуре 1500…1900 °С. Их припаивают к державкам инструментов либо закрепляют механическим способом.
Твердые сплавы подразделяют на три группы: вольфрамовые (ВК), титановольфрамовые (ТК) и титанотанталовольфрамовые (ТТК). В сплавах группы ВК (ВК2, ВК3, ВК4, ВК6, ВК8 и др.) цифра после буквы К обозначает процентное содержание кобальта, остальное - карбид вольфрама.
Для крупнозернистых твердых сплавов с величиной зерен исходного порошка 3…5 мкм к обозначению марки прибавляется буква В, например ВК6В, а у мелкозернистых с величиной зерен 0,5…1,5 мкм - буква М (например ВК6М).
В сплавах группы ТК (Т5К10, Т5К12В, Т14К8, Т15К6, Т30К4 и др.) цифра после буквы Т обозначает процентное содержание карбида титана,
а после К - процентное содержание кобальта, остальное - карбид вольфрама.
В сплавах группы ТТК (ТТ7К12, ТТ7К15) цифра после второй буквы Т обозначает процентное содержание карбидов титана и тантала в сумме, после К - содержание кобальта, остальное - карбид вольфрама.
С увеличением содержания кобальта в сплаве прочность и вязкость его повышаются, а твердость и износостойкость снижаются. Поэтому сплавы с бóльшим содержанием кобальта применяют для инструментов, работающих в тяжелых условиях, при больших и неравномерных нагрузках. Сплавы с малым содержанием кобальта используют для инструментов, работающих при сравнительно небольшой и равномерной нагрузке,
но с высокой скоростью резания.
Инструменты из сплавов ВК предназначены для обработки чугуна, цветных сплавов, пластмасс, а из сплавов группы ТК - для обработки сталей и других вязких материалов. Сплавы ТТК по своим свойствам занимают промежуточное место между сплавом Т5К10 и быстрорежущей сталью и предназначены для черновой обработки сталей с загрязненной коркой. Стойкость резца с пластинкой из сплава ТТК в 3,5 раза превышает стойкость резца из быстрорежущей стали Р18. Некоторые сплавы группы ТТК используют при обработке труднообрабатываемых жаропрочных сталей.
Сложные по форме инструменты небольших размеров (сверла, прорезные фрезы, коронки концевых фрез и др.) часто изготавливают из пластифицированных твердых сплавов, получаемых спеканием порошка карбида титана с металлическими сплавами.
Описанные твердые сплавы содержат в значительном количестве дефицитный вольфрам. Поэтому начат промышленный выпуск безвольфрамовых твердых сплавов (БТТС) на основе карбидов и карбидонитридов титана с никель-молибденовой связкой (КНТ16, ТН20, ТН50).
Разработан гексанит-Р, являющийся монокристальным нитридом бора. Гексанит-Р изготавливают в виде вставок к проходным, расточным, подрезным резцам и торцевым фрезам. Гексанит-Р способен работать в условиях больших ударных нагрузок при обработке закаленных сталей, чугунов, сплавов высокой твердости.
Широко применяются износостойкие покрытия режущих лезвий инструментов, например ионно-плазменное напыление карбонитридом титана используют на многих машиностроительных предприятиях.
Минералокерамические материалы. Основой минералокерамических материалов является оксид алюминия Al2O3, из порошка которого прессованием с последующим спеканием изготовляют пластинки нужных размеров и формы, которые затем закрепляют на державках режущего инструмента. Высокая теплостойкость (1200 °С) инструментов из минералокерамики, их высокая твердость, тепло- и износостойкость, высокие режущие способности дают возможность обрабатывать материалы со значительно большими скоростями, чем инструментами из твердых сплавов.
Но минералокерамика имеет высокую хрупкость и малое сопротивление изгибающим нагрузкам, поэтому ее используют для инструментов, работающих при чистовой обработке без ударов. Для повышения прочности пластин в минералокерамику добавляют вольфрам, молибден, бор, титан и др. Такие материалы называют керметами, используют их при обработке труднообрабатываемых материалов.
Абразивные материалы. Для изготовления абразивного инструмента используют искусственные материалы.
Электрокорунд используется для обработки закаленной и термически необработанной стали, ковкого чугуна, бронзы и др.
Карбид кремния по сравнению с электрокорундом обладает более высокой твердостью и меньшей вязкостью, поэтому его используют
для шлифования более хрупких материалов, а также некоторых цветных сплавов. Черный карбид кремния, имеющий в составе не менее 95 % SiC, применяют при шлифовании чугуна, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов. Зеленый карбид кремния, содержащий не менее 97 % SiC и имеющий еще большую твердость, используют для обработки инструментов из металлокерамических твердых сплавов.
После выплавки в электропечах электрокорунд и карбид кремния дробят, просеивают и получают шлифпорошки, шлифзерна и микропорошки
и используют для изготовления абразивного инструмента.
Синтетические алмазы высокой твердости получают из графита
при температурах порядка 2500 °С и давлении свыше 104 МПа. Используют для изготовления кругов, брусков, надфилей, напильников и др. Применяются они для окончательного шлифования (доводки) твердосплавного инструмента, а также для особо тонкой чистовой обработки.
Эльбор - кубический нитрид бора получают при давлении свыше 105 МПа и температуре, близкой к 1700 °С. Твердость его приближается к твердости алмаза. Эльбор сохраняет свою прочность при температуре до 930 °С. Стальные детали гораздо лучше шлифуются абразивными инструментами из эльбора, чем из алмаза, так как теплостойкость его выше.
Service Unavailable
The server is temporarily unable to service your request due to maintenance downtime or capacity problems. Please try again later.