Материалы, используемые для изготовления режущего инструмента
Материалы, используемые для изготовления режущего инструмента
Требования к инструментальным материалам
Режущий клин при взаимодействии с материалом заготовки, осуществляя непрерывное деформирование и отделение материала, подвергается силовому и тепловому воздействию, а также истиранию. Эти условия работы позволяют сформулировать основные требования к материалу режущей части инструмента. Пригодность таких материалов определяется их твердостью, теплостойкостью, механической прочностью, износостойкостью, технологичностью и стоимостью.
1. Твердость. Внедрение одного материала (клина) в другой (заготовку) возможно лишь при преобладающей твердости материала клина, поэтому твердость инструментальных материалов, как правило, выше твердости обрабатываемых материалов. Однако при повышении температуры инструментального материала его твердость уменьшается и может оказаться недостаточной для осуществления деформирования и разделения материала. Свойства материалов сохранять необходимую твердость при высокой температуре называют теплостойкостью.
2. Теплостойкость. Она определяется критической температурой, при которой происходит изменение твердости. Если температура выше критической, инструмент работать не будет. В общем случае теплостойкость определяет новую скорость резания.
3. Механическая прочность. Важность механической прочности для инструментального материала объясняется его условиями работы, которые характеризуются нагрузками изгибающими, сжимающими и ударными, а следовательно пределы прочности материала на изгиб, сжатие и ударная вязкость являются основными показателями прочности инструментального материала.
4. Износостойкость. Способность материала противостоять изнашиванию определяет длительность работы материала инструмента. Износостойкость характеризуется работой силы трения отнесенной к величине стертой массы материала. Важность этой характеристики в том, что она определяет сохранение начальной геометрии инструмента во времени, т.к. в процессе работы происходит постоянное истирание инструмента (поверхности клина).
5. Технологичность. Технологичность материала - способность его соответствовать требованиям технологии термообработки, обработки давлением, механической обработки и т.д., является свойством, определяющим возможность изготовления инструмента, заданной конструкции.
6. Стоимость. Материал режущих инструментов не должен отличаться высокой стоимостью, т.к. это, в конечном счете, определяет ширину его использования.
Группы инструментальных материалов, применяемые для изготовления режущего инструмента
1. Инструментальные стали
Рекомендуемые материалы
У7, У7А, У13,У13А
Углеродистые стали используются для изготовления инструмента, который работает при низких скоростях резания, а также при температуре не ниже 200-230оС. Это слесарный инструмент (зубило, напильники, метчики, плашки и т.д.). Твердость углеродистых сталей после термообработки достигает HRC 62-64.
2. Легированные стали
Для повышения технических или иных свойств углеродистых сталей в них вводят легирующие элементы. Так, к примеру:
· Никель (H) повышает пластичность и вязкость, увеличивает прокаливаемость
· Марганец (Г) увеличивает прочность, прокаливаемость, износостойкость
· Хром (Х) упрочняет сталь
· Вольфрам (В) повышает твердость, износостойкость, теплостойкость
· Ванадий (Ф) ограничивает изменение свойств при нагреве, улучшает свариваемость, но ухудшает шлифуемость.
· Молибден (М) повышает прокаливаемость, прочность, пластичность, вязкость
· Кремний (С) повышает прокаливаемость.
Теплостойкость легированной стали не больше 300-350оС. Низколегированные стали (Х) с хромом применяют для изготовления слесарного инструмента. Высоко легированные стали ХВГ, ХСВГ для фасонных резцов, сверл малого диаметра, протяжек и других инструментов, работающих при скоростях резания до 20м/мин.
3. Быстрорежущие стали
Особую группу инструментальных сталей составляют быстрорежущие стали с содержанием вольфрама от 6-18% с высокой теплостойкостью (650оС). Они пригодны для изготовления инструмента, работающего при скорости резания до 60м/мин. Из быстрорежущей стали нормальной производительности Р9, Р18 изготавливают сверла, метчики, фрезы, зенкеры, развертки и т.д., а из сталей повышенной производительности Р18Ф2 или Р9Ф5 делают инструмент для обработки высокопрочных и трудно обрабатываемых материалов. В виду дефицитности вольфрама, как правило, из инструментального материала делают только режущую часть, а корпусную - из обычной конструкционной стали. После термообработки твердость режущей стали достигает HRC 64 и больше.
4. Металлокерамические твердые сплавы
Эти материалы представляют собой сплавы карбидов тугоплавких металлов с чистым металлическим кобальтом. Кобальт выступает в качестве связки для карбидов. Твердые сплавы получают прессованием с последующим спеканием отформованного материала. Все металлокерамические сплавы делят на три группы:
· Одно-карбидные. Вольфрамокобальтовые твердые сплавы ВК2, ВК8, где цифры после букв означает процентное содержание кобальта. Увеличение процентного содержания кобальта увеличивает ударную вязкость. Сплавы этой группы наиболее прочные. Применяются для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов. Теплостойкость 250-1000оС.
· Двухкарбидные. В этих сплавах кроме компонентов сплавов групп ВК, включает карбид титана Т15К6, где 6-процентное содержание кобальта, 15-процентное содержание карбида титана, а остальное есть карбид вольфрама. Применяется при обработке углеродистых и легированных сталей. Предельная теплостойкость 1100-1150оС.
· Трехкарбидные твердые сплавы. Дополнительно введен карбид тантала помимо тех, что перечислены выше. ТТ17К12, где 17- суммарное содержание карбидов титана и тантала, 12-содержание кобальта, т.о. 71-карбид вольфрама. Эти сплавы имеют высокую прочность, применяются при обработке жаропрочных сталей и титан. сплавов.
Рекомендациям ИСО соответствуют три группы твердых сплавов:
· Группа Р - Р10-Т15К6
(синяя) Р25-ТТ20К9
Р50-ТТ7К12
· Группа М - М01-ВК6-ОН
(желтая) М30-ВК8
М40-ТТ7К12, ВК10-ОМ
· Группа К - К01-ВК3М
(красная) К20-ВК6
К40-ВК8
М- мелкий, ОМ- очень мелкий
Сплавы группы Р нужны для обработки материалов дающих сливную стружку (сталь).
Сплавы группы М – при обработке нержавеющих, жаропрочных сталей и титановых сплавов.
Сплавы группы К применяются для обработки малопластичных материалов, цветных сплавов, пластмассы, древесины, чугуна.
5. Минералокерамические инструментальные сплавы
Люди также интересуются этой лекцией: 22 Уровни научного исследования в образовании.
Эти сплавы готовятся на основе окиси алюминия Al2O3 c небольшими добавлениями окиси магния. Например, ЦМ332 используется при получистовой и чистовой обработке стальных и чугунных заготовок обладает высокой износостойкостью, высокими режущими свойствами, дешевле твердых сплавов, но хрупкий.
6. Сверхтвердые инструментальные материалы.
Это материалы на основе кубического нитрида бора КНБ, обладающие высокой твердостью и теплостойкостью. Примером может служить эльбор-Р, который используется при финишной обработке чугуна и закаленных сталей. При этом достигается шероховатость, характерная для шлифования. Режущая часть инструмента изготовляется из монокристаллов диаметром от 4 мм и длиной 6 мм.
7. Алмазы
Для изготовления режущей части инструмента применяются природные алмазы (А) и синтетические (АС) алмазы массой от 2 до 0,85 карата*. Природные алмазы применяются для чистового точения цветных металлов и сплавов пластмасс и других неметаллических материалов. Синтетические алмазы применяются при обрабработке высококремнистых материалов, стеклоплатика и др. пластмасс. Алмазы обладают высокой твёрдостью, малым коэффициентом трения и незначительной способностью к слипанию со стружкой, высокой износостойкостью. Недостатком является его низкая теплостойкость и дороговизна.
* 1 карат=0,2 грамма
