Четири групи се използват главно за производството на инструменти за обработка: инструментални материали(инструментални стомани, твърди сплави, свръхтвърди материали, режеща керамика), всяка от които е разделена на няколко подгрупи (фиг. 1). Нито един от тези инструменти не е универсален и не заема своята ниша в зависимост от вискозитета, здравината, устойчивостта на износване и твърдостта.

Фигура 1 - Класификация на инструменталните материали

Таблицата показва данни за разпространението на инструменталните материали в Русия и в света:

Бързорежещи стомани - Високолегирани инструментални стомани с висока твърдост с карбидно закаляване и съдържание на въглерод над 0,6%. Подобряването на качеството на бързорежещите стомани се постига с помощта на праховата металургия (PM). Характерните свойства на бързорежещите стомани, произведени по метода PM, са висока якост на огъване и 1,5-2,5 пъти по-висока издръжливост в сравнение с традиционните марки.

Фигура 2 - Характеристики на инструменталните материали

Твърдите сплави са продукти на праховата металургия, състоящи се от зърна от огнеупорни метални карбиди (WC, TiC, TaC), държани заедно от вискозно метално свързващо вещество. Най-често като свързващо вещество се използва кобалт, който има добра способност да омокря волфрамови карбиди. В твърдите сплави, които не съдържат волфрамови карбиди, като свързващо вещество се използва никел с молибденови добавки.

Волфрамовите, титановите и танталовите карбиди имат висока твърдост и огнеупорност. Колкото повече карбиди има в една твърда сплав, толкова по-висока е нейната твърдост и устойчивост на топлина, но толкова по-ниска е нейната механична якост. С увеличаване на съдържанието на кобалт силата се увеличава, но твърдостта и устойчивостта на топлина намаляват.

Съвременните твърди сплави могат да бъдат класифицирани по състав в четири основни групи:

§ твърди сплави волфрам-кобалт (TC) WC-Co;
§ твърди сплави титан-волфрам-кобалт (TK) WC-TiC-Co;
§ твърди сплави титан-тантал-волфрам-кобалт (TTC) WC-TiC-TaC-Co;
§ безволфрамови (BFTS) твърди сплави TiC (TiN)-Ni-Mo.

В чуждестранната литература всички твърди сплави, съдържащи волфрам, се наричат волфрам, а тези, които не съдържат волфрам, се наричат титан.

Твърдите сплави на волфрам или волфрам-кобалт (WC) (единичен карбид) се състоят от волфрамов карбид WC и кобалт (свързващо вещество). Сплавите от тази група се различават по съдържание на кобалт (от 3 до 15%), размер на зърното от волфрамов карбид и технология на производство. С увеличаване на съдържанието на кобалт се увеличава якостта на опън на твърдата сплав при огъване, якостта на удар и пластичната деформация, но твърдостта и модулът на еластичност намаляват.

Волфрам-кобалтовите твърди сплави се препоръчват предимно за обработка на материали, които произвеждат счупени чипове при рязане: чугун, цветни метали (бронз, силумин, дуралуминий), фибростъкло. Дребнозърнестите и изключително дребнозърнестите сплави от тази група (означени съответно с буквите М и ОМ) също се препоръчват за обработка на топлоустойчиви и устойчиви на корозия стомани и сплави.

Физическите, механичните и експлоатационните свойства на твърдите сплави, включително тези на базата на WC-Co, се влияят значително от размера на зърната на твърдата фаза. В сплави с нормално зърно средният размер WC зърната са 2-3 микрона. При същото съдържание на кобалт, намаляването на средния размер на зърното води до увеличаване на твърдостта и устойчивостта на износване с леко намаляване на якостта.

Твърдите сплави титан-волфрам или титан-волфрам-кобалт (TK) WC-TiC-Co (двукарбидни) са предназначени за обработка на стомани и цветни метали (месинг), които произвеждат непрекъснати стружки при рязане. В сравнение с VK твърдите сплави на основата на WC-Co, те имат по-голяма устойчивост на окисление, твърдост и топлоустойчивост, по-ниски стойности на топло- и електропроводимост и модул на еластичност.

Волфрамовите и титановите карбиди, които са в основата на твърдите сплави, имат висока естествена устойчивост на топлина. Топлоустойчивостта на сплавите от групата TK е: T5K10 - 1100ºC, T14K8 и T30K4 - 1150ºC. Числото след буквата K означава процентното съдържание на кобалт, числото след буквата T означава съдържанието на TiC, останалото е WC. Увеличаването на съдържанието на волфрамови и титанови карбиди в твърда сплав със съответното намаляване на съдържанието на кобалт води до повишаване на устойчивостта на топлина на твърдите сплави.

Сплавите T30K4 и T15K6 се използват за довършителни и полуобработени стомани с високи скорости на рязане и ниски натоварвания на инструмента, а сплавите T5K10 и T5K12 са предназначени за работа при тежки условия на ударни натоварвания с намалени скорости на рязане.

Титан тантал волфрам или титано тантал волфрам кобалт (TTC) твърди сплави WC-TiC-TaC-Co (трикарбид) се характеризират с повишена якост и висока твърдост (включително при температури от 600-800C). В обозначенията на сплави от тази група числата зад буквите TT показват общото съдържание на титанови и танталови карбиди, останалото - WC.

Сплавите от групата TTK са универсални по своята приложимост и могат да се използват както при обработката на стомана, така и при обработката на чугун. Основните приложения на трикарбидните сплави са рязане с много големи срязващи секции в условия на струговане и рендосване, както и тежка ударна обработка. В тези случаи повишената якост поради наличието на танталови карбиди компенсира намалената им устойчивост на топлина.

Горните обозначения на марките твърди сплави, произведени в Русия, отразяват химичния състав на тези сплави. Чуждестранните компании, като правило, присвояват обозначения на произвежданите от тях твърди сплави, които съдържат информация за областите на приложение на определена марка.

Обозначения на сплави от волфрамов карбид:

Международната организация по стандартизация ISO (ISO) предложи система за класификация на карбидни сплави, според която всички карбидни сплави се разделят на групи по приложимост в зависимост от материалите, за които са предназначени да бъдат обработвани. Тази система разграничава: група твърди сплави P - за обработка на материали, които произвеждат непрекъснати чипове; група сплави К - за обработка на материали, които произвеждат елементарни стружки и междинна група сплави - М.

Колкото по-висок е индексът на подгрупата на приложение, толкова по-ниска е устойчивостта на износване на карбида и допустимата скорост на рязане, но толкова по-висока е якостта (якостта на удар), допустимото подаване и дълбочината на рязане. По този начин малките индекси съответстват на довършителни операции, когато от твърдите сплави се изисква висока устойчивост на износване и ниска якост, а големите индекси съответстват на груби операции, когато твърдата сплав трябва да има висока якост.

Такава система, въпреки цялата си конвенционалност, изигра положителна роля, тъй като производителите на инструменти могат, заедно с марката на твърдата сплав, условно да посочат областта на нейното приложение, а потребителите могат да изберат марката твърда сплав, която е най-близка отговаря на условията на труд.

През последните години обещаваща посока е създаването и използването на твърди сплави без волфрам (TBF). В цял свят се провеждат интензивни изследвания в тази посока. Производството на твърди сплави без волфрам е най-развито в Япония (около 40% от общото производство на твърди сплави), в САЩ и в европейските страни.

Твърдите сплави без волфрам, както и сплавите, съдържащи волфрам, са продукти на праховата металургия, но титановият карбид и карбонитрид, които имат висока твърдост, устойчивост на износване и мащаб, се използват като твърда устойчива на износване фаза. Никелът се използва като циментиращ метал и за подобряване на омокрянето на карбидната фаза по време на синтероване с разтопено свързващо вещество и в същото време за намаляване на крехкостта на BVTS, в техния състав се въвеждат молибден и ниобий.

В Русия най-обещаващите по отношение на практическо приложениесплавите без волфрам TN20, KNT16 и LTSK20 са се доказали. Сплавта TV4, базирана на титанов карбонитрид, съдържа 8-9% волфрам в молибден-никеловото свързващо вещество за увеличаване на нейната якост и по същество е с ниско съдържание на волфрам. Нова групаСплавите TsTU и NTN30 имат повишена експлоатационна надеждност и разширен обхват на приложение поради легиране съответно с волфрамови и титанови и ниобиеви карбиди.

Тези сплави са предназначени да заменят съдържащите волфрам твърди сплави от групата TK при струговане и фрезоване на стомана (области на приложение P20-P30). Въпреки това, като цяло, въпреки спестяването на скъп волфрам, BHTS може да служи като еквивалентен заместител на волфрамови твърди сплави само при строго определени условия на обработка, а значителната нестабилност на свойствата и ниската циклична якост не позволяват да ги препоръчате като инструмент материали за автоматизирано производство.

Режещата керамика (CC) има висока твърдост и якост на натиск, запазва свойствата си при високи температури, повишена устойчивост на износване и устойчивост на окисляване, но значително по-ниска якост на огъване в сравнение с твърдите сплави.

Керамичните материали за рязане могат да бъдат разделени на четири групи: 1) оксид (бяла керамика) на базата на Al2O3,

2) оксикарбид (черна керамика) на базата на състава Al2O3-TiC,
3) оксид-нитрид (кортинит) на базата на Al2O3-TiN,
4) нитридна керамика на базата на Si3N4.

Всяка от тези групи има свои собствени характеристики, както в технологията на производство, така и в областта на приложение, определени преди всичко от състава и структурата на материала. Намаляването на размера на зърната и порьозността на минералната керамика води до увеличаване на устойчивостта на износване, здравината и твърдостта на материала.

Вътрешните марки на оксид RA са TsM-332, VO-13, VO-18, VSh-75. За разлика от бързорежещите стомани и твърдите сплави, маркировката RK не отразява нейния състав. Според производствена практикаОксидната керамика е за предпочитане при струговане на детайли от незакалени конструкционни стомани и феритни ковки чугуни (NF< 230) при скоростях резания свыше 250 м/мин.

Твърдостта на различните степени на RC е HRA 93-96, якостта - 400-950 MPa. Този широк диапазон от основни свойства се определя от различното съдържание на карбиди и нитриди, както и от размера на зърната.

Сравнителните характеристики на свойствата на карбидите показват, че най-обещаващият от тях е титановият карбид, който има висока твърдост, устойчивост на износване, достатъчна топлопроводимост и еластични свойства и се използва широко като основа на инструментални материали. В допълнение, той не е оскъден и може лесно да се получи чрез редуциране на оксида със сажди.

Въз основа на горното титановият карбид беше избран като укрепваща добавка към алуминиевия оксид. Изследването на влиянието му върху свойствата на оксидно-карбидния състав направи възможно избора на състава и разработването на технологията на сплавта VOK-71. Съставът на VOK-71 се състои от база Al2O3 с добавяне на 20% TiC. Той не е по-нисък от сплавта VOK-63 по твърдост, но го превъзхожда по сила. При рязане на чугун и стомана с различна твърдост смесената керамика VOK-71 показа предимство пред другите сплави.

Успоредно с подобряването на оксидно-карбидните керамични материали бяха разработени нови марки режеща керамика на базата на силициев нитрид. На базата на оксидния керамичен материал VSh-75 е разработен керамичният материал ONT-20 (кортинит).

Кортинитът е оксидно-нитриден РА, съдържащ фино диспергиран титанов нитрид. Адхезионното взаимодействие на кортинита с обработвания материал е по-малко интензивно от това на оксидно-карбидните керамични материали.

Положителните свойства на титановия нитрид направиха възможно създаването на нитридна режеща керамика. По отношение на свойствата си съставът на базата на силициев нитрид е малко по-нисък от оксидно-карбидната керамика, но такъв керамичен материал има висока якост на огъване и нисък коефициент на топлинно разширение, което го отличава благоприятно от разгледаните по-рано видове RC .

Nitride RC има твърдост HRC 86-95, якост на опън 600-950 MPa, ударна якост и топлопроводимост по-високи от другите видове керамика. Предимството на нитрида RC е фактът, че при температура 790-900ºC неговата твърдост е по-висока от твърдостта на оксид-карбид и оксид RC.

Предпочитаната област на приложение на нитридната боя е обработката на чугун и топлоустойчиви сплави. Този химичен агент не се препоръчва за обработка на стомани поради високата интензивност на дифузионно износване. Скоростите на рязане при обработка на чугун със сиалон достигат 1500 m/min.

Работи се за създаване на композиции от нитрид RA с карбиди. Например добавянето на 20% TiC позволява 50% увеличение на издръжливостта и твърдостта, което от своя страна прави възможно използването на по-високи скорости на подаване и скорости на рязане (до 1800 m/min). Такива състави се препоръчват предимно за обработка на никелови сплави.

Причините, ограничаващи широкото използване на керамиката в металообработването, са: ниска якост, висока крехкост, значителна чувствителност към локални напрежения и структурни дефекти. Следователно основният проблем при създаването на нови керамични материали е увеличаването на якостта.

В последните години голямо вниманиеспециалисти в областта на RK са посветени на разработването на подсилена керамика. Най-често като усилващ елемент за RC се използват мустаци от силициев карбид SiC (с якост до 4000 MPa) с дължина 20-30 µm и диаметър до 1 µm. Отбелязва се, че такова усилване позволява да се увеличи вискозитета на оксида RC с 1,5 пъти без значително намаляване на твърдостта.

Достатъчно дългите кристали (2 или повече пъти по-големи от зърната на матрицата) служат като мостове между зърната, повишавайки тяхната стабилност при натоварване. В допълнение, разликата в коефициентите на топлинно разширение на кристалите SiC и основата създава благоприятни напрежения на натиск по време на нагряване, които компенсират напреженията на опън, възникващи в SMP по време на процеса на рязане.

Подсиленият RC може да се използва за периодично струговане и фрезоване. Тъй като подсилените керамични режещи инструменти са скъпи, използването им е рентабилно само в определени приложения, като например обработка на детайли, изработени от топлоустойчиви никелови сплави, както и закалени стомани и чугуни.

Свръхтвърдите инструментални материали (HTM) са инструментални материали, които имат твърдост по Викерс при стайна температура над 35 GPa. Свръхтвърди материали (STM), използвани за оборудване на метал режещи инструменти, се разделят на две основни групи:

§ STM на базата на въглерод - естествени и изкуствени (поликристални) диаманти;
§ СТМ на базата на борен нитрид (композити).

Тези две групи СТМ имат различни области на приложение, което се дължи на разликата в техните физико-механични свойства и химичен състав.

Естествените диаманти имат редица важни свойства, необходими за инструментални материали. Твърдостта на естествените диаманти е по-висока от твърдостта на всеки естествен или синтетичен материал. Имат нисък коефициент на триене и висока топлопроводимост. При заточване на диамантени инструменти се осигурява радиус на заобляне на режещия ръб в рамките на части от микрометъра, така че е възможно да се получи почти идеално остър и прав режещ ръб, което е особено важно за прецизната обработка.

Недостатъците на естествените диаманти са: анизотропия на свойствата, ниска якост, относително ниска (700-750ºC) устойчивост на топлина и химическа активност спрямо сплави на основата на желязо при повишени температури, както и висока цена.

Посочените свойства на естествените диаманти определят областта на тяхното ефективно използване: прецизна обработкачасти от цветни метали и неметални материали. По-специално, диамантени инструменти с радиус на заобляне на режещия ръб от 5-6 микрона се използват при обработка на метални огледала, дискове с памет и оптоелектронни части с дълбочина на рязане от 12-20 микрона.

Ограничените запаси от естествени диаманти, както и високата им цена, наложиха разработването на технология за синтетични диаманти. Условията за производство на синтетични диаманти са въздействието върху диамантообразуващия материал, съдържащ въглерод (графит, сажди, дървени въглища). Ударът се извършва при налягане от 60 000 атмосфери при температура 2000-3000°C, което осигурява подвижността на въглеродните атоми и възможността за преструктуриране на графитната структура в структурата на диаманта.

Синтетичните диаманти за режещи инструменти обикновено имат поликристална структура. Примери за домашни поликристални диаманти (PCD) са ASPK (карбонадо) и ASB (балас). Микротвърдостта на поликристалните диаманти е средно същата като тази на естествените монокристали (56-102 GPa), но диапазонът на нейното изменение за PCD е по-широк. Плътността на синтетичния баласт (ASB) и карбонадо (ASPC) е по-висока от плътността на монокристалите на естествения диамант, което се обяснява с наличието на известно количество метални включвания.

Синтетичните и естествените диаманти не могат да се противопоставят един на друг, те се допълват и всеки от тях има своя собствена оптимална област на приложение. Но както синтетичните, така и естествените диаманти не се препоръчват за обработка на материали и сплави, съдържащи желязо, което се обяснява с високия физически и химичен афинитет на черните метали и диаманта.

Няма естествено срещащи се съединения на борен нитрид (BN). Изкуствено получените модификации на борен нитрид въз основа на вида на кристалната решетка се разделят на графитоподобен, вюрцитов и кубичен борен нитрид (CBN). Плътните модификации на BN се различават по технологията на производство, структурата и физико-механичните свойства.

Примери за домашни STM на базата на борен нитрид са композит 01 (elbor), композит 02 (belbor), SKIM-PK, Petbor, KP3. Най-известните чужди материали от тази група са киборит, Вурбон, Боразон, Амборит, Сумиборон.

Базираните на BN STM се използват главно за обработка на закалени стомани (HRC>45) и чугуни (HB>230) при високи скорости на рязане, а обработката с BN ножове в много случаи е по-ефективна от шлайфането.

Фигура 3 - Класификация на частните марки

По този начин STM са представени в две посоки: на базата на въглерод и на базата на борен нитрид. Твърдостта на поликристалните диаманти е по-висока от твърдостта на композитите, а устойчивостта на топлина е 1,5-3 пъти по-ниска. Композитите са практически инертни към сплавите на основата на желязо и диамантите проявяват значителна активност към тях при високи температури и контактни налягания, възникващи в зоната на рязане. Следователно режещите инструменти, изработени от композитни материали, се използват главно при обработката на стомани и чугуни, а диамантените инструменти се използват при обработката на цветни метали и сплави, както и неметални материали.

Възможността за въвеждане на свръхтвърди материали в момента е ограничена от състоянието на оборудването. Само около 50% от съществуващите машини могат да осигурят необходимото ниво на скорости на рязане, около 25% от машините се нуждаят от модернизация и около 25% са неподходящи за използване на инструменти, оборудвани със STM.

От друга страна, възможността за прилагане на високи скорости на рязане, които са оптимални за STM на ново оборудване, което има необходимите характеристики по отношение на мощност, твърдост и устойчивост на вибрации, осигурява значително увеличение на производителността на металообработката.

Абразивни материали - тези зърна от абразивен материал с остри ръбове служат като режещи елементи на шлифовъчни инструменти. Те се делят на естествени и изкуствени. Естествените абразивни материали включват минерали като кварц, шмиргел, корунд и др. В промишлеността най-разпространените изкуствени абразивни материали са електрокорунд, силиций и борни карбиди. Изкуствените абразивни материали включват също полиращи и довършителни прахове - хромови и железни оксиди.Специална група изкуствени абразивни материали са синтетичните диаманти и кубичният борен нитрид, които са най-перспективни, тъй като имат максимална твърдост (диамант) и топлоустойчивост (CNB).

Иновационна посока

Нанотехнологиите са обещаващи в производството на режещи инструменти. Според експертни прогнози делът на използването на нанотехнологиите на руския пазар за моноинструменти сега е 63%, а за готови инструменти - 6%.

Перспективни нанотехнологии в производството на инструменти за обработка.

Износването на металорежещия инструмент увеличава грешката в размерите, влияе върху качеството на обработваната повърхност, увеличава силите на рязане и води до изкривяване на повърхностния слой на детайла.Износването и технологичният период на живот на инструмента могат да бъдат намалени чрез използване на модерни материали и готови инструменти, оборудвани със сменяеми многостранни вложки.

Процесът на рязане е придружен от високо налягане върху режещия инструмент, триене и генериране на топлина. Такива условия на работа поставят редица изисквания, на които трябва да отговарят материалите, предназначени за производството на режещи инструменти.

Инструменталните материали трябва да имат висока твърдост, надвишаваща твърдостта на обработвания материал. Високата твърдост на материала на режещата част може да се осигури от физичните и механичните свойства на материала (диаманти, силициеви карбиди, волфрамови карбиди и др.) или

топлинната му обработка (закаляване и темпериране).

По време на процеса на рязане изрязаният слой притиска предната повърхност на инструмента, създавайки нормално напрежение в контактната зона. При рязане на структурни материали с установени условия на рязане нормалните контактни напрежения могат да достигнат значителни стойности. Режещият инструмент трябва да издържа на такива налягания без крехко счупване или пластична деформация. Тъй като режещият инструмент може да работи при условия на променливи сили, например поради неравномерно отстранен слой метал от детайла, важно е материалът на инструмента да комбинира висока твърдост с устойчивост на натиск и огъване и да има висока граница на издръжливост и ударна якост. По този начин материалът на инструмента трябва да има висока механична якост.

При рязане от страната на детайла върху инструмента действа мощен топлинен поток, в резултат на което върху предната повърхност на инструмента се установява висока температура. В този случай режещите елементи на инструмента губят своята твърдост и се износват поради интензивно нагряване. Следователно, най-важното изискване за инструментален материал е неговата висока топлоустойчивост - способността да се поддържа необходимата твърдост за процеса на рязане при нагряване.

Движението на стружките по предната и задната режещи повърхности на инструмента при високи контактни напрежения и температури води до износване на работните повърхности. По този начин високата устойчивост на износване е най-важното изискване за характеристиките на инструменталния материал. Износоустойчивостта е способността на материала на инструмента да устои на отстраняването на неговите частици от контактните повърхности на инструмента по време на рязане. Зависи от твърдостта, якостта и топлоустойчивостта на материала на инструмента.

Материалът на инструмента трябва да има висока топлопроводимост. Колкото по-високо е, толкова по-малък е рискът от изгаряния и пукнатини при смилане.

Промишлеността използва голям брой инструменти, което изисква съответно потребление на инструментален материал. Материалът на инструмента трябва да бъде възможно най-евтин и да не съдържа оскъдни елементи, което няма да увеличи цената на инструмента и съответно разходите за производство на части.

В съответствие с химичния състав и физико-механичните свойства инструменталните материали се разделят на:

въглеродни инструментални стомани;

легирани инструментални стомани;

бързорежещи стомани и сплави (високолегирани);

твърди сплави;

минерална керамика;

абразивни материали;

диамантени материали.

Най-често срещаните въглеродни материали за инструменти са следните марки: U9A, U10A, U12A, U13A.

Маркировката на въглеродните инструментални стомани се дешифрира, както следва: буквата "U" означава, че стоманата е въглеродна; числото показва съдържанието на въглерод в него в десети от процента; буквата "А" показва, че стоманата е висококачествена.

Въглеродните стомани, поради липсата на легиращи химически елементи, са лесни за смилане и са евтин инструментален материал. В същото време инструментите, изработени от въглеродна стомана, се износват сравнително бързо и губят твърдостта, получена по време на закаляването.

Тези стомани се използват за направата на инструменти с малки размери за обработка на меки материали с ниски скорости на рязане. Марки стомана U7A, U7, U8A, U8, U8GA, U9A и U9 се използват за производството на различни металообработващи и ковашки инструменти, инструменти за обработка на дърво, кожа и др. Същите марки стомана се използват за направата на държачи и тела на инструменти, оборудвани с твърди плочи от сплав.

Легираните инструментални стомани се получават чрез добавяне на въглеродни стомани голямо количестволегиращи елементи: хром (X), волфрам (V), ванадий (F), силиций (C), манган (G). Най-широко използваните марки стомана в производството на инструменти са ХВ5, ХВГ, 9ХС.

Стоманата XB5 след топлинна обработка придобива много висока твърдост ( H.R.C. 67...67), не се втвърдява добре, но не отстъпва по якост на стоманата U12A, но поради високата си твърдост има висока устойчивост на малки пластични деформации. Инструментите, изработени от него, се характеризират с висока стабилност на размерите на остриетата. Тази стомана се използва за производството на инструменти, работещи при ниски скорости на рязане.

Стоманата HVG придобива твърдост след закаляване и отвръщане H.R.C. 63...65 и сравнително висок вискозитет, характеризиращ се с малки обемни промени по време на охлаждане, е добре закален, но има намалена устойчивост на малки пластични деформации. Инструментите, изработени от тази стомана, са леко деформирани и се поддават добре на изправяне.

Стомана 9ХС става твърда след топлинна обработка H.R.C. 63…64. Има добра закаляемост. Инструментите, изработени от тази стомана, имат малка деформация. Стоманата също е нечувствителна към прегряване. Стомана 9ХС е особено подходяща за производство на инструменти с тънки режещи елементи.

Високолегираните инструментални (бързорежещи) стомани и сплави се получават чрез добавяне на голям брой легиращи елементи към въглеродна стомана: волфрам, ванадий, молибден, хром. Чрез въвеждането на волфрам, ванадий, молибден и хром в стомана в значителни количества се получават сложни карбиди, които свързват почти целия въглерод, което осигурява повишаване на устойчивостта на топлина на високоскоростната стомана.

За разлика от въглеродните и легираните инструментални стомани, бързорежещите стомани имат по-висока твърдост, якост, устойчивост на топлина и износване, устойчивост на малки пластични деформации и добра закаляемост. Поради високата топлоустойчивост на бързорежещите стомани, инструментите, изработени от тези стомани, работят при скорости на рязане 2,5...3 пъти по-високи от разрешените за въглеродни инструменти с еднаква издръжливост. Според нивото на устойчивост на топлина бързорежещите стомани се разделят на:

стомани с нормална топлоустойчивост (R18, R9, R12, R6M3 и R6M5);

стомани с повишена топлоустойчивост, легирани с ванадий (ванадиеви стомани R18F2, R14F4, R9F5) и кобалт (кобалтови стомани R9K5, R9K10);

високолегирани стомани и сплави с висока устойчивост на топлина (бързорежещи стомани с повишена якост) - безвъглеродни сплави (R18M3K25, R18M7K25 и R10M5K25), различаващи се по съдържание на волфрам и молибден.

В допълнение към традиционните бързорежещи стомани, получени чрез топене, напоследъкОвладяно е производството на прахови бързорежещи стомани, които имат по-високи режещи свойства поради специална финозърнеста структура. Такива стомани позволяват да се получат остриета с много малък начален радиус на заобляне на режещия ръб.

Широкото използване на бързорежеща стомана в производството на голямо разнообразие от инструменти се обяснява с добрите й режещи и технологични свойства. От бързорежещи стомани се произвеждат различни режещи инструменти, включително фрези за обработка на дърво и композитни материали. Поради високата цена на бързорежещите стомани, те се използват главно при производството на сглобени инструменти под формата на режещи вложки.

Твърди сплави. В допълнение към готовите инструменти, дизайните на фрези, оборудвани с твърдосплавна сплав с вложки, изработени от бързорежещи стомани, са широко разпространени. За разлика от въглеродните, легираните и бързорежещите стомани, произведени чрез топене в електрически топилни пещи, последвано от валцуване, твърдите сплави се произвеждат по металокерамичния метод на праховата металургия (синтероване). Изходните материали за производството на твърди сплави са прахове от карбиди на огнеупорни метали: волфрам, титан, тантал и кобалт, които не образуват карбиди. Праховете се смесват в определени пропорции, пресоват се във форми и се синтероват при температура 1500...2000 0 С. При синтероване твърдите сплави придобиват висока твърдост и не изискват допълнителна термична обработка.

Волфрамовите, титановите и танталовите карбиди имат висока огнеупорност и твърдост. Те образуват режещата основа на сплавта, а кобалтът, в сравнение с волфрамовите, титановите и танталовите карбиди, е много по-мек и по-здрав и следователно в сплавта е свързващо вещество, което циментира режещата основа. Увеличаването на количеството волфрамов, титанов и танталов карбиди води до увеличаване на твърдостта и топлоустойчивостта на сплавта и намалява нейната механична якост. С увеличаване на съдържанието на кобалт твърдостта и топлоустойчивостта на сплавта намаляват, но нейната якост се увеличава.

Индустрията произвежда четири групи твърди сплави:

волфрамов монокарбид (VK), синтерован от волфрамов и кобалтов карбид: VK2, VK3M, VK4, VK4V, VK6M, VK6, VK6V, VK8, VK8V;

волфрамов двукарбид (титан-волфрам TC), синтерован от волфрамов карбид, титанов карбид и кобалт: T30K4, T5K6, T14K8, T5K10, T5K12V;

волфрамов трикарбид (титанов танталов волфрам TTK), синтерован от титанов карбид, танталов карбид и волфрамов и кобалтов карбид: TT7K12;

без волфрам (TNT - KNT), синтерован от титанов карбид (TNT), титанов нитрид (TNT), никел и молибден.

Различните физически, механични и режещи свойства на инструментите се определят от химичния състав на класовете карбиди. Основните свойства на твърдите сплави са представени в табл. 1. 2 .

Сплавите от групата VK се използват за обработка на крехки материали.

Таблица 1.2

Основни свойства на твърдите сплави

Имоти	VC	TK	TTK	TNT – KNT
Плътност, kg/m3	12900… 15300	10100… 13600	12000… 13800	5500… 9500
σ izg, MPa	1180…2450	1170…1770	12500…17000	400…1750
Микротвърдост, MPa	8,8…16,2	11,3…21,6	13,9…14,4	~ 18
Работна температура, 0 С	~ 500	~ 900	~ 1000	~ 800

Сплавите от групата TK имат висока устойчивост на износване и топлина, но са по-крехки от сплавите от групата VK. Основните свойства и химичен състав на някои сплави от групата VK са представени в табл. 1. 3 .

Сплавите от групата TTK са универсални в своята приложимост и са подходящи за обработка на много конструкционни материали. Сплавите се характеризират с по-малка крехкост, по-голяма якост на задържане на карбидната фаза, по-добра устойчивост на високотемпературна течливост и по-голяма якост на опън при циклично натоварване в сравнение с TK и VK сплавите. Следователно инструментите, оборудвани с пластини TTC, са особено ефективни при прекъснати процеси на рязане. В тези случаи повишената якост на ТТК сплавите компенсира намалената им топлоустойчивост. Основните свойства и химичен състав на някои сплави от групите TK и TTK са представени в табл. 1. 4 .

Таблица 1.3

Основни свойства и химичен състав на някои сплави от групата VK

Степен на сплав	ТОАЛЕТНА, %	TiC,%	TaC,%	Co,%	σ izg, MPa	HRA		σ szh, MPa	NV	Имоти
VK2					1100		15,2	416		Висока устойчивост на износване
VK3					1100		16,2
VK3M
VK6					1450		14,8	460		По-високо от VK2, VK3M
VK6M					1500		14,8			Зърната са едри, устойчиви на износване. По-долу
VK8
VK10					1700		14,8		366
VK25					2000	83,5	13,0		370

Най-важните правила при избора на клас твърда сплав във всяка група са:

при тежки условия на работа на инструмента по отношение на мощността твърдата сплав трябва да съдържа достатъчно голям процент кобалт;

колкото по-лесен е силовият режим на работа, толкова повече титанови и волфрамови карбиди трябва да се съдържат в сплавите.

За производството на режещи инструменти твърдосплавните сплави се доставят под формата на плочи с определена форма и размер.

Твърдите сплави под формата на плочи се свързват към закрепващата част чрез запояване или използване на специални високотемпературни лепила. Многостранните карбидни пластини се закрепват със скоби, винтове, клинове и др.

Таблица 1.4

Основни свойства и химичен състав на някои сплави от групите ТК и ТТК

Степен на сплав	ТОАЛЕТНА, %	TiC,%	TaC,%	Co,%	σ izg, MPa	HRA		σ szh, MPa	Имоти
T30K4					900		9,7		Висока устойчивост на износване съпротива ударни натоварвания
T15K6					1159		11,3	3900	Висока устойчивост на износване
T5K10					1385		13,0	4000	Съпротива по-висока от T14K8
TT7K12					1600		13,0		Увеличете V Р 2 пъти (в сравнение с BRS
TT10K8B					1400		13,6		Умерена устойчивост на износване, висока производителност. сила

Малоразмерните твърдосплавни инструменти се произвеждат под формата на твърдосплавни пръти и корони, запоени към стебла или изцяло изработени от твърд сплав.

Наред с волфрамовите твърди сплави има и сплави, които не съдържат волфрамов карбид и се наричат твърди сплави без волфрам.

Причината за пълната или частична замяна на волфрамовия карбид с други твърди материали беше недостигът на волфрам като суровина за производството на металокерамични твърди сплави.

Пълната подмяна на волфрамов карбид може да се извърши по три начина:

Приложение на други твърди материали, като нитриди, бориди, силициди, оксиди или неметални карбиди (борни и силициеви карбиди);

Замяна на волфрамов карбид с карбиди на други огнеупорни метали (карбиди на ниобий, цирконий, хафний, ванадий и др.) или техните бинарни или тройни твърди сплави;

Просто изключване на волфрамов карбид от състава на твърдата сплав.

Твърдите сплави без волфрам, в сравнение с волфрамовите, имат по-ниска якост на огъване, но имат по-висока твърдост и ниска адхезия към стоманите. Инструментите, изработени от тези сплави, работят върху стомани практически без натрупване, което определя обхвата им на приложение (чисто и получисто струговане и фрезоване на нисколегирани, въглеродни стомани, чугун и сплави от цветни метали). Износоустойчивостта е 1,2 - 1,5 пъти по-висока от тази на сплавите от групата на ТК. Основните физични и механични свойства на твърдите сплави без волфрам са представени в табл. 1. 7 .

Таблица 1.5

Физико-механични свойства на безволфрамови твърди сплави

Степен на твърд сплав	Плътност, g/cm3	σ izg, MPa	σ szh, MPa	Твърдост, HRA	Модул на еластичност 10 3 MPa	Размер на зърното, микрони
TM3	5,9	1150	3600		410
ТН-20	5,5	1000	3500	89,5	400	1-2
ТП-50	6,2	1250		86,5
КНТ-16	5,8	1150	3900		440	1,2-1,8
MNT-A2	5,5	1000

Недостатъкът е, че безволфрамовите карбидни сплави трудно се поддават на запояване и заточване поради незадоволителни термични свойства и затова се използват главно под формата на нешлифовани плочи.

Минерална керамика, която е кристален алуминиев оксид (Ал 2 O 3 ). Минералната керамика на марката TsM-332 стана широко разпространена.

В резултат на синтероването минералокерамиката се превръща в поликристално тяло, което се състои от малки корундови кристали и междукристален слой под формата на аморфна стъкловидна маса. Минералната керамика е евтин и достъпен инструментален материал, тъй като не съдържа оскъдни и скъпи елементи, които са в основата на инструменталните стомани и твърдите сплави.

Освен това минералокерамиката има висока твърдост и изключително висока устойчивост на топлина. По отношение на топлоустойчивостта минералокерамиката превъзхожда всички обикновени инструменти за инструменти, което позволява на минералокерамичните инструменти да работят при скорости на рязане значително по-високи от скоростите на рязане на твърдосплавните инструменти и това е основното предимство на минералокерамиката.

Наред с посочените предимства на минералокерамиката, тя има недостатъци, които ограничават нейното използване: намалена якост на огъване, ниска якост на удар и изключително ниска устойчивост на циклични промени в термичното натоварване. В резултат на това по време на периодично рязане се появяват пукнатини от температурна умора на контактните повърхности на инструмента, което причинява преждевременна повреда на инструмента.

Ниската якост на огъване и високата крехкост на минералната керамика позволяват използването й само в инструменти за обработка на структурни материали при довършителни операции с непрекъснато завъртане и с малки участъци от изрязания слой при липса на удари и удари.

Режещият инструмент е оборудван с минералокерамични плочи с определени форми и размери. Плочите се закрепват към корпуса на инструментите чрез запояване, залепване и механично.

В дървообработването все повече се използват диамантени и свръхтвърди материали, които могат да бъдат разделени на три вида:

естествени и синтетични диаманти под формата на моно- и поликристали;

кубичен борен нитрид, под формата на моно- и поликристали;

синтетични поликристални композитни материали (композити), получени чрез синтез или синтероване.

Естествените диаманти представляват специална група материали за оборудване на режещи инструменти.

Разновидностите на диаманта са: балас, карбонадо, мънисто. Полезен имотТова, което прави диамантите толкова специални, е преди всичко тяхната изключително висока твърдост. Висока топлопроводимост, много по-висока от топлопроводимостта

Свойствата на всички известни инструментални материали и ниският коефициент на линейно разширение на диаманта позволяват извършването на прецизна обработка на размерите с диамантени инструменти. Ниският коефициент на триене върху обработвания материал и ниската склонност към сцепление осигуряват ниска грапавост на повърхността при рязане с диамантени инструменти.

В индустрията се използват както естествени (клас А), така и синтетични диаманти (класове ASO, ASR, ASV и др.). Синтетичните диаманти се получават от графит и въглеродни вещества. Разновидности на естествен диамант: мънисто и карбонадо - се използват само в промишлеността.

Синтетичен свръхтвърд материал за същата цел като диаманта включва кубичен борен нитрид (CBN). Образува се в резултат на химическата комбинация на бор и азот. Твърдостта на CBN е по-ниска от тази на диаманта, но кубичният борен нитрид превъзхожда диаманта по устойчивост на топлина, но е приблизително 3 пъти по-нисък по топлопроводимост. Производството на големи поликристални образувания от кубичен борен нитрид с диаметър 3...4 и дължина 5...6 mm, които имат висока якост, позволява да се оборудват с тях режещи инструменти.

Въглеродни и легирани инструментални стомани.Гамата от инструментални материали е разнообразна. Те започнаха да използват по-рано от други материали за производството на режещи инструменти въглеродни инструментални стомани степени U7, U7A...U13, U13A. Освен желязо и въглерод, тези стомани съдържат 0,2...0,4% манган. Инструментите, изработени от въглеродни стомани, имат достатъчна твърдост при стайна температура, но тяхната топлоустойчивост е ниска, тъй като при относително ниски температури (200 ... 250 ° C) тяхната твърдост рязко намалява.

Легирани инструментални стоманипо мой собствен начин химичен съставсе различават от въглеродните материали в повишеното съдържание на силиций или манган или наличието на един или повече легиращи елементи: хром (увеличава твърдостта, якостта, устойчивостта на корозия на материала, намалява неговата пластичност); никел (увеличава якостта, пластичността, ударната якост, закаляването на материала); волфрам (увеличава твърдостта и устойчивостта на топлина на материала); ванадий (увеличава твърдостта и здравината на материала, насърчава образуването на финозърнеста структура); кобалт (увеличава якостта на удар и топлоустойчивостта на материала); молибден (увеличава еластичността, здравината, устойчивостта на топлина на материала). За режещи инструменти се използват нисколегирани стомани от класове 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС и др.. Тези стомани имат по-високи технологични свойства - по-добра закаляемост и закаляемост, по-малка склонност към изкривяване, но тяхната топлоустойчивостта е почти равна на топлоустойчивостта на въглеродните стомани 350...400 °C и затова се използват за производство на ръчни инструменти (райбери) или инструменти, предназначени за обработка на машини с ниски скоростирязане (малки свредла, райбери).

Бързорежещи инструментални стомани.От групата на високолегираните стомани за производството на режещи инструменти се използват бързорежещи стомани с високо съдържание на волфрам, молибден, кобалт и ванадий. Съвременните бързорежещи стомани могат да бъдат разделени на три групи.

ДА СЕ стомани с нормална топлоустойчивост включват волфрам R18, R12, R9 и волфрам-молибден R6M5, R6MZ, R8MZ (Таблица 6.1). Тези стомани имат твърдост в закалено състояние 63...66 HRC e, якост на огъване 2900...3400 MPa, якост на удар 2,7...4,8 J/m 2 и топлоустойчивост 600... .650 °C . Тези марки стомана са най-широко използвани в производството на режещи инструменти. Използват се при обработката на конструкционни стомани, чугуни, цветни метали и пластмаси. Понякога се използват бързорежещи стомани, допълнително легирани с азот (P6AM5, P18A и др.), Които са модификации на конвенционалните бързорежещи стомани. Легирането с азот повишава режещите свойства на инструмента с 20...30%, твърдостта - с 1...2 единици HRC e.

Стомани с висока топлоустойчивостхарактеризиращ се с високо съдържание на въглерод - 10Р8МЗ, 10Р6М5; ванадий - R12FZ, R2MZF8, R9F5; кобалт - R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8 и др.

Твърдостта на стоманите в закалено състояние достига 66...70 HRC e, имат по-висока топлоустойчивост (до 620...670 °C). Това прави възможно използването техенза обработка на топлоустойчиви и неръждаеми стомани и сплави, както и на високоякостни и закалени конструкционни стомани. Срокът на експлоатация на инструментите, изработени от такива стомани, е 3...5 пъти по-висок, отколкото от стомани R18, R6M5.

Таблица 3. Съдържание на легиращи елементи в бързорежещи стомани, %

Стомани с висока топлоустойчивостхарактеризиращ се с ниско съдържание на въглерод, но много голямо количество легиращи елементи - Bl1M7K23, V14M7K25, ZV20K20Kh4F. Те имат твърдост 69...70 HRC E, и топлоустойчивост 700...720 °C. Най-рационалната област на тяхното използване е рязане на трудни за рязане материали и титанови сплави. В последния случай срокът на експлоатация на инструментите е 30...80 пъти по-висок от този на стомана R18 и 8...15 пъти по-висок от този на твърда сплав VK8. При рязане на конструкционни стомани и чугуни експлоатационният живот се увеличава по-слабо (3...8 пъти).

Поради острия недостиг на волфрам в СССР и в чужбина се разработват инструментални материали без волфрам, ввключително бързорежещи стомани.

Тези стомани включват стомани с ниско съдържание на волфрам R2M5 и RZMZF4K5. R2MZF8, A11RZMZF2 и 11M5F без волфрам (вижте таблица 6.1). Характеристиките на тези стомани са близки до свойствата на традиционните бързорежещи стомани от съответните групи.

Обещаващо направление за подобряване на качеството на бързорежещите стомани е тяхното производство по методите на праховата металургия. Стоманите R6M5K5-P (P - прах), R9M4K8-P, R12MZFZK10-P и други имат много равномерна финозърнеста структура, добре шлифовани, по-малко деформирани по време на топлинна обработка и се характеризират със стабилни експлоатационни свойства. Срокът на експлоатация на режещите инструменти, изработени от такива стомани, се увеличава до 1,5 пъти. Наред с праховите бързорежещи стомани, т.нар карбидни стомани,съдържащи до 20% TiC, които по отношение на експлоатационните характеристики заемат междинно място между бързорежещи стомани и твърди сплави.

Твърди сплави.Тези сплави се произвеждат чрез прахова металургия под формата на плочи или корони. Основните компоненти на такива сплави са волфрамови карбиди WC, титан TiC, тантал TaC и ниобий NbC, най-малките частици от които са свързани чрез сравнително мек и по-малко огнеупорен кобалт или никел, смесен с молибден (таблици 6.2, 6.3).

Твърдите сплави имат висока твърдост -88... 92 HRA (72...76 HRC E) и устойчивост на топлина до 850... 1000 °C. Това ви позволява да работите при скорости на рязане 3...4 пъти по-високи, отколкото с инструменти, изработени от бързорежещи стомани.

Използваните в момента твърди сплави се разделят на:

1) за волфрамови сплави VK групи: VKZ, VKZ-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8 и др. В символа числото показва процентното съдържание на кобалт. Например обозначението VK8 показва, че съдържа 8% кобалт и 92% волфрамови карбиди. Буквите M и OM означават дребнозърнеста и особено дребнозърнеста структура;

2) на титаново-волфрамови сплави TK групи:

T5K10, T15K6, T14K8, TZOK4, T60K6 и др. В символа числото след буквата Т показва процентното съдържание на титанови карбиди, след буквата К - кобалт, останалото - волфрамови карбиди;

Таблица 4. Марки, химичен състав и свойства на волфрам-съдържащи твърди сплави

Таблица 5. Марки, химичен състав и свойства на безволфрамови твърди сплави

3) на титан тантал волфрамови сплави Групи TTK: TT7K12, TT8K6, TT20K9 и др. В символа числата след буквата T показват процентното съдържание на титанови и танталови карбиди, след буквата K - кобалт, останалите - волфрамови карбиди;

4) на безволфрамови карбидни сплави TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20KhN, чийто състав е даден в табл. 6.3. Обозначенията на тази група твърди сплави са конвенционални.

Твърдосплавните класове се произвеждат под формата на стандартизирани вложки, които са запоени, залепени или механично прикрепени към държачи от структурна стомана. Произвеждат се и инструменти, чиято работна част е изцяло от твърда сплав (монолитна).

Правилният избортвърдосплавният клас осигурява ефективна работа на режещите инструменти. За конкретен случай на обработка сплавта се избира въз основа на оптималната комбинация от нейната устойчивост на топлина и якост. Например сплавите от групата TK имат по-висока устойчивост на топлина от сплавите VK. Инструментите, изработени от тези сплави, могат да се използват при високи скорости на рязане, поради което се използват широко при обработката на стомани.

Такива сплави се използват и при обработката на детайли от високоякостни, топлоустойчиви и неръждаеми стомани, титанови сплави. Това се обяснява с факта, че наличието на титан в повечето от тези материали предизвиква повишена адхезия към сплави от групата TK, които също съдържат титан. В допълнение, сплавите от групата TK имат значително по-лоша топлопроводимост и по-ниска якост от сплавите VK.

Въвеждането на танталови карбиди или танталови и ниобиеви карбиди (TT10K8-B) в твърдата сплав повишава нейната якост. Следователно три- и четирикарбидните карбидни сплави се използват за оборудване на инструменти, които работят с удари и върху замърсени корички. Въпреки това, температурата на топлоустойчивост на тези сплави е по-ниска от тази на дикарбидните сплави. От твърдите сплави със значително подобрена структура трябва да се отбележат особено фино зърнестите, използвани за обработка на материали с висока абразивна способност. OM сплавите имат плътна, особено финозърнеста структура, а също така имат малък (до 0,5 μm) размер на зърното на волфрамовите карбиди. Последното обстоятелство позволява инструментите, изработени от тях, да бъдат заточени и завършени с най-малките радиуси на режещите ръбове. Инструментите, изработени от сплави от тази група, се използват за довършителни и полуобработени детайли от високоякостни пластични стомани с повишена склонност към втвърдяване.

Лекото добавяне на танталов и кобалтов карбид към сплавите от групата OM спомага за повишаване на тяхната устойчивост на топлина, което прави възможно използването на тези сплави при производството на инструменти, предназначени за груба обработка на части от различни стомани. Много ефективен заместител на танталовите карбиди хромови карбиди . Това осигурява производството на сплави с дребнозърнеста, равномерна структура и висока устойчивост на износване. Представител на такива материали е сплавта VK10-XOM.

Сплавите с нисък процент кобалт (TZOK4, VKZ, VK4) имат по-нисък вискозитет и се използват за производство на инструменти, които изрязват тънки стружки при довършителни операции. Напротив, сплавите с високо съдържание на кобалт (VK8, T14K8, T5K10) са по-здрави и се използват при отстраняване на стружки с голямо сечение при груби операции.

Експлоатационните характеристики на твърдите сплави се увеличават значително, когато върху тях се нанасят устойчиви на износване покрития.

Минерална керамика.Сред съвременните инструментални материали внимание заслужава минералокерамиката, която не съдържа скъпи и оскъдни елементи. Основава се на алуминиеви оксиди AO3 с малка добавка (0,5...1%) магнезиев оксид MgO. Високата твърдост на минералокерамиката, устойчивостта на топлина до 1200 ° C, химическата инертност към металите и устойчивостта на окисление значително надвишават същите параметри на твърдите сплави. Минералната керамика обаче е по-ниска от тези сплави по топлопроводимост и има по-ниска якост на огъване.

Съвременната минерална керамика, създадена в СССР и в чужбина, е близка по сила до най-износоустойчивите твърди сплави. Минералната керамика на базата на алуминиев оксид може да бъде разделена на три групи:

1) чиста оксидна керамика (бяла), чиято основа е алуминиев оксид с незначителни примеси (AlO3 - до 99,7%);

2) керамика, която е алуминиев оксид с добавяне на метали (титан, ниобий и др.);

3) оксидно-карбидна (черна) керамика - алуминиев оксид с добавяне на огнеупорни метални карбиди (титан, волфрам, молибден) за увеличаване на неговата якостни свойстваи твърдост.

В момента местната промишленост произвежда оксидна керамика TsM-332, VO-13 и оксидно-карбидна керамика VZ, VOK-60, VOK-63, които съдържат до 40% титанови, волфрамови и молибденови карбиди. Наред с материали на базата на алуминиев оксид се произвеждат материали на базата на силициев нитрид - силинит-R и кортинит ONT-20 (с добавяне на алуминиеви оксиди и някои други вещества). Физико-механичните свойства на режещата минерална керамика са дадени в табл. 6.4.

Високите режещи свойства на инструментите, изработени от минерална керамика, се проявяват при високоскоростна обработка на стомани и чугуни с висока якост, а финишното и полуфинално струговане и фрезоване увеличават производителността на обработка на детайлите до 2 пъти, като същевременно увеличават живота на инструмента периоди до 5 пъти в сравнение с обработка с твърдосплавни инструменти.

Минералната керамика се произвежда под формата на нешлифовани плочи, което значително улеснява условията на нейната работа.

Таблица 6. Физични и механични свойства на режещата минерална керамика

Основните изисквания към инструменталните материали са както следва:

1. Материалът на инструмента трябва да има висока твърдост при доставката или в резултат на това. топлинна обработка– не по-малко от 63...66 HRC по Рокуел.

2. Необходимо е при високи температури на рязане твърдостта на повърхностите на инструмента да не намалява значително. Способността на материала да поддържа висока твърдост при повишени температури и първоначалната си твърдост след охлаждане се нарича топлоустойчивост.Материалът на инструмента трябва да има висока устойчивост на топлина.

3. Наред с топлоустойчивостта, инструменталният материал трябва да има висока устойчивост на износване при повишени температури, т.е. имат добра устойчивост на износване на обработвания материал.

4. Важно изискване е достатъчно висока якост на инструменталния материал. Ако високата твърдост на материала на работната част на инструмента е придружена от значителна крехкост, това води до счупване на инструмента и начупване на режещите ръбове.

5. Материалът на инструмента трябва да има технологични свойства, които осигуряват оптимални условия за производство на инструменти от него. За инструменталните стомани това означава добра обработваемост чрез рязане и натиск; благоприятни характеристикитоплинна обработка; добра смилаемост след топлинна обработка. За твърдите сплави добрата смилаемост, както и липсата на пукнатини и други дефекти, които се появяват в твърдата сплав след запояване на плочи, по време на шлайфане и заточване на инструменти, са от особено значение.

ВИДОВЕ ИНСТРУМЕНТАЛНИ МАТЕРИАЛИ И ОБЛАСТИ НА ПРИЛОЖЕНИЕТО ИМ.

По-рано от всички материали започнаха да се използват въглеродни инструментални стоманистепени U7, U7A ... U13, U 13A. В допълнение към желязото, те съдържат 0,2 ... 0,4% манган, имат достатъчна твърдост при стайна температура, но тяхната топлоустойчивост е ниска, тъй като при относително ниски температури (200 ... 250 ° C) тяхната твърдост рязко намалява.

Легирани инструментални стоманипо своя химичен състав те се различават от въглеродните материали с повишено съдържание на силиций или манган или наличието на един или повече легиращи елементи: хром (увеличава твърдостта, якостта, устойчивостта на корозия на материала, намалява неговата пластичност); никел (увеличава якостта, пластичността, ударната якост, закаляването на материала); волфрам (увеличава твърдостта и устойчивостта на топлина на материала); ванадий (увеличава твърдостта и здравината на материала, насърчава образуването на финозърнеста структура); кобалт (увеличава якостта на удар и топлоустойчивостта на материала); молибден (увеличава еластичността, здравината, устойчивостта на топлина на материала). За режещи инструменти се използват нисколегирани стомани от класове 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС и др.. Тези стомани имат по-високи технологични свойства - по-добра закаляемост и закаляемост, по-малка склонност към изкривяване, но тяхната топлоустойчивостта е почти равна на топлоустойчивостта на въглеродните стомани 350...400°C и затова се използват за производство на ръчни инструменти (райбери) или инструменти, предназначени за обработка на машини с ниски скорости на рязане (малки свредла, райбери).

ДА СЕ стомани с нормална топлоустойчивоствключват волфрам Р18, Р12, Р9 и волфрам-молибден Р6М5, Р6М3, Р8М3. Тези стомани имат твърдост в закалено състояние 63...66HRC, якост на огъване 2900...3400 MPa, ударна якост 2,7...4,8 J/m 2 и топлоустойчивост 600...650 °C. Използват се при обработката на конструкционни стомани, чугуни, цветни метали и пластмаси. Понякога се използват бързорежещи стомани, допълнително легирани с азот (P6AM5, P18A и др.), Които са модификации на конвенционалните бързорежещи стомани. Легирането с азот повишава режещите свойства на инструмента с 20...30%, твърдостта - с 1 - 2 HRC единици.

Стомани с висока топлоустойчивостхарактеризиращ се с високо съдържание на въглерод - 10Р8М3, 10Р6М5; ванадий – R12F3, R2M3F8; R9F5; кобалт – R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8 и др.

Твърдостта на стоманите в закалено състояние достига 66...70HRC, имат по-висока топлоустойчивост (до 620...670°C). Това дава възможност да се използват за обработка на топлоустойчиви и неръждаеми стомани и сплави, както и на високоякостни и закалени конструкционни стомани. Срокът на експлоатация на инструментите, изработени от такива стомани, е 3-5 пъти по-висок, отколкото от стомани R18, R6M5.

Стомани с висока топлоустойчивостхарактеризиращ се с ниско съдържание на въглерод, но много голямо количество легиращи елементи - V11M7K23, V14M7K25, 3V20K20Kh4F. Имат твърдост 69...70HRC и топлоустойчивост 700...720°C. Най-рационалната област на тяхното използване е рязане на трудни за рязане материали и титанови сплави. В последния случай експлоатационният живот на инструментите е 30–80 пъти по-висок от този на стомана R18 и 8–15 пъти по-висок от този на твърда сплав VK8. При рязане на конструкционни стомани и чугуни експлоатационният живот се увеличава по-слабо (3 до 8 пъти).

Твърди сплави.Тези сплави се произвеждат чрез прахова металургия под формата на плочи или корони. Основните компоненти на такива сплави са волфрамови карбиди WC, титан TiC, тантал TaC и ниобий NbC, чиито най-малки частици са свързани чрез сравнително мек и по-малко огнеупорен кобалт или никел, смесен с молибден.

Твърдите сплави имат висока твърдост - 88...92 HRA (72...76 HRC) и топлоустойчивост до 850...1000°C. Това ви позволява да работите при скорости на рязане 3–4 пъти по-високи, отколкото с инструменти, изработени от бързорежещи стомани.

Използваните в момента твърди сплави се разделят на:

1) за волфрамови сплави VK групи: VK3, VK3-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8 и др. В символа цифрата показва процентното съдържание на кобалт. Например обозначението VK8 показва, че съдържа 8% кобалт и 92% волфрамови карбиди. Буквите M и OM означават дребнозърнеста и особено дребнозърнеста структура;

2) за титан-волфрамови сплави TK групи: T5K10, T15K6, T14K8, T30K4, T60K6 и др. В символа числото след буквата T показва процентното съдържание на титанови карбиди, след буквата K - кобалт, останалото - волфрамови карбиди;

3) за титан-тантал-волфрамови сплавиГрупи TTK: TT7K12, TT8K6, TT20K9 и др. В символа числата след буквата T показват процентното съдържание на титанови и танталови карбиди, след буквата K - кобалт, останалите - волфрамови карбиди;

4) за твърди сплави без волфрам TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20HN. Обозначенията са условни.

Твърдосплавните класове се произвеждат под формата на стандартизирани вложки, които са запоени, залепени или механично прикрепени към държачи от структурна стомана. Произвеждат се и инструменти работна часткоито са изцяло изработени от твърда сплав (монолитни).

Сплавите от групата TK имат по-висока устойчивост на топлина от сплавите VK. Те могат да се използват при високи скорости на рязане, поради което се използват широко при обработката на стомани.

Инструменти, изработени от твърди сплави от групата VK, се използват при обработка на детайли от конструкционни стомани при условия на ниска твърдост на системата AIDS, при периодично рязане, при работа с удари, както и при обработка на крехки материали като чугун, които се дължи на повишената якост на тази група твърди сплави и ниските температури в зоната на рязане. Използват се и при обработка на детайли от високоякостни, топлоустойчиви и неръждаеми стомани, титанови сплави. Това се обяснява с факта, че наличието на титан в повечето от тези материали предизвиква повишена адхезия към сплави от групата TK, които също съдържат титан. Сплавите от групата TK имат значително по-лоша топлопроводимост и по-ниска якост от сплавите VK.

Въвеждането на танталови карбиди или танталови и ниобиеви карбиди (TT10K8-B) в твърдата сплав повишава нейната якост. Въпреки това, температурата на устойчивост на топлина на тези сплави е по-ниска от тази на двете карбидни сплави.

Особено дребнозърнестите твърди сплави се използват за обработка на материали с висока абразивна способност. Използват се за дообработка и полуобработка на детайли от високоякостни пластични стомани с повишена склонност към работна закалка.

Сплави с ниско съдържание на кобалт (T30K4, VK3, VK4) се използват при довършителни операции, докато сплави с високо съдържание на кобалт (VK8, T14K8, T5K10) се използват при груби операции.

Минерална керамика.Основава се на алуминиеви оксиди Al 2 O 3 с малка добавка (0,5...1%) магнезиев оксид MgO. Висока твърдост, топлоустойчивост до 1200 ° C, химическа инертност към метали и устойчивост на окисление значително надвишават същите параметри на твърдите сплави, но са по-ниски по топлопроводимост и имат по-ниска якост на огъване.

Високите режещи свойства на минералната керамика се проявяват при високоскоростна обработка на стомани и чугуни с висока якост, а финото и полузавършеното струговане и фрезоване увеличават производителността на обработката на детайлите до 2 пъти, като същевременно увеличават живота на инструмента до 5 пъти в сравнение с обработка с твърдосплавни инструменти. Минералната керамика се произвежда под формата на нешлифовани плочи, което значително улеснява условията на нейната работа.

Свръхтвърди инструментални материали (STM)– най-обещаващи са синтетичните свръхтвърди материали на базата на диамант или борен нитрид.

Диамантите се характеризират с висока твърдост и устойчивост на износване. По абсолютна твърдост диамантът е 4-5 пъти по-твърд от твърдите сплави и десетки и стотици пъти по-висок от износоустойчивостта на други инструменти за обработка на цветни сплави и пластмаси. Поради високата си топлопроводимост, диамантите по-добре отвеждат топлината от зоната на рязане, но поради тяхната крехкост обхватът на тяхното приложение е силно ограничен. Съществен недостатък на диаманта е, че при повишени температури той влиза в химична реакция с желязото и губи своята функционалност.

Поради това бяха създадени нови свръхтвърди материали, които са химически инертни към диаманта. Технологията за тяхното производство е близка до технологията за производство на диаманти, но като изходен материал е използван борен нитрид, а не графит.

ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ НА ГЕОМЕТРИЯТА НА ИНСТРУМЕНТА И ОПТИМАЛНИ РЕЖИМИ НА РЯЗАНЕ ЗА СТРУГОВАНЕ, ПРОБИВАНЕ, ФРЕЗОВАНЕ.

Избор на релефен ъгъл a.Известно е, че при обработка на стомани по-голям оптимален ъгъл a съответства на по-малка дебелина на изрязания слой: sin a opt = 0,13/a 0,3.

За практически цели при обработка на стомани се препоръчват следните стойности на свободните ъгли: за груби фрези с S>0,3mm/об - a=8°; за довършителни фрези при С<0,3 мм/об - a=12°; для торцовых и цилиндрических фрез - a=12…15°.

Стойността на ъглите на хлабина при обработката на чугун е малко по-малка, отколкото при обработката на стомана.

Избор на наклонен ъгъл g.Ъгълът на наклона трябва да бъде по-голям, колкото по-ниска е твърдостта и якостта на обработвания материал и толкова по-голяма е неговата пластичност. За инструменти от бързорежеща стомана при обработка на меки стомани ъгълът е g=20...30°, за среднотвърди стомани - g=12...15°, чугун - g=5...15 ° и алуминий - g=30...40°. За карбидни инструменти ъгълът на наклона е направен по-малък, а понякога дори отрицателен, поради факта, че този инструментален материал е по-малко здрав от бързорежещата стомана. Намаляването на g обаче води до увеличаване на силите на рязане. За да се намалят силите на рязане в този случай, отрицателна фаска се заточва върху предната повърхност както на твърдосплавните, така и на високоскоростните режещи инструменти.

Избор на главен ъгъл j.При обработка на нетвърди детайли, за да се намали радиалната компонента Py, водещият ъгъл трябва да се увеличи до j=90°. В някои случаи ъгъл j се задава по конструктивни причини. Водещият ъгъл също влияе върху грапавостта на обработваната повърхност, поради което при довършване се препоръчва използването на по-малки стойности на j.

Избор на спомагателен планов ъгъл j 1. За някои видове инструменти j 1 варира от 0 до 2...3°. Например за свредла и метчици j 1 =2...3¢, а за режещ нож j 1 =1...3°.

Избор на ъгъл на наклон на главния режещ ръб l.Препоръчителните ъгли за финишни и груби фрези от бързорежеща стомана са съответно l=0...(-4)° и l=5...+10°, за твърдосплавни фрези при работа без удари и с удари, съответно l=5...+10° и l =5...+20°.

Задаване на оптимални условия на рязане:

1. Първо, изберете инструментален материал, конструкцията на инструмента и геометричните параметри на неговата режеща част. Материалът на режещата част се избира в зависимост от свойствата на обработвания материал, състоянието на повърхността на детайла, както и условията на рязане. Геометричните параметри на инструмента се определят в зависимост от свойствата на обработвания материал, твърдостта на технологичната система, вида на обработката (груба, довършителна или довършителна) и други условия на рязане.

2. Предписвам дълбочина на рязанекато се вземе предвид надбавката за обработка. При грубо обработване е препоръчително да зададете дълбочина на рязане, която гарантира отрязване на резерва с едно минаване. Броят на преминаванията, надвишаващ едно по време на груба обработка, трябва да бъде разрешен в изключителни случаи, когато се премахват увеличените резерви. Полуобработката често се извършва на два хода. Първият, груб, се извършва с дълбочина на рязане t=(0,6...0,75)h, а вторият, краен, с t=(0,3...0,25)h. Обработката в два прохода в този случай се дължи на факта, че при отстраняване на слой с дебелина над 2 mm в един проход, качеството на обработената повърхност е ниско и точността на нейните размери е недостатъчна. При обработка, в зависимост от точността и грапавостта на обработваната повърхност, дълбочината на рязане се предписва в диапазона от 0,5...2,0 mm на диаметър, а при обработка с грапавост по-малка от Ra 1,25 - в диапазона от 0,1.. 0,4 мм.

3. Изберете подаването (за струговане и пробиване - S 0 , mm/rev; за фрезоване S z , mm/зъб) По време на грубо обработване се задава, като се вземе предвид твърдостта на технологичната система на машината, здравината на част, методът на нейното закрепване (в патронника, в центровете и т.н.), здравината и твърдостта на работната част на режещия инструмент, здравината на механизма за подаване на машината, както и зададената дълбочина на рязане. При довършителна обработка целта на подаването трябва да бъде съгласувана с определената грапавост на обработваната повърхност и качеството на точността, като се вземе предвид възможното изкривяване на детайла под въздействието на сили на рязане и грешки в геометричната форма на обработваната повърхност. След като изберете стандартния фураж, изчисленията за проверка се правят по формулите: P x =, или .

4. Определете скоростта на рязане. Скоростта на рязане, разрешена от режещия инструмент за определен период от неговия експлоатационен живот, зависи от дълбочината на рязане и подаване, материала на режещата част на инструмента и неговите геометрични параметри, материала, който се обработва, вида на обработката, охлаждането и други фактори.

Като се има предвид дълбочината на рязане, подаване и живот на инструмента, скоростта на рязане може да се изчисли: при струговане: ; при пробиване: ; при фрезоване: .

5. По време на грубо обработване избраният режим на рязане се маркираспоред мощността на машината. В този случай трябва да се спазва следното съотношение: N res £1,3hN чл. Ако се окаже, че мощността на електродвигателя на машината, на която се извършва обработката, не е достатъчна, трябва да изберете по-мощна машина. Ако това не е възможно, избраните u или S стойности трябва да бъдат намалени.

6. Дефинирайте основно време на всяко преминаване(формулите за изчисляването му за различни видове обработка са дадени в референтната литература.

ПРОЦЕС НА СМЪЛЧАНЕ

Смилане– процес на рязане на метали, извършван от зърна от абразивен материал. Шлифоването може да се използва за практически обработка на всякакви материали, тъй като твърдостта на абразивните зърна (2200...3100HB) и диаманта (7000HB) е много висока. За сравнение отбелязваме, че твърдостта на твърдата сплав е 1300HB, цементита е 2000HB, а закалената стомана е 600...700HB. Абразивните зърна се свързват заедно в инструменти с различни форми или се нанасят върху тъкан (абразивни кожи). Шлифоването най-често се използва като довършителна операция и дава възможност да се получат детайли с качество 7...9 и дори 6 с грапавост Ra = 0,63...0,16 µm или по-малко. В някои случаи шлайфането се използва при оголване на отливки и изковки, при почистване на заварки, т.е. като подготвителна или груба операция. Понастоящем смилането с дълбоко подаване се използва за премахване на големи квоти.

Характерните особености на процеса на смилане са следните:

1) многопроходност, улесняваща ефективната корекция на грешки във формата и размера на частите, получени след предишна обработка;

2) рязането се извършва от голям брой произволно разположени абразивни зърна с висока микротвърдост (22000...31000 MPa). Тези зърна, образувайки прекъснат контур на рязане, прорязват най-малките вдлъбнатини и обемът на изрязания метал за единица време в този случай е значително по-малък, отколкото при рязане с метален инструмент. Едно абразивно зърно отрязва приблизително 400 000 пъти по-малко обем метал за единица време от един режещ зъб;

3) процесът на рязане на чипове с отделни абразивни зърна се извършва при високи скорости на рязане (30...70 m/s) и за много кратък период от време (в рамките на хилядни и сто хилядни от секундата);

Абразивните зърна са разположени хаотично в тялото на колелото. Те са многостени с неправилна форма и имат върхове, заоблени с радиус r (стр. 301).

Това закръгляване е малко (обикновено r = 8...20 µm), но винаги трябва да се има предвид, тъй като по време на микрорязане дебелината на слоевете, отстранени от отделните зърна, е съизмерима с r;

5) високите скорости на рязане и неблагоприятната геометрия на режещите зърна допринасят за развитието на високи температури в зоната на рязане (1000...1500°C);

6) процесът на смилане може да се контролира само чрез промяна на режимите на рязане, тъй като промяната на геометрията на абразивното зърно, което действа като режещ или режещ зъб, е практически трудно осъществимо. Използвайки специална технология на производство, диамантените дискове могат да имат преференциална (необходима) ориентация на диамантените зърна в тялото на диска, което осигурява по-благоприятни условия на рязане;

7) абразивният инструмент може да се самозаточи по време на работа. Това се случва, когато режещите ръбове на зърната се затъпят, което води до увеличаване на силите на рязане и следователно на силите, действащи върху зърното. В резултат на това тъпите зърна изпадат, изтръгват се от снопа или се разцепват и влизат нови остри зърна;

8) земната повърхност се формира в резултат на едновременното действие както на геометричните фактори, характерни за процеса на рязане, така и на пластичните деформации, съпътстващи този процес.

По отношение на геометричната схема за оформяне на земната повърхност трябва да се има предвид следното:

за да съответства по-добре на действителния процес на образуване на чипове, трябва да се вземе предвид нарязването на зърната в грапава повърхност, а самите зърна трябва да се считат за произволно разположени в целия обем на кръга (стр. 302).

Смилането трябва да се разглежда като пространствен феномен, а не като планарен. В зоната на рязане обработената елементарна повърхност по време на контакта си с шлифовъчното колело влиза в контакт не с един ред зърна, а с няколко;

2) колкото по-малко неравномерен е абразивният режещ инструмент, толкова по-близо е той до твърдото режещо острие и толкова по-малко грапава е обработената повърхност. Същият контур на рязане може да бъде създаден чрез намаляване на размера на зърното или увеличаване на времето на абразивно действие, например чрез намаляване на скоростта на въртене на детайла или намаляване на надлъжното подаване на оборот на продукта;

3) подреденият релеф на рязане се постига чрез диамантена обработка. По време на процеса на смилане, тъй като отделните зърна се разрушават и изпадат, подреденият релеф на рязане се нарушава;

4) абразивните зърна по време на процеса на рязане могат да бъдат разделени на рязане (например зърна 3, 7), изстъргване, ако се режат на толкова малка дълбочина, че се получава само пластично екструдиране на метала без отстраняване на чипове, натискане 5 и не- рязане 4. В реалния процес на смилане приблизително 85...90% от всички зърна не режат, а по някакъв начин пластично деформират най-тънкия повърхностен слой, т.е. го приковава.

5) грапавостта се влияе не само от размера на зърното, но и от снопа на абразивния инструмент, който има полиращ ефект, който е по-изразен при по-ниски скорости на въртене на колелото.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НА АБРАЗИВНИТЕ ИНСТРУМЕНТИ И ЦЕЛТА НА РЕЖИМИТЕ НА ШЛИФОВАНЕ

Всички абразивни материали са разделени на две групи: естествени и изкуствени. Естествените материали включват корунд и шмиргел, състоящи се от Al 2 O 3 и примеси. Най-широко използваните изкуствени абразивни материали са: електрокорунд, силициев карбид, борен карбид, синтетичен диамант, кубичен борен нитрид (CBN) и белбор.

Размерът на зърната на абразивните материали се отнася до размера на техните зърна. Според техния размер (размер) те се делят на номера:

1) 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16 – шлайфане;

2) 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3 – мелни прахове;

3) М63, М50, М40, М28, М20, М14 – микропрахове;

4) M10, M7, M5 – тънки микропрахове.

Размерът на зърната на микропраховете се определя от размера на зърната на основната фракция в микрони. Съгласно GOST 3647-80 се разграничават следните зърнени фракции: B (60...55%), P (55...45%), N (45...40%), D (43... 39% от зърната на основната фракция).

Твърдостта на колелата се отнася до способността на връзката да предпазва абразивните зърна от издърпване от повърхността на колелото под въздействието на външни сили или степента на устойчивост на връзката към изтръгване на зърната на колелото от свързващия материал.

Според твърдостта кръговете върху керамични и бакелитни връзки, съгласно GOST 18118-79, са разделени на седем класа: M - меки (M1, M2, M3), M2 е по-твърд от M1; SM – средно мек (SM1, SM2); C – средно (C1, C2); ST – средно твърд (ST1, ST2, ST3); T – твърд (T1, T2); VT – много твърд (VT); CT – изключително твърд (CT).

Колелата върху вулканит се различават по твърдост: средно мека (SM), средна (C), средно твърда (ST) и твърда (T).

GOST 2424-83 предвижда производството на шлифовъчни дискове от три класа на точност: AA, A и B. В зависимост от класа на точност на колелата трябва да се използват шлифовъчни материали със следните индекси: B и P - за клас на точност AA; B, P и N – за клас на точност А; V, P, N и D - за клас на точност В.

Структурата на шлифовъчното колело се разбира като неговата вътрешна структура, т.е. процентът и относителното разположение на зърната, свързващите вещества и порите на единица обем на колелото: V g + V c + V p = 100%.

Основата на структурната система е съдържанието на абразивни зърна на единица обем на инструмента:

Номер на структурата

Съдържание на зърно,%

Структури от 1 до 4 са затворени или плътни; от 5 до 8 – средно; от 9 до 12 – отворено.

GOST 2424-83 регламентира производството на 14 профила на шлифовъчни колела с диаметър 3...1600 mm, дебелина 6...250 mm.

Оптималният режим на рязане за смилане трябва да се счита за режим, който осигурява висока производителност, най-ниска цена и получаване на необходимото качество на шлайфаната повърхност.

За да определите режима на смилане:

1) избират се характеристиките на шлифовъчното колело и се задава неговата периферна скорост uk;

2) задава се напречното подаване (дълбочина на рязане t) и се определя броят на проходите, за да се осигури отстраняването на цялата надбавка. Подаването варира между 0,005...0,09 mm на двоен ход;

3) надлъжното подаване се задава в части от ширината на колелото S pr = KB, където K = 0,4...0,6 за грубо шлайфане, K = 0,3...0,4 за окончателно шлайфане;

4) избира се периферната скорост на въртене на детайла u. При грубо обработване трябва да се изхожда от установения период на експлоатационен живот на колелото (T = 25 ... 60 min), при довършване - от осигуряване на определената грапавост на повърхността. Обикновено скоростта на въртене на детайла е в диапазона 40...80m/min;

5) избрана е охлаждаща течност;

6) определят се силите на рязане и мощността, необходими за осигуряване на процеса на смилане. Мощността (kW), необходима за въртене на кръга, е N k ³P z u k /10 3 h, а за въртене на частта N d ³P z u d /(60 × 10 3 h);

7) избраните режими на смилане се настройват според паспорта на машината. Ако има липса на мощност, u d или S намалява, т.к влияят върху силата на рязане Nk и машинното време tm;

8) условията за смилане без изгаряне се проверяват според специфичната мощност на 1 mm ширина на колелото: N удара = N k / V. Тя трябва да бъде по-малка от допустимата специфична мощност, дадена в референтната литература;

9) изчислява се машинното време.

Свързана информация.

Рационалният обхват на приложение на конкретен инструментален материал се определя от съвкупността от неговите експлоатационни и технологични свойства (зависят от своя страна от физични, механични и химични свойства), както и от икономически фактори.

Инструменталните материали работят при трудни условия – при високи натоварвания и температури. Следователно всички свойства на инструменталните материали могат да бъдат разделени на механични и термични.

Най-важните експлоатационни свойства на инструменталните материали включват: твърдост, якост, устойчивост на износване, устойчивост на топлина, топлопроводимост.

твърдостни контактните повърхности на инструмента трябва да са по-високи от твърдостта нм обработен материал. Това е едно от основните изисквания към материала на инструмента. Но тъй като твърдостта на инструменталния материал се увеличава, неговата устойчивост на крехко счупване обикновено намалява. Следователно за всяка двойка обработени и инструментални материали има оптимална стойност на съотношението нИ / н m, при което степента на износване на инструменталния материал ще бъде минимална.

От гледна точка силаЗа инструмента е важно материалът на инструмента да съчетава висока твърдост при повишени температури на зоната на рязане с добра устойчивост на компресия и огъване, както и да има високи стойности на границата на издръжливост и якостта на удара.

Износоустойчивостизмерена чрез съотношението на работата, изразходвана за отстраняване на определена маса материал, към величината на тази маса. Износването, наблюдавано при рязане като пълна загуба на маса на материала на инструмента, се причинява от различни механизми: адхезивна умора, абразив, химически абразив, дифузия и др. Износоустойчивостта на материала на инструмента по време на адхезивно износване зависи от микроякостта на повърхностните слоеве и интензивността на сцепление с обработвания материал. В случай на крехко адхезивно износване износоустойчивостта на материала на инструмента е свързана с неговата граница на издръжливост и якост; в случай на пластично износване тя е свързана с границата на провлачване и твърдостта. Като мярка за износоустойчивостта на материала на инструмента по време на абразивно износване приблизително се приема неговата твърдост. Дифузионното износване на режещия инструмент възниква поради взаимното разтваряне на компонентите на режещите и обработваните материали, последвано от разрушаване на повърхностните слоеве на режещия материал, омекотени поради дифузионни процеси. Характеристика на устойчивостта на дифузионно износване е степента на инертност на инструменталните материали по отношение на тези, които се обработват.

Твърдостта на контактните повърхности на инструмента в студено състояние, т.е. измерен при стайна температура не характеризира напълно способността му за рязане. За характеризиране на режещите свойства на инструменталните материали при повишени температури се използват понятия като „гореща“ твърдост, червена твърдост и устойчивост на топлина.

Под червена устойчивостсе отнася до температурата, която причинява намаляване на твърдостта на материала на инструмента не по-ниско от определена стойност. Съгласно GOST 19265-73 червената устойчивост на бързорежеща стомана с нормална производителност трябва да бъде равна на 620 ° C, а на високопроизводителна стомана - 640 ° C. Червеното съпротивление се определя чрез измерване на твърдостта на пробите при стайна температура след нагряването им до температури от 620°-640°C, задържане в продължение на 4 часа и последващо охлаждане. Твърдостта HRC 58 беше взета като контролен стандарт за омекване на стоманата след определеното нагряване.

Под устойчивост на топлинаМатериалът на инструмента разбира способността на материала да поддържа, когато се нагрява, твърдост, достатъчна за процеса на рязане. Топлоустойчивостта се характеризира с така наречената критична температура. Критичната температура е температурата, установена по време на процеса на рязане, при която материалът на инструмента все още не губи своите режещи свойства и инструментът, от който е направен, е способен да реже.

Зависимостта на работата на инструмента от температурните условия на неговата работа се изразява и чрез такива характеристики на материала на инструмента като устойчивост на термичен шок.Тази характеристика определя максималната температурна разлика, при която материалът запазва своята цялост и отразява възможността за крехко разрушаване на инструмента в резултат на топлинни напрежения. Познаването на устойчивостта на термичен шок е особено важно, когато се използват относително крехки инструменти за материали при условия на прекъсване на рязане. Големината на термичното напрежение зависи от топлопроводимостта, коефициента на линейно разширение, модула на еластичност, коефициента на Поасон и други свойства на материала на инструмента.

Топлопроводимост- едно от най-важните физични свойства на инструменталните материали. Колкото по-ниска е топлопроводимостта, толкова по-висока е температурата на контактните повърхности на инструмента и следователно по-ниски са допустимите скорости на рязане.

Сред технологичните свойства на инструменталните материали най-важното е тяхното обработваемоств горещо (коване, леене, щамповане, заваряване и др.) и студено (рязане, шлайфане) състояния. За инструменталните материали, подложени на термична обработка, условията на тяхната термична обработка са не по-малко важни: температурният диапазон на закаляване, количеството задържан аустенит, способността на задържания аустенит да се трансформира, деформация по време на термична обработка, чувствителност към прегряване и обезвъглеродяване и др. , Обработваемостта на инструменталните материали чрез рязане зависи от много фактори, основните от които са: химичен състав, твърдост, механични свойства (якост, якост, пластичност), микроструктура и размер на зърното, топлопроводимост. Обработваемостта трябва да се разглежда не от гледна точка на възможността за използване на високи скорости на рязане при производството на инструменти, но и във връзка с качеството на получените повърхности. Инструменталният материал, обработката на който води до надраскване, висока грапавост, изгаряния и други дефекти, е труден за използване за производството на режещи инструменти.

Ценаинструменталният материал се отнася до икономически фактори. Инструменталният материал трябва да бъде възможно най-евтин. Но това изискване е условно, тъй като по-скъпият материал може да осигури по-евтина обработка. Освен това съотношението между цената на отделните материали непрекъснато се променя. Важно е инструменталният материал да не е оскъден.

Невъзможно е да се създаде идеален инструментален материал, който да е еднакво подходящ за цялото разнообразие от условия на обработка. Поради това в промишлеността се използва широк набор от инструментални материали, групирани в следните основни групи: въглеродни и легирани стомани; бързорежещи стомани; твърди сплави; рязане на керамика; свръхтвърди материали; инструменти с покритие.

Маркиране на инструментални материали. Материали за режещи инструменти

Иновационна посока