Za proizvodnju alata za obradu uglavnom se koriste četiri grupe alatni materijali(alatni čelici, tvrde legure, supertvrdi materijali, rezna keramika), od kojih je svaka podijeljena u nekoliko podgrupa (Sl. 1). Nijedan od ovih alatnih materijala nije univerzalan i zauzima vlastitu nišu u smislu žilavosti, čvrstoće, otpornosti na habanje i tvrdoće.

Slika 1 – Klasifikacija alatnih materijala

Tabela prikazuje podatke o rasprostranjenosti instrumentalnih materijala u Rusiji i svijetu:

Brzorezni čelici - Visokolegirani alatni čelici visoke tvrdoće sa karbidnim otvrdnjavanjem i sadržajem ugljika preko 0,6%. Poboljšanje kvaliteta brzoreznih čelika postiže se upotrebom metalurgije praha (PM). Karakteristična svojstva brzoreznih čelika izrađenih PM metodom su visoka čvrstoća na savijanje, 1,5-2,5 puta veća otpornost u odnosu na tradicionalne tipove.

Slika 2 - Karakteristike alatnih materijala

Tvrde legure su proizvodi metalurgije praha, koji se sastoje od zrna karbida vatrostalnih metala (WC, TiC, TaC) spojenih viskoznim metalnim vezivom. Najčešće se kao vezivo koristi kobalt, koji ima dobru sposobnost vlaženja volframovih karbida. U tvrdim legurama koje ne sadrže volframove karbide, kao vezivo se koristi nikal sa aditivima molibdena.

Karbidi volframa, titana i tantala imaju visoku tvrdoću i vatrostalnost. Što je više karbida u tvrdoj leguri, veća je njena tvrdoća i otpornost na toplinu, ali je manja mehanička čvrstoća. S povećanjem sadržaja kobalta, čvrstoća se povećava, ali se tvrdoća i otpornost na toplinu smanjuju.

Moderne tvrde legure mogu se klasificirati po sastavu u četiri glavne grupe:

§ volfram-kobalt (VC) tvrde legure WC-Co;
§ tvrde legure titan-volfram-kobalt (TC) WC-TiC-Co;
§ tvrde legure titan-tantal-volfram-kobalt (TTK) WC-TiC-TaC-Co;
§ Tvrde legure bez volframa (BVTS) TiC (TiN)-Ni-Mo.

U stranoj literaturi sve tvrde legure koje sadrže volfram nazivaju se volframom, a koje ne sadrže volfram titanijumom.

Volfram ili volfram-kobalt (VC) tvrde legure (jednostruki karbid) sastoje se od volfram karbida WC i kobalta (veza). Legure ove grupe razlikuju se po sadržaju kobalta (od 3 do 15%), veličini zrna volfram karbida i tehnologiji proizvodnje. S povećanjem sadržaja kobalta povećavaju se čvrstoća na savijanje tvrde legure, udarna čvrstoća i plastična deformacija, međutim, istovremeno se smanjuje tvrdoća i modul elastičnosti.

Tvrde legure volfram-kobalta preporučuju se uglavnom za obradu materijala koji daju strugotine tokom rezanja: liveno gvožđe, obojeni metali (bronza, silumin, duralumin), fiberglas. Fino zrnate i ekstra sitnozrnate legure ove grupe (sa slovima M i OM u oznaci) također se preporučuju za obradu čelika i legura otpornih na toplinu i koroziju.

Značajan uticaj na fizička, mehanička i radna svojstva tvrdih legura, uključujući i one na bazi WC-Co, ima veličina zrna čvrste faze. U legurama normalnog zrna prosječne veličine WC zrna su 2-3 mikrona. Uz isti sadržaj kobalta, smanjenje prosječne veličine zrna dovodi do povećanja tvrdoće i otpornosti na habanje uz blago smanjenje čvrstoće.

Tvrde legure titan-volfram ili titan-volfram-kobalt (TC) WC-TiC-Co (dvokarbidne) su dizajnirane za mašinsku obradu čelika i obojenih metala (mesing) koji proizvode strugotine tokom rezanja. U poređenju sa tvrdim legurama VK na bazi WC-Co, imaju veću otpornost na oksidaciju, tvrdoću i toplotnu otpornost, niže vrednosti toplotne i električne provodljivosti i modula elastičnosti.

Volfram i titanijum karbidi, koji čine osnovu tvrdih legura, imaju visoku prirodnu otpornost na toplotu. Otpornost na toplinu legura TK grupe je: T5K10 - 1100ºC, T14K8 i T30K4 - 1150ºC. Broj iza slova K označava postotak kobalta, broj iza slova T - sadržaj TiC, ostatak - WC. Povećanje sadržaja volframovih i titanovih karbida u tvrdoj leguri uz odgovarajuće smanjenje sadržaja kobalta dovodi do povećanja toplinske otpornosti tvrdih legura.

Legure T30K4 i T15K6 se koriste za doradu i poluzavršnu obradu čelika sa velikim brzinama rezanja i malim opterećenjem alata, a legure T5K10 i T5K12 su dizajnirane za rad u teškim uslovima udarnih opterećenja sa smanjenom brzinom rezanja.

Tvrde legure titan-tantal-volfram ili titan-tantal-volfram-kobalt (TTK) WC-TiC-TaC-Co (tri karbida) odlikuju se povećanom čvrstoćom i visokom tvrdoćom (uključujući i na temperaturama od 600-800C). U oznakama legura ove grupe, brojevi iza slova TT označavaju ukupan sadržaj titanijuma i tantal karbida, ostalo je WC.

Legure TTK grupe su univerzalne u smislu primjenjivosti i mogu se koristiti i u obradi čelika i u obradi lijevanog željeza. Glavne primjene za tipove trikarbida su rezanje sa vrlo velikim posmičnim presjecima u uvjetima struganja i blanjanja, kao i strojna obrada sa velikim udarima. U tim slučajevima povećana čvrstoća zbog prisustva tantal karbida kompenzira njihovu smanjenu otpornost na toplinu.

Gore navedene oznake klasa tvrdih legura proizvedenih u Rusiji odražavaju hemijski sastav ovih legura. Strane firme, po pravilu, svojim tvrdim legurama dodeljuju oznake koje sadrže informacije o područjima primjene određene klase.

Oznake volframovih tvrdih legura:

Međunarodna organizacija za standarde ISO (ISO) je predložila sistem klasifikacije tvrdih legura, prema kojem se sve tvrde legure dijele u grupe primjenjivosti u zavisnosti od materijala za koji su namijenjene. Ovaj sistem razlikuje: grupu tvrdih legura P - za obradu materijala koji daju odvodni čip; grupa legura K - za obradu materijala koji daju elementarne strugotine i međugrupa legura - M.

Što je veći indeks podgrupe primjene, to je manja otpornost na habanje karbida i dozvoljena brzina rezanja, ali je veća čvrstoća (žilavost), dozvoljeni pomak i dubina rezanja. Dakle, mali indeksi odgovaraju operacijama završne obrade, kada se od tvrdih legura zahtijeva visoka otpornost na habanje i mala čvrstoća, a veliki indeksi odgovaraju operacijama grube obrade, kada tvrda legura mora imati visoku čvrstoću.

Takav je sustav, unatoč svoj svojoj konvencionalnosti, odigrao pozitivnu ulogu, jer proizvođači alata, zajedno s markom tvrde legure, mogu uvjetno naznačiti područje njegove primjene, a potrošači mogu odabrati razred tvrde legure koji najviše odgovara uslove rada.

Posljednjih godina, smjer koji obećava je stvaranje i upotreba tvrdih legura bez volframa (BVTS). Intenzivna istraživanja u ovom pravcu provode se širom svijeta. Najrazvijenija proizvodnja tvrdih legura bez volframa je u Japanu (oko 40% ukupne proizvodnje tvrdih legura), u SAD-u i evropskim zemljama.

Tvrde legure bez volframa, poput legura koje sadrže volfram, su proizvodi metalurgije praha, međutim, titanov karbid i karbonitrid, koji imaju visoku tvrdoću, otpornost na habanje i kamenac, koriste se kao tvrda faza otporna na habanje. Nikl se koristi kao cementni metal, a za poboljšanje vlaženja karbidne faze tokom sinterovanja sa rastopljenim vezivom i istovremeno za smanjenje krhkosti BVTS-a, u njihov sastav se uvode molibden i niobijum.

U Rusiji, najperspektivniji u smislu praktična primjena Dokazale su se legure bez volframa TN20, KNT16 i LCK20. Legura marke TV4 zasnovana na titanijum karbonitridu sadrži 8-9% volframa u vezi molibden-nikl radi povećanja svoje čvrstoće i, zapravo, ima malo volframa. Nova grupa legure TsTU i NTN30 imaju povećanu operativnu pouzdanost i prošireni opseg primjene zbog legiranja s volframom i titanijumom i niobijum karbidima.

Ove legure su dizajnirane da zamjene tvrde legure koje sadrže volfram TK grupe u operacijama tokarenja i glodanja čelika (primjena P20-P30). Međutim, generalno, uprkos uštedi u skupom volframu, BVTS može poslužiti kao ekvivalentna zamena za volframove tvrde legure samo pod strogo definisanim uslovima obrade, a značajna nestabilnost svojstava i niska ciklička čvrstoća onemogućavaju njihovu preporuku kao alatne materijale za automatizovane proizvodnja.

Rezna keramika (RC) se odlikuje velikom tvrdoćom i čvrstoćom na pritisak, zadržava svojstva na visokim temperaturama, povećanom otpornošću na habanje i oksidaciju, ali znatno manjom čvrstoćom na savijanje u odnosu na tvrde legure.

Rezanje keramičkih materijala se može podijeliti u četiri grupe: 1) oksid (bijela keramika) na bazi Al2O3,

2) oksikarbid (crna keramika) na bazi Al2O3-TiC sastava,
3) oksid-nitrid (kortinit) na bazi Al2O3-TiN,
4) nitridna keramika na bazi Si3N4.

Svaka od ovih grupa ima svoje karakteristike, kako u tehnologiji proizvodnje, tako iu području primjene, prvenstveno zbog sastava i strukture materijala. Smanjenje veličine zrna i poroznosti mineralne keramike dovodi do povećanja otpornosti na habanje, čvrstoće i tvrdoće materijala.

Domaće marke oksida RK su TsM-332, VO-13, VO-18, VSh-75. Za razliku od brzoreznih čelika i tvrdih legura, oznaka RK ne odražava njegov sastav. Prema industrijska praksa oksidna keramika je poželjna kod tokarenja radnih predmeta od neočvrslog konstrukcijskog čelika i feritnog nodularnog liva (HB< 230) при скоростях резания свыше 250 м/мин.

Tvrdoća RK različitih razreda je HRA 93-96, čvrstoća je 400-950 MPa. Ovako širok raspon osnovnih svojstava određen je različitim sadržajem karbida i nitrida, kao i veličinom zrna.

Uporedne karakteristike svojstava karbida pokazale su da je najperspektivniji od njih titanov karbid, koji ima visoku tvrdoću, otpornost na habanje, dovoljnu toplinsku provodljivost i elastična svojstva, te se široko koristi kao osnova alatnih materijala. Osim toga, nije deficitaran i lako se dobiva redukcijom oksida čađom.

Na osnovu navedenog, titanijum karbid je izabran kao aditiv za stvrdnjavanje glinice. Proučavanje njegovog utjecaja na svojstva oksidno-karbidnog sastava omogućilo je odabir sastava i razvoj tehnologije legure VOK-71. Sastav VOK-71 sastoji se od Al2O3 baze sa dodatkom 20% TiC. Što se tiče tvrdoće, nije inferioran leguri VOK-63, a nadmašuje je po snazi. Kod rezanja livenog gvožđa i čelika različite tvrdoće, mešana keramika VOK-71 je pokazala prednost u odnosu na druge legure.

Paralelno sa unapređenjem oksidno-karbidnih keramičkih materijala, razvijeni su novi tipovi keramike za rezanje na bazi silicijum nitrida. Keramički materijal ONT-20 (kortinit) razvijen je na bazi oksidnog keramičkog materijala VSh-75.

Kortinit je oksid-nitrid RK, koji uključuje fino dispergovani titanijum nitrid. Adhezivna interakcija kortinita sa obrađenim materijalom je manje intenzivna nego kod oksidno-karbidnih keramičkih materijala.

Pozitivna svojstva titanijum nitrida omogućila su stvaranje nitridne keramike za rezanje. U pogledu svojih svojstava, sastav na bazi silicijum nitrida je nešto inferiorniji od oksidno-karbidne keramike, međutim, takav keramički materijal ima visoku čvrstoću na savijanje i nizak koeficijent toplinske ekspanzije, što ga povoljno razlikuje od prethodno razmatranih vrsta. RC.

Nitrid RK ima tvrdoću HRC 86-95, vlačnu čvrstoću od 600-950 MPa, žilavost i toplotnu provodljivost su veće od ostalih vrsta keramike. Prednost nitrida RK je činjenica da je na temperaturi od 790-900ºC njegova tvrdoća veća od tvrdoće oksid-karbida i oksida RK.

Poželjno područje primjene nitrida RK je prerada lijevanog željeza i visokotemperaturnih legura. Za obradu čelika ovaj RC se ne preporučuje zbog visoke stope difuzijskog trošenja. Brzine rezanja pri obradi livenog gvožđa sa sialonom dostižu 1500 m/min.

U toku je rad na stvaranju kompozicija nitrida RK sa karbidima. Na primjer, dodavanje 20% TiC omogućava povećanje žilavosti i tvrdoće za 50%, što zauzvrat omogućava korištenje većih brzina posmaka i brzine rezanja (do 1800 m/min). Takvi sastavi se preporučuju prvenstveno za obradu legura nikla.

Razlozi koji ometaju široku upotrebu keramike u obradi metala su: niska čvrstoća, velika lomljivost, značajna osjetljivost na lokalna naprezanja i strukturne defekte. Stoga je glavni problem u stvaranju novih keramičkih materijala povećanje čvrstoće.

Zadnjih godina velika pažnja specijalista iz oblasti RK je posvećen razvoju armirane keramike. Kao armaturni element za RC najčešće se koriste brkovi od silicijum karbida SiC (snage do 4000 MPa) dužine 20-30 μm i prečnika do 1 μm. Primjećuje se da takvo pojačanje omogućava povećanje viskoznosti oksida RC za 1,5 puta bez značajnog smanjenja tvrdoće.

Dovoljno dugi kristali (2 ili više puta veći od veličine zrna matrice) služe kao mostovi između zrna, povećavajući njihovu stabilnost pod opterećenjem. Osim toga, razlika između koeficijenata toplinskog širenja SiC kristala i baze stvara povoljna tlačna naprezanja tijekom zagrijavanja, koja kompenziraju vlačna naprezanja koja nastaju u SMP-u tijekom procesa rezanja.

Ojačani RK se može koristiti za povremeno tokarenje i glodanje. Budući da su ojačani keramički alati za rezanje skupi, njihova upotreba je isplativa samo u određenim aplikacijama, kao što su legure nikla na visokim temperaturama i kaljeni čelici i liveno gvožđe.

Supertvrdi alatni materijali (STM) su alatni materijali koji imaju Vickersovu tvrdoću na sobnoj temperaturi veću od 35 GPa. Supertvrdi materijali (SHM) koji se koriste za opremanje metala alati za rezanje dijele se u dvije glavne grupe:

§ STM na bazi ugljenika - prirodni i veštački (polikristalni) dijamanti;
§ STM na bazi bor nitrida (kompoziti).

Ove dvije grupe STM imaju različita područja primjene, što je posljedica razlike u njihovim fizičkim i mehaničkim svojstvima i hemijskom sastavu.

Prirodni dijamanti imaju niz važna svojstva potrebno za alatne materijale. Tvrdoća prirodnih dijamanata veća je od tvrdoće bilo kojeg prirodnog ili sintetičkog materijala. Imaju nizak koeficijent trenja, visoku toplotnu provodljivost. Prilikom oštrenja dijamantskih alata radijus zaobljenja rezne ivice je obezbeđen u delićima mikrometra, tako da je moguće dobiti gotovo savršeno oštru i ravnu reznu ivicu, što je posebno važno za preciznu obradu.

Nedostaci prirodnih dijamanata su: anizotropija svojstava, mala čvrstoća, relativno niska (700-750ºC) otpornost na toplinu i reaktivnost na legure na bazi željeza na povišenim temperaturama, kao i visoka cijena.

Ova svojstva prirodnih dijamanata određuju područje njihove efektivne upotrebe: precizna obrada detalji od obojenih metala i nemetalnih materijala. Konkretno, dijamantski alati sa radijusom zaobljenja rezne ivice od 5-6 µm koriste se u obradi metalnih ogledala, memorijskih diskova i optoelektronskih delova sa dubinom rezanja od 12-20 µm.

Ograničene rezerve prirodnih dijamanata, kao i njihova visoka cijena, uvjetovali su razvoj tehnologije sintetičkih dijamanata. Uslovi za dobijanje sintetičkih dijamanata sastoje se od izlaganja materijala koji formira dijamante koji sadrži ugljenik (grafit, čađ, ugalj). Udar se javlja pri pritisku od 60.000 atmosfera na temperaturi od 2000-3000ºC, što osigurava pokretljivost atoma ugljika i mogućnost preuređenja strukture grafita u strukturu dijamanta.

Sintetički dijamanti za rezne alate obično imaju polikristalnu strukturu. Primjeri domaćih polikristalnih dijamanata (PCD) su ASPK (karbonado) i ASB (balas). Mikrotvrdoća polikristalnih dijamanata je u prosjeku ista kao i prirodnih monokristala (56–102 GPa), ali je raspon njene varijacije širi za PCD. Gustoća sintetičkih balasa (ASB) i karbonada (ASPC) veća je od gustine monokristala prirodnog dijamanta, što se objašnjava prisustvom određene količine metalnih inkluzija.

Sintetički i prirodni dijamanti se ne mogu suprotstavljati jedni drugima, oni se međusobno nadopunjuju i svaki od njih ima svoja optimalna područja primjene. Ali i sintetički i prirodni dijamanti se ne preporučuju za obradu materijala i legura koje sadrže željezo, što se objašnjava visokim fizičkim i kemijskim afinitetom crnih metala i dijamanta.

Prirodna jedinjenja bor nitrida (BN) ne postoje. Dobijeni vještačkom modifikacijom bor nitrida prema vrsti kristalne rešetke dijele se na grafitne, vurcitne i kubne bor nitride (CBN). Guste modifikacije BN razlikuju se po tehnologiji proizvodnje, strukturi, te fizičkim i mehaničkim svojstvima.

Primeri domaćih STM na bazi bor nitrida su kompozit 01 (elbor), kompozit 02 (belbor), SKIM-PK, Petbor, KP3. Najpoznatiji strani materijali ove grupe su kiborit, vurbon, borazon, amborit, sumibor.

STM na bazi BN uglavnom se koriste za mašinsku obradu kaljenog čelika (HRC>45) i livenog gvožđa (HB>230) pri većim brzinama rezanja, a rezanje sa BN je u mnogim slučajevima efikasnije od brušenja.

Slika 3 - STM klasifikacija

Dakle, STM su predstavljeni u dva pravca: na bazi ugljenika i na bazi nitrida bora. Tvrdoća polikristalnih dijamanata je veća od tvrdoće kompozita, a otpornost na toplinu je 1,5-3 puta manja. Kompoziti su praktično inertni na legure na bazi željeza, a dijamanti pokazuju značajnu aktivnost prema njima pri visokim temperaturama i kontaktnim pritiscima koji se javljaju u zoni rezanja. Stoga se rezni alati izrađeni od kompozita uglavnom koriste u obradi čelika i livenog gvožđa, dok se dijamantski alati koriste u obradi obojenih metala i legura, kao i nemetalnih materijala.

Mogućnost uvođenja supertvrdih materijala trenutno je ograničena stanjem opreme. Samo oko 50% postojećih mašina može da obezbedi potreban nivo brzine rezanja, oko 25% mašina zahteva modernizaciju, a oko 25% nije pogodno za korišćenje alata opremljenih STM.

S druge strane, mogućnost implementacije visokih brzina rezanja koje su optimalne za STM na novoj opremi koja ima potrebne karakteristike u smislu snage, krutosti i otpornosti na vibracije omogućava značajno povećanje produktivnosti obrade metala.

Brusni materijali su zrna abrazivnog materijala sa oštrim ivicama koji služe kao rezni elementi brusnih alata. Dijele se na prirodne i umjetne. Prirodni abrazivni materijali uključuju minerale kao što su kvarc, šmirgl, korund itd. U industriji su najčešći umjetni abrazivni materijali: elektrokorund, silicijum i karbidi bora. U veštačke abrazivne materijale spadaju i prahovi za poliranje i završnu obradu - oksidi hroma i gvožđa.Posebna grupa veštačkih abrazivnih materijala su sintetički dijamanti i kubni bor nitrid koji najviše obećavaju, jer imaju maksimalnu tvrdoću (dijamant) i otpornost na toplotu (CBN). ).

Inovativni pravac

Nanotehnologija u proizvodnji reznih alata obećava. Prema predviđanjima stručnjaka, udio nanotehnologija na ruskom tržištu za monoalate je sada 63%, a za kompozitne alate 6%.

Perspektive nanotehnologije u proizvodnji alata za obradu.

Habanje metaloreznog alata povećava dimenzionalnu grešku, utiče na kvalitet površine koja se obrađuje, povećava sile rezanja i dovodi do izobličenja površinskog sloja dela. korištenje progresivnih materijala i montažnih alata opremljenih zamjenjivim poliedrskim umetcima.

Proces rezanja je praćen visokim pritiskom na rezni alat, trenjem i stvaranjem topline. Takvi uvjeti rada postavljaju niz zahtjeva koje moraju ispuniti materijali namijenjeni za proizvodnju reznih alata.

Materijali alata moraju imati visoku tvrdoću, koja premašuje tvrdoću materijala koji se obrađuje. Visoka tvrdoća materijala reznog dijela može se obezbijediti fizičkim i mehaničkim svojstvima materijala (dijamanti, silicijum karbidi, volfram karbidi itd.) ili

njegova termička obrada (kaljenje i kaljenje).

Tokom procesa rezanja, rezni sloj pritiska na prednju površinu alata, stvarajući normalan napon unutar kontaktne površine. Prilikom rezanja konstrukcijskih materijala sa utvrđenim uslovima rezanja, normalni kontaktni naponi mogu dostići značajne vrednosti. Alat za rezanje mora izdržati takve pritiske bez krtog loma i plastične deformacije. Budući da alat za rezanje može raditi u uvjetima promjenjivih sila, na primjer, zbog neravnomjerno uklonjenog sloja metalnog predmeta, važno je da materijal alata kombinira visoku tvrdoću s otpornošću na kompresiju i savijanje, ima visoku granicu izdržljivosti i čvrstoću na udar . Dakle, materijal alata mora biti karakteriziran visokom mehaničkom čvrstoćom.

Prilikom rezanja sa strane radnog komada, snažan toplinski tok djeluje na alat, zbog čega se na prednjoj površini alata uspostavlja visoka temperatura. U tom slučaju rezni elementi alata gube tvrdoću i troše se zbog intenzivnog zagrijavanja. Stoga je najvažniji zahtjev za materijal alata njegova visoka otpornost na toplinu - sposobnost održavanja tvrdoće potrebne za proces rezanja kada se zagrije.

Kretanje strugotine duž prednje i zadnje rezne površine alata pri visokim kontaktnim naponima i temperaturama dovodi do habanja radnih površina. Stoga je visoka otpornost na habanje najvažniji zahtjev za karakteristike materijala alata. Otpornost na habanje je sposobnost materijala alata da se odupre uklanjanju njegovih čestica sa dodirnih površina alata tokom rezanja. Ovisi o tvrdoći, čvrstoći i otpornosti na toplinu materijala alata.

Materijal alata mora imati visoku toplotnu provodljivost. Što je veći, manji je rizik od opekotina i pukotina od brušenja.

U industriji se koristi veliki broj alata, što zahtijeva odgovarajuću potrošnju alatnog materijala. Materijal alata trebao bi biti što jeftiniji, ne sadržavati oskudne elemente, što neće povećati cijenu alata i, shodno tome, troškove izrade dijelova.

U skladu sa hemijskim sastavom i fizičko-mehaničkim svojstvima alatni materijali se dele na:

ugljični alatni čelici;

legirani alatni čelici;

brzorezni čelici i legure (visokolegirani);

tvrde legure;

mineralna keramika;

abrazivni materijali;

dijamantski materijali.

Najčešći karbonski alatni materijali su razredi: U9A, U10A, U12A, U13A.

Označavanje karbonskih alatnih čelika se dešifruje na sljedeći način: slovo "U" znači da je čelik ugljični; slika označava sadržaj ugljika u njemu u desetinkama procenta; slovo "A" označava da je čelik visokog kvaliteta.

Zbog odsustva legirajućih kemijskih elemenata, ugljični čelici su dobro mljeveni i jeftin su alatni materijal. Istovremeno, alat od ugljičnog čelika se relativno brzo troši i gubi svoju tvrdoću dobivenu tijekom kaljenja.

Ovi čelici se koriste za izradu malih alata za rad na mekim materijalima pri malim brzinama rezanja. Od čelika razreda U7A, U7, U8A, U8, U8GA, U9A i U9 izrađuju se različiti bravarski i kovački alati, alati za obradu drveta, kože itd. Od istog čelika izrađuju se držači i tijela alata opremljena pločama od tvrde legure. ocjene.

Legirani alatni čelici se dobijaju dodavanjem ugljeničnih čelika veliki broj legirajući elementi: hrom (X), volfram (B), vanadijum (F), silicijum (C), mangan (G). Najveću primjenu u proizvodnji alata našli su čelici razreda HV5, HVG, 9XC.

Čelik HV5 nakon termičke obrade poprima vrlo visoku tvrdoću ( HRC 67 ... 67), slabo je kalciniran, ali nije inferioran u čvrstoći od čelika U12A, ali zbog svoje visoke tvrdoće ima visoku otpornost na male plastične deformacije. Alati izrađeni od njega odlikuje se visokom dimenzijskom stabilnošću oštrica. Ovaj čelik se koristi za proizvodnju alata koji rade pri malim brzinama rezanja.

CVG čelik nakon kaljenja i temperiranja dobiva tvrdoću HRC 63 ... 65 i dovoljno visokog viskoziteta, karakteriziraju ga male zapreminske promjene tijekom stvrdnjavanja, dobro je žaren, ali ima smanjenu otpornost na male plastične deformacije. Alat napravljen od ovog čelika je malo deformiran i dobro se može uređivati.

Čelik 9XC nakon termičke obrade dobija tvrdoću HRC 63…64. Ima dobru otvrdljivost. Alat od ovog čelika je blago deformiran. Čelik je takođe neosjetljiv na pregrijavanje. Čelik 9XC je posebno pogodan za izradu alata sa tankim reznim elementima.

Visokolegirani alatni (brzi) čelici i legure dobijaju se dodavanjem velikog broja legirajućih elemenata ugljičnom čeliku: volfram, vanadij, molibden, hrom. Uvođenjem volframa, vanadijuma, molibdena i kroma u čelik u značajnim količinama dobijaju se složeni karbidi koji vežu gotovo sav ugljik, čime se osigurava povećanje toplinske otpornosti brzoreznog čelika.

Za razliku od ugljeničnih i legiranih alatnih čelika, brzorezni čelici imaju veću tvrdoću, čvrstoću, otpornost na toplinu i habanje, otpornost na male plastične deformacije i dobru kaljivost. Zbog visoke otpornosti na toplinu brzoreznih čelika, alati izrađeni od ovih čelika rade pri brzinama rezanja 2,5 ... 3 puta većim od onih koje, uz jednaku otpornost, dozvoljavaju karbonski alati. Prema stupnju otpornosti na toplinu, brzorezni čelici se dijele na:

čelici normalne otpornosti na toplinu (R18, R9, R12, R6M3 i R6M5);

čelici povećane otpornosti na toplinu legirani vanadijumom (vanadijum čelici R18F2, R14F4, R9F5) i kobaltom (kobalt čelici R9K5, R9K10);

visokolegirani čelici i legure visoke otpornosti na toplinu (brzorezni čelici povećane čvrstoće) - legure bez ugljika (R18M3K25, R18M7K25 i R10M5K25), koje se razlikuju po sadržaju volframa i molibdena.

Pored tradicionalnih brzoreznih čelika dobijenih topljenjem, in U poslednje vreme savladana je proizvodnja brzoreznih čelika u prahu sa većim reznim svojstvima zbog posebne finozrnate strukture. Takvi čelici omogućavaju dobivanje oštrica s vrlo malim početnim radijusom zaobljenja rezne ivice.

Široka upotreba brzoreznog čelika u proizvodnji raznih alata je zbog njegovih dobrih reznih i tehnoloških svojstava. Brzorezni čelici se koriste za proizvodnju raznih alata za rezanje, uključujući glodala za obradu drveta i kompozitnih materijala. Zbog visoke cijene brzoreznih čelika, oni se uglavnom koriste u proizvodnji montažnih alata u obliku reznih ploča.

tvrde legure. Pored montažnih alata, sa umetcima od brzoreznih čelika, široko se koriste dizajni rezača opremljenih tvrdim legurama. Za razliku od ugljičnih, legiranih i brzoreznih čelika proizvedenih topljenjem u električnim pećima nakon čega slijedi valjanje, tvrde legure se proizvode cermet metodom metalurgije praha (sinterovanjem). Početni materijali za proizvodnju tvrdih legura su prah karbida vatrostalnih metala: volframa, titana, tantala i kobalta koji ne stvara karbide. Prahovi se miješaju u određenim omjerima, presuju u kalupe i sinteruju na temperaturi od 1500 ... 2000 0 C. Tokom sinterovanja, tvrde legure dobijaju visoku tvrdoću i ne zahtevaju dodatnu toplotnu obradu.

Karbidi volframa, titana i tantala imaju visoku vatrostalnost i tvrdoću. Oni čine reznu podlogu legure, a kobalt je, u poređenju sa karbidima volframa, titana i tantala, mnogo mekši i jači, pa je stoga u leguri vezivo koje cementira reznu bazu. Povećanje količine karbida volframa, titana, tantala dovodi do povećanja tvrdoće i otpornosti na toplinu legure i smanjuje njenu mehaničku čvrstoću. S povećanjem sadržaja kobalta, tvrdoća i toplinska otpornost legure se smanjuju, ali se povećava njena čvrstoća.

Industrija proizvodi četiri grupe tvrdih legura:

volfram jednostruki karbid (VC), sinterovan od volfram karbida i kobalta: VK2, VK3M, VK4, VK4V, VK6M, VK6, VK6V, VK8, VK8V;

volfram dvokarbid (titan-volfram TC), sinterovan od volfram karbida, titan karbida i kobalta: T30K4, T5K6, T14K8, T5K10, T5K12V;

volfram trokarbid (titanotantal-volfram TTK), sinterovan od titanijum karbida, tantal karbida i volfram karbida i kobalta: TT7K12;

bez volframa (TNT - CNT), sinterovan od titanijum karbida (TNT), titan nitrida (CNT), nikla i molibdena.

Različita fizičko-mehanička i rezna svojstva alata određena su hemijskim sastavom vrsta tvrdih legura. Glavna svojstva tvrdih legura prikazana su u tabeli. 1. 2 .

Legure grupe VK koriste se za obradu krhkih materijala.

Tabela 1.2

Osnovna svojstva tvrdih legura

Svojstva	VC	TC	TTK	TNT - KNT
Gustina, kg / m 3	12900… 15300	10100… 13600	12000… 13800	5500… 9500
σ savijanje, MPa	1180…2450	1170…1770	12500…17000	400…1750
Mikrotvrdoća, MPa	8,8…16,2	11,3…21,6	13,9…14,4	~ 18
Radna temperatura, 0 C	~ 500	~ 900	~ 1000	~ 800

Legure TK grupe imaju visoku otpornost na habanje i toplinu, ali su krhke od legura VK grupe. Glavna svojstva i hemijski sastav nekih legura VK grupe prikazani su u tabeli. 1. 3 .

Legure TTK grupe su univerzalne u smislu primjenjivosti i pogodne su za obradu mnogih konstrukcijskih materijala. Legure se odlikuju manjom krtošću, većom čvrstoćom zadržavanja karbidne faze, boljom otpornošću na visokotemperaturnu fluidnost i većom vlačnom čvrstoćom pri cikličkom opterećenju od legura TK i VK. Stoga su alati opremljeni TTC umetcima posebno efikasni u prekinutim procesima rezanja. U tim slučajevima povećana čvrstoća TTK legura kompenzira njihovu smanjenu otpornost na toplinu. Glavna svojstva i hemijski sastav nekih legura TK i TTK grupa prikazani su u tabeli. 1. 4 .

Tabela 1.3

Osnovna svojstva i hemijski sastav nekih legura VK grupe

Legure	TOALET, %	TiC, %	TaC, %	Co, %	σ savijanje, MPa	HRA		σ cj, MPa	HB	Svojstva
VK2					1100		15,2	416		Visoko trošenje.
VK3					1100		16,2
VK3M
VK6					1450		14,8	460		Viši od VK2, VK3M
VK6M					1500		14,8			Zrna su velika, izlizana. ispod
VK8
VK10					1700		14,8		366
VK25					2000	83,5	13,0		370

Najvažnija pravila pri odabiru razreda karbida unutar svake grupe su:

pod teškim radnim uslovima alata u smislu sile, tvrda legura mora sadržavati dovoljno veliki postotak kobalta;

što je lakši režim rada, to više titanijuma i volframovog karbida treba da bude sadržano u legurama.

Za proizvodnju reznih alata, tvrde legure se isporučuju u obliku ploča određenog oblika i veličine.

Tvrde legure u obliku ploča spajaju se na pričvršćivač lemljenjem ili upotrebom posebnih visokotemperaturnih ljepila. Višeslojne karbidne ploče se pričvršćuju hvataljkama, vijcima, klinovima itd.

Tabela 1.4

Osnovna svojstva i hemijski sastav nekih legura TK i TTK grupa

Legure	TOALET, %	TiC, %	TaC, %	Co, %	σ savijanje, MPa	HRA		σ cj, MPa	Svojstva
T30K4					900		9,7		Visoko trošenje. otpor udarna opterećenja
T15K6					1159		11,3	3900	Visoko trošenje.
T5K10					1385		13,0	4000	Resist. viši od T14K8
TT7K12					1600		13,0		Zoom V R 2 puta (u poređenju sa BRS
TT10K8B					1400		13,6		Umjereno trošenje, visoka ekspl. snagu

Manji karbidni alati izrađuju se u obliku karbidnih šipki i krunica zalemljenih na drške ili u potpunosti od karbida.

Pored volframovih tvrdih legura, postoje i legure koje ne sadrže volfram karbid i nazivaju se čvrste legure bez volframa.

Razlog potpune ili djelomične zamjene volfram karbida drugim tvrdim materijalima bio je nedostatak volframa kao sirovine za proizvodnju kermetskih tvrdih legura.

Potpuna zamjena volfram karbida može se izvesti na tri načina:

Upotreba drugih tvrdih materijala, kao što su nitridi, boridi, silicidi, oksidi ili karbidi nemetala (bor i silicijum karbidi);

Zamjena volfram karbida drugim vatrostalnim metalnim karbidima (karbidi niobijuma, cirkonijuma, hafnijuma, vanadijuma itd.) ili njihovim binarnim ili ternarnim tvrdim legurama;

Jednostavno isključenje volframovog karbida iz sastava karbida.

Tvrde legure bez volframa, u poređenju sa volframom, imaju manju čvrstoću na savijanje, ali imaju veću tvrdoću i nisku adheziju za čelik. Alati izrađeni od ovih legura rade na čelicima gotovo bez stvaranja naslaga, što određuje opseg njihove primjene (završno i poluzavršno tokarenje i glodanje niskolegiranih, ugljičnih čelika, lijevanog željeza i obojenih legura). Otpornost na habanje je 1,2 - 1,5 puta veća od one kod legura TK grupe. Glavna fizička i mehanička svojstva tvrdih legura bez volframa prikazana su u tabeli. 1. 7 .

Tabela 1.5

Fizička i mehanička svojstva tvrdih legura bez volframa

Kvalitet karbida	Gustina, g / cm 3	σ savijanje, MPa	σ cj, MPa	Tvrdoća, HRA	Modul elastičnosti 10 3 MPa	Veličina zrna, mikroni
TM3	5,9	1150	3600		410
TN-20	5,5	1000	3500	89,5	400	1-2
TP-50	6,2	1250		86,5
KST-16	5,8	1150	3900		440	1,2-1,8
MNT-A2	5,5	1000

Nedostatak je što se tvrde legure bez volframa teško lemljuju i oštre zbog nezadovoljavajućih termičkih svojstava i stoga se koriste uglavnom u obliku ploča koje se ne brusi.

Materijal za izradu alata može poslužiti i mineralna keramika, a to je kristalni aluminijev oksid ( Al 2O3 ). Mineralna keramika marke TsM-332 se široko koristi.

Kao rezultat sinteriranja, mineralna keramika postaje polikristalno tijelo koje se sastoji od najsitnijih kristala korunda i interkristalnog sloja u obliku amorfne staklaste mase. Mineralna keramika je jeftin i pristupačan alatni materijal, jer ne sadrži oskudne i skupe elemente koji su osnova alatnih čelika i tvrdih legura.

Osim toga, mineralna keramika ima visoku tvrdoću i izuzetno visoku otpornost na toplinu. U pogledu otpornosti na toplinu, mineralna keramika nadmašuje sve uobičajene alatne materijale, što omogućava alatima od mineralne keramike da rade pri brzinama rezanja koje su mnogo veće od onih od karbidnih alata, a što je glavna prednost mineralne keramike.

Zajedno sa navedenim prednostima mineralne keramike, ona ima i nedostatke koji ograničavaju njenu upotrebu: smanjenu čvrstoću na savijanje, nisku udarnu čvrstoću i izuzetno nisku otpornost na ciklične promjene toplinskog opterećenja. Kao rezultat toga, prilikom prekida rezanja, na kontaktnim površinama alata nastaju pukotine od temperaturnog zamora, koje su uzrok prijevremenog kvara alata.

Niska čvrstoća na savijanje i velika lomljivost mineralne keramike omogućavaju je korištenje samo u alatima za obradu konstrukcijskih materijala u završnim operacijama s kontinuiranim tokarinjem i sa malim dijelovima rezanog sloja u odsustvu udaraca i udaraca.

Alat za rezanje je opremljen mineralno-keramičkim pločama određenih oblika i veličina. Ploče se pričvršćuju na tijelo instrumenata lemljenjem, lijepljenjem i mehanički.

U obradi drveta se sve više koriste dijamanti i supertvrdi materijali, koji se mogu podijeliti u tri varijante:

prirodni i sintetički dijamanti u obliku mono- i polikristala;

kubni bor nitrid, u obliku mono- i polikristala;

sintetički polikristalni kompozitni materijali (kompoziti) dobiveni sintezom ili sinteriranjem.

Prirodni dijamanti su posebna grupa materijala za opremanje reznih alata.

Vrste dijamanta su: balas, carbonado, board. Korisno svojstvo dijamanti su, prije svega, njihova izuzetno visoka tvrdoća. Visoka toplotna provodljivost, mnogo veća od toplotne provodljivosti

Konzistentnost svih poznatih alatnih materijala i nizak koeficijent linearne ekspanzije dijamanta omogućavaju preciznu dimenzionalnu obradu dijamantskim alatom. Nizak koeficijent trenja na materijalu koji se obrađuje i niska sklonost adheziji osiguravaju nisku hrapavost površine pri rezanju dijamantskim alatima.

U industriji se koriste i prirodni (razred A) i sintetički dijamanti (klase ASO, ACP, DIA, itd.). Sintetički dijamanti se dobivaju od grafita i ugljičnih tvari. Sorte prirodnog dijamanta: ploča i karbonado koriste se samo u industriji.

Kubni bor nitrid (CBN) je sintetički supertvrdi materijal za istu svrhu kao i dijamant. Nastaje kao rezultat kemijske kombinacije bora i dušika. Tvrdoća elbora je manja od tvrdoće dijamanta, međutim, kubni bor nitrid nadmašuje dijamant po otpornosti na toplinu, ali otprilike 3 puta niži u toplinskoj provodljivosti. Proizvodnja velikih polikristalnih formacija kubnog bor nitrida prečnika 3…4 i dužine 5…6 mm, koje imaju visoku čvrstoću, omogućava opremanje reznih alata sa njima.

Ugljični i legirani alatni čelici. Asortiman alatnih materijala je raznolik. Ranije su se počeli koristiti i drugi materijali za proizvodnju reznih alata ugljenični alatni čelici razreda U7, U7A...U13, U13A. Osim željeza i ugljika, ovi čelici sadrže 0,2 ... 0,4% mangana. Alati od ugljičnih čelika imaju dovoljnu tvrdoću na sobnoj temperaturi, ali je njihova otpornost na toplinu niska, jer na relativno niskim temperaturama (200 ... 250 ° C) njihova tvrdoća naglo opada.

Legirani alatni čelici na svoj način hemijski sastav razlikuju se od ugljičnih po povećanom sadržaju silicija ili mangana, ili po prisutnosti jednog ili više legirajućih elemenata: hrom (povećava tvrdoću, čvrstoću, otpornost materijala na koroziju, smanjuje njegovu duktilnost); nikl (povećava čvrstoću, duktilnost, udarnu čvrstoću, otvrdljivost materijala); volfram (povećava tvrdoću i otpornost materijala na toplinu); vanadij (povećava tvrdoću i čvrstoću materijala, potiče stvaranje fino zrnate strukture); kobalt (povećava udarnu čvrstoću i otpornost materijala na toplinu); molibden (povećava elastičnost, čvrstoću, otpornost materijala na toplinu). Za rezne alate koriste se niskolegirani čelici razreda 9HF, 11HF, 13X, V2F, KhV4, KhVSG, KhVG, 9HS itd. Ovi čelici imaju veća tehnološka svojstva - bolju kaljivost i kaljivost, manju sklonost savijanju, ali njihovu toplinu. otpornost je gotovo jednaka onoj ugljičnih čelika 350...400°C i stoga se koriste za izradu ručnih alata (razvrtača) ili alata namijenjenih za obradu na mašinama sa niske brzine sečenje (mala burgija, razvrtači).

Brzorezni alatni čelici. Iz grupe visokolegiranih čelika za izradu reznih alata koriste se brzorezni čelici sa visokim sadržajem volframa, molibdena, kobalta i vanadija. Moderni brzorezni čelici mogu se podijeliti u tri grupe.

TO čelici normalne toplinske otpornosti uključuju volfram R18, R12, R9 i volfram-molibden R6M5, R6MZ, R8MZ (tabela 6.1). Ovi čelici imaju tvrdoću u kaljenom stanju od 63...66 HRC e, čvrstoću na savijanje od 2900...3400 MPa, čvrstoću na udar od 2,7...4,8 J/m 2 i otpornost na toplinu od 600...650 °C . Ove vrste čelika se najčešće koriste u proizvodnji reznih alata. Koriste se u preradi konstrukcijskih čelika, livenog gvožđa, obojenih metala, plastike. Ponekad se koriste brzorezni čelici, dodatno legirani dušikom (P6AM5, P18A itd.), koji su modifikacije konvencionalnih brzoreznih čelika. Legiranje dušikom povećava svojstva rezanja alata za 20...30%, tvrdoću - za 1...2 HRC jedinice.

Čelici povećane otpornosti na toplinu odlikuje se visokim sadržajem ugljika - 10P8MZ, 10P6M5; vanadijum - R12FZ, R2MZF8, R9F5; kobalt - R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8, itd.

Tvrdoća čelika u kaljenom stanju doseže 66...70 HRC e, imaju veću toplinsku otpornost (do 620...670 °C). To omogućava korištenje njihov za obradu toplotno otpornih i nerđajućih čelika i legura, kao i konstrukcijskih čelika povećane čvrstoće i kaljenih. Vijek trajanja alata izrađenih od takvih čelika je 3...5 puta veći od čelika R18, R6M5.

Tab. 3. Sadržaj legirajućih elemenata u brzoreznim čelicima,%

Čelici visoke otpornosti na toplinu karakterizira nizak sadržaj ugljika, ali vrlo veliki broj legirajućih elemenata - Bl1M7K23, V14M7K25, ZV20K20Kh4F. Imaju tvrdoću od 69...70 HRC Oe i otpornost na toplotu od 700...720 °C. Najracionalnije područje njihove upotrebe je rezanje teško rezanih materijala i legura titana. U potonjem slučaju, vijek trajanja alata je 30...80 puta veći u odnosu na čelik R18 i 8...15 puta veći nego kod VK8 tvrde legure. Prilikom rezanja konstrukcijskih čelika i lijevanog željeza vijek trajanja alata se manje značajno povećava (za 3...8 puta).

Zbog akutne nestašice volframa u SSSR-u i inostranstvu, razvijaju se alatni materijali bez volframa, in uključujući brzorezne čelike.

Takvi čelici uključuju niskovolframove R2M5, RZMZF4K5. R2MZF8, A11RZMZF2 i 11M5F bez volframa (vidi tabelu 6.1). Operativna svojstva ovih čelika su bliska svojstvima tradicionalnih brzoreznih čelika odgovarajućih grupa.

Obećavajući smjer u poboljšanju kvalitete brzoreznih čelika je njihova proizvodnja metalurgijom praha. Čelici R6M5K5-P (P - prah), R9M4K8-P, R12MZFZK10-P i drugi imaju vrlo ujednačenu fino zrnatu strukturu, dobro su mljeveni, manje se deformiraju tokom toplinske obrade i odlikuju se stabilnošću radnih svojstava. Vijek trajanja reznih alata izrađenih od takvih čelika povećava se do 1,5 puta. Uz praškaste brzorezne čelike, tzv karbidni čelici, koji sadrže do 20% TiC, koji prema karakteristikama rada zauzimaju međupoziciju između brzoreznih čelika i tvrdih legura.

tvrde legure. Ove legure se dobijaju metodom metalurgije praha u obliku ploča ili krunica. Glavne komponente takvih legura su volfram karbidi WC, titan TiC, tantal TaC i niobij NbC, čije su najmanje čestice povezane relativno mekim i manje vatrostalnim kobaltom ili niklom pomiješanim s molibdenom (tablice 6.2, 6.3).

Tvrde legure imaju visoku tvrdoću -88...92 HRA (72...76 HRC Oe) i otpornost na toplinu do 850...1000 °C. To vam omogućava da radite sa brzinama rezanja 3...4 puta većim nego s alatima od brzoreznih čelika.

Trenutno korištene tvrde legure se dijele na:

1) za legure volframa VK grupe: VKZ, VKZ-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8 itd. U simbolu broj pokazuje procenat kobalta. Na primjer, oznaka VK8 pokazuje da sadrži 8% kobalta i 92% volframovih karbida. Slova M i OM označavaju finozrnatu i posebno sitnozrnu strukturu;

2) na legure titan volframa TC grupe:

T5K10, T15K6, T14K8, TZOK4, T60K6, itd. U simbolu, broj iza slova T označava postotak titanovih karbida, nakon slova K - kobalt, ostatak - volfram karbida;

Tab. 4. Klase, hemijski sastav i svojstva tvrdih legura koje sadrže volfram

Tab. 5. Klase, hemijski sastav i svojstva tvrdih legura bez volframa

3) na legure titan-tantal-volfram TTK grupe: TT7K12, TT8K6, TT20K9, itd. U simbolu, brojevi iza slova T označavaju postotak titanijuma i tantala karbida, iza slova K - kobalt, ostatak - volfram karbida;

4) uključeno tvrde legure bez volframa TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20XN, čiji je sastav dat u tabeli. 6.3. Oznake ove grupe tvrdih legura su uslovne.

Tipovi karbida dostupni su kao standardizirani umetci koji su lemljeni, zalijepljeni ili mehanički pričvršćeni na držače alata od strukturalnog čelika. Izrađuju se i alati čiji je radni dio u potpunosti izrađen od tvrde legure (monolitni).

Pravi izbor Kvalitet karbida osigurava efikasan rad reznih alata. Za određeni slučaj obrade, legura se bira na osnovu optimalne kombinacije njene toplotne otpornosti i čvrstoće. Na primjer, legure TK grupe imaju veću toplinsku otpornost od VK legura. Alati napravljeni od ovih legura mogu se koristiti pri velikim brzinama rezanja, tako da se široko koriste u strojnoj obradi čelika.

Takve legure se također koriste u obradi dijelova izrađenih od čelika visoke čvrstoće, otpornih na toplinu i nehrđajućeg čelika, legura titana. To se objašnjava činjenicom da prisutnost titana u većini ovih materijala uzrokuje povećanu adheziju sa legurama TK grupe, koje također sadrže titan. Osim toga, legure TK grupe imaju znatno lošiju toplinsku provodljivost i manju čvrstoću od VK legura.

Uvođenje tantal karbida ili karbida tantala i niobija (TT10K8-B) u tvrdu leguru povećava njenu čvrstoću. Stoga se za opremanje alata koji rade na udarcima i kontaminiranoj koži koriste tvrde legure od tri i četiri karbida. Međutim, temperatura otpornosti na toplinu ovih legura je niža od temperature dvokarbidnih legura. Od tvrdih legura sa značajno poboljšanom strukturom, treba napomenuti da su posebno sitnozrnate, koje se koriste za obradu materijala sa visokom sposobnošću abrazije. OM legure imaju gustu, posebno sitnozrnu strukturu, a imaju i malu (do 0,5 μm) veličinu zrna volfram karbida. Posljednja okolnost omogućuje izoštravanje i doradu alata napravljenog od njih s najmanjim polumjerima rezne ivice. Alati od legura ove grupe koriste se za doradu i poluzavršnu obradu dijelova od čvrstih čelika visoke čvrstoće sa povećanom sklonošću ka kaljenju.

Lagani dodatak tantala i kobalt karbida legurama grupe OM doprinosi povećanju njihove toplinske otpornosti, što omogućuje korištenje ovih legura u proizvodnji alata namijenjenih za grubu obradu dijelova od različitih čelika. Veoma efikasna zamena za tantal karbide hrom karbidi . To osigurava proizvodnju legura s fino zrnatom uniformnom strukturom i visokom otpornošću na habanje. Predstavnik takvih materijala je legura VK10-XOM.

Legure s niskim postotkom kobalta (TZOK4, VKZ, VK4) imaju niži viskozitet i koriste se za izradu alata za rezanje tankih strugotina u završnim operacijama. Naprotiv, legure s visokim sadržajem kobalta (VK8, T14K8, T5K10) su viskoznije i koriste se pri uklanjanju strugotine velikog presjeka u operacijama grube obrade.

Performanse tvrdih legura značajno se povećavaju kada se na njih nanose premazi otporni na habanje.

Mineralna keramika. Od modernih alatnih materijala pažnju zaslužuje mineralna keramika, koja ne sadrži skupe i oskudne elemente. Bazira se na aluminijum oksidima AO3 sa malim dodatkom (0,5 ... 1%) magnezijum oksida MgO. Visoka tvrdoća mineralne keramike, otpornost na toplotu do 1200°C, hemijska inertnost prema metalima, otpornost na oksidaciju u mnogo čemu prevazilaze iste parametre tvrdih legura. Međutim, mineralna keramika je inferiornija od ovih legura u pogledu toplinske provodljivosti i ima manju čvrstoću na savijanje.

Moderna mineralna keramika, stvorena u SSSR-u i inozemstvu, po snazi je bliska najotpornijim tvrdim legurama. Mineralna keramika na bazi aluminijum oksida može se podeliti u tri grupe:

1) čista oksidna keramika (bela), čija je osnova aluminijum oksid sa manjim primesama (AlOz - do 99,7%);

2) keramika, koja je aluminijum oksid sa dodatkom metala (titanijum, niobijum, itd.);

3) oksidno-karbidna (crna) keramika - aluminijum oksid sa dodatkom karbida vatrostalnih metala (titan, volfram, molibden) za povećanje svojstva čvrstoće i tvrdoća.

Domaća industrija trenutno proizvodi oksidnu keramiku TsM-332, VO-13 i oksid-karbid VZ, VOK-60, VOK-63, koji uključuje do 40% karbida titana, volframa i molibdena. Uz materijale na bazi aluminijum oksida proizvodi se i materijal na bazi silicijum nitrida - silinit-R i kortinit ONT-20 (sa dodacima aluminijumskih oksida i nekih drugih supstanci). Fizička i mehanička svojstva rezne mineralne keramike data su u tabeli. 6.4.

Visoka rezna svojstva mineralno-keramičkih alata manifestuju se pri brzoj mašinskoj obradi čelika i livenog gvožđa velike čvrstoće, a fino i poluzavršno tokarenje i glodanje povećavaju produktivnost obrade delova i do 2 puta uz povećanje veka trajanja alata. do 5 puta u odnosu na mašinsku obradu alatima od tvrde legure.

Mineralna keramika se proizvodi u obliku ploča koje se ne bruse, što uvelike olakšava uslove za njen rad.

Tab. 6. Fizička i mehanička svojstva rezne mineralne keramike

Glavni zahtjevi za materijale za alat su sljedeći:

1. Materijal alata mora imati visoku tvrdoću u stanju isporuke ili kao rezultat toga termičku obradu– ne manje od 63…66 HRC prema Rockwellu.

2. Potrebno je da se pri značajnim temperaturama rezanja tvrdoća površina alata značajno ne smanji. Sposobnost materijala da održi visoku tvrdoću na povišenim temperaturama i svoju prvobitnu tvrdoću nakon hlađenja naziva se otpornost na toplotu. Materijal alata mora imati visoku otpornost na toplinu.

3. Uz otpornost na toplotu, materijal alata mora imati i visoku otpornost na habanje na povišenim temperaturama, tj. imaju dobru otpornost na abraziju obrađenog materijala.

4. Važan zahtjev je dovoljno visoka čvrstoća materijala alata. Ako je visoka tvrdoća materijala radnog dijela alata praćena značajnom lomljivošću, to dovodi do loma alata i lomljenja reznih rubova.

5. Materijal alata mora imati tehnološka svojstva koja obezbjeđuju optimalne uslove za izradu alata od njega. Za alatne čelike, ovo je dobra obradivost rezanjem i pritiskom; povoljne karakteristike termičku obradu; dobra brusivost nakon termičke obrade. Za tvrde legure od posebne je važnosti dobra brusnost, kao i odsustvo pukotina i drugih nedostataka koji se javljaju na tvrdoj leguri nakon lemljenja ploča, prilikom brušenja i oštrenja alata.

VRSTE MATERIJALA ALATA I PODRUČJA NJIHOVE PRIMJENE.

Ranije su se počeli koristiti svi materijali ugljenični alatni čelici razreda U7, U7A ... U13, U 13A. Osim željeza, sadrže 0,2 ... 0,4% mangana, imaju dovoljnu tvrdoću na sobnoj temperaturi, ali im je otpornost na toplinu niska, jer na relativno niskim temperaturama (200 ... 250 ° C) njihova tvrdoća naglo opada.

Legirani alatni čelici po svom kemijskom sastavu razlikuju se od ugljičnih po povećanom sadržaju silicija ili mangana, odnosno prisutnosti jednog ili više legirajućih elemenata: kroma (povećava tvrdoću, čvrstoću, otpornost materijala na koroziju, smanjuje njegovu duktilnost); nikl (povećava čvrstoću, duktilnost, udarnu čvrstoću, otvrdljivost materijala); volfram (povećava tvrdoću i otpornost materijala na toplinu); vanadij (povećava tvrdoću i čvrstoću materijala, potiče stvaranje fino zrnate strukture); kobalt (povećava udarnu čvrstoću i otpornost materijala na toplinu); molibden (povećava elastičnost, čvrstoću, otpornost materijala na toplinu). Za rezne alate koriste se niskolegirani čelici razreda 9HF, 11HF, 13H, V2F, KhV4, KhVSG, KhVG, 9HS itd. Ovi čelici imaju veća tehnološka svojstva - bolju kaljivost i otvrdljivost, manju sklonost savijanju, ali njihovu toplinu. otpornost je gotovo jednaka onoj kod ugljičnih čelika 350...400°C i stoga se koriste za izradu ručnih alata (razvrtača) ili alata namijenjenih za obradu na strojevima s malim brzinama rezanja (mala svrdla, razvrtači).

TO čelici normalne toplinske otpornosti uključuju volfram R18, R12, R9 i volfram-molibden R6M5, R6M3, R8M3. Ovi čelici imaju tvrdoću u kaljenom stanju od 63…66HRC, čvrstoću na savijanje od 2900…3400MPa, čvrstoću na udar od 2,7…4,8 J/m 2 i otpornost na toplotu od 600…650°C. Koriste se u preradi konstrukcijskih čelika, livenog gvožđa, obojenih metala, plastike. Ponekad se koriste brzorezni čelici, dodatno legirani dušikom (P6AM5, P18A itd.), koji su modifikacije konvencionalnih brzoreznih čelika. Legiranje dušikom povećava svojstva rezanja alata za 20...30%, tvrdoću - za 1 - 2 HRC jedinice.

Čelici povećane otpornosti na toplinu karakterizira povećan sadržaj ugljika - 10P8M3, 10P6M5; vanadijum - R12F3, R2M3F8; R9F5; kobalt - R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8, itd.

Tvrdoća čelika u kaljenom stanju doseže 66...70HRC, imaju veću toplinsku otpornost (do 620...670°C). To im omogućava da se koriste za obradu otpornih na toplinu i nehrđajućih čelika i legura, kao i konstrukcijskih čelika povećane čvrstoće i kaljenih. Vijek trajanja alata izrađenih od takvih čelika je 3-5 puta veći od čelika R18, R6M5.

Čelici visoke otpornosti na toplinu karakterizira nizak sadržaj ugljika, ali vrlo veliki broj legirajućih elemenata - V11M7K23, V14M7K25, 3V20K20Kh4F. Imaju tvrdoću od 69…70HRC i otpornost na toplotu od 700…720°C. Najracionalnije područje njihove upotrebe je rezanje teško rezanih materijala i legura titana. U potonjem slučaju, vijek trajanja alata je 30-80 puta veći nego kod čelika R18 i 8-15 puta veći od vijeka trajanja alata od VK8 tvrde legure. Prilikom rezanja konstrukcijskih čelika i livenog gvožđa, vijek trajanja alata se manje značajno povećava (3-8 puta).

Tvrde legure imaju visoku tvrdoću – 88…92 HRA (72…76 HRC) i otpornost na toplotu do 850…1000°S. Ovo vam omogućava da radite sa brzinama rezanja 3-4 puta većim nego sa alatima od brzoreznog čelika.

Trenutno korištene tvrde legure se dijele na:

1) za legure volframa VK grupe: VK3, VK3-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8 itd. U simbolu broj pokazuje procenat kobalta. Na primjer, oznaka VK8 pokazuje da sadrži 8% kobalta i 92% volframovih karbida. Slova M i OM označavaju finozrnatu i posebno sitnozrnu strukturu;

2) za legure titanijum-volfram TK grupe: T5K10, T15K6, T14K8, T30K4, T60K6, itd. U simbolu, broj iza slova T označava postotak titanijum karbida, iza slova K - kobalt, ostatak - volfram karbida;

3) za legure titan-tantal-volfram TTK grupe: TT7K12, TT8K6, TT20K9, itd. U simbolu, brojevi iza slova T označavaju postotak titanijuma i tantala karbida, iza slova K - kobalt, ostatak - volfram karbida;

4) za tvrde legure bez volframa TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20HN. Oznake su uslovne.

Tipovi karbida dostupni su kao standardizirani umetci koji su lemljeni, zalijepljeni ili mehanički pričvršćeni na držače alata od strukturalnog čelika. Tu su i alati radni dio koji su u potpunosti izrađeni od tvrde legure (monolitni).

Legure TK grupe imaju veću toplinsku otpornost od VK legura. Mogu se koristiti pri velikim brzinama rezanja, tako da se široko koriste u strojnoj obradi čelika.

Alati od tvrdih legura VK grupe koriste se u obradi delova od konstrukcijskih čelika u uslovima niske krutosti AIDS sistema, sa prekidnim sečenjem, pri radu sa udarima, kao i u obradi krhkih materijala kao npr. livenog gvožđa, što je zbog povećane čvrstoće ove grupe tvrdih legura a ne visokih temperatura.u oblasti rezanja. Koriste se i u obradi dijelova izrađenih od čelika visoke čvrstoće, otpornih na toplinu i nehrđajućeg čelika, legura titanijuma. To se objašnjava činjenicom da prisutnost titana u većini ovih materijala uzrokuje povećanu adheziju sa legurama TK grupe, koje također sadrže titan. Legure TK grupe imaju znatno lošiju toplotnu provodljivost i manju čvrstoću od VK legura.

Uvođenje tantal karbida ili karbida tantala i niobija (TT10K8-B) u tvrdu leguru povećava njenu čvrstoću. Međutim, temperatura otpornosti na toplinu ovih legura je niža od temperature dvije karbidne legure.

Posebno sitnozrnate tvrde legure se koriste za obradu materijala sa visokom sposobnošću abrazije. Koriste se za doradu i poluzavršnu obradu dijelova od čvrstih čelika visoke čvrstoće sa povećanom sklonošću ka stvrdnjavanju.

Legure sa niskim sadržajem kobalta (T30K4, VK3, VK4) koriste se u završnim obradama, a sa visokim sadržajem kobalta (VK8, T14K8, T5K10) se koriste u gruboj obradi.

Mineralna keramika. Zasnovan je na aluminijumskim oksidima Al 2 O 3 sa malim dodatkom (0,5 ... 1%) magnezijum oksida MgO. Visoka tvrdoća, otpornost na toplinu do 1200°C, kemijska inertnost na metale, otpornost na oksidaciju u mnogo čemu nadmašuju iste parametre tvrdih legura, ali su inferiorni u toplinskoj provodljivosti i imaju manju čvrstoću na savijanje.

Visoka rezna svojstva mineral-keramike očituju se u brzoj mašinskoj obradi čelika i livenog gvožđa velike čvrstoće, a fino i poluzavršno tokarenje i glodanje povećavaju produktivnost obradnih delova i do 2 puta uz povećanje veka trajanja alata do 5 puta u odnosu na mašinsku obradu alatima od tvrde legure. Mineralna keramika se proizvodi u obliku ploča koje se ne bruse, što uvelike olakšava uslove za njen rad.

Supertvrdi alatni materijali (STM)– najperspektivniji su sintetički supertvrdi materijali na bazi dijamanta ili borovog nitrida.

Dijamanti se odlikuju visokom tvrdoćom i otpornošću na habanje. U pogledu apsolutne tvrdoće, dijamant je 4-5 puta tvrđi od tvrdih legura i desetine i stotine puta veći od otpornosti na habanje drugih alatnih materijala u obradi obojenih legura i plastike. Zbog svoje visoke toplinske provodljivosti, dijamanti bolje odvode toplinu iz zone rezanja, međutim, zbog svoje krhkosti, područje njihove primjene je vrlo ograničeno. Značajan nedostatak dijamanta je to što na povišenim temperaturama ulazi u hemijsku reakciju sa gvožđem i gubi svoju efikasnost.

Stoga su stvoreni novi supertvrdi materijali koji su hemijski inertni za dijamant. Tehnologija njihovog dobijanja je bliska tehnologiji za dobijanje dijamanata, ali kao polazni materijal nije korišten grafit, već bor nitrid.

NAMJENA GEOMETRIJE ALATA I OPTIMALNI USLOVI REZANJA PRI TOKARSTVU, BUŠENJU, GLODANJI.

Izbor reljefnog ugla a. Poznato je da pri obradi čelika veći optimalni kut a odgovara manjoj debljini rezanog sloja: sin a opt = 0,13 / a 0,3.

U praktične svrhe, pri mašinskoj obradi čelika, preporučuju se sledeći zazorni uglovi: za grubo sečenje sa S>0,3mm/obr. - a=8°; za završnu obradu glodala sa S<0,3 мм/об - a=12°; для торцовых и цилиндрических фрез - a=12…15°.

Vrijednost zazornih kutova kod obrade lijevanog željeza je nešto manja nego kod obrade čelika.

Izbor nagibnog ugla g. Nagibni ugao bi trebao biti veći, što je manja tvrdoća i čvrstoća materijala koji se obrađuje i što je veća njegova plastičnost. Za alate od brzoreznog čelika pri obradi mekih čelika, ugao je g=20…30°, srednje tvrdih čelika - g=12…15°, livenog gvožđa - g=5…15° i aluminijuma - g=30…40 °. Kod karbidnog alata, nagibni kut je manji, a ponekad čak i negativan, zbog činjenice da je ovaj materijal alata manje izdržljiv od brzoreznog čelika. Međutim, smanjenje g dovodi do povećanja sile rezanja. Kako bi se smanjile sile rezanja u ovom slučaju, na prednjoj površini i tvrdokornih i brzih alata izoštrava se negativna ivica.

Izbor glavnog ugla u planu j. Prilikom obrade nekrutih dijelova, da bi se smanjila radijalna komponenta P y, glavni ugao u planu treba povećati na j=90°. U nekim slučajevima, ugao j je dodijeljen iz dizajnerskih razloga. Ulazni ugao takođe utiče na hrapavost obrađene površine, pa se pri završnoj obradi preporučuje upotreba manjih vrednosti j.

Izbor pomoćnog ugla u planu j 1. Za određene tipove instrumenata, j 1 se kreće od 0 do 2…3°. Na primjer, za burgije i nareznice j 1 =2…3¢, a za rezni alat j 1 =1…3°.

Odabir ugla nagiba glavne oštrice l. Preporučeni uglovi za završnu i grubu obradu glodala od brzoreznog čelika, l=0…(-4)° i l=5…+10°, za karbidne glodalice pri radu bez udaraca, odnosno sa udarima, l=5 …+10° i l =5…+20°.

Određivanje optimalnih uslova rezanja:

1. Prije svega, izaberite instrumentalni materijal, dizajn alata i geometrijski parametri njegovog reznog dijela. Materijal reznog dijela odabire se ovisno o svojstvima materijala koji se obrađuje, stanju površine obratka, kao i uvjetima rezanja. Geometrijski parametri alata se dodeljuju u zavisnosti od svojstava materijala koji se obrađuje, krutosti tehnološkog sistema, vrste obrade (gruba, dorada ili dorada) i drugih uslova rezanja.

2. Imenovati dubina rezanja podliježe dodatku za obradu. Prilikom grube obrade poželjno je odrediti dubinu reza koja omogućava rezanje dodatka u jednom prolazu. Broj prolaza preko jednog prilikom grube obrade treba dozvoliti u izuzetnim slučajevima kada se uklanjaju povećani dodaci. Poluzavršna obrada se često radi u dva prolaza. Prvi, grubi, izvodi se sa dubinom reza t=(0,6...0,75)h, a drugi, završni sa t=(0,3...0,25)h. Obrada u dva prolaza u ovom slučaju je zbog činjenice da je pri uklanjanju sloja debljine više od 2 mm u jednom prolazu kvaliteta obrađene površine niska, a točnost njegovih dimenzija nedovoljna. Prilikom završne obrade, ovisno o točnosti i hrapavosti obrađene površine, dubina rezanja se dodjeljuje unutar 0,5 ... 2,0 mm po promjeru, a pri obradi s hrapavošću manjom od Ra 1,25 - unutar 0,1 ... 0,4 mm.

3. Odabrati pomak (kod tokarenja i bušenja - S 0, mm/obr.; kod glodanja S z, mm/zub) Prilikom grube obrade postavlja se uzimajući u obzir krutost tehnološkog mašinskog sistema, čvrstoću dijela , način njegovog pričvršćivanja (u steznu glavu, u centrima, itd.), čvrstoću i krutost radnog dijela reznog alata, snagu mehanizma za uvlačenje mašine, kao i zadatu dubinu reza. Prilikom završne obrade, svrha dovoda mora biti usklađena sa navedenom hrapavošću obrađene površine i kvalitetom točnosti, uz uzimanje u obzir mogućeg otklona dijela pod djelovanjem sila rezanja i greške u geometrijskom obliku površine. obrađena površina. Nakon odabira normativnog napajanja, vrše se kontrolni proračuni prema formulama: R x = , ili .

4. Odredite brzinu rezanja. Brzina rezanja koju dozvoljava rezni alat sa određenim periodom njegovog otpora zavisi od dubine rezanja i pomaka, materijala reznog dela alata i njegovih geometrijskih parametara, od materijala koji se obrađuje, vrste obrade, hlađenja. i drugi i drugi faktori.

S obzirom na dubinu rezanja, pomak i vijek trajanja alata, brzina rezanja se može izračunati: prilikom tokarenja: ; prilikom bušenja: ; prilikom mljevenja: .

5. Prilikom grube obrade odabrani način rezanja je označen prema snazi mašine. U ovom slučaju, omjer se mora poštovati: N res £1,3hN st. Ako se pokaže da snaga elektromotora mašine na kojoj se vrši obrada nije dovoljna, mora se odabrati snažnija mašina. Ako to nije moguće, odabrane vrijednosti u ili S moraju se smanjiti.

6. Odredite glavno vrijeme svakog prolaza(formule za njegov proračun za različite vrste obrade date su u referentnoj literaturi.

PROCES BRUŠENJA

brušenje- proces rezanja metala, koji se izvodi zrncima abrazivnog materijala. Brušenjem se praktično može obrađivati bilo koji materijal, jer je tvrdoća abrazivnih zrna (2200 ... 3100HB) i dijamanta (7000HB) vrlo visoka. Za poređenje, napominjemo da je tvrdoća tvrde legure 1300HB, cementita 2000HB, kaljenog čelika 600…700HB. Abrazivna zrna se spajaju u alate različitih oblika ili se nanose na tkaninu (abrazivne kože). Brušenje se najčešće koristi kao završna operacija i omogućava dobivanje dijelova 7. ... 9. pa čak i 6. razreda s hrapavostom Ra = 0,63 ... 0,16 μm ili manje. U nekim slučajevima, brušenje se koristi za brušenje odlivaka i otkovaka, za čišćenje zavarenih spojeva, tj. kao pripremna ili gruba operacija. Trenutno se za uklanjanje velikih količina koristi dubinsko mljevenje.

Karakteristične karakteristike procesa mljevenja su sljedeće:

1) višeprolazni, koji doprinosi efikasnom ispravljanju grešaka u obliku i veličini delova dobijenih nakon prethodne obrade;

2) sečenje se vrši velikim brojem nasumično raspoređenih abrazivnih zrna visoke mikrotvrdoće (22000 ... 31000 MPa). Ova zrna, tvoreći isprekidanu konturu rezanja, sijeku i najmanja udubljenja, a volumen odsječenog metala u jedinici vremena je u ovom slučaju mnogo manji nego kod rezanja metalnim alatom. Jedno abrazivno zrno reže oko 400.000 puta manje metala po jedinici vremena nego jedan zub rezača;

3) proces rezanja strugotine sa odvojenim abrazivnim zrnom izvodi se pri velikim brzinama rezanja (30 ... 70 m / s) iu vrlo kratkom vremenskom periodu (unutar hiljaditih i stohiljaditih delova sekunde);

abrazivna zrna su nasumično locirana u tijelu kruga. Oni su poliedri nepravilnog oblika i imaju vrhove zaobljene poluprečnikom r (str. 301).

Ovo zaokruživanje je malo (obično r=8...20 µm), ali se uvijek mora uzeti u obzir, budući da je kod mikrorezanja debljina slojeva uklonjenih pojedinačnim zrnima srazmjerna r;

5) velike brzine rezanja i nepovoljna geometrija reznih zrna doprinose razvoju visokih temperatura u zoni rezanja (1000...1500°C);

6) proces brušenja se može kontrolisati samo promenom uslova rezanja, jer je promenu geometrije abrazivnog zrna, koje deluje kao rezač ili zub rezača, praktično teško izvesti. Dijamantski točkovi pomoću posebne tehnologije proizvodnje mogu imati preferencijalnu (potrebnu) orijentaciju dijamantskih zrna u tijelu kruga, što pruža povoljnije uvjete rezanja;

7) abrazivni alat se može samooštriti tokom rada. To se događa kada rezne ivice zrna postanu tupe, što uzrokuje povećanje sila rezanja, a samim tim i sila koje djeluju na zrno. Kao rezultat, tupa zrna ispadaju, izbijaju iz snopa ili se cijepaju, a nova oštra zrna dolaze u igru;

8) površina tla nastaje kao rezultat istovremenog djelovanja geometrijskih faktora karakterističnih za proces rezanja i plastičnih deformacija koje prate ovaj proces.

Što se tiče geometrijske sheme za formiranje površine tla, mora se imati na umu sljedeće:

da bi se bolje uskladio sa stvarnim procesom formiranja strugotine, treba razmotriti sečenje zrna na hrapavu površinu, a sama zrna treba posmatrati nasumično locirana po čitavom volumenu kruga (str. 302).

Brušenje treba posmatrati kao prostorni fenomen, a ne kao planarni. U zoni rezanja, elementarna površina koja se obrađuje tokom kontakta sa brusnim točkom dolazi u kontakt ne sa jednim redom zrna, već sa nekoliko;

2) što su manje nepravilnosti abrazivnog alata za rezanje, to je bliže čvrstom reznom sečivu i manje je hrapava obrađena površina. Ista kontura rezanja može se stvoriti smanjenjem broja zrna ili povećanjem vremena izlaganja abrazivu, na primjer, smanjenjem brzine rotacije dijela ili smanjenjem uzdužnog dodavanja po jednom okretaju proizvoda;

3) naređeni reljef rezanja postiže se dijamantskim tretmanom. U procesu mljevenja, kako se pojedina zrna uništavaju i ispadaju, narušava se uređeni reljef rezanja;

4) abrazivna zrna u procesu rezanja mogu se podijeliti na rezanje (npr. zrna 3, 7), struganje, ako seku na tako malu dubinu da dolazi samo do plastičnog istiskivanja metala bez uklanjanja strugotine, presovanje 5 i ne- sečenje 4. U samom procesu mlevenja Približno 85…90% svih zrna se ne reže, već na ovaj ili onaj način plastično deformišu najtanji površinski sloj, tj. ubode ga.

5) na hrapavost ne utiče samo granularnost, već i veza abrazivnog alata, koja ima efekat poliranja, koji je izraženiji pri manjim brzinama rotacije točkova.

KARAKTERISTIKE ABRAZIVNIH ALATA I NAMJENA NAČINA BRUŠENJA

Svi abrazivni materijali podijeljeni su u dvije grupe: prirodni i umjetni. Prirodni materijali uključuju korund i šmirgl, koji se sastoje od Al 2 O 3 i nečistoća. Od veštačkih abrazivnih materijala najviše se koriste: elektrokorund, silicijum karbid, bor karbid, sintetički dijamant, kubni bor nitrid (CBN), Belbor.

Pod granularnošću abrazivnih materijala podrazumijeva se veličina njihovih zrna. Po veličini (finoći) dijele se brojevima:

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

2) 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3 - praškovi za mlevenje;

3) M63, M50, M40, M28, M20, M14 - mikropraškovi;

4) M10, M7, M5 - fini mikropraškovi.

Zrnatost mikroprahova određena je veličinom zrna glavne frakcije u mikronima. Prema GOST 3647-80 razlikuju se sljedeće frakcije zrna: B (60 ... 55%), P (55 ... 45%), H (45 ... 40%), D (43 ... 39% zrna glavne frakcije).

Tvrdoća kotača se podrazumijeva kao sposobnost spoja da zadrži abrazivna zrna od izvlačenja s površine točka pod djelovanjem vanjskih sila, ili stupanj otpornosti veze na kidanje zrna kruga. od materijala veze.

U pogledu tvrdoće, kotači na keramičkim i bakelitnim vezama, prema GOST 18118-79, podijeljeni su u sedam klasa: M - meki (M1, M2, M3), M2 je tvrđi od M1; SM - srednje mekana (SM1, SM2); C - srednji (C1, C2); CT - srednje tvrda (CT1, CT2, CT3); T - čvrsta (T1, T2); VT - vrlo teško (VT); HT - izuzetno tvrda (HT).

Točkovi na vulkanskoj vezi razlikuju se po tvrdoći: srednje meki (CM), srednje (C), srednje tvrdi (ST) i tvrdi (T).

GOST 2424-83 predviđa proizvodnju brusnih ploča tri klase tačnosti: AA, A i B. U zavisnosti od klase tačnosti točkova, treba koristiti materijale za brušenje sa sledećim indeksima: C i P - za klasu tačnosti AA; V, P i N - za klasu tačnosti A; C, P, N i D - za klasu tačnosti B.

Pod strukturom brusnog kola podrazumeva se njegova unutrašnja struktura, odnosno procenat i relativni raspored zrna, veza i pora po jedinici zapremine točka: V c + V c + V p = 100%.

Osnova sistema struktura je sadržaj abrazivnih zrna po jedinici zapremine alata:

Broj strukture

Sadržaj zrna, %

Strukture 1 do 4 su zatvorene ili guste; od 5 do 8 - srednje; od 9 do 12 - otvoreno.

GOST 2424-83 regulira proizvodnju 14 profila brusnih ploča promjera 3 ... 1600 mm, debljine 6 ... 250 mm.

Optimalnim načinom rezanja prilikom brušenja treba smatrati način koji osigurava visoku produktivnost, najnižu cijenu i postizanje potrebne kvalitete površine tla.

Za definiranje načina mljevenja:

1) odabere se karakteristika brusnog kola i zadaje se njegova obodna brzina u k;

2) dodeljuje se poprečni pomak (dubina rezanja t) i određuje se broj prolaza kako bi se osiguralo uklanjanje cijelog dodatka. Dovod varira unutar 0,005 ... 0,09 mm po dvostrukom udaru;

3) uzdužni pomak se dodjeljuje u dijelovima širine kruga S pr = KV, gdje je K = 0,4 ... 0,6 za grubo mljevenje, K = 0,3 ... 0,4 - za fino mljevenje;

4) odabire se obodna brzina rotacije dijela u d. Za grubo brušenje treba poći od utvrđenog perioda vijeka trajanja kotača (T = 25 ... 60 min), za završnu obradu - od osiguravanja navedene hrapavosti površine. Obično je brzina rotacije dijela u rasponu od 40 ... 80 m / min;

5) izabrano je rashladno sredstvo;

6) određuju se sile rezanja i snaga potrebne za osiguranje procesa mljevenja. Snaga (kW) potrebna za rotaciju kruga, N k ³P z u na /10 3 h, i za rotaciju dijela N d ³P z u d /(60 × 10 3 h);

7) odabrani načini mljevenja su podešeni prema pasošu mašine. Sa nedostatkom snage, u d ili S se smanjuju, jer. utiču na snagu rezanja N to i vreme mašine t m;

8) uvjeti mljevenja bez izgaranja provjeravaju se u smislu specifične snage po 1 mm širine kruga: N otkucaja \u003d N do /V. Mora biti manja od dozvoljene specifične snage date u referentnoj literaturi;

9) izračunava se mašinsko vreme.

Slične informacije.

Racionalno područje primjene određenog alatnog materijala određeno je ukupnošću njegovih operativnih i tehnoloških svojstava (ovisno o fizičkim, mehaničkim i kemijskim svojstvima), kao i ekonomskim faktorima.

Materijali za alat rade u teškim uslovima - pri visokim opterećenjima i temperaturama. Stoga se sva svojstva alatnih materijala mogu podijeliti na mehanička i toplinska.

Najvažnija operativna svojstva alatnih materijala uključuju: tvrdoću, čvrstoću, otpornost na habanje, otpornost na toplinu, toplinsku provodljivost.

TvrdoćaH a kontaktne površine alata moraju biti veće od tvrdoće H m obrađenog materijala. Ovo je jedan od glavnih zahtjeva za materijal alata. Ali s povećanjem tvrdoće materijala alata, u pravilu, njegova otpornost na krhki lom opada. Dakle, za svaki par obrađenih i alatnih materijala postoji optimalna vrijednost omjera H i / H m, pri čemu će stopa trošenja materijala alata biti minimalna.

Sa tačke gledišta snagu alata, važno je da materijal alata kombinuje visoku tvrdoću na povišenim temperaturama zone rezanja sa dobrom otpornošću na kompresiju i savijanje, a takođe ima visoke vrednosti granice izdržljivosti i udarne čvrstoće.

otpornost na habanje se mjeri omjerom rada utrošenog na uklanjanje određene mase materijala i vrijednosti te mase. Habanje uočeno pri rezanju kao potpuni gubitak mase alatnog materijala uzrokovano je različitim mehanizmima: adheziono-zamornim, abrazivnim, hemijsko-abrazivnim, difuzijskim itd. Otpornost materijala alata na habanje tokom adhezivnog habanja zavisi od mikročvrstoće površinskih slojeva i intenziteta prianjanja sa materijalom koji se obrađuje. Kod krtog ljepljivog habanja, otpornost materijala alata na habanje je u korelaciji s njegovom granicom izdržljivosti i čvrstoćom, s trošenjem plastike, s granom tečenja i tvrdoćom. Kao mjera otpornosti na habanje materijala alata pri abrazivnom habanju uzima se približno njegova tvrdoća. Difuzijsko trošenje reznog alata nastaje zbog međusobnog rastvaranja komponenti reznog i obrađenog materijala, nakon čega dolazi do uništavanja površinskih slojeva reznog materijala, omekšanih uslijed difuzijskih procesa. Karakteristika otpornosti na difuzijsko habanje je stepen inertnosti alatnih materijala u odnosu na obrađene.

Tvrdoća dodirnih površina alata u hladnom stanju, tj. izmjereno na sobnoj temperaturi ne karakteriše u potpunosti njegovu sposobnost rezanja. Za karakterizaciju svojstava rezanja alatnih materijala na povišenim temperaturama koriste se koncepti kao što su "vruća" tvrdoća, crvena tvrdoća i otpornost na toplinu.

Ispod crvena tvrdoća Pod pojmom se podrazumijeva temperatura koja uzrokuje smanjenje tvrdoće materijala alata ne ispod navedene vrijednosti. Prema GOST 19265-73, crvena tvrdoća brzoreznog čelika normalne produktivnosti trebala bi biti 620°C, a čelika visokih performansi - 640°C. Crvena tvrdoća se određuje mjerenjem tvrdoće uzoraka na sobnoj temperaturi nakon zagrijavanja na temperature od 620°-640°C uz izlaganje od 4 sata i naknadno hlađenje. Za kontrolu brzine omekšavanja čelika nakon navedenog zagrijavanja uzeta je tvrdoća HRC 58.

Otpornost na toplotu Pod materijalom alata podrazumijeva se sposobnost materijala da zadrži, kada se zagrije, tvrdoću dovoljnu za proces rezanja. Otpornost na toplinu karakterizira takozvana kritična temperatura. Kritična temperatura je temperatura uspostavljena tokom procesa rezanja pri kojoj materijal alata još ne gubi svoja rezna svojstva, a alat od kojeg je napravljen može rezati.

Ovisnost performansi alata od temperaturnih uslova njegovog rada izražava se i takvom karakteristikom materijala alata kao što je otpornost na termalni udar. Ova karakteristika određuje maksimalnu temperaturnu razliku pri kojoj materijal zadržava svoj integritet i odražava mogućnost krtog loma alata kao rezultat toplinskih naprezanja. Poznavanje otpornosti na termički udar je posebno važno kada se koriste relativno krhki materijali alata u uvjetima isprekidanog rezanja. Veličina termičkih naprezanja ovisi o toplinskoj provodljivosti, koeficijentu linearne ekspanzije, modulu elastičnosti, Poissonovom omjeru i drugim svojstvima materijala alata.

Toplotna provodljivost- jedno od najvažnijih fizičkih svojstava alatnih materijala. Što je niža toplotna provodljivost, to je veća temperatura dodirnih površina alata i, posljedično, manje su dozvoljene brzine rezanja.

Među tehnološkim svojstvima alatnih materijala najvažnija je njihova obradivost u toplom (kovanje, livenje, štancanje, zavarivanje itd.) i hladnom (rezanje, brušenje) stanjima. Za materijale alata koji su podvrgnuti termičkoj obradi, uslovi njihove termičke obrade nisu ništa manje važni: raspon temperatura očvršćavanja, količina zaostalog austenita, sposobnost transformacije zaostalog austenita, deformacija tokom termičke obrade, osjetljivost na pregrijavanje i dekarbonizaciju itd. Obradivost alatnih materijala rezanjem zavisi od mnogih faktora od kojih su glavni: hemijski sastav, tvrdoća, mehanička svojstva (čvrstoća, žilavost, plastičnost), mikrostruktura i veličina zrna, toplotna provodljivost. Obradivost ne treba razmatrati u smislu mogućnosti korištenja velikih brzina rezanja u izradi alata, već iu pogledu kvaliteta rezultirajućih površina. Alatni materijal, prilikom čije obrade se dobijaju ogrebotine, velika hrapavost, opekotine i drugi nedostaci, teško je koristiti za izradu reznih alata.

Cijena instrumentalni materijal, odnosi se na ekonomske faktore. Materijal za alat treba biti što jeftiniji. Ali ovaj zahtjev je uvjetovan, jer skuplji materijal može osigurati jeftiniju obradu. Osim toga, omjer između troškova pojedinih materijala stalno se mijenja. Važno je da instrumentalnog materijala ne nedostaje.

Nemoguće je stvoriti idealan alatni materijal koji je podjednako pogodan za čitav niz uvjeta obrade. Zbog toga se u industriji koristi veliki izbor alatnih materijala, ujedinjenih u sljedeće glavne grupe: ugljični i legirani čelici; brzorezni čelici; tvrde legure; rezanje keramike; supertvrdi materijali; obloženi alat.

Označavanje alatnih materijala. Materijali za rezanje alata

Inovativni pravac