Para la fabricación de herramientas de mecanizado se utilizan principalmente cuatro grupos materiales de herramientas(aceros para herramientas, aleaciones duras, materiales superduros, cerámica de corte), cada uno de los cuales se divide en varios subgrupos (Fig. 1). Ninguno de estos materiales para herramientas es universal y ocupa su propio nicho en términos de tenacidad, resistencia, resistencia al desgaste y dureza.

Figura 1 - Clasificación de los materiales de las herramientas

La tabla muestra datos sobre la prevalencia en Rusia y en el mundo de materiales instrumentales:

Aceros rápidos: aceros para herramientas de alta aleación y alta dureza con endurecimiento por carburo y un contenido de carbono superior al 0,6 %. La mejora de la calidad de los aceros rápidos se logra mediante el uso de pulvimetalurgia (PM). Las propiedades características de los aceros rápidos fabricados por el método PM son una alta resistencia a la flexión, 1,5 a 2,5 veces mayor resistencia en comparación con los grados tradicionales.

Figura 2 - Características de los materiales de la herramienta

Las aleaciones duras son productos de la pulvimetalurgia que consisten en granos de carburos de metales refractarios (WC, TiC, TaC) unidos por un aglutinante de metal viscoso. Muy a menudo, el cobalto se usa como aglutinante, que tiene una buena capacidad para humedecer los carburos de tungsteno. En aleaciones duras que no contienen carburos de tungsteno, se utiliza níquel con aditivos de molibdeno como aglutinante.

Los carburos de tungsteno, titanio y tantalio tienen una alta dureza y refractariedad. Cuantos más carburos haya en la aleación dura, mayor será su dureza y resistencia al calor, pero menor será la resistencia mecánica. Con un aumento en el contenido de cobalto, aumenta la resistencia, pero disminuyen la dureza y la resistencia al calor.

Las aleaciones duras modernas se pueden clasificar por composición en cuatro grupos principales:

• § aleaciones duras de tungsteno-cobalto (VC) WC-Co;
• § aleaciones duras de titanio-tungsteno-cobalto (TC) WC-TiC-Co;
• § aleaciones duras de titanio-tantalio-tungsteno-cobalto (TTK) WC-TiC-TaC-Co;
• § Aleaciones duras libres de tungsteno (BVTS) TiC (TiN)-Ni-Mo.

En la literatura extranjera, todas las aleaciones duras que contienen tungsteno se denominan tungsteno y las que no contienen tungsteno, titanio.

Las aleaciones duras de tungsteno o tungsteno-cobalto (VC) (carburo simple) consisten en WC de carburo de tungsteno y cobalto (aglomerante). Las aleaciones de este grupo difieren en el contenido de cobalto (del 3 al 15 %), el tamaño de los granos de carburo de tungsteno y la tecnología de fabricación. Con un aumento en el contenido de cobalto, la resistencia a la flexión de la aleación dura, la resistencia al impacto y la deformación plástica aumentan, sin embargo, al mismo tiempo, disminuyen la dureza y el módulo de elasticidad.

Las aleaciones duras de tungsteno-cobalto se recomiendan principalmente para el procesamiento de materiales que producen virutas de fractura durante el corte: hierro fundido, metales no ferrosos (bronce, silumin, duraluminio), fibra de vidrio. Las aleaciones de grano fino y extrafino de este grupo (que tienen las letras M y OM en la designación, respectivamente) también se recomiendan para procesar aceros y aleaciones resistentes al calor y resistentes a la corrosión.

El tamaño de grano de la fase sólida ejerce una influencia significativa en las propiedades físicas, mecánicas y operativas de las aleaciones duras, incluidas las basadas en WC-Co. En aleaciones de grano normal el tamaño promedio Los granos de WC son de 2-3 micras. Con el mismo contenido de cobalto, una disminución en el tamaño de grano promedio conduce a un aumento en la dureza y resistencia al desgaste con una ligera disminución en la resistencia.

Las aleaciones duras de titanio-tungsteno o titanio-tungsteno-cobalto (TC) WC-TiC-Co (dos carburos) están diseñadas para mecanizar aceros y metales no ferrosos (latón) que producen virutas de drenaje durante el corte. En comparación con las aleaciones duras VK basadas en WC-Co, tienen mayor resistencia a la oxidación, dureza y resistencia al calor, valores más bajos de conductividad térmica y eléctrica y módulo de elasticidad.

Los carburos de tungsteno y titanio, que forman la base de las aleaciones duras, tienen una alta resistencia natural al calor. La resistencia al calor de las aleaciones del grupo TK es: T5K10 - 1100ºC, T14K8 y T30K4 - 1150ºC. El número después de la letra K indica el porcentaje de cobalto, el número después de la letra T, el contenido de TiC, el resto, WC. Un aumento en el contenido de carburos de tungsteno y titanio en una aleación dura con una disminución correspondiente en el contenido de cobalto conduce a un aumento en la resistencia al calor de las aleaciones duras.

Las aleaciones T30K4 y T15K6 se utilizan para el acabado y semiacabado de aceros con altas velocidades de corte y bajas cargas de herramientas, y las aleaciones T5K10 y T5K12 están diseñadas para trabajar en condiciones severas de cargas de choque con una velocidad de corte reducida.

Las aleaciones duras de titanio-tantalio-tungsteno o titanio-tantalio-tungsteno-cobalto (TTK) WC-TiC-TaC-Co (tres carburos) se caracterizan por una mayor resistencia y alta dureza (incluso a temperaturas de 600-800C). En las designaciones de aleaciones de este grupo, los números detrás de las letras TT significan el contenido total de carburos de titanio y tantalio, el resto es WC.

Las aleaciones del grupo TTK son universales en términos de aplicabilidad y pueden usarse tanto en el procesamiento de acero como en el procesamiento de hierro fundido. Las principales aplicaciones de los grados de tricarburo son el corte con secciones de cizallamiento muy grandes en condiciones de torneado y cepillado, así como el mecanizado con fuertes impactos. En estos casos, la mayor resistencia debido a la presencia de carburos de tantalio compensa su menor resistencia al calor.

Las designaciones anteriores de grados de aleaciones duras fabricadas en Rusia reflejan la composición química de estas aleaciones. Las empresas extranjeras, por regla general, asignan designaciones a sus aleaciones duras que contienen información sobre las áreas de aplicación de un grado en particular.

Designaciones de aleaciones duras de tungsteno:

La Organización Internacional de Normalización ISO (ISO) ha propuesto un sistema de clasificación de aleaciones duras, según el cual todas las aleaciones duras se dividen en grupos de aplicabilidad en función de los materiales para los que están destinadas. Este sistema distingue: un grupo de aleaciones duras P - para el procesamiento de materiales que dan una viruta de drenaje; grupo de aleaciones K - para procesar materiales que dan virutas elementales y un grupo intermedio de aleaciones - M.

Cuanto mayor sea el índice del subgrupo de aplicación, menor será la resistencia al desgaste del carburo y la velocidad de corte permitida, pero mayor será la resistencia (tenacidad), el avance permitido y la profundidad de corte. Así, los índices pequeños corresponden a operaciones de acabado, cuando se requiere alta resistencia al desgaste y baja resistencia de las aleaciones duras, y los índices grandes corresponden a operaciones de desbaste, cuando la aleación dura debe tener una alta resistencia.

Tal sistema, a pesar de toda su convencionalidad, desempeñó un papel positivo, ya que los fabricantes de herramientas, junto con la marca de aleación dura, pueden indicar condicionalmente el área de su aplicación, y los consumidores pueden elegir el grado de aleación dura que más se acerque. las condiciones de trabajo

En los últimos años, una dirección prometedora es la creación y el uso de aleaciones duras sin tungsteno (BVTS). La investigación intensiva en esta dirección se lleva a cabo en todo el mundo. La producción más desarrollada de aleaciones duras sin tungsteno se encuentra en Japón (alrededor del 40 % de la producción total de aleaciones duras), en EE. UU. y en países europeos.

Las aleaciones duras sin tungsteno, como las aleaciones que contienen tungsteno, son productos de la pulvimetalurgia, sin embargo, el carburo de titanio y el carbonitruro, que tienen una alta dureza, resistencia al desgaste y a las incrustaciones, se utilizan como una fase resistente al desgaste. El níquel se utiliza como metal de cementación, y para mejorar la humectación de la fase de carburo durante la sinterización con un aglutinante fundido y, al mismo tiempo, para reducir la fragilidad de BVTS, se introducen molibdeno y niobio en su composición.

En Rusia, el más prometedor en términos de aplicación práctica Las aleaciones sin tungsteno TN20, KNT16 y LCK20 demostraron su eficacia. Una aleación de la marca TV4 basada en carbonitruro de titanio contiene un 8-9 % de tungsteno en el enlace molibdeno-níquel para aumentar su resistencia y, de hecho, tiene un bajo contenido de tungsteno. un nuevo grupo Las aleaciones TsTU y NTN30 tienen una mayor confiabilidad operativa y una amplia gama de aplicaciones debido a la aleación con carburos de tungsteno y titanio y niobio, respectivamente.

Estas aleaciones están diseñadas para sustituir a las aleaciones duras del grupo TK que contienen tungsteno en las operaciones de torneado y fresado de aceros (aplicaciones P20-P30). Sin embargo, en general, a pesar de los ahorros en tungsteno costoso, BVTS puede servir como un sustituto equivalente para las aleaciones duras de tungsteno solo bajo condiciones de procesamiento estrictamente definidas, y la inestabilidad significativa de las propiedades y la baja resistencia cíclica hacen que sea imposible recomendarlos como materiales de herramientas para procesos automatizados. producción.

Las cerámicas de corte (RC) se caracterizan por una alta dureza y resistencia a la compresión, conservan sus propiedades a altas temperaturas, mayor resistencia al desgaste y resistencia a la oxidación, pero una resistencia a la flexión significativamente menor en comparación con las aleaciones duras.

Los materiales cerámicos de corte se pueden dividir en cuatro grupos: 1) óxido (cerámica blanca) a base de Al2O3,

• 2) oxicarburo (cerámica negra) basado en la composición Al2O3-TiC,
• 3) óxido-nitruro (cortinita) a base de Al2O3-TiN,
• 4) cerámicas de nitruro a base de Si3N4.

Cada uno de estos grupos tiene sus propias características, tanto en la tecnología de fabricación como en el campo de aplicación, debido principalmente a la composición y estructura del material. La reducción del tamaño de grano y la porosidad de las cerámicas minerales conduce a un aumento de la resistencia al desgaste, la resistencia y la dureza del material.

Las marcas nacionales de óxido RK son TsM-332, VO-13, VO-18, VSh-75. A diferencia de los aceros rápidos y las aleaciones duras, la marca RK no refleja su composición. De acuerdo a práctica industrial Se prefieren las cerámicas de óxido cuando se tornean piezas de trabajo de aceros estructurales no endurecidos y hierros dúctiles ferríticos (HB< 230) при скоростях резания свыше 250 м/мин.

La dureza del RK de varios grados es HRA 93-96, la fuerza es 400-950 MPa. Esta amplia gama de propiedades básicas está determinada por el diferente contenido de carburos y nitruros, así como por el tamaño del grano.

Las características comparativas de las propiedades de los carburos mostraron que el más prometedor de ellos es el carburo de titanio, que tiene una alta dureza, resistencia al desgaste, suficiente conductividad térmica y propiedades elásticas, y se usa ampliamente como base de materiales para herramientas. Además, no es deficiente y se obtiene fácilmente reduciendo el óxido con hollín.

En base a lo anterior, se eligió el carburo de titanio como aditivo endurecedor para la alúmina. El estudio de su efecto sobre las propiedades de la composición de óxido-carburo permitió seleccionar la composición y desarrollar la tecnología de la aleación VOK-71. La composición de VOK-71 consiste en una base de Al2O3 con la adición de un 20 % de TiC. En términos de dureza, no es inferior a la aleación VOK-63 y la supera en resistencia. Al cortar hierro fundido y acero de diferente dureza, la cerámica mixta VOK-71 mostró una ventaja sobre otras aleaciones.

Paralelamente a la mejora de los materiales cerámicos de óxido de carburo, se desarrollaron nuevos grados de cerámica de corte a base de nitruro de silicio. El material cerámico ONT-20 (cortinita) se desarrolló sobre la base del material cerámico de óxido VSh-75.

La cortinita es un óxido-nitruro RK, que incluye nitruro de titanio finamente disperso. La interacción adhesiva de la cortinita con el material procesado es menos intensa que la de los materiales cerámicos de óxido-carburo.

Las propiedades positivas del nitruro de titanio hicieron posible crear cerámicas de corte de nitruro. En cuanto a sus propiedades, la composición a base de nitruro de silicio es algo inferior a la cerámica de óxido de carburo, sin embargo, dicho material cerámico tiene una alta resistencia a la flexión y un bajo coeficiente de expansión térmica, lo que lo distingue favorablemente de los tipos de cerámica considerados anteriormente. RC.

Nitride RK tiene una dureza de HRC 86-95, resistencia a la tracción de 600-950 MPa, tenacidad y conductividad térmica más altas que otros tipos de cerámica. La ventaja del nitruro RK es el hecho de que a una temperatura de 790-900ºC su dureza es mayor que la dureza del óxido-carburo y el óxido RK.

El área preferida de aplicación de nitruro RK es el procesamiento de hierros fundidos y aleaciones de alta temperatura. Para el tratamiento de aceros, este RC no se recomienda debido a la alta tasa de desgaste por difusión. Las velocidades de corte al mecanizar hierro fundido con sialon alcanzan los 1500 m/min.

Se está trabajando para crear composiciones de nitruro RK con carburos. Por ejemplo, la adición de un 20 % de TiC permite un aumento del 50 % en la tenacidad y la dureza, lo que a su vez permite utilizar mayores velocidades de avance y de corte (hasta 1800 m/min). Tales composiciones se recomiendan principalmente para el procesamiento de aleaciones de níquel.

Las razones que dificultan el uso generalizado de la cerámica en el trabajo de los metales son: baja resistencia, alta fragilidad, gran sensibilidad a las tensiones locales y defectos estructurales. Por tanto, el principal problema en la creación de nuevos materiales cerámicos es el aumento de la resistencia.

En años recientes gran atención especialistas en el campo de la RK se dedican al desarrollo de cerámicas armadas. Como elemento de refuerzo para RC, los bigotes de carburo de silicio SiC (que tienen una resistencia de hasta 4000 MPa) con una longitud de 20–30 μm y un diámetro de hasta 1 μm se usan con mayor frecuencia. Se observa que tal refuerzo permite aumentar la viscosidad del óxido RC en 1,5 veces sin una disminución significativa de la dureza.

Los cristales suficientemente largos (2 o más veces más grandes que el tamaño de grano de la matriz) sirven como puentes entre los granos, aumentando su estabilidad bajo carga. Además, la diferencia entre los coeficientes de expansión térmica de los cristales de SiC y la base crea tensiones de compresión favorables durante el calentamiento, que compensan las tensiones de tracción que surgen en el SMP durante el proceso de corte.

El RK reforzado se puede utilizar para torneado y fresado interrumpido. Debido a que las herramientas de corte de cerámica reforzada son costosas, su uso solo es rentable en ciertas aplicaciones, como aleaciones de níquel de alta temperatura y aceros endurecidos y hierros fundidos.

Los materiales para herramientas superduros (STM) son materiales para herramientas que tienen una dureza Vickers a temperatura ambiente superior a 35 GPa. Materiales superduros (SHM) utilizados para equipar metal herramientas de corte se dividen en dos grandes grupos:

• § STM a base de carbono - diamantes naturales y artificiales (policristalinos);
• § STM a base de nitruro de boro (composites).

Estos dos grupos de STM tienen diferentes áreas de aplicación, lo que se debe a la diferencia en sus propiedades físicas y mecánicas y composición química.

Los diamantes naturales tienen una serie de propiedades importantes requerido para los materiales de la herramienta. La dureza de los diamantes naturales es mayor que la dureza de cualquier material natural o sintético. Tienen un bajo coeficiente de fricción, alta conductividad térmica. Al afilar herramientas de diamante, el radio de redondeo del borde de corte se proporciona dentro de fracciones de micrómetro, por lo que es posible obtener un borde de corte casi perfectamente afilado y recto, lo cual es especialmente importante para el mecanizado de precisión.

Las desventajas de los diamantes naturales son: anisotropía de propiedades, baja resistencia, resistencia al calor relativamente baja (700-750ºC) y reactividad a las aleaciones a base de hierro a temperaturas elevadas, así como un alto costo.

Estas propiedades de los diamantes naturales determinan el área de su uso efectivo: mecanizado de precisión detalles de metales no ferrosos y materiales no metálicos. En particular, las herramientas de diamante con un radio de redondeo del filo de corte de 5–6 µm se utilizan en el procesamiento de espejos metálicos, discos de memoria y piezas optoelectrónicas con profundidades de corte de 12–20 µm.

Las reservas limitadas de diamantes naturales, así como su alto costo, requirieron el desarrollo de tecnología de diamantes sintéticos. Las condiciones para la obtención de diamantes sintéticos consisten en exponer un material formador de diamantes que contenga carbono (grafito, hollín, carbón). El impacto se produce a una presión de 60.000 atmósferas a una temperatura de 2000-3000ºC, lo que asegura la movilidad de los átomos de carbono y la posibilidad de reordenar la estructura del grafito en la estructura del diamante.

Los diamantes sintéticos para herramientas de corte suelen tener una estructura policristalina. Ejemplos de diamantes policristalinos domésticos (PCD) son ASPK (carbonado) y ASB (ballas). La microdureza de los diamantes policristalinos es, en promedio, la misma que la de los monocristales naturales (56–102 GPa), pero el rango de su variación es más amplio para el PCD. La densidad de los balastos sintéticos (ASB) y del carbonado (ASPC) es superior a la densidad de los monocristales de diamantes naturales, lo que se explica por la presencia de cierta cantidad de inclusiones metálicas.

Los diamantes sintéticos y naturales no pueden oponerse, se complementan y cada uno de ellos tiene sus propias áreas óptimas de aplicación. Pero tanto los diamantes sintéticos como los naturales no se recomiendan para el procesamiento de materiales y aleaciones que contengan hierro, lo que se explica por la alta afinidad física y química de los metales ferrosos y el diamante.

No existen compuestos naturales de nitruro de boro (BN). Obtenidos por modificación artificial del nitruro de boro según el tipo de red cristalina se dividen en tipo grafito, wurtzita y nitruro de boro cúbico (CBN). Las modificaciones densas de BN difieren en la tecnología de fabricación, la estructura y las propiedades físicas y mecánicas.

Ejemplos de STM domésticos basados ​​en nitruro de boro son composite 01 (elbor), composite 02 (belbor), SKIM-PK, Petbor, KP3. Los materiales extraños más famosos de este grupo son cyborite, Wurbon, Borazon, Amborite, Sumiboron.

Los STM basados ​​en BN se utilizan principalmente para mecanizar aceros endurecidos (HRC>45) y hierros fundidos (HB>230) a velocidades de corte más altas, y el corte con BN es en muchos casos más eficiente que el rectificado.

Figura 3 - Clasificación STM

Por lo tanto, los STM están representados por dos direcciones: basados ​​en carbono y basados ​​en nitruro de boro. La dureza de los diamantes policristalinos es mayor que la dureza de los compuestos y la resistencia al calor es de 1,5 a 3 veces menor. Los compuestos son prácticamente inertes a las aleaciones a base de hierro, y los diamantes exhiben una actividad significativa hacia ellos a altas temperaturas y presiones de contacto que ocurren en la zona de corte. Por lo tanto, las herramientas de corte hechas de materiales compuestos se utilizan principalmente en el procesamiento de aceros y fundiciones, mientras que las herramientas de diamante se utilizan en el procesamiento de aleaciones y metales no ferrosos, así como materiales no metálicos.

La posibilidad de introducir materiales superduros está actualmente restringida por el estado de los equipos. Solo alrededor del 50% de las máquinas existentes pueden proporcionar el nivel requerido de velocidades de corte, alrededor del 25% de las máquinas necesitan modernización y alrededor del 25% no son adecuadas para usar herramientas equipadas con STM.

Por otro lado, la posibilidad de implementar altas velocidades de corte óptimas para STM en equipos nuevos que cuenten con las características necesarias en cuanto a potencia, rigidez y resistencia a las vibraciones proporciona un aumento significativo en la productividad metalmecánica.

Los materiales abrasivos son granos de material abrasivo con bordes afilados que sirven como elementos de corte de las herramientas abrasivas. Se dividen en naturales y artificiales. Los materiales abrasivos naturales incluyen minerales como el cuarzo, esmeril, corindón, etc. En la industria, los más comunes son los materiales abrasivos artificiales: electrocorindón, carburos de silicio y boro. Los materiales abrasivos artificiales también incluyen polvos de pulido y acabado: óxidos de cromo y hierro. Un grupo especial de materiales abrasivos artificiales son los diamantes sintéticos y el nitruro de boro cúbico, que son los más prometedores, ya que tienen la máxima dureza (diamante) y resistencia al calor (CBN). ).

Dirección innovadora

La nanotecnología en la producción de herramientas de corte es prometedora. Según las previsiones de los expertos, la cuota de las nanotecnologías en el mercado ruso de monoherramientas es ahora del 63 % y de las herramientas compuestas del 6 %.

Nanotecnologías prometedoras en la producción de herramientas de mecanizado.

El desgaste de una herramienta de corte de metales aumenta el error dimensional, afecta la calidad de la superficie que se está mecanizando, aumenta las fuerzas de corte y conduce a la distorsión de la capa superficial de la pieza. El desgaste y el período tecnológico de vida útil de la herramienta se pueden reducir mediante el uso de materiales avanzados y herramientas prefabricadas equipadas con insertos multifacéticos reemplazables.

El proceso de corte va acompañado de alta presión sobre la herramienta de corte, fricción y generación de calor. Tales condiciones de funcionamiento plantean una serie de requisitos que deben cumplir los materiales destinados a la fabricación de herramientas de corte.

Los materiales de la herramienta deben tener una dureza alta, superior a la dureza del material que se está mecanizando. La alta dureza del material de la pieza de corte puede ser proporcionada por las propiedades físicas y mecánicas del material (diamantes, carburos de silicio, carburos de tungsteno, etc.) o

su tratamiento térmico (templado y revenido).

Durante el proceso de corte, la capa cortada presiona la superficie frontal de la herramienta, creando una tensión normal dentro del área de contacto. Al cortar materiales estructurales con condiciones de corte establecidas, las tensiones de contacto normales pueden alcanzar valores significativos. La herramienta de corte debe soportar tales presiones sin fractura frágil y deformación plástica. Dado que la herramienta de corte puede funcionar en condiciones de fuerzas variables, por ejemplo, debido a una capa de metal de la pieza de trabajo eliminada de manera desigual, es importante que el material de la herramienta combine una alta dureza con resistencia a la compresión y la flexión, tenga un alto límite de resistencia y resistencia al impacto. . Por lo tanto, el material de la herramienta debe caracterizarse por una alta resistencia mecánica.

Al cortar desde el lado de la pieza de trabajo, un poderoso flujo de calor actúa sobre la herramienta, como resultado de lo cual se establece una alta temperatura en la superficie frontal de la herramienta. En este caso, los elementos de corte de la herramienta pierden su dureza y se desgastan debido al intenso calentamiento. Por lo tanto, el requisito más importante para el material de la herramienta es su alta resistencia al calor: la capacidad de mantener la dureza requerida para el proceso de corte cuando se calienta.

El movimiento de las virutas a lo largo de las superficies de corte delantera y trasera de la herramienta a altas temperaturas y tensiones de contacto provoca el desgaste de las superficies de trabajo. Por lo tanto, una alta resistencia al desgaste es el requisito más importante para las características del material de la herramienta. La resistencia al desgaste es la capacidad del material de una herramienta para resistir la eliminación de sus partículas de las superficies de contacto de la herramienta durante el corte. Depende de la dureza, fuerza y ​​resistencia al calor del material de la herramienta.

El material de la herramienta debe tener una alta conductividad térmica. Cuanto más alto es, menor es el riesgo de quemaduras por molienda y grietas.

En la industria se utiliza un gran número de herramientas, lo que requiere un consumo adecuado de material de herramienta. El material de la herramienta debe ser lo más barato posible, no contener elementos escasos, que no aumenten el costo de la herramienta y, en consecuencia, el costo de fabricación de las piezas.

De acuerdo con la composición química y las propiedades físicas y mecánicas, los materiales de las herramientas se dividen en:

aceros al carbono para herramientas;

aceros aleados para herramientas;

aceros rápidos y aleaciones (altamente aleados);

aleaciones duras;

cerámica mineral;

materiales abrasivos;

materiales de diamante

Los materiales de herramientas de carbono más comunes son los grados: U9A, U10A, U12A, U13A.

El marcado de los aceros al carbono para herramientas se descifra de la siguiente manera: la letra "U" significa que el acero es al carbono; la cifra indica el contenido de carbono en décimas de porcentaje; la letra "A" indica que el acero es de alta calidad.

Debido a la ausencia de elementos químicos de aleación, los aceros al carbono están bien rectificados y son un material económico para herramientas. Al mismo tiempo, una herramienta de acero al carbono se desgasta con relativa rapidez y pierde la dureza obtenida durante el endurecimiento.

Estos aceros se utilizan para fabricar herramientas de pequeño tamaño para trabajar materiales blandos a bajas velocidades de corte. A partir de los grados de acero U7A, U7, U8A, U8, U8GA, U9A y U9 se fabrican diversas herramientas de cerrajería y herrería, herramientas para trabajar la madera, el cuero, etc.. Del mismo acero se fabrican soportes y cuerpos de herramientas equipados con placas de aleación dura. Los grados.

Los aceros aleados para herramientas se obtienen añadiendo a los aceros al carbono un número grande elementos de aleación: cromo (X), tungsteno (B), vanadio (F), silicio (C), manganeso (G). La mayor aplicación en la fabricación de herramientas encontró grados de acero HV5, HVG, 9XC.

El acero ХВ5 después del tratamiento térmico adquiere una dureza muy alta ( CDH 67 ... 67), está mal calcinado, pero no es inferior en resistencia al acero U12A, pero debido a su alta dureza tiene una alta resistencia a las pequeñas deformaciones plásticas. Las herramientas fabricadas con él se caracterizan por una alta estabilidad dimensional de las cuchillas. Este acero se utiliza para la fabricación de herramientas que funcionan a bajas velocidades de corte.

El acero CVG después del temple y revenido adquiere dureza CDH 63 ... 65 y una viscosidad suficientemente alta, se caracteriza por pequeños cambios volumétricos durante el endurecimiento, está bien recocido, pero tiene una resistencia reducida a las pequeñas deformaciones plásticas. La herramienta hecha de este acero se deforma poco y se presta bien a la edición.

El acero 9XC después del tratamiento térmico adquiere dureza. CDH 63…64. Tiene buena templabilidad. La herramienta de este acero está ligeramente deformada. El acero también es insensible al sobrecalentamiento. El acero 9XC está especialmente indicado para la fabricación de herramientas con elementos de corte finos.

Los aceros y aleaciones de herramientas de alta aleación (alta velocidad) se obtienen agregando una gran cantidad de elementos de aleación al acero al carbono: tungsteno, vanadio, molibdeno, cromo. Al introducir tungsteno, vanadio, molibdeno y cromo en el acero en cantidades significativas, se obtienen carburos complejos que ligan casi la totalidad del carbono, lo que asegura un aumento de la resistencia al calor del acero rápido.

A diferencia de los aceros para herramientas aleados y al carbono, los aceros rápidos tienen mayor dureza, resistencia, resistencia al calor y al desgaste, resistencia a pequeñas deformaciones plásticas y buena templabilidad. Debido a la alta resistencia al calor de los aceros rápidos, las herramientas fabricadas con estos aceros funcionan a velocidades de corte 2,5... 3 veces superiores a las que, a igual resistencia, permiten las herramientas de carbono. Según el nivel de resistencia al calor, los aceros rápidos se dividen en:

aceros de resistencia normal al calor (R18, R9, R12, R6M3 y R6M5);

aceros de mayor resistencia al calor aleados con vanadio (aceros de vanadio R18F2, R14F4, R9F5) y cobalto (aceros de cobalto R9K5, R9K10);

aceros de alta aleación y aleaciones de alta resistencia al calor (aceros de alta velocidad de mayor resistencia) - aleaciones sin carbono (R18M3K25, R18M7K25 y R10M5K25), que difieren en el contenido de tungsteno y molibdeno.

Además de los tradicionales aceros rápidos obtenidos por fundición, en Últimamente Se ha dominado la producción de aceros rápidos en polvo con propiedades de corte más altas debido a una estructura especial de grano fino. Dichos aceros permiten obtener hojas con un radio inicial de redondeo del filo de corte muy pequeño.

El uso generalizado del acero rápido en la fabricación de una variedad de herramientas se debe a sus buenas propiedades tecnológicas y de corte. Los aceros de alta velocidad se utilizan para fabricar varias herramientas de corte, incluidas las fresas para procesar madera y materiales compuestos. Debido al alto costo de los aceros rápidos, se utilizan principalmente en la fabricación de herramientas prefabricadas en forma de placas de corte.

aleaciones duras. Además de las herramientas prefabricadas, con insertos hechos de aceros de alta velocidad, se utilizan ampliamente diseños de cortadores equipados con aleaciones duras. A diferencia de los aceros al carbono, aleados y de alta velocidad producidos por fundición en hornos eléctricos seguidos de laminación, las aleaciones duras se producen mediante el método cermet de pulvimetalurgia (sinterización). Los materiales de partida para la fabricación de aleaciones duras son polvos de carburos de metales refractarios: tungsteno, titanio, tantalio y cobalto que no forma carburos. Los polvos se mezclan en determinadas proporciones, se prensan en moldes y se sinterizan a una temperatura de 1500...2000 0 C. Durante la sinterización, las aleaciones duras adquieren una gran dureza y no necesitan tratamiento térmico adicional.

Los carburos de tungsteno, titanio y tantalio tienen alta refractariedad y dureza. Forman la base de corte de la aleación, y el cobalto, en comparación con los carburos de tungsteno, titanio y tantalio, es mucho más suave y fuerte, y por lo tanto en la aleación es un aglutinante que cementa la base de corte. Un aumento en la cantidad de carburos de tungsteno, titanio y tantalio conduce a un aumento en la dureza y la resistencia al calor de la aleación y reduce su resistencia mecánica. Con un aumento en el contenido de cobalto, la dureza y la resistencia al calor de la aleación disminuyen, pero su resistencia aumenta.

La industria produce cuatro grupos de aleaciones duras:

carburo de tungsteno simple (VC), sinterizado a partir de carburo de tungsteno y cobalto: VK2, VK3M, VK4, VK4V, VK6M, VK6, VK6V, VK8, VK8V;

dos carburos de tungsteno (titanio-tungsteno TC), sinterizados a partir de carburo de tungsteno, carburo de titanio y cobalto: T30K4, T5K6, T14K8, T5K10, T5K12V;

tres carburos de tungsteno (titanotantalio-tungsteno TTK), sinterizados a partir de carburo de titanio, carburo de tantalio y carburo de tungsteno y cobalto: TT7K12;

sin tungsteno (TNT - CNT), sinterizado a partir de carburo de titanio (TNT), nitruro de titanio (CNT), níquel y molibdeno.

Varias propiedades físico-mecánicas y de corte de las herramientas están determinadas por la composición química de los grados de aleaciones duras. Las principales propiedades de las aleaciones duras se presentan en la tabla. 1. 2 .

Las aleaciones del grupo VK se utilizan para procesar materiales frágiles.

Tabla 1.2

Propiedades básicas de las aleaciones duras.

Propiedades	CV	CT	TTK	TNT - KNT
Densidad, kg / m 3	12900… 15300	10100… 13600	12000… 13800	5500… 9500
σ curva, MPa	1180…2450	1170…1770	12500…17000	400…1750
Microdureza, MPa	8,8…16,2	11,3…21,6	13,9…14,4	~ 18
Temperatura de funcionamiento, 0 C	~ 500	~ 900	~ 1000	~ 800

Las aleaciones del grupo TK tienen una alta resistencia al desgaste y al calor, pero son más frágiles que las aleaciones del grupo VK. Las principales propiedades y composición química de algunas aleaciones del grupo VK se presentan en la Tabla. 1. 3 .

Las aleaciones del grupo TTK son universales en términos de aplicabilidad y son adecuadas para procesar muchos materiales estructurales. Las aleaciones se caracterizan por una menor fragilidad, mayor fuerza de retención de la fase de carburo, mejor resistencia a la fluidez a alta temperatura y mayor resistencia a la tracción bajo carga cíclica que las aleaciones TK y VK. Por lo tanto, las herramientas equipadas con plaquitas TTC son especialmente efectivas en procesos de corte interrumpidos. En estos casos, la mayor resistencia de las aleaciones TTK compensa su menor resistencia al calor. Las principales propiedades y composición química de algunas aleaciones de los grupos TK y TTK se presentan en la Tabla. 1. 4 .

Tabla 1.3

Propiedades básicas y composición química de algunas aleaciones del grupo VK

Grado de aleación	WC, %	TIC, %	TAC, %	Co, %	σ curva, MPa	HRA		σ cj, MPa	media pensión	Propiedades
VK2					1100		15,2	416		Alto desgaste.
VK3					1100		16,2
VK3M
VK6					1450		14,8	460		Superior a VK2, VK3M
VK6M					1500		14,8			Los granos son grandes, desgaste. abajo
VK8
VK10					1700		14,8		366
VK25					2000	83,5	13,0		370

Las reglas más importantes a la hora de elegir una calidad de metal duro dentro de cada grupo son:

en condiciones severas de trabajo de la herramienta en términos de fuerza, la aleación dura debe contener un porcentaje suficientemente grande de cobalto;

cuanto más fácil sea el modo de operación de potencia, más carburos de titanio y tungsteno deben estar contenidos en las aleaciones.

Para la fabricación de herramientas de corte, las aleaciones duras se suministran en forma de placas de cierta forma y tamaño.

Las aleaciones duras en forma de placas se conectan al sujetador mediante soldadura o con adhesivos especiales de alta temperatura. Las placas de carburo multifacético se fijan con tachuelas, tornillos, cuñas, etc.

Tabla 1.4

Propiedades básicas y composición química de algunas aleaciones de los grupos TK y TTK

Grado de aleación	WC, %	TIC, %	TAC, %	Co, %	σ curva, MPa	HRA		σ cj, MPa	Propiedades
T30K4					900		9,7		Alto desgaste. resistencia cargas de impacto
T15K6					1159		11,3	3900	Alto desgaste.
Т5К10					1385		13,0	4000	Resistir. superior a T14K8
TT7K12					1600		13,0		Zoom V R 2 veces (en comparación con BRS
TT10K8B					1400		13,6		Desgaste moderado., alto ekspl. fortaleza

Las herramientas de carburo de tamaño pequeño se fabrican en forma de varillas y coronas de carburo soldadas a los mangos o completamente de carburo.

Además de las aleaciones duras de tungsteno, también existen aleaciones que no contienen carburo de tungsteno y se denominan aleaciones duras sin tungsteno.

El motivo de la sustitución total o parcial del carburo de tungsteno por otros materiales duros fue la escasez de tungsteno como materia prima para la producción de aleaciones duras de cermet.

La sustitución completa del carburo de tungsteno se puede realizar de tres formas:

El uso de otros materiales duros, como nitruros, boruros, siliciuros, óxidos o carburos de no metales (boro y carburos de silicio);

Sustitución del carburo de tungsteno por otros carburos de metales refractarios (carburos de niobio, circonio, hafnio, vanadio, etc.) o sus aleaciones duras binarias o ternarias;

Exclusión simple de carburo de tungsteno de la composición de carburo.

Las aleaciones duras sin tungsteno, en comparación con el tungsteno, tienen una menor resistencia a la flexión, pero tienen una mayor dureza y una baja adherencia a los aceros. Las herramientas fabricadas con estas aleaciones trabajan sobre aceros prácticamente sin formación de sedimentos, lo que determina el ámbito de su aplicación (acabado y semiacabado, torneado y fresado de aceros de baja aleación, aceros al carbono, fundición y aleaciones no ferrosas). La resistencia al desgaste es de 1,2 a 1,5 veces mayor que la de las aleaciones del grupo TK. Las principales propiedades físicas y mecánicas de las aleaciones duras sin tungsteno se presentan en la Tabla. 1. 7 .

Tabla 1.5

Propiedades físicas y mecánicas de aleaciones duras sin tungsteno

Grado de carburo	Densidad, g / cm 3	σ curva, MPa	σ cj, MPa	Dureza, HRA	Módulo de elasticidad 10 3 MPa	Tamaño de grano, micras
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

La desventaja es que las aleaciones duras sin tungsteno son difíciles de soldar y afilar debido a sus propiedades térmicas insatisfactorias y, por lo tanto, se utilizan principalmente en forma de placas no rectificables.

El material para la fabricación de herramientas también puede servir como cerámica mineral, que es un óxido de aluminio cristalino ( Alabama 2O3 ). La marca de cerámica mineral TsM-332 es ampliamente utilizada.

Como resultado de la sinterización, la cerámica mineral se convierte en un cuerpo policristalino, que consta de los cristales de corindón más pequeños y una capa intercristalina en forma de una masa vítrea amorfa. La cerámica mineral es un material para herramientas económico y accesible, ya que no contiene los elementos escasos y costosos que son la base de los aceros para herramientas y las aleaciones duras.

Además, las cerámicas minerales tienen una gran dureza y una resistencia al calor excepcionalmente alta. En términos de resistencia al calor, la cerámica mineral supera a todos los materiales de herramientas comunes, lo que permite que las herramientas de cerámica mineral trabajen a velocidades de corte muy superiores a las de las herramientas de carburo, y que es la principal ventaja de las cerámicas minerales.

Junto con las ventajas indicadas de la cerámica mineral, presenta desventajas que limitan su uso: reducida resistencia a la flexión, baja resistencia al impacto y extremadamente baja resistencia a los cambios cíclicos en la carga térmica. Como resultado, durante el corte interrumpido, aparecen grietas por fatiga térmica en las superficies de contacto de la herramienta, que son la causa de la falla prematura de la herramienta.

La baja resistencia a la flexión y la alta fragilidad de la cerámica mineral permiten su uso solo en herramientas para procesar materiales estructurales en operaciones de acabado con torneado continuo y con pequeñas secciones de la capa cortada en ausencia de golpes e impactos.

La herramienta de corte está equipada con placas de cerámica mineral de ciertas formas y tamaños. Las placas se unen al cuerpo de los instrumentos mediante soldadura, encolado y mecánicamente.

Cada vez más, el diamante y los materiales superduros se utilizan en la carpintería, que se pueden dividir en tres variedades:

diamantes naturales y sintéticos en forma de mono y policristales;

nitruro de boro cúbico, en forma de mono y policristales;

materiales compuestos policristalinos sintéticos (composites) obtenidos por síntesis o sinterización.

Los diamantes naturales son un grupo especial de materiales para equipar herramientas de corte.

Las variedades de diamante son: balas, carbonado, tabla. propiedad útil diamantes es, en primer lugar, su dureza excepcionalmente alta. Alta conductividad térmica, mucho más alta que la conductividad térmica.

La consistencia de todos los materiales de herramientas conocidos y el bajo coeficiente de expansión lineal del diamante hacen posible llevar a cabo un procesamiento dimensional preciso con una herramienta de diamante. El bajo coeficiente de fricción en el material que se procesa y la baja tendencia a la adherencia proporcionan una baja rugosidad superficial cuando se corta con herramientas de diamante.

En la industria se utilizan tanto diamantes naturales (grado A) como sintéticos (grados ASO, ACP, DIA, etc.). Los diamantes sintéticos se obtienen a partir de grafito y sustancias carbonosas. Variedades de diamante natural: tablero y carbonado se utilizan únicamente en la industria.

El nitruro de boro cúbico (CBN) es un material superduro sintético con el mismo propósito que el diamante. Se forma como resultado de la combinación química de boro y nitrógeno. La dureza del elbor es menor que la del diamante, sin embargo, el nitruro de boro cúbico supera al diamante en resistencia al calor, pero aproximadamente 3 veces menor en conductividad térmica. La producción de grandes formaciones policristalinas de nitruro de boro cúbico con un diámetro de 3…4 y una longitud de 5…6 mm, que tienen una alta resistencia, permite equipar herramientas de corte con ellas.

Aceros para herramientas al carbono y aleados. La gama de materiales para herramientas es diversa. Anteriormente, se comenzaron a utilizar otros materiales para la fabricación de herramientas de corte. aceros al carbono para herramientas grados U7, U7A...U13, U13A. Además de hierro y carbono, estos aceros contienen 0,2 ... 0,4% de manganeso. Las herramientas hechas de acero al carbono tienen suficiente dureza a temperatura ambiente, pero su resistencia al calor es baja, ya que a temperaturas relativamente bajas (200 ... 250 ° C) su dureza disminuye considerablemente.

Aceros aleados para herramientas a mi manera composición química se diferencian de los de carbono por un mayor contenido de silicio o manganeso, o por la presencia de uno o más elementos de aleación: cromo (aumenta la dureza, la resistencia, la resistencia a la corrosión del material, reduce su ductilidad); níquel (aumenta la resistencia, la ductilidad, la resistencia al impacto, la templabilidad del material); tungsteno (aumenta la dureza y la resistencia al calor del material); vanadio (aumenta la dureza y la resistencia del material, promueve la formación de una estructura de grano fino); cobalto (aumenta la resistencia al impacto y la resistencia al calor del material); molibdeno (aumenta la elasticidad, la fuerza, la resistencia al calor del material). Para herramientas de corte, se utilizan grados de acero de baja aleación 9HF, 11HF, 13X, V2F, KhV4, KhVSG, KhVG, 9HS, etc.. Estos aceros tienen propiedades tecnológicas más altas: mejor templabilidad y templabilidad, menos tendencia a la deformación, pero su calor la resistencia es casi igual a la de los aceros al carbono 350 ... 400 ° C y, por lo tanto, se utilizan para la fabricación de herramientas manuales (escariadores) o herramientas destinadas a procesar en máquinas con bajas velocidades corte (pequeños taladros, escariadores).

Aceros para herramientas de alta velocidad. Del grupo de aceros de alta aleación para la fabricación de herramientas de corte, se utilizan aceros rápidos con alto contenido en tungsteno, molibdeno, cobalto y vanadio. Los aceros rápidos modernos se pueden dividir en tres grupos.

A aceros de resistencia normal al calor incluyen tungsteno R18, R12, R9 y tungsteno-molibdeno R6M5, R6MZ, R8MZ (Tabla 6.1). Estos aceros tienen una dureza en estado templado de 63...66 HRC e, resistencia a la flexión de 2900...3400 MPa, resistencia al impacto de 2,7...4,8 J/m 2 y resistencia al calor de 600...650 °C . . Estos grados de acero son los más utilizados en la fabricación de herramientas de corte. Se utilizan en el procesamiento de aceros estructurales, hierros fundidos, metales no ferrosos, plásticos. En ocasiones se utilizan aceros rápidos, adicionalmente aleados con nitrógeno (P6AM5, P18A, etc.), que son modificaciones de los aceros rápidos convencionales. La aleación con nitrógeno aumenta las propiedades de corte de la herramienta en un 20...30 %, la dureza en 1...2 unidades HRC.

Aceros de mayor resistencia al calor. caracterizado por un alto contenido de carbono - 10P8MZ, 10P6M5; vanadio - R12FZ, R2MZF8, R9F5; cobalto - R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8, etc.

La dureza de los aceros en estado templado alcanza 66...70 HRC e, tienen una mayor resistencia al calor (hasta 620...670 °C). Esto hace posible utilizar su para procesar aceros y aleaciones resistentes al calor e inoxidables, así como aceros estructurales de mayor resistencia y endurecidos. La vida útil de las herramientas fabricadas con dichos aceros es 3...5 veces mayor que la de los aceros R18, R6M5.

Pestaña. 3. El contenido de elementos de aleación en aceros rápidos,%

Aceros de alta resistencia al calor caracterizado por un bajo contenido de carbono, pero una gran cantidad de elementos de aleación: Bl1M7K23, V14M7K25, ZV20K20Kh4F. Tienen una dureza de 69...70 HRC Oe, y una resistencia al calor de 700....720 °C. El área más racional de su uso es el corte de materiales difíciles de cortar y aleaciones de titanio. En este último caso, la vida útil de la herramienta es de 30 a 80 veces superior a la del acero R18 y de 8 a 15 veces superior a la de la aleación dura VK8. Al cortar aceros estructurales y hierros fundidos, la vida útil de la herramienta aumenta menos significativamente (de 3 a 8 veces).

Debido a la grave escasez de tungsteno en la URSS y en el extranjero, se están desarrollando materiales para herramientas sin tungsteno, en incluyendo aceros de alta velocidad.

Dichos aceros incluyen R2M5, RZMZF4K5 con bajo contenido de tungsteno. R2MZF8, A11RZMZF2 y 11M5F sin tungsteno (consulte la Tabla 6.1). Las propiedades operativas de estos aceros se acercan a las propiedades de los aceros rápidos tradicionales de los grupos correspondientes.

Una dirección prometedora para mejorar la calidad de los aceros rápidos es su producción mediante pulvimetalurgia. Los aceros R6M5K5-P (P - polvo), R9M4K8-P, R12MZFZK10-P y otros tienen una estructura de grano fino muy uniforme, están bien rectificados, se deforman menos durante el tratamiento térmico y se distinguen por la estabilidad de sus propiedades operativas. La vida útil de las herramientas de corte fabricadas con dichos aceros aumenta hasta 1,5 veces. Junto con los aceros en polvo de alta velocidad, los llamados aceros al carburo, conteniendo hasta un 20% de TiC, que según las características del servicio ocupan una posición intermedia entre los aceros rápidos y las aleaciones duras.

aleaciones duras. Estas aleaciones se obtienen por métodos de pulvimetalurgia en forma de placas o coronas. Los componentes principales de tales aleaciones son carburos de tungsteno WC, titanio TiC, tantalio TaC y niobio NbC, cuyas partículas más pequeñas están conectadas por cobalto relativamente suave y menos refractario o níquel mezclado con molibdeno (Tablas 6.2, 6.3).

Las aleaciones duras tienen una alta dureza -88...92 HRA (72...76 HRC Oe) y una resistencia al calor de hasta 850...1000 °C. Esto le permite trabajar con velocidades de corte 3...4 veces mayores que con herramientas fabricadas con aceros rápidos.

Las aleaciones duras utilizadas actualmente se dividen en:

1) para aleaciones de tungsteno Grupos VK: VKZ, VKZ-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8, etc. En el símbolo, el número muestra el porcentaje de cobalto. Por ejemplo, la designación VK8 muestra que contiene 8 % de cobalto y 92 % de carburos de tungsteno. Las letras M y OM denotan la estructura de grano fino y especialmente de grano fino;

2) en aleaciones de titanio y tungsteno Grupos de CT:

T5K10, T15K6, T14K8, TZOK4, T60K6, etc. En el símbolo, el número después de la letra T indica el porcentaje de carburos de titanio, después de la letra K - cobalto, el resto - carburos de tungsteno;

Pestaña. 4. Grados, composición química y propiedades de las aleaciones duras que contienen tungsteno

Pestaña. 5. Grados, composición química y propiedades de las aleaciones duras sin tungsteno

3) en aleaciones de titanio-tantalio-tungsteno Grupos TTK: TT7K12, TT8K6, TT20K9, etc. En el símbolo, los números después de la letra T indican el porcentaje de carburos de titanio y tantalio, después de la letra K - cobalto, el resto - carburos de tungsteno;

4) en aleaciones duras sin tungsteno TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20XN, cuya composición se indica en la Tabla. 6.3. Las designaciones de este grupo de aleaciones duras son condicionales.

Los grados de carburo están disponibles como insertos estandarizados que se sueldan, pegan o unen mecánicamente a portaherramientas de acero estructural. También se producen herramientas, cuya parte de trabajo está hecha completamente de aleación dura (monolítica).

La elección correcta El grado de carburo garantiza un funcionamiento eficiente de las herramientas de corte. Para un caso particular de procesamiento, la aleación se selecciona en función de la combinación óptima de su resistencia al calor y su fuerza. Por ejemplo, las aleaciones del grupo TK tienen mayor resistencia al calor que las aleaciones VK. Las herramientas fabricadas con estas aleaciones se pueden utilizar a altas velocidades de corte, por lo que se utilizan ampliamente en el mecanizado de acero.

Las herramientas fabricadas en aleaciones duras del grupo VK se utilizan en el procesamiento de piezas de acero estructural en condiciones de baja rigidez del sistema AIDS, con corte interrumpido, cuando se trabaja con impactos, así como en el procesamiento de materiales frágiles como hierro fundido, que se debe a la mayor resistencia de este grupo de aleaciones duras y no altas temperaturas en la zona de corte.

Dichas aleaciones también se utilizan en el procesamiento de piezas hechas de aceros de alta resistencia, resistentes al calor e inoxidables, aleaciones de titanio. Esto se explica por el hecho de que la presencia de titanio en la mayoría de estos materiales provoca una mayor adherencia con las aleaciones del grupo TK, que también contienen titanio. Además, las aleaciones del grupo TK tienen una conductividad térmica significativamente peor y una resistencia menor que las aleaciones VK.

La introducción de carburos de tantalio o carburos de tantalio y niobio (TT10K8-B) en la aleación dura aumenta su resistencia. Por lo tanto, las aleaciones duras de tres y cuatro carburos se utilizan para equipar herramientas que trabajan con impactos y piel contaminada. Sin embargo, la temperatura de resistencia al calor de estas aleaciones es menor que la de las aleaciones de dos carburos. De las aleaciones duras con una estructura significativamente mejorada, cabe señalar que son especialmente de grano fino, utilizadas para procesar materiales con una alta capacidad de abrasión. Las aleaciones OM tienen una estructura densa, especialmente de grano fino, y también tienen un tamaño de grano pequeño (hasta 0,5 μm) de carburos de tungsteno. Esta última circunstancia permite afilar y acabar una herramienta fabricada con ellos con los radios de corte más pequeños. Las herramientas de aleaciones de este grupo se utilizan para el acabado y semiacabado de piezas hechas de aceros tenaces de alta resistencia con una mayor tendencia al endurecimiento por trabajo.

Una ligera adición de carburo de tantalio y cobalto a las aleaciones del grupo OM contribuye a aumentar su resistencia al calor, lo que permite utilizar estas aleaciones en la fabricación de herramientas destinadas al desbaste de piezas de diversos aceros. Reemplazo muy efectivo para los carburos de tantalio carburos de cromo . Esto asegura la producción de aleaciones con una estructura uniforme de grano fino y alta resistencia al desgaste. Un representante de tales materiales es una aleación. VK10-XOM.

Las aleaciones con bajo porcentaje de cobalto (TZOK4, VKZ, VK4) tienen menor viscosidad y se utilizan para la fabricación de herramientas que cortan virutas finas en operaciones de acabado. Por el contrario, las aleaciones con alto contenido en cobalto (VK8, T14K8, T5K10) son más viscosas y se utilizan para arrancar virutas de gran sección en operaciones de desbaste.

El rendimiento de las aleaciones duras aumenta significativamente cuando se les aplican recubrimientos resistentes al desgaste.

Cerámica mineral. De los materiales de herramientas modernas, merece atención la cerámica mineral, que no contiene elementos caros y escasos. Se basa en óxidos de aluminio AO3 con una pequeña adición (0,5 ... 1%) de óxido de magnesio MgO. La alta dureza de las cerámicas minerales, la resistencia al calor hasta 1200°C, la inercia química a los metales, la resistencia a la oxidación en muchos aspectos superan los mismos parámetros de las aleaciones duras. Sin embargo, la cerámica mineral es inferior a estas aleaciones en términos de conductividad térmica y tiene una menor resistencia a la flexión.

La cerámica mineral moderna, creada en la URSS y en el extranjero, tiene una resistencia cercana a las aleaciones duras más resistentes al desgaste. Las cerámicas minerales a base de óxido de aluminio se pueden dividir en tres grupos:

1) cerámica de óxido puro (blanco), cuya base es óxido de aluminio con impurezas menores (AlOz - hasta 99,7%);

2) cerámica, que es óxido de aluminio con la adición de metales (titanio, niobio, etc.);

3) cerámica de óxido-carburo (negra): óxido de aluminio con la adición de carburos de metales refractarios (titanio, tungsteno, molibdeno) para aumentar su propiedades de resistencia y dureza.

Actualmente, la industria nacional produce cerámicas de óxido TsM-332, VO-13 y óxido-carburo VZ, VOK-60, VOK-63, que incluye hasta un 40% de carburos de titanio, tungsteno y molibdeno. Junto con los materiales a base de óxido de aluminio, se produce un material a base de nitruro de silicio: silinit-R y cortinita ONT-20 (con adiciones de óxidos de aluminio y algunas otras sustancias). Las propiedades físicas y mecánicas del corte de cerámica mineral se dan en la tabla. 6.4.

Las altas propiedades de corte de las herramientas de cerámica mineral se manifiestan durante el mecanizado a alta velocidad de aceros y hierros fundidos de alta resistencia, y el torneado y fresado fino y semiacabado aumentan la productividad del procesamiento de piezas hasta 2 veces al tiempo que aumentan los períodos de vida útil de la herramienta. a 5 veces en comparación con el mecanizado con herramientas de aleación dura.

La cerámica mineral se produce en forma de placas no triturables, lo que facilita enormemente las condiciones para su funcionamiento.

Pestaña. 6. Propiedades físicas y mecánicas del corte de cerámicas minerales.

Los principales requisitos para los materiales de las herramientas son los siguientes:

1. El material de la herramienta debe tener una alta dureza en el estado de entrega o como resultado de su tratamiento térmico– no menos de 63…66 HRC según Rockwell.

2. Es necesario que a temperaturas de corte significativas la dureza de las superficies de la herramienta no disminuya significativamente. La capacidad de un material para mantener una alta dureza a temperaturas elevadas y su dureza original después del enfriamiento se denomina resistencia al calor. El material de la herramienta debe tener una alta resistencia al calor.

3. Junto con la resistencia al calor, el material de la herramienta debe tener una alta resistencia al desgaste a temperaturas elevadas, es decir, tener buena resistencia a la abrasión del material procesado.

4. Un requisito importante es una resistencia lo suficientemente alta del material de la herramienta. Si la alta dureza del material de la parte de trabajo de la herramienta va acompañada de una fragilidad significativa, esto conduce a la rotura de la herramienta y al astillado de los filos.

5. El material de la herramienta debe tener propiedades tecnológicas que proporcionen condiciones óptimas para la fabricación de herramientas a partir de él. Para aceros para herramientas, esta es una buena maquinabilidad por corte y presión; caracteristicas favorables tratamiento térmico; buena lijabilidad después del tratamiento térmico. Para las aleaciones duras, la buena capacidad de rectificado es de particular importancia, así como la ausencia de grietas y otros defectos que ocurren en la aleación dura después de soldar las placas, durante el rectificado y el afilado de herramientas.

TIPOS DE MATERIALES DE HERRAMIENTAS Y SUS CAMPOS DE APLICACIÓN.

Previamente, todos los materiales comenzaron a ser utilizados. aceros al carbono para herramientas grados U7, U7A ... U13, U 13A. Además de hierro, contienen 0,2 ... 0,4% de manganeso, tienen suficiente dureza a temperatura ambiente, pero su resistencia al calor es baja, ya que a temperaturas relativamente bajas (200 ... 250 ° C) su dureza disminuye considerablemente.

Aceros aleados para herramientas en su composición química se diferencian de los de carbono por un mayor contenido de silicio o manganeso, o la presencia de uno o más elementos de aleación: cromo (aumenta la dureza, la resistencia, la resistencia a la corrosión del material, reduce su ductilidad); níquel (aumenta la resistencia, la ductilidad, la resistencia al impacto, la templabilidad del material); tungsteno (aumenta la dureza y la resistencia al calor del material); vanadio (aumenta la dureza y la resistencia del material, promueve la formación de una estructura de grano fino); cobalto (aumenta la resistencia al impacto y la resistencia al calor del material); molibdeno (aumenta la elasticidad, la fuerza, la resistencia al calor del material). Para herramientas de corte, se utilizan grados de acero de baja aleación 9ХФ, 11ХФ, 13Х, V2F, KhV4, KhVSG, KhVG, 9ХС, etc.. Estos aceros tienen propiedades tecnológicas más altas: mejor templabilidad y templabilidad, menos tendencia a la deformación, pero su calor la resistencia es casi igual a la de los aceros al carbono 350 ... 400 ° C y, por lo tanto, se utilizan para la fabricación de herramientas manuales (escariadores) o herramientas destinadas al procesamiento en máquinas con bajas velocidades de corte (pequeños taladros, escariadores).

Aceros para herramientas de alta velocidad. Del grupo de aceros de alta aleación para la fabricación de herramientas de corte, se utilizan aceros rápidos con alto contenido en tungsteno, molibdeno, cobalto y vanadio. Los aceros rápidos modernos se pueden dividir en tres grupos.

A aceros de resistencia normal al calor incluyen tungsteno R18, R12, R9 y tungsteno-molibdeno R6M5, R6M3, R8M3. Estos aceros tienen una dureza en estado templado de 63…66HRC, una resistencia a la flexión de 2900…3400MPa, una resistencia al impacto de 2,7…4,8 J/m 2 y una resistencia al calor de 600…650°C. Se utilizan en el procesamiento de aceros estructurales, hierros fundidos, metales no ferrosos, plásticos. En ocasiones se utilizan aceros rápidos, adicionalmente aleados con nitrógeno (P6AM5, P18A, etc.), que son modificaciones de los aceros rápidos convencionales. La aleación con nitrógeno aumenta las propiedades de corte de la herramienta en un 20...30%, dureza - en 1 - 2 unidades HRC.

Aceros de mayor resistencia al calor. caracterizado por un mayor contenido de carbono - 10P8M3, 10P6M5; vanadio - R12F3, R2M3F8; R9F5; cobalto - R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8, etc.

La dureza de los aceros en estado templado alcanza los 66...70HRC, tienen una mayor resistencia al calor (hasta 620...670°C). Esto hace que sea posible usarlos para procesar aceros y aleaciones resistentes al calor e inoxidables, así como aceros estructurales de mayor resistencia y endurecidos. La vida útil de las herramientas fabricadas con dichos aceros es de 3 a 5 veces mayor que la de los aceros R18, R6M5.

Aceros de alta resistencia al calor caracterizado por un bajo contenido de carbono, pero una gran cantidad de elementos de aleación: V11M7K23, V14M7K25, 3V20K20Kh4F. Tienen una dureza de 69…70HRC y una resistencia al calor de 700…720°C. El área más racional de su uso es el corte de materiales difíciles de cortar y aleaciones de titanio. En este último caso, la vida útil de la herramienta es de 30 a 80 veces mayor que la del acero R18 y de 8 a 15 veces mayor que la de la aleación dura VK8. Al cortar aceros estructurales y hierros fundidos, la vida útil de la herramienta aumenta de manera menos significativa (3-8 veces).

aleaciones duras. Estas aleaciones se obtienen por métodos de pulvimetalurgia en forma de placas o coronas. Los componentes principales de tales aleaciones son carburos de tungsteno WC, titanio TiC, tantalio TaC y niobio NbC, cuyas partículas más pequeñas están conectadas por cobalto o níquel relativamente blando y menos refractario mezclado con molibdeno.

Las aleaciones duras tienen una alta dureza: 88…92 HRA (72…76 HRC) y resistencia al calor hasta 850…1000 °C. Esto le permite trabajar con velocidades de corte 3-4 veces mayores que con herramientas de acero de alta velocidad.

Las aleaciones duras utilizadas actualmente se dividen en:

1) para aleaciones de tungsteno Grupos VK: VK3, VK3-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8, etc. En el símbolo, el número muestra el porcentaje de cobalto. Por ejemplo, la designación VK8 muestra que contiene 8 % de cobalto y 92 % de carburos de tungsteno. Las letras M y OM denotan la estructura de grano fino y especialmente de grano fino;

2) para aleaciones de titanio y tungsteno Grupos TK: T5K10, T15K6, T14K8, T30K4, T60K6, etc. En el símbolo, el número después de la letra T indica el porcentaje de carburos de titanio, después de la letra K - cobalto, el resto - carburos de tungsteno;

3) para aleaciones de titanio-tantalio-tungsteno Grupos TTK: TT7K12, TT8K6, TT20K9, etc. En el símbolo, los números después de la letra T indican el porcentaje de carburos de titanio y tantalio, después de la letra K - cobalto, el resto - carburos de tungsteno;

4) para aleaciones duras sin tungsteno TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20HN. Las designaciones son condicionales.

Los grados de carburo están disponibles como insertos estandarizados que se sueldan, pegan o unen mecánicamente a portaherramientas de acero estructural. También hay herramientas parte de trabajo que están hechos completamente de aleación dura (monolíticos).

Las aleaciones del grupo TK tienen mayor resistencia al calor que las aleaciones VK. Se pueden utilizar a altas velocidades de corte, por lo que son muy utilizados en el mecanizado de acero.

Las herramientas fabricadas en aleaciones duras del grupo VK se utilizan en el procesamiento de piezas de acero estructural en condiciones de baja rigidez del sistema AIDS, con corte interrumpido, cuando se trabaja con impactos, así como en el procesamiento de materiales frágiles como fundición, que se debe a la mayor resistencia de este grupo de aleaciones duras y no a las altas temperaturas en la zona de corte. También se utilizan en el procesamiento de piezas hechas de aceros de alta resistencia, resistentes al calor e inoxidables, aleaciones de titanio. Esto se explica por el hecho de que la presencia de titanio en la mayoría de estos materiales provoca una mayor adherencia con las aleaciones del grupo TK, que también contienen titanio. Las aleaciones del grupo TK tienen una conductividad térmica significativamente peor y una menor resistencia que las aleaciones VK.

La introducción de carburos de tantalio o carburos de tantalio y niobio (TT10K8-B) en la aleación dura aumenta su resistencia. Sin embargo, la temperatura de resistencia al calor de estas aleaciones es menor que la de las dos aleaciones de carburo.

Las aleaciones duras de grano fino en particular se utilizan para el procesamiento de materiales con una alta capacidad de abrasión. Se utilizan para el acabado y semiacabado de piezas fabricadas con aceros tenaces de alta resistencia con una mayor tendencia al endurecimiento.

Las aleaciones con bajo contenido de cobalto (T30K4, VK3, VK4) se utilizan en operaciones de acabado, con un alto contenido de cobalto (VK8, T14K8, T5K10) se utilizan en operaciones de desbaste.

Cerámica mineral. Se basa en óxidos de aluminio Al 2 O 3 con una pequeña adición (0,5 ... 1%) de óxido de magnesio MgO. Alta dureza, resistencia al calor hasta 1200°C, inercia química a los metales, resistencia a la oxidación en muchos aspectos superan los mismos parámetros de las aleaciones duras, pero son inferiores en conductividad térmica y tienen una menor resistencia a la flexión.

Las altas propiedades de corte de las cerámicas minerales se manifiestan en el mecanizado a alta velocidad de aceros y hierros fundidos de alta resistencia, y el torneado y fresado fino y semiacabado aumentan la productividad del mecanizado de piezas hasta 2 veces al tiempo que aumentan los períodos de vida útil de la herramienta hasta 5 veces en comparación con el mecanizado con herramientas de aleación dura. La cerámica mineral se produce en forma de placas no triturables, lo que facilita enormemente las condiciones para su funcionamiento.

Materiales para herramientas superduros (STM)– los más prometedores son los materiales superduros sintéticos a base de diamante o nitruro de boro.

Los diamantes se caracterizan por su alta dureza y resistencia al desgaste. En términos de dureza absoluta, el diamante es 4-5 veces más duro que las aleaciones duras y decenas y cientos de veces mayor que la resistencia al desgaste de otros materiales para herramientas en el procesamiento de aleaciones no ferrosas y plásticos. Debido a su alta conductividad térmica, los diamantes eliminan mejor el calor de la zona de corte, sin embargo, debido a su fragilidad, su área de aplicación es muy limitada. Un inconveniente importante del diamante es que a temperaturas elevadas entra en una reacción química con el hierro y pierde su eficiencia.

Por lo tanto, se crearon nuevos materiales superduros que son químicamente inertes al diamante. La tecnología para obtenerlos es cercana a la tecnología para obtener diamantes, pero no el grafito, sino que se utilizó nitruro de boro como material de partida.

PROPÓSITO DE LA GEOMETRÍA DE LA HERRAMIENTA Y CONDICIONES ÓPTIMAS DE CORTE EN TORNEADO, TALADRADO, FRESADO.

Selección de esquina de alivio a. Se sabe que cuando se procesan aceros, un ángulo óptimo más grande a corresponde a un espesor más pequeño de la capa de corte: sin a opt \u003d 0.13 / a 0.3.

A efectos prácticos, al mecanizar aceros, se recomiendan los siguientes ángulos de incidencia: para fresas de desbaste con S>0,3 mm/rev - a=8°; para fresas de acabado con S<0,3 мм/об - a=12°; для торцовых и цилиндрических фрез - a=12…15°.

El valor de los ángulos de incidencia al mecanizar hierros fundidos es algo menor que al mecanizar aceros.

Elección del ángulo de inclinación g. El ángulo de inclinación debe ser mayor cuanto menor sea la dureza y la resistencia del material que se procesa y mayor su plasticidad. Para herramientas de acero rápido al mecanizar aceros blandos, el ángulo es g=20…30°, aceros semiduros - g=12…15°, hierro fundido - g=5…15° y aluminio - g=30…40 °. En una herramienta de carburo, el ángulo de inclinación se hace más pequeño y, a veces, incluso negativo, debido al hecho de que este material de la herramienta es menos duradero que el acero rápido. Sin embargo, una disminución de g conduce a un aumento de las fuerzas de corte. Para reducir las fuerzas de corte en este caso, se afila un chaflán negativo en la superficie frontal de las herramientas de carburo y de alta velocidad.

Elección del ángulo principal en planta j. Cuando se procesan piezas no rígidas, para reducir el componente radial P y, el ángulo principal en el plano debe aumentarse a j=90°. En algunos casos, el ángulo j se asigna por motivos de diseño. El ángulo de posición también afecta la rugosidad de la superficie mecanizada, por lo que al terminar se recomienda utilizar valores menores de j.

Elección del ángulo auxiliar en planta j 1. Para ciertos tipos de instrumentos, j 1 varía de 0 a 2…3°. Por ejemplo, para brocas y machos j 1 =2…3¢, y para una herramienta de corte j 1 =1…3°.

Selección del ángulo de inclinación del filo principal l.Ángulos recomendados para fresas de acabado y desbaste de acero rápido, respectivamente, l=0…(-4)° y l=5…+10°, para fresas de carburo cuando se trabaja sin impactos y con impactos, respectivamente, l=5 …+10° y l =5…+20°.

Asignación de condiciones óptimas de corte:

1. En primer lugar, elige material instrumental, diseño de la herramienta y parámetros geométricos de su parte de corte. El material de la pieza de corte se selecciona en función de las propiedades del material que se está procesando, el estado de la superficie de la pieza de trabajo y también de las condiciones del corte que se está realizando. Los parámetros geométricos de la herramienta se asignan según las propiedades del material que se procesa, la rigidez del sistema tecnológico, el tipo de procesamiento (desbaste, acabado o acabado) y otras condiciones de corte.

2. Designar profundidad de corte sujeto a asignación de procesamiento. Al desbastar, es deseable asignar una profundidad de corte que proporcione el corte del margen en una sola pasada. El número de pasadas por encima de uno durante el desbaste debe permitirse en casos excepcionales cuando se eliminen tolerancias aumentadas. El semiacabado suele realizarse en dos pasadas. La primera, de desbaste, se realiza con una profundidad de corte t=(0,6...0,75)h, y la segunda, definitiva con t=(0,3...0,25)h. El mecanizado en dos pasadas en este caso se debe al hecho de que al eliminar una capa con un espesor de más de 2 mm en una sola pasada, la calidad de la superficie mecanizada es baja y la precisión de sus dimensiones es insuficiente. Al terminar, según la precisión y la rugosidad de la superficie mecanizada, la profundidad de corte se asigna entre 0,5 ... 2,0 mm por diámetro, y cuando se procesa con una rugosidad inferior a Ra 1,25, entre 0,1 ... 0,4 mm.

3. Seleccione el avance (al tornear y perforar - S 0, mm / rev; al fresar S z, mm / diente) Al desbastar, se establece teniendo en cuenta la rigidez del sistema tecnológico de la máquina, la resistencia de la pieza , el método de su fijación (en el mandril, en los centros, etc.), la fuerza y ​​​​rigidez de la parte de trabajo de la herramienta de corte, la fuerza del mecanismo de avance de la máquina, así como la profundidad de corte establecida. Al terminar, el propósito del avance debe coordinarse con la rugosidad especificada de la superficie mecanizada y la calidad de la precisión, teniendo en cuenta la posible desviación de la pieza bajo la acción de las fuerzas de corte y el error en la forma geométrica de la superficie maquinada. Después de seleccionar la alimentación normativa, los cálculos de verificación se realizan de acuerdo con las fórmulas: Р x = , o .

4. Determinar la velocidad de corte. La velocidad de corte permitida por una herramienta de corte con un cierto período de su resistencia depende de la profundidad de corte y avance, el material de la parte de corte de la herramienta y sus parámetros geométricos, del material que se está procesando, el tipo de procesamiento, refrigeración , y otros y otros factores.

Dada la profundidad de corte, el avance y la vida útil de la herramienta, la velocidad de corte se puede calcular: al tornear: ; al perforar: ; al fresar: .

5. Al desbastar se comprueba el modo de corte seleccionado según la potencia de la máquina. En este caso hay que respetar la relación: N res £1,3hN st. Si resulta que la potencia del motor eléctrico de la máquina en la que se realiza el procesamiento no es suficiente, se debe seleccionar una máquina más potente. Si esto no es posible, los valores elegidos de u o S deben reducirse.

6. Determinar tiempo principal de cada pase(Las fórmulas para su cálculo para varios tipos de procesamiento se dan en la literatura de referencia.

PROCESO DE MOLIENDA

molienda- el proceso de corte de metales, realizado por granos de material abrasivo. La molienda puede procesar prácticamente cualquier material, ya que la dureza de los granos abrasivos (2200 ... 3100HB) y el diamante (7000HB) es muy alta. A modo de comparación, notamos que la dureza de la aleación dura es 1300HB, la cementita es 2000HB, el acero endurecido es 600…700HB. Los granos abrasivos se unen en herramientas de varias formas o se aplican a la tela (pieles abrasivas). El esmerilado se utiliza con mayor frecuencia como una operación de acabado y permite obtener piezas de los grados 7 ... 9 e incluso 6 con una rugosidad de Ra = 0,63 ... 0,16 μm o menos. En algunos casos, el esmerilado se utiliza para esmerilar piezas fundidas y forjadas, para limpiar soldaduras, es decir, como una operación preparatoria o de desbaste. Actualmente, el rectificado de avance profundo se utiliza para eliminar grandes tolerancias.

Los rasgos característicos del proceso de molienda son los siguientes:

1) multipaso, que contribuye a la corrección efectiva de errores en la forma y tamaño de las piezas obtenidas después del procesamiento previo;

2) el corte se realiza mediante una gran cantidad de granos abrasivos dispuestos al azar con alta microdureza (22000 ... 31000 MPa). Estos granos, que forman un contorno de corte intermitente, cortan las depresiones más pequeñas, y el volumen de metal cortado por unidad de tiempo es mucho menor en este caso que cuando se corta con una herramienta de metal. Un grano abrasivo corta unas 400.000 veces menos metal por unidad de tiempo que un diente cortador;

3) el proceso de corte de virutas con un grano abrasivo separado se lleva a cabo a altas velocidades de corte (30 ... 70 m / s) y en un período de tiempo muy corto (dentro de milésimas y cienmilésimas de segundo);

los granos abrasivos se ubican al azar en el cuerpo del círculo. Son poliedros de forma irregular y tienen vértices redondeados de radio r (pág. 301).

Este redondeo es pequeño (normalmente r=8...20 µm), pero siempre debe tenerse en cuenta, ya que en el microcorte el grosor de las capas eliminadas por los granos individuales es proporcional a r;

5) las altas velocidades de corte y la geometría desfavorable de los granos de corte contribuyen al desarrollo de altas temperaturas en la zona de corte (1000 ... 1500 ° C);

6) el proceso de rectificado se puede controlar solo cambiando las condiciones de corte, ya que cambiar la geometría del grano abrasivo, que actúa como cortador o diente cortador, es prácticamente difícil de implementar. Las ruedas de diamante que utilizan una tecnología de fabricación especial pueden tener una orientación preferencial (obligatoria) de los granos de diamante en el cuerpo del círculo, lo que proporciona condiciones de corte más favorables;

7) la herramienta abrasiva puede autoafilarse durante la operación. Esto ocurre cuando los filos de corte de los granos se vuelven romos, lo que provoca un aumento de las fuerzas de corte y, en consecuencia, de las fuerzas que actúan sobre el grano. Como resultado, los granos romos se caen, se salen del paquete o se parten, y entran en juego nuevos granos afilados;

8) la superficie rectificada se forma como resultado de la acción simultánea de factores geométricos característicos del proceso de corte y deformaciones plásticas que acompañan a este proceso.

En cuanto al esquema geométrico para la formación de una superficie de suelo, se debe tener en cuenta lo siguiente:

para que coincida mejor con el proceso real de formación de astillas, se debe considerar el corte de los granos en una superficie rugosa, y los propios granos se deben considerar ubicados aleatoriamente en todo el volumen del círculo (pág. 302).

La molienda debe considerarse como un fenómeno espacial, no plano. En la zona de corte, la superficie elemental que se procesa durante su contacto con la muela no entra en contacto con una hilera de granos, sino con varias;

2) cuanto más pequeñas sean las irregularidades de la herramienta de corte abrasiva, más se acercará a una hoja de corte sólida y menos rugosa será la superficie mecanizada. Se puede crear el mismo contorno de corte reduciendo el número de grano o aumentando el tiempo de exposición al abrasivo, por ejemplo, reduciendo la velocidad de rotación de la pieza o reduciendo el avance longitudinal por revolución del producto;

3) un alivio de corte ordenado se logra mediante el diamantado. En el proceso de molienda, a medida que los granos individuales se destruyen y se caen, se altera el relieve de corte ordenado;

4) los granos abrasivos en el proceso de corte se pueden dividir en corte (por ejemplo, granos 3, 7), raspado, si cortan a una profundidad tan pequeña que solo se produce una extrusión plástica del metal sin eliminación de virutas, prensado 5 y no corte 4. En el proceso de molienda real Aproximadamente el 85…90% de todos los granos no se cortan, pero de una forma u otra deforman plásticamente la capa superficial más delgada, es decir, lo apuñala

5) la rugosidad se ve afectada no solo por la granularidad, sino también por la unión de la herramienta abrasiva, que tiene un efecto de pulido, que es más pronunciado a velocidades de rotación de la rueda más bajas.

CARACTERÍSTICAS DE LAS HERRAMIENTAS ABRASIVAS Y FINALIDAD DE LOS MODOS DE RECTIFICADO

Todos los materiales abrasivos se dividen en dos grupos: naturales y artificiales. Los materiales naturales incluyen corindón y esmeril, que consisten en Al 2 O 3 e impurezas. De los materiales abrasivos artificiales, los más utilizados son: electrocorindón, carburo de silicio, carburo de boro, diamante sintético, nitruro de boro cúbico (CBN), Belbor.

Bajo la granularidad de los materiales abrasivos, comprenda el tamaño de sus granos. Según su tamaño (finura), se dividen por números:

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

2) 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3 - polvos para moler;

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

4) M10, M7, M5 - micropolvos finos.

La granularidad de los micropolvos está determinada por el tamaño de grano de la fracción principal en micras. Según GOST 3647-80, se distinguen las siguientes fracciones de grano: B (60 ... 55%), P (55 ... 45%), H (45 ... 40%), D (43 ... 39% de los granos de la fracción principal).

La dureza de las muelas se entiende como la capacidad del aglomerante para evitar que los granos abrasivos sean arrancados de la superficie de la muela bajo la acción de fuerzas externas, o el grado de resistencia del aglomerante para arrancar los granos del círculo. del material del enlace.

En términos de dureza, las ruedas sobre aglomerantes cerámicos y de baquelita, según GOST 18118-79, se dividen en siete clases: M - blanda (M1, M2, M3), M2 es más dura que M1; SM - medio suave (SM1, SM2); C - medio (C1, C2); CT - dureza media (CT1, CT2, CT3); T - sólido (T1, T2); VT - muy duro (VT); HT - extremadamente duro (HT).

Las ruedas en un enlace volcánico difieren en dureza: medio blando (CM), medio (C), medio duro (ST) y duro (T).

GOST 2424-83 prevé la fabricación de muelas abrasivas de tres clases de precisión: AA, A y B. Según la clase de precisión de las muelas, se deben usar materiales abrasivos con los siguientes índices: C y P: para la clase de precisión AA; V, P y N - para clase de precisión A; C, P, N y D - para la clase de precisión B.

Se entiende por estructura de la muela su estructura interna, es decir, el porcentaje y disposición relativa de granos, ligaduras y poros por unidad de volumen de la muela: Vc + Vc + Vp = 100%.

La base del sistema de estructuras es el contenido de granos abrasivos por unidad de volumen de la herramienta:

Número de estructura

Contenido de grano, %

Las estructuras 1 a 4 son cerradas o densas; de 5 a 8 - medio; de 9 a 12 - abierto.

GOST 2424-83 regula la producción de 14 perfiles de muelas abrasivas con un diámetro de 3 ... 1600 mm, un espesor de 6 ... 250 mm.

El modo de corte óptimo durante el rectificado debe considerarse el modo que proporciona una alta productividad, el menor costo y la obtención de la calidad requerida de la superficie rectificada.

Para definir el modo de molienda:

1) se selecciona la característica de la muela abrasiva y se establece su velocidad circunferencial u k;

2) se asigna un avance transversal (profundidad de corte t) y se determina el número de pasadas para asegurar la eliminación de todo el margen. El avance varía entre 0,005 ... 0,09 mm por carrera doble;

3) se asigna un avance longitudinal en fracciones del ancho del círculo S pr \u003d KV, donde K \u003d 0.4 ... 0.6 para rectificado basto, K \u003d 0.3 ... 0.4 - para rectificado fino;

4) se selecciona la velocidad de rotación circunferencial de la pieza u d Para el rectificado en bruto, se debe proceder del período establecido de vida útil de la rueda (T = 25 ... 60 min), para el acabado, para garantizar la rugosidad de la superficie especificada. Por lo general, la velocidad de rotación de la pieza está en el rango de 40 ... 80 m / min;

5) se selecciona el refrigerante;

6) se determinan las fuerzas de corte y la potencia necesaria para garantizar el proceso de molienda. La potencia (kW) necesaria para girar el círculo, N k ³P z u to /10 3 h, y para girar la pieza N d ³P z u d /(60 × 10 3 h);

7) los modos de molienda seleccionados se ajustan de acuerdo con el pasaporte de la máquina. Con falta de potencia, u d o S disminuyen, porque. afectan la potencia de corte N to y el tiempo de máquina t m;

8) las condiciones de molienda sin quemaduras se verifican en términos de potencia específica por 1 mm del ancho del círculo: N late \u003d N a /B. Debe ser menor que la potencia específica permitida dada en la literatura de referencia;

9) se calcula el tiempo de la máquina.

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El área racional de aplicación de un material de herramienta en particular está determinada por la totalidad de sus propiedades operativas y tecnológicas (dependiendo a su vez de las propiedades físicas, mecánicas y químicas), así como por factores económicos.

Los materiales de las herramientas funcionan en condiciones difíciles, con altas cargas y temperaturas. Por lo tanto, todas las propiedades de los materiales de las herramientas se pueden dividir en mecánicas y térmicas.

Las propiedades operativas más importantes de los materiales de las herramientas incluyen: dureza, resistencia, resistencia al desgaste, resistencia al calor, conductividad térmica.

DurezaH y las superficies de contacto de la herramienta deben ser superiores a la dureza H m de material procesado. Este es uno de los principales requisitos para el material de la herramienta. Pero con el aumento de la dureza del material de la herramienta, por regla general, su resistencia a la fractura por fragilidad disminuye. Por lo tanto, para cada par de materiales procesados ​​y de herramientas, existe un valor óptimo de la relación H Y / H m, en el que la tasa de desgaste del material de la herramienta será mínima.

desde el punto de vista fortaleza herramienta, es importante que el material de la herramienta combine una alta dureza a temperaturas elevadas de la zona de corte con una buena resistencia a la compresión y a la flexión, y que además tenga valores elevados de límite de fatiga y resistencia al impacto.

resistencia al desgaste se mide por la relación entre el trabajo invertido en la remoción de cierta masa de material y el valor de esta masa. El desgaste que se observa en el corte como pérdida total de masa del material de la herramienta se produce por diversos mecanismos: adherencia-fatiga, abrasión, químico-abrasión, difusión, etc. La resistencia al desgaste del material de la herramienta durante el desgaste adhesivo depende de la microresistencia de las capas superficiales y de la intensidad de la adherencia con el material que se está procesando. Con el desgaste adhesivo frágil, la resistencia al desgaste del material de la herramienta se correlaciona con su límite de resistencia y resistencia, con el desgaste plástico, con el límite elástico y la dureza. Como medida de la resistencia al desgaste del material de una herramienta durante el desgaste abrasivo, se toma aproximadamente su dureza. El desgaste por difusión de la herramienta de corte se produce debido a la disolución mutua de los componentes de los materiales de corte y procesados, seguida de la destrucción de las capas superficiales del material de corte, suavizado debido a los procesos de difusión. Una característica de la resistencia al desgaste por difusión es el grado de inercia de los materiales de la herramienta en relación con los procesados.

La dureza de las superficies de contacto de la herramienta en estado frío, es decir medido a temperatura ambiente no caracteriza completamente su capacidad de corte. Para caracterizar las propiedades de corte de los materiales de las herramientas a temperaturas elevadas, se utilizan conceptos tales como dureza "en caliente", dureza al rojo y resistencia al calor.

Bajo dureza roja se entiende como la temperatura que provoca una disminución de la dureza del material de la herramienta no por debajo del valor especificado. Según GOST 19265-73, la dureza roja del acero rápido de productividad normal debe ser de 620 °C y del acero de alto rendimiento de 640 °C. La dureza roja se determina midiendo la dureza de las muestras a temperatura ambiente después de calentarlas a temperaturas de 620°-640°C con exposición durante 4 horas y posterior enfriamiento. Para la tasa de control de ablandamiento del acero después del calentamiento especificado, se tomó la dureza HRC 58.

Bajo resistencia al calor Se entiende por material de la herramienta la capacidad del material para mantener, cuando se calienta, la dureza suficiente para el proceso de corte. La resistencia al calor se caracteriza por la llamada temperatura crítica. La temperatura crítica es la temperatura establecida durante el proceso de corte a la cual el material de la herramienta aún no pierde sus propiedades de corte y la herramienta a partir de la cual está hecho puede cortar.

La dependencia del rendimiento de la herramienta en las condiciones de temperatura de su operación también se expresa mediante una característica del material de la herramienta como resistencia al choque térmico. Esta característica determina la máxima diferencia de temperatura a la que el material conserva su integridad y refleja la posibilidad de fractura frágil de la herramienta como resultado de las tensiones térmicas. El conocimiento de la resistencia al choque térmico es especialmente importante cuando se utilizan materiales de herramienta relativamente frágiles en condiciones de corte interrumpido. La magnitud de las tensiones térmicas depende de la conductividad térmica, el coeficiente de expansión lineal, el módulo de elasticidad, la relación de Poisson y otras propiedades del material de la herramienta.

Conductividad térmica- una de las propiedades físicas más importantes de los materiales para herramientas. Cuanto menor sea la conductividad térmica, mayor será la temperatura de las superficies de contacto de la herramienta y, en consecuencia, menores serán las velocidades de corte permitidas.

Entre las propiedades tecnológicas de los materiales para herramientas, la más importante es su maquinabilidad en caliente (forja, fundición, estampación, soldadura, etc.) y en frío (corte, rectificado). Para los materiales de herramientas sometidos a tratamiento térmico, las condiciones de su tratamiento térmico no son menos importantes: el rango de temperaturas de endurecimiento, la cantidad de austenita residual, la capacidad de transformación de la austenita residual, la deformación durante el tratamiento térmico, la sensibilidad al sobrecalentamiento y la descarburación. , etc. La maquinabilidad de los materiales de herramienta por corte depende de muchos factores, los principales son: composición química, dureza, propiedades mecánicas (resistencia, tenacidad, plasticidad), microestructura y tamaño de grano, conductividad térmica. La maquinabilidad no debe considerarse en términos de la posibilidad de utilizar altas velocidades de corte en la fabricación de herramientas, sino también en términos de la calidad de las superficies resultantes. El material de la herramienta, durante el procesamiento del cual se obtienen raspaduras, gran rugosidad, quemaduras y otros defectos, es difícil de usar para la fabricación de herramientas de corte.

Precio material instrumental, se refiere a factores economicos. El material de la herramienta debe ser lo más barato posible. Pero este requisito es condicional, ya que un material más caro puede proporcionar un procesamiento más económico. Además, la relación entre el costo de los materiales individuales cambia constantemente. Es importante que el material instrumental no escasee.

Es imposible crear un material de herramienta ideal que sea igualmente adecuado para toda la variedad de condiciones de mecanizado. Por ello, en la industria se utiliza una amplia gama de materiales para herramientas, agrupados en los siguientes grupos principales: aceros al carbono y aleados; aceros de alta velocidad; aleaciones duras; corte de cerámica; materiales superduros; herramienta recubierta.