Pentru fabricarea sculelor de prelucrare se folosesc în principal patru grupe de materiale de scule (oțeluri de scule, aliaje dure, materiale superdure, ceramică de tăiere), fiecare dintre acestea fiind împărțită în mai multe subgrupe (Fig. 1). Niciunul dintre aceste materiale de scule nu este universal și își ocupă nișa în funcție de vâscozitate, rezistență, rezistență la uzură și duritate.

Figura 1 - Clasificarea materialelor sculelor

Tabelul prezintă date despre prevalența materialelor instrumentale în Rusia și în lume:

Oțeluri de mare viteză - Oțeluri de scule înalt aliate de duritate mare cu călire cu carbură și un conținut de carbon de peste 0,6%. Îmbunătățirea calității oțelurilor de mare viteză se realizează prin metalurgia pulberilor (PM). Proprietățile caracteristice ale oțelurilor de mare viteză realizate prin metoda PM sunt rezistența ridicată la încovoiere și durabilitatea de 1,5-2,5 ori mai mare în comparație cu clasele tradiționale.

Figura 2 - Caracteristicile materialelor sculelor

Aliajele dure sunt produse din metalurgia pulberilor, constând din granule de carburi metalice refractare (WC, TiC, TaC), ținute împreună printr-un liant metalic vâscos. Cel mai adesea, cobaltul este folosit ca liant, care are o bună capacitate de a umezi carburile de tungsten. În aliajele dure care nu conțin carburi de wolfram se folosește ca liant nichelul cu aditivi de molibden.

Carburele de tungsten, titan și tantal au duritate și refractaritate ridicate. Cu cât mai multe carburi într-un aliaj dur, cu atât este mai mare duritatea și rezistența la căldură, dar cu atât rezistența mecanică este mai mică. Pe măsură ce conținutul de cobalt crește, rezistența crește, dar duritatea și rezistența la căldură scad.

Aliajele dure moderne pot fi clasificate după compoziție în patru grupe principale:

§ aliaje dure tungsten-cobalt (TC) WC-Co;
§ aliaje dure titan-tungsten-cobalt (TK) WC-TiC-Co;
§ aliaje dure titan-tantal-tungsten-cobalt (TTC) WC-TiC-TaC-Co;
§ aliaje dure fără tungsten (BFTS) TiC (TiN)-Ni-Mo.

În literatura străină, toate aliajele dure care conțin wolfram sunt numite tungsten, iar cele care nu conțin wolfram sunt numite titan.

Aliajele dure de wolfram sau tungsten-cobalt (WC) (cu o singură carbură) constau din carbură de tungsten WC și cobalt (liant). Aliajele din acest grup diferă prin conținutul de cobalt (de la 3 la 15%), mărimea granulelor de carbură de tungsten și tehnologia de fabricație. Pe măsură ce conținutul de cobalt crește, rezistența la tracțiune a aliajului dur la încovoiere, rezistența la impact și deformarea plastică cresc, cu toate acestea, duritatea și modulul de elasticitate scad.

Aliajele dure tungsten-cobalt sunt recomandate în primul rând pentru prelucrarea materialelor care produc așchii sparte la tăiere: fontă, metale neferoase (bronz, silumin, duraluminiu), fibră de sticlă. Aliajele cu granulație fină și cu granulație extrafină din această grupă (desemnate cu literele M și respectiv OM) sunt de asemenea recomandate pentru prelucrarea oțelurilor și aliajelor rezistente la căldură și la coroziune.

Proprietățile fizice, mecanice și operaționale ale aliajelor dure, inclusiv cele bazate pe WC-Co, sunt influențate semnificativ de dimensiunea granulelor fazei solide. În aliajele de cereale normale dimensiune medie Granulele WC au 2-3 microni. La același conținut de cobalt, o scădere a mărimii medii a granulelor duce la o creștere a durității și a rezistenței la uzură cu o ușoară scădere a rezistenței.

Aliajele dure de titan-tungsten sau titan-tungsten-cobalt (TK) WC-TiC-Co (două carburi) sunt destinate prelucrării oțelurilor și metalelor neferoase (alama), care produc așchii continue la tăiere. În comparație cu aliajele dure VK pe bază de WC-Co, acestea au o rezistență mai mare la oxidare, duritate și rezistență la căldură, valori mai mici ale conductibilității termice și electrice și modul elastic.

Carburele de tungsten și titan, care formează baza aliajelor dure, au o rezistență naturală ridicată la căldură. Rezistența la căldură a aliajelor din grupul TK este: T5K10 - 1100ºC, T14K8 și T30K4 - 1150ºC. Numărul de după litera K înseamnă procentul de cobalt, numărul de după litera T înseamnă conținutul de TiC, restul este WC. O creștere a conținutului de tungsten și carburi de titan într-un aliaj dur cu o scădere corespunzătoare a conținutului de cobalt duce la o creștere a rezistenței la căldură a aliajelor dure.

Aliajele T30K4 și T15K6 sunt utilizate pentru finisarea și semifinisarea oțelurilor cu viteze mari de așchiere și sarcini reduse pe sculă, iar aliajele T5K10 și T5K12 sunt destinate lucrărilor în condiții dure. sarcini de șoc cu viteza de taiere redusa.

Titanium tantal wolfram sau titan tantal tungsten cobalt (TTC) aliaje dure WC-TiC-TaC-Co (tricarbide) se caracterizează prin rezistență crescută și duritate ridicată (inclusiv la temperaturi de 600-800C). În denumirile aliajelor din acest grup, numerele din spatele literelor TT indică conținutul total de carburi de titan și tantal, restul - WC.

Aliajele grupului TTK sunt universale în aplicabilitatea lor și pot fi utilizate atât la prelucrarea oțelului, cât și la prelucrarea fontei. Principalele aplicații ale aliajelor tricarburice sunt tăierea cu secțiuni de forfecare foarte mari în condiții de strunjire și rindeluire, precum și prelucrarea cu impact puternic. În aceste cazuri, rezistența crescută datorită prezenței carburilor de tantal compensează rezistența redusă la căldură a acestora.

Denumirile de mai sus ale claselor de aliaje dure fabricate în Rusia reflectă compoziția chimică a acestor aliaje. Companiile străine, de regulă, atribuie denumiri aliajelor dure pe care le produc, care conțin informații despre domeniile de aplicare ale unei anumite mărci.

Denumirile aliajelor de carbură de tungsten:

Organizația Internațională de Standardizare ISO (ISO) a propus un sistem de clasificare pentru aliajele de carbură, conform căruia toate aliajele de carbură sunt împărțite în grupe de aplicabilitate în funcție de materialele pentru care sunt destinate a fi prelucrate. Acest sistem distinge: grupa de aliaje dure P - pentru prelucrarea materialelor care produc așchii continue; grupa de aliaje K - pentru prelucrarea materialelor care produc așchii elementare și grupa intermediară de aliaje - M.

Cu cât este mai mare indicele subgrupului de aplicații, cu atât rezistența la uzură a carburii și viteza de tăiere admisă sunt mai mici, dar cu atât rezistența (rezistența la impact), avansul admisibil și adâncimea de tăiere sunt mai mari. Astfel, indici mici corespund operațiilor de finisare, când din aliajele dure se solicită rezistență mare la uzură și rezistență scăzută, iar indici mari corespund operațiilor de degroșare, când aliajul dur trebuie să aibă rezistență mare.

Un astfel de sistem, în ciuda tuturor convenționalității sale, a jucat un rol pozitiv, deoarece producătorii de scule pot, împreună cu marca de aliaj dur, să indice în mod condiționat domeniul de aplicare a acestuia, iar consumatorii pot alege marca de aliaj dur pe care cel mai mult. se potrivește îndeaproape cu condițiile de muncă.

ÎN ultimii ani O direcție promițătoare este crearea și utilizarea aliajelor dure fără tungsten (TBF). În întreaga lume se desfășoară cercetări intense în această direcție. Producția de aliaje dure fără wolfram este cea mai dezvoltată în Japonia (aproximativ 40% din producția totală de aliaje dure), în SUA și în țările europene.

Aliajele dure fără wolfram, precum aliajele care conțin tungsten, sunt produse ale metalurgiei pulberilor, dar carbura de titan și carbonitrura, care au duritate mare, rezistență la uzură și la calcar, sunt utilizate ca fază solidă rezistentă la uzură. Nichelul este folosit ca metal de cimentare, iar pentru a îmbunătăți umezirea fazei de carbură în timpul sinterizării cu un liant topit și, în același timp, pentru a reduce fragilitatea BVTS, în compoziția lor se introduc molibden și niobiu.

În Rusia, cel mai promițător în ceea ce privește aplicare practică Aliajele fără wolfram TN20, KNT16 și LTSK20 s-au dovedit. Aliajul TV4 pe bază de carbonitrură de titan conține 8-9% tungsten în liantul molibden-nichel pentru a-și crește rezistența și este în esență cu conținut scăzut de wolfram. Grup nou Aliajele TsTU și NTN30 au o fiabilitate operațională crescută și un domeniu de aplicare extins datorită aliajului cu carburi de tungsten și, respectiv, de titan și niobiu.

Aceste aliaje sunt destinate înlocuirii aliajelor dure din grupul TK cu conținut de wolfram în operațiunile de strunjire și frezare a oțelului (domenii de aplicare P20-P30). Cu toate acestea, în general, în ciuda economisirii tungstenului scump, BHTS poate servi ca înlocuitor echivalent pentru aliajele dure de wolfram numai în condiții de prelucrare strict definite, iar instabilitatea semnificativă a proprietăților și rezistența ciclică scăzută nu fac posibilă recomandarea acestora ca unealtă. materiale pentru producția automată.

Ceramica de tăiere (CC) are duritate și rezistență la compresiune ridicate, își păstrează proprietățile la temperaturi ridicate, rezistență crescută la uzură și rezistență la oxidare, dar rezistență la încovoiere semnificativ mai mică în comparație cu aliajele dure.

Materialele ceramice de tăiat pot fi împărțite în patru grupe: 1) oxid (ceramica albă) pe bază de Al2O3,

2) oxicarbură (ceramica neagră) pe baza compoziției Al2O3-TiC,
3) oxid-nitrură (cortinit) pe bază de Al2O3-TiN,
4) ceramică nitrură pe bază de Si3N4.

Fiecare dintre aceste grupe are propriile caracteristici, atât în tehnologia de fabricație, cât și în domeniul de aplicare, determinate, în primul rând, de compoziția și structura materialului. O scădere a mărimii granulelor și a porozității ceramicii minerale duce la creșterea rezistenței la uzură, rezistenței și durității materialului.

Mărcile interne de oxid RA sunt TsM-332, VO-13, VO-18, VSh-75. Spre deosebire de oțelurile de mare viteză și aliajele dure, marcajul RK nu reflectă compoziția sa. Conform practica de productie ceramica oxidică este de preferat la strunjirea pieselor de prelucrat din oțeluri structurale neîntărite și din fontă maleabilă feritică (HB< 230) при скоростях резания свыше 250 м/мин.

Duritatea diferitelor grade de RC este HRA 93-96, rezistență - 400-950 MPa. Această gamă largă de proprietăți de bază este determinată de conținutul diferit de carburi și nitruri, precum și de mărimea granulelor.

Caracteristicile comparative ale proprietăților carburilor au arătat că cea mai promițătoare dintre acestea este carbura de titan, care are duritate ridicată, rezistență la uzură, conductivitate termică suficientă și proprietăți elastice și este utilizată pe scară largă ca bază a materialelor pentru scule. În plus, nu este rar și poate fi obținut ușor prin reducerea oxidului cu funingine.

Pe baza celor de mai sus, carbura de titan a fost aleasă ca aditiv de întărire la oxidul de aluminiu. Studiul influenței sale asupra proprietăților compoziției de oxid-carbură a făcut posibilă selectarea compoziției și dezvoltarea tehnologiei aliajului VOK-71. Compoziția VOK-71 constă dintr-o bază de Al2O3 cu adaos de 20% TiC. Nu este inferior aliajului VOK-63 ca duritate, dar îl depășește ca rezistență. Când tăiați fonta și oțelul de duritate diferită, ceramica mixtă VOK-71 a prezentat un avantaj față de alte aliaje.

În paralel cu îmbunătățirea materialelor ceramice oxid-carburi, au fost dezvoltate noi mărci de ceramică de tăiere pe bază de nitrură de siliciu. Pe baza materialului ceramic oxid VSh-75, a fost dezvoltat materialul ceramic ONT-20 (cortinit).

Cortinitul este un oxid-nitrură RA, care conține nitrură de titan fin dispersată. Interacțiunea de aderență a cortinitului cu materialul prelucrat este mai puțin intensă decât cea a materialelor ceramice oxid-carbură.

Proprietățile pozitive ale nitrurei de titan au făcut posibilă crearea ceramicii de tăiere cu nitrură. În ceea ce privește proprietățile sale, o compoziție pe bază de nitrură de siliciu este oarecum inferioară ceramicii de oxid-carbură, cu toate acestea, un astfel de material ceramic are o rezistență ridicată la încovoiere și un coeficient scăzut de dilatare termică, ceea ce îl deosebește favorabil de tipurile considerate anterior de RC. .

Nitrura RC are o duritate de HRC 86-95, rezistență la tracțiune de 600-950 MPa, rezistență la impact și conductivitate termică mai mari decât alte tipuri de ceramică. Avantajul nitrurei RC este faptul că la o temperatură de 790-900ºC duritatea sa este mai mare decât duritatea oxidului-carbură și a oxidului RC.

Zona preferată de aplicare a vopselei cu nitrură este prelucrarea fontei și a aliajelor rezistente la căldură. Acest agent chimic nu este recomandat pentru prelucrarea otelurilor din cauza intensitatii mari a uzurii prin difuzie. Vitezele de tăiere la prelucrarea fontei cu sialon ajung la 1500 m/min.

Se lucrează pentru a crea compoziții de nitrură RA cu carburi. De exemplu, adăugarea a 20% TiC permite o creștere cu 50% a durității și durității, ceea ce la rândul său face posibilă utilizarea vitezei de avans și viteze de tăiere mai mari (până la 1800 m/min). Astfel de compoziții sunt recomandate în primul rând pentru prelucrarea aliajelor de nichel.

Motivele care limitează utilizarea pe scară largă a ceramicii în prelucrarea metalelor sunt: rezistență scăzută, fragilitate ridicată, sensibilitate semnificativă la solicitările locale și defectele structurale. Prin urmare, principala problemă la crearea de noi materiale ceramice este creșterea rezistenței.

În ultimii ani mare atentie specialiștii din domeniul RK sunt dedicați dezvoltării ceramicii armate. Mustații din carbură de siliciu SiC (cu o rezistență de până la 4000 MPa) cu o lungime de 20-30 µm și un diametru de până la 1 µm sunt cel mai adesea folosite ca element de armare pentru RC. Se observă că o astfel de armare face posibilă creșterea vâscozității oxidului RC de 1,5 ori fără o scădere semnificativă a durității.

Cristalele suficient de lungi (de 2 sau mai multe ori dimensiunea granulelor matricei) servesc ca punți între boabe, crescând stabilitatea lor sub sarcină. În plus, diferența dintre coeficienții de dilatare termică a cristalelor de SiC și a bazei creează tensiuni de compresiune favorabile în timpul încălzirii, care compensează tensiunile de tracțiune care apar în SMP în timpul procesului de tăiere.

RC ranforsat poate fi folosit pentru strunjire și frezare intermitentă. Deoarece sculele de tăiere din ceramică armată sunt scumpe, utilizarea lor este rentabilă doar în anumite aplicații, cum ar fi prelucrarea pieselor din aliaje de nichel rezistente la căldură, precum și oțelurile călite și fontele.

Materialele de scule superhard (HTM) sunt materiale de scule care au o duritate Vickers la temperatura camerei peste 35 GPa. Materiale superdure (STM) utilizate pentru echiparea metalului scule de tăiere, sunt împărțite în două grupe principale:

§ STM pe baza de carbon - diamante naturale si artificiale (policristaline);
§ STM pe bază de nitrură de bor (compozite).

Aceste două grupuri de STM-uri au domenii diferite de aplicare, ceea ce se datorează diferenței dintre proprietățile lor fizice și mecanice și compoziția chimică.

Diamantele naturale au un număr de proprietăți importante, necesar pentru materialele de scule. Duritatea diamantelor naturale este mai mare decât duritatea oricărui material natural sau sintetic. Au un coeficient de frecare scăzut și o conductivitate termică ridicată. La ascuțirea sculelor diamantate, o rază de rotunjire a muchiei de tăiere este asigurată în fracțiuni de micrometru, astfel încât este posibil să se obțină o muchie de tăiere aproape perfectă ascuțită și dreaptă, ceea ce este deosebit de important pentru prelucrarea de precizie.

Dezavantajele diamantelor naturale sunt: anizotropia proprietăților, rezistența scăzută, rezistența la căldură relativ scăzută (700-750ºC) și activitatea chimică la aliajele pe bază de fier la temperaturi ridicate, precum și costul ridicat.

Proprietățile indicate ale diamantelor naturale determină zona de utilizare eficientă a acestora: prelucrare de precizie piese din metale neferoase și materiale nemetalice. În special, sculele diamantate cu o rază de rotunjire a muchiei de tăiere de 5-6 microni sunt utilizate la prelucrarea oglinzilor metalice, discuri de memorie și piese optoelectronice cu adâncimi de tăiere de 12-20 microni.

Rezervele limitate de diamante naturale, precum și costul lor ridicat, au necesitat dezvoltarea tehnologiei diamantelor sintetice. Condițiile pentru producerea diamantelor sintetice sunt impactul asupra materialului formator de diamante care conține carbon (grafit, funingine, cărbune). Impactul are loc la o presiune de 60.000 de atmosfere la o temperatură de 2000-3000°C, ceea ce asigură mobilitatea atomilor de carbon și posibilitatea de restructurare a structurii de grafit în structura de diamant.

Diamantele sintetice pentru sculele de tăiere au de obicei o structură policristalină. Exemple de diamante policristaline interne (PCD) sunt ASPK (carbonado) și ASB (ballas). Microduritatea diamantelor policristaline este în medie aceeași cu cea a cristalelor simple naturale (56-102 GPa), dar intervalul de variație pentru PCD este mai larg. Densitatea balastului sintetic (ASB) și carbonado (ASPC) este mai mare decât densitatea monocristalelor de diamant natural, ceea ce se explică prin prezența unei anumite cantități de incluziuni de metal.

Diamantele sintetice și cele naturale nu pot fi opuse unul altuia, se completează și fiecare dintre ele are propriile sale domenii de aplicare. Dar atât diamantele sintetice, cât și cele naturale nu sunt recomandate pentru prelucrarea materialelor și aliajelor care conțin fier, ceea ce se explică prin afinitatea fizică și chimică ridicată a metalelor feroase și a diamantului.

Nu există compuși de nitrură de bor (BN) care se găsesc în mod natural. Modificările obținute artificial ale nitrurii de bor pe baza tipului de rețea cristalină sunt împărțite în nitrură de bor cubică, wurtzită și nitrură de bor cubică (CBN). Modificările dense ale BN diferă în ceea ce privește tehnologia de fabricație, structură și proprietățile fizice și mecanice.

Exemple de STM domestice pe bază de nitrură de bor sunt compozitul 01 (elbor), compozitul 02 (belbor), SKIM-PK, Petbor, KP3. Cele mai cunoscute materiale străine ale acestui grup sunt cyborit, Wurbon, Borazon, Amborit, Sumiboron.

STM-urile pe bază de BN sunt utilizate în principal pentru prelucrarea oțelurilor întărite (HRC>45) și a fontelor (HB>230) la viteze mari de tăiere, iar prelucrarea cu lame BN este în multe cazuri mai eficientă decât șlefuirea.

Figura 3 - Clasificarea etichetelor private

Astfel, STM sunt reprezentate în două direcții: pe bază de carbon și pe bază de nitrură de bor. Duritatea diamantelor policristaline este mai mare decât duritatea compozitelor, iar rezistența la căldură este de 1,5-3 ori mai mică. Compozitele sunt practic inerte față de aliajele pe bază de fier, iar diamantele prezintă o activitate semnificativă față de acestea la temperaturi ridicate și presiuni de contact care apar în zona de tăiere. Prin urmare, sculele așchietoare din compozite sunt utilizate în principal în prelucrarea oțelurilor și a fontelor, iar uneltele diamantate sunt folosite la prelucrarea metalelor și aliajelor neferoase, precum și a materialelor nemetalice.

Posibilitate de implementare dincolo materiale dureîn prezent constrâns de starea echipamentului. Doar aproximativ 50% dintre utilajele existente pot asigura nivelul necesar de viteze de așchiere, aproximativ 25% dintre mașini necesită modernizare și aproximativ 25% sunt improprii pentru utilizarea sculelor echipate cu STM.

Pe de alta parte, posibilitatea implementarii unor viteze mari de taiere optime pentru STM pe echipamente noi care prezinta caracteristicile necesare in ceea ce priveste puterea, rigiditatea si rezistenta la vibratii asigura o crestere semnificativa a productivitatii prelucrarii metalelor.

Materiale abrazive - boabele de material abraziv cu margini ascuțite servesc ca elemente de tăiere ale uneltelor de șlefuit. Ele sunt împărțite în naturale și artificiale. Materialele abrazive naturale includ minerale precum cuarțul, smirghelul, corindonul etc. În industrie, cele mai comune materiale abrazive artificiale sunt electrocorindonul, siliciul și carburile de bor. Materialele abrazive artificiale includ și pulberile de lustruire și finisare - oxizi de crom și fier Un grup special de materiale abrazive artificiale sunt diamantele sintetice și nitrura de bor cubică, care sunt cele mai promițătoare deoarece au duritate maximă (diamantul) și rezistență la căldură (CNB).

Direcția de inovare

Nanotehnologia este promițătoare în producția de scule de tăiere. Conform previziunilor experților, ponderea utilizării nanotehnologiei în piata ruseasca pentru mono-instrumente este acum 63%, iar pentru instrumentele prefabricate 6%.

Nanotehnologii promițătoare în producția de instrumente de prelucrare.

Uzura unei scule de tăiere a metalului crește eroarea dimensională, afectează calitatea suprafeței prelucrate, crește forțele de tăiere și duce la deformarea stratului de suprafață al piesei. Uzura și perioada tehnologică de viață a sculei poate fi redusă prin utilizarea materiale avansate și unelte prefabricate echipate cu inserții cu mai multe fațete înlocuibile.

Procesul de tăiere este însoțit de presiune ridicată asupra sculei de tăiere, frecare și generare de căldură. Astfel de condiții de lucru propun o serie de cerințe care trebuie îndeplinite de materialele destinate fabricării sculelor de tăiere.

Materialele pentru scule trebuie să aibă o duritate mare, depășind duritatea materialului de prelucrat. Duritatea ridicată a materialului piesei de tăiere poate fi asigurată de proprietățile fizice și mecanice ale materialului (diamante, carburi de siliciu, carburi de tungsten etc.) sau

tratamentul său termic (călire și revenire).

În timpul procesului de tăiere, stratul tăiat apasă pe suprafața frontală a sculei, creând stres normal în zona de contact. La tăierea materialelor structurale cu condiții de tăiere stabilite, tensiunile normale de contact pot atinge valori semnificative. Instrumentul de tăiere trebuie să reziste la astfel de presiuni fără rupere fragilă sau deformare plastică. Deoarece o unealtă de tăiere poate funcționa în condiții de forțe variabile, de exemplu datorită unui strat de metal îndepărtat neuniform de pe piesa de prelucrat, este important ca materialul sculei să combine duritatea ridicată cu rezistența la compresiune și îndoire și să aibă o limită mare de anduranță și tenacitatea la impact. Astfel, materialul sculei trebuie să aibă o rezistență mecanică ridicată.

La tăierea din partea piesei de prelucrat, un flux de căldură puternic acționează asupra unealtei, drept urmare se stabilește o temperatură ridicată pe suprafața frontală a sculei. În acest caz, elementele de tăiere ale sculei își pierd duritatea și se uzează din cauza încălzirii intense. Prin urmare, cea mai importantă cerință pentru un material de sculă este rezistența ridicată la căldură - capacitatea de a menține duritatea necesară procesului de tăiere atunci când este încălzit.

Mișcarea așchiilor de-a lungul suprafețelor de tăiere din față și din spate ale sculei la solicitări de contact și temperaturi ridicate duce la uzura suprafețelor de lucru. Astfel, rezistența ridicată la uzură este cea mai importantă cerință pentru caracteristicile materialului unui instrument. Rezistența la uzură este capacitatea unui material de sculă de a rezista la îndepărtarea particulelor sale de pe suprafețele de contact ale sculei în timpul tăierii. Depinde de duritatea, rezistența și rezistența la căldură a materialului sculei.

Materialul sculei trebuie să aibă o conductivitate termică ridicată. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mic riscul de arsuri și fisuri de măcinare.

Industria folosește un număr mare de scule, ceea ce necesită un consum corespunzător de material pentru scule. Materialul sculei ar trebui să fie cât mai ieftin posibil și să nu conțină elemente rare, ceea ce nu va crește costul instrumentului și, în consecință, costul de fabricație a pieselor.

În conformitate cu compoziția chimică și proprietățile fizice și mecanice, materialele pentru scule sunt împărțite în:

oțeluri de scule carbon;

oțeluri de scule aliate;

oțeluri și aliaje de mare viteză (aliate);

aliaje dure;

ceramică minerală;

materiale abrazive;

materiale diamantate.

Cele mai comune materiale de scule din carbon sunt următoarele mărci: U9A, U10A, U12A, U13A.

Marcarea oțelurilor de scule carbon este descifrată astfel: litera „U” înseamnă că oțelul este carbon; numărul indică conținutul de carbon din el în zecimi de procente; litera „A” indică faptul că oțelul este de înaltă calitate.

Oțelurile carbon, din cauza lipsei elementelor chimice de aliere, sunt ușor de șlefuit și sunt un material ieftin pentru scule. În același timp, uneltele din oțel carbon se uzează relativ repede și își pierd duritatea obținută în timpul călirii.

Aceste oțeluri sunt folosite pentru a realiza unelte de dimensiuni mici pentru lucrul pe materiale moi cu viteze mici de așchiere. Calitățile de oțel U7A, U7, U8A, U8, U8GA, U9A și U9 sunt folosite pentru a produce diverse unelte pentru prelucrarea metalelor și forjare, unelte pentru prelucrarea lemnului, pielea etc. Aceleași clase de oțel sunt folosite pentru a realiza suporturi și corpuri de scule echipate cu dur. plăci de aliaj.

Oțelurile de scule aliate se obțin prin adăugarea de oțeluri carbon cantitate mare elemente de aliere: crom (X), wolfram (V), vanadiu (F), siliciu (C), mangan (G). Cele mai utilizate clase de oțel în fabricarea de scule sunt ХВ5, ХВГ, 9ХС.

Oțelul XB5 după tratamentul termic capătă duritate foarte mare ( H.R.C. 67...67), nu se intareste bine, dar nu este inferioara ca rezistenta fata de otelul U12A, dar datorita duritatii sale mari are rezistenta mare la micile deformari plastice. Uneltele realizate din acesta se caracterizează prin stabilitatea dimensională ridicată a lamelor. Acest oțel este utilizat pentru fabricarea sculelor care funcționează la viteze mici de tăiere.

Oțelul HVG capătă duritate după călire și revenire H.R.C. 63...65 și o vâscozitate destul de mare, caracterizată prin mici modificări volumetrice în timpul călirii, este bine recoaptă, dar are o rezistență redusă la mici deformații plastice. Uneltele din acest oțel sunt ușor deformate și se pretează bine la îndreptare.

Oțelul 9ХС devine dur după tratamentul termic H.R.C. 63…64. Are o întărire bună. Uneltele din acest oțel au o deformare mică. Oțelul este, de asemenea, insensibil la supraîncălzire. Oțelul 9ХС este potrivit în special pentru fabricarea de unelte cu elemente de tăiere subțiri.

Oțelurile și aliajele de scule cu aliaj înalt (de mare viteză) se obțin prin adăugarea unui număr mare de elemente de aliere la oțelul carbon: wolfram, vanadiu, molibden, crom. Prin introducerea wolframului, vanadiului, molibdenului și cromului în oțel în cantități semnificative se obțin carburi complexe care leagă aproape tot carbonul, ceea ce asigură o creștere a rezistenței la căldură a oțelului de mare viteză.

Spre deosebire de oțelurile carbon și aliate pentru scule, oțelurile de mare viteză au duritate, rezistență, rezistență la căldură și uzură mai ridicate, rezistență la mici deformații plastice și o călibilitate bună. Datorită rezistenței ridicate la căldură a oțelurilor de mare viteză, sculele realizate din aceste oțeluri funcționează la viteze de așchiere de 2,5...3 ori mai mari decât cele permise de sculele din carbon cu durabilitate egală. În funcție de nivelul de rezistență la căldură, oțelurile de mare viteză sunt împărțite în:

oțeluri cu rezistență normală la căldură (R18, R9, R12, R6M3 și R6M5);

oteluri cu rezistenta crescuta la caldura, aliate cu vanadiu (oteluri vanadiu R18F2, R14F4, R9F5) si cobalt (oteluri cobalt R9K5, R9K10);

oțeluri înalt aliate și aliaje cu rezistență ridicată la căldură (oțeluri de mare viteză cu rezistență crescută) - aliaje fără carbon (R18M3K25, R18M7K25 și R10M5K25), care diferă în conținutul de wolfram și molibden.

Pe lângă oțelurile tradiționale de mare viteză obținute prin topire, în ultima vreme S-a stăpânit producția de oțeluri de mare viteză pulbere, care au proprietăți de tăiere mai mari datorită unei structuri speciale cu granulație fină. Astfel de oțeluri fac posibilă obținerea de lame cu o rază inițială foarte mică de rotunjire a muchiei de tăiere.

Utilizarea pe scară largă a oțelului de mare viteză în fabricarea unei game largi de scule se explică prin proprietățile sale bune de tăiere și tehnologice. Din oțeluri de mare viteză sunt fabricate diverse scule de tăiere, inclusiv freze pentru prelucrarea lemnului și a materialelor compozite. Datorită costului ridicat al oțelurilor de mare viteză, acestea sunt utilizate în principal la fabricarea sculelor asamblate sub formă de inserții de tăiere.

Aliaje dure. Pe lângă sculele prefabricate, s-au răspândit modelele de freze echipate cu aliaj de carbură cu inserții din oțeluri de mare viteză. Spre deosebire de otelurile carbon, aliate si rapide, produse prin topire in cuptoare electrice de topire urmate de laminare, aliajele dure sunt produse prin metoda metalo-ceramica a metalurgiei pulberilor (sinterizare). Materiile prime pentru fabricarea aliajelor dure sunt pulberi de carburi ale metalelor refractare: wolfram, titan, tantal și cobalt, care nu formează carburi. Pulberile sunt amestecate în anumite proporții, presate în forme și sinterizate la o temperatură de 1500...2000 0 C. La sinterizare, aliajele dure capătă duritate mare și nu necesită tratament termic suplimentar.

Carburele de wolfram, titan și tantal au refractaritate și duritate ridicate. Ele formează baza de tăiere a aliajului, iar cobaltul, în comparație cu carburile de tungsten, titan și tantal, este mult mai moale și mai puternic și, prin urmare, în aliaj este un liant care cimentează baza de tăiere. O creștere a cantității de tungsten, titan și carburi de tantal duce la o creștere a durității și rezistenței la căldură a aliajului și reduce rezistența mecanică a acestuia. Pe măsură ce conținutul de cobalt crește, duritatea și rezistența la căldură a aliajului scad, dar rezistența acestuia crește.

Industria produce patru grupe de aliaje dure:

tungsten monocarbură (VK), sinterizat din tungsten și carbură de cobalt: VK2, VK3M, VK4, VK4V, VK6M, VK6, VK6V, VK8, VK8V;

tungsten cu două carburi (titan-tungsten TC), sinterizat din carbură de tungsten, carbură de titan și cobalt: T30K4, T5K6, T14K8, T5K10, T5K12V;

tricarbură de tungsten (titanium tantal tungsten TTK), sinterizat din carbură de titan, carbură de tantal și carbură de tungsten și cobalt: TT7K12;

fără tungsten (TNT - KNT), sinterizat din carbură de titan (TNT), nitrură de titan (TNT), nichel și molibden.

Diverse proprietăți fizice, mecanice și de tăiere ale uneltelor sunt determinate de compoziția chimică a calităților de carbură. Principalele proprietăți ale aliajelor dure sunt prezentate în tabel. 1. 2 .

Aliajele grupului VK sunt utilizate pentru prelucrarea materialelor casante.

Tabelul 1.2

Proprietățile de bază ale aliajelor dure

Proprietăți	VK	TK	TTK	TNT – KNT
Densitate, kg/m3	12900… 15300	10100… 13600	12000… 13800	5500… 9500
σ izg, MPa	1180…2450	1170…1770	12500…17000	400…1750
Microduritate, MPa	8,8…16,2	11,3…21,6	13,9…14,4	~ 18
Temperatura de functionare, 0 C	~ 500	~ 900	~ 1000	~ 800

Aliajele din grupul TK au rezistență ridicată la uzură și căldură, dar sunt mai fragile decât aliajele din grupul VK. Principalele proprietăți și compoziția chimică a unor aliaje din grupa VK sunt prezentate în tabel. 1. 3 .

Aliajele grupului TTK sunt universale în aplicabilitatea lor și sunt potrivite pentru prelucrarea multor materiale structurale. Aliajele se caracterizează printr-o fragilitate mai mică, o rezistență mai mare de reținere a fazei de carbură, o rezistență mai bună la fluiditatea la temperatură înaltă și o rezistență la tracțiune mai mare sub încărcare ciclică decât aliajele TK și VK. Prin urmare, uneltele echipate cu inserții TTC sunt deosebit de eficiente în procesele de tăiere întrerupte. În aceste cazuri, rezistența crescută a aliajelor TTK compensează rezistența redusă la căldură. Principalele proprietăți și compoziția chimică a unor aliaje din grupele TK și TTK sunt prezentate în tabel. 1. 4 .

Tabelul 1.3

Proprietățile de bază și compoziția chimică a unor aliaje din grupa VK

Calitatea aliajului	WC, %	Tic,%	TaC,%	Co,%	σ izg, MPa	HRA		σ szh, MPa	NV	Proprietăți
VK2					1100		15,2	416		Rezistență ridicată la uzură
VK3					1100		16,2
VK3M
VK6					1450		14,8	460		Mai mare decât VK2, VK3M
VK6M					1500		14,8			Boabele sunt mari, rezistente la uzură. de mai jos
VK8
VK10					1700		14,8		366
VK25					2000	83,5	13,0		370

Cele mai importante reguli atunci când alegeți un grad de aliaj dur în cadrul fiecărei grupe sunt:

în condiții severe de funcționare a sculei din punct de vedere al puterii, aliajul dur trebuie să conțină un procent suficient de mare de cobalt;

cu cât este mai ușor modul de funcționare, cu atât mai multe carburi de titan și tungsten ar trebui să fie conținute în aliaje.

Pentru fabricarea sculelor de tăiere, aliajele de carbură sunt furnizate sub formă de plăci de o anumită formă și dimensiune.

Aliajele dure sub formă de plăci sunt conectate la partea de fixare prin lipire sau folosind adezivi speciali la temperatură ridicată. Plăcile de carbură cu mai multe fațete sunt asigurate cu cleme, șuruburi, pene etc.

Tabelul 1.4

Proprietățile de bază și compoziția chimică a unor aliaje din grupele TK și TTK

Calitatea aliajului	WC, %	Tic,%	TaC,%	Co,%	σ izg, MPa	HRA		σ szh, MPa	Proprietăți
T30K4					900		9,7		Rezistență ridicată la uzură rezistenţă sarcini de șoc
T15K6					1159		11,3	3900	Rezistență ridicată la uzură
T5K10					1385		13,0	4000	Rezistenţă mai mare decât T14K8
TT7K12					1600		13,0		Mărește V r de 2 ori (comparativ cu BRS
TT10K8B					1400		13,6		Rezistență moderată la uzură, performanță ridicată. rezistenţă

Sculele din carbură de dimensiuni mici sunt fabricate sub formă de tije și coroane din carbură lipite pe tije sau realizate în întregime din carbură.

Alături de aliajele dure de wolfram, există și aliaje care nu conțin carbură de tungsten și sunt numite aliaje dure fără tungsten.

Motivul pentru înlocuirea completă sau parțială a carburii de tungsten cu alte materiale dure a fost deficitul de wolfram ca materie primă pentru producția de aliaje dure metal-ceramice.

Înlocuirea completă a carburii de tungsten poate fi efectuată în trei moduri:

Aplicarea altor materiale solide, cum ar fi nitruri, boruri, siliciuri, oxizi sau carburi nemetalice (carburi de bor și siliciu);

Înlocuirea carburii de wolfram cu alte carburi metalice refractare (carburi de niobiu, zirconiu, hafniu, vanadiu etc.) sau aliajele lor dure binare sau ternare;

Simpla excludere a carburii de tungsten din compoziția aliajului dur.

Aliajele dure fără wolfram, în comparație cu cele cu wolfram, au o rezistență la încovoiere mai mică, dar au duritate mai mare și aderență scăzută la oțeluri. Sculele realizate din aceste aliaje lucrează pe oțeluri practic fără acumulare, ceea ce determină domeniul de aplicare al acestora (strunjire și frezare pentru finisare și semifinisare a oțelurilor slab aliate, carbon, fontă și aliaje neferoase). Rezistența la uzură este de 1,2 - 1,5 ori mai mare decât cea a aliajelor din grupul TK. Principalele proprietăți fizice și mecanice ale aliajelor dure fără wolfram sunt prezentate în tabel. 1. 7 .

Tabelul 1.5

Proprietăți fizico-mecanice ale aliajelor dure fără wolfram

Grad de carbură	Densitate, g/cm3	σ izg, MPa	σ szh, MPa	Duritate, HRA	Modulul de elasticitate 10 3 MPa	Dimensiunea granulelor, microni
TM3	5,9	1150	3600		410
TN-20	5,5	1000	3500	89,5	400	1-2
TP-50	6,2	1250		86,5
KNT-16	5,8	1150	3900		440	1,2-1,8
MNT-A2	5,5	1000

Dezavantajul este că aliajele de carbură fără tungsten sunt greu de lipit și ascuțit din cauza proprietăților termice nesatisfăcătoare și, prin urmare, sunt utilizate în principal sub formă de plăci nemacinate.

Ceramica minerală, care este oxid de aluminiu cristalin ( Al 2 O 3 ). Ceramica minerală a mărcii TsM-332 a devenit larg răspândită.

Ca urmare a sinterizării, ceramica minerală devine un corp policristalin, care constă din cristale minuscule de corindon și un strat intercristalin sub forma unei mase sticloase amorfe. Ceramica minerală este un material de scule ieftin și accesibil, deoarece nu conțin elemente rare și costisitoare care stau la baza oțelurilor de scule și aliajelor dure.

În plus, ceramica minerală are duritate mare și rezistență la căldură excepțional de mare. În ceea ce privește rezistența la căldură, ceramica minerală este superioară tuturor materialelor obișnuite pentru scule, ceea ce permite sculelor din ceramică minerală să funcționeze la viteze de așchiere semnificativ mai mari decât vitezele de așchiere ale sculelor din carbură, iar acesta este principalul avantaj al ceramicii minerale.

Alături de avantajele indicate ale ceramicii minerale, are dezavantaje care limitează utilizarea acesteia: rezistență redusă la încovoiere, rezistență scăzută la impact și rezistență extrem de scăzută la modificări ciclice ale sarcinii termice. Ca urmare, în timpul tăierii intermitente, pe suprafețele de contact ale sculei apar fisuri de oboseală de temperatură, ceea ce provoacă defectarea prematură a sculei.

Rezistența scăzută la încovoiere și fragilitatea ridicată a ceramicii minerale fac posibilă utilizarea acesteia numai în instrumente pentru prelucrarea materialelor structurale în operațiuni de finisare cu strunjire continuă și cu secțiuni mici ale stratului tăiat în absența șocurilor și impacturilor.

Instrumentul de tăiere este echipat cu plăci ceramice minerale de anumite forme și dimensiuni. Plăcile sunt atașate de corpul instrumentelor prin lipire, lipire și mecanic.

Materialele diamantate și superdure sunt din ce în ce mai folosite în prelucrarea lemnului, care pot fi împărțite în trei tipuri:

diamante naturale și sintetice sub formă de mono- și policristale;

nitrură de bor cubică, sub formă de mono- și policristale;

materiale sintetice policristaline compozite (compozite), obținute prin sinteză sau sinterizare.

Diamantele naturale sunt grup special materiale pentru echiparea sculelor de tăiere.

Soiurile de diamant sunt: ballas, carbonado, bead. Proprietate utila Ceea ce face diamantele atât de speciale este, în primul rând, duritatea lor excepțional de mare. Conductivitate termică ridicată, mult mai mare decât conductibilitatea termică

Proprietățile tuturor materialelor de scule cunoscute și coeficientul scăzut de dilatare liniară a diamantului fac posibilă efectuarea prelucrării dimensionale precise cu unelte diamantate. Coeficientul scăzut de frecare față de materialul prelucrat și tendința scăzută de aderență asigură o rugozitate scăzută a suprafeței la tăierea cu scule diamantate.

În industrie se folosesc atât diamantele naturale (gradul A), cât și cele sintetice (clasele ASO, ASR, ASV etc.). Diamantele sintetice sunt obținute din grafit și substanțe carbonice. Soiuri de diamant natural: mărgele și carbonado - sunt folosite numai în industrie.

Un material sintetic superhard pentru același scop ca și diamantul include nitrură de bor cubică (CBN). Se formează ca rezultat al combinației chimice dintre bor și azot. Duritatea CBN este mai mică decât cea a diamantului, dar nitrura de bor cubică este superioară diamantului ca rezistență la căldură, dar este de aproximativ 3 ori mai mică ca conductivitate termică. Producerea unor formațiuni policristaline mari de nitrură de bor cubică cu diametrul de 3...4 și lungimea de 5...6 mm, care au o rezistență ridicată, face posibilă echiparea sculelor de tăiere cu acestea.

Oțeluri de scule carbon și aliate. Gama de materiale instrumentale este variată. Mai devreme decât alte materiale pentru fabricarea sculelor de tăiere au început să le folosească oțeluri de scule carbon clasele U7, U7A...U13, U13A. Pe lângă fier și carbon, aceste oțeluri conțin 0,2...0,4% mangan. Sculele din oțel carbon au duritate suficientă la temperatura camerei, dar rezistența la căldură este scăzută, deoarece la temperaturi relativ scăzute (200...250 °C) duritatea lor scade brusc.

Oțeluri de scule aliateîn felul meu compozitia chimica diferă de materialele carbonice prin conținutul crescut de siliciu sau mangan, sau prezența unuia sau mai multor elemente de aliere: crom (crește duritatea, rezistența, rezistența la coroziune a materialului, reduce ductilitatea acestuia); nichel (crește rezistența, ductilitatea, rezistența la impact, călibilitatea materialului); wolfram (crește duritatea și rezistența la căldură a materialului); vanadiu (crește duritatea și rezistența materialului, promovează formarea unei structuri cu granulație fină); cobalt (crește rezistența la impact și rezistența la căldură a materialului); molibden (crește elasticitatea, rezistența, rezistența la căldură a materialului). Pentru sculele de tăiere, se folosesc oțeluri slab aliate de clasele 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС etc. rezistența la căldură este aproape egală cu rezistența la căldură a oțelurilor carbon 350...400 °C și de aceea sunt utilizate pentru fabricarea uneltelor de mână (alezoare) sau a sculelor destinate prelucrării pe mașini cu. viteze mici tăiere (burghii mici, aleze).

Oțeluri de scule de mare viteză. Din grupul de oțeluri înalt aliate, oțelurile de mare viteză cu un conținut ridicat de wolfram, molibden, cobalt și vanadiu sunt utilizate pentru fabricarea sculelor de tăiere. Oțelurile moderne de mare viteză pot fi împărțite în trei grupuri.

LA oţeluri cu rezistenţă normală la căldură includ wolfram R18, R12, R9 și tungsten-molibden R6M5, R6MZ, R8MZ (Tabelul 6.1). Aceste oțeluri au o duritate în stare călită de 63...66 HRC e, o rezistență la încovoiere de 2900...3400 MPa, o rezistență la impact de 2,7...4,8 J/m 2 și o rezistență la căldură de 600... .650 °C . Aceste clase de oțel sunt cele mai utilizate pe scară largă la fabricarea sculelor de tăiere. Ele sunt utilizate în prelucrarea oțelurilor de structură, a fontelor, a metalelor neferoase și a materialelor plastice. Uneori se folosesc oțeluri de mare viteză, aliate suplimentar cu azot (P6AM5, P18A etc.), care sunt modificări ale oțelurilor de mare viteză convenționale. Aliarea cu azot crește proprietățile de tăiere ale sculei cu 20...30%, duritatea - cu 1...2 unități HRC e.

Oțeluri cu rezistență ridicată la căldură caracterizat printr-un conținut ridicat de carbon - 10Р8МЗ, 10Р6М5; vanadiu - R12FZ, R2MZF8, R9F5; cobalt - R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8 etc.

Duritatea oțelurilor în stare călită ajunge la 66...70 HRC e, au rezistență la căldură mai mare (până la 620...670 °C). Acest lucru face posibilă utilizarea lor pentru prelucrarea oțelurilor și aliajelor rezistente la căldură și inoxidabile, precum și a oțelurilor structurale de înaltă rezistență și întărite. Durata de viață a sculelor din astfel de oțeluri este de 3...5 ori mai mare decât a oțelurilor R18, R6M5.

Masă 3. Conținut de elemente de aliere în oțeluri de mare viteză, %

Oțeluri cu rezistență ridicată la căldură caracterizat printr-un conținut scăzut de carbon, dar o cantitate foarte mare de elemente de aliere - Bl1M7K23, V14M7K25, ZV20K20Kh4F. Au o duritate de 69...70 HRC E, și o rezistență la căldură de 700...720 °C. Cel mai rațional domeniu de utilizare a acestora este tăierea materialelor greu de tăiat și a aliajelor de titan. În acest din urmă caz, durata de viață a sculelor este de 30...80 de ori mai mare decât cea a oțelului R18 și de 8...15 ori mai mare decât cea a aliajului dur VK8. La tăierea oțelurilor de structură și a fontelor, durata de viață crește mai puțin semnificativ (de 3...8 ori).

Din cauza penuriei acute de wolfram în URSS și în străinătate, sunt dezvoltate materiale de scule fără wolfram, prin aceea că inclusiv oţelurile de mare viteză.

Aceste oțeluri includ oțeluri cu conținut scăzut de tungsten R2M5 și RZMZF4K5. R2MZF8, A11RZMZF2 și 11M5F fără tungsten (vezi Tabelul 6.1). Proprietățile de performanță ale acestor oțeluri sunt apropiate de proprietățile oțelurilor tradiționale de mare viteză din grupele corespunzătoare.

O direcție promițătoare O modalitate de a îmbunătăți calitatea oțelurilor de mare viteză este producerea acestora folosind metode de metalurgie a pulberilor. Oțelurile R6M5K5-P (P - pulbere), R9M4K8-P, R12MZFZK10-P și altele au o structură cu granulație fină foarte uniformă, sunt bine măcinate, sunt mai puțin deformate în timpul tratamentului termic și se caracterizează prin proprietăți de performanță stabile. Durata de viață a sculelor de tăiere din astfel de oțeluri crește de până la 1,5 ori. Alături de oțeluri de mare viteză pulbere, așa-numitele oțeluri cu carbură, conţinând până la 20% TiC, care, din punct de vedere al caracteristicilor de performanţă, ocupă un loc intermediar între oţelurile de mare viteză şi aliajele dure.

Aliaje dure. Aceste aliaje sunt produse prin metalurgia pulberilor sub formă de plăci sau coroane. Componentele principale ale unor astfel de aliaje sunt carburile de tungsten WC, titanul TiC, tantalul TaC și niobiul NbC, dintre care cele mai mici particule sunt conectate prin cobalt sau nichel relativ moale și mai puțin refractar amestecat cu molibden (Tabelele 6.2, 6.3).

Aliajele dure au duritate mare -88... 92 HRA (72...76 HRC E) și rezistență la căldură până la 850... 1000 °C. Acest lucru vă permite să lucrați la viteze de așchiere de 3...4 ori mai mari decât cu unelte fabricate din oțeluri de mare viteză.

Aliajele dure utilizate în prezent sunt împărțite în:

1) pentru aliaje de wolfram Grupuri VK: VKZ, VKZ-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8 etc. În simbol, numărul arată procentul de cobalt. De exemplu, denumirea VK8 indică faptul că conține 8% cobalt și 92% carburi de tungsten. Literele M și OM indică o structură cu granulație fină și mai ales cu granulație fină;

2) pe aliaje de titan-tungsten Grupuri TK:

T5K10, T15K6, T14K8, TZOK4, T60K6 etc. B simbol numărul de după litera T arată procentul de carburi de titan, după litera K - cobalt, restul - carburi de tungsten;

Masă 4. Mărcile, compoziția chimică și proprietățile aliajelor dure care conțin wolfram

Masă 5. Mărcile, compoziția chimică și proprietățile aliajelor dure fără wolfram

3) pe aliaje de tungsten de titan, tantal Grupuri TTK: TT7K12, TT8K6, TT20K9 etc. În simbol, cifrele de după litera T arată procentul de carburi de titan și tantal, după litera K - cobalt, restul - carburi de tungsten;

4) pe aliaje de carbură fără wolfram TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20KhN, a căror compoziție este dată în tabel. 6.3. Denumirile acestui grup de aliaje dure sunt convenționale.

Calitățile de carbură sunt produse sub formă de inserții standardizate care sunt lipite, lipite sau atașate mecanic de suporturi din oțel structural. De asemenea, sunt produse unelte, a căror parte de lucru este realizată în întregime din aliaj dur (monolit).

Alegerea corectă Calitatea de carbură asigură funcționarea eficientă a sculelor de tăiere. Pentru un caz specific de prelucrare, aliajul este selectat pe baza combinației optime a rezistenței sale la căldură și a rezistenței. De exemplu, aliajele din grupul TK au o rezistență la căldură mai mare decât aliajele VK. Sculele realizate din aceste aliaje pot fi folosite la viteze mari de așchiere, motiv pentru care sunt utilizate pe scară largă în prelucrarea oțelurilor.

Astfel de aliaje sunt utilizate și la prelucrarea pieselor din oțeluri de înaltă rezistență, rezistente la căldură și inoxidabile, aliaje de titan. Acest lucru se explică prin faptul că prezența titanului în majoritatea acestor materiale determină o aderență crescută la aliajele din grupul TK, care conțin și titan. În plus, aliajele din grupul TK au o conductivitate termică semnificativ mai slabă și o rezistență mai mică decât aliajele VK.

Introducerea carburilor de tantal sau a carburilor de tantal și niobiu (TT10K8-B) în aliajul dur crește rezistența acestuia. Prin urmare, aliajele de carbură cu trei și patru carburi sunt folosite pentru a echipa unelte care lucrează cu impact și pe cruste contaminate. Cu toate acestea, temperatura de rezistență la căldură a acestor aliaje este mai mică decât cea a aliajelor de dicarbură. Dintre aliajele dure cu o structură semnificativ îmbunătățită, trebuie remarcate cele cu granulație fină specială, utilizate pentru prelucrarea materialelor cu capacitate abrazivă ridicată. Aliajele OM au o structură densă, în special cu granulație fină și au, de asemenea, o dimensiune mică (până la 0,5 μm) a granulelor de carburi de tungsten. Această ultimă împrejurare permite ascuțirea și finisarea sculelor realizate din acestea cu cele mai mici raze de tăiere. Sculele realizate din aliaje din această grupă sunt utilizate pentru finisarea și semifinisarea pieselor din oțeluri ductile de înaltă rezistență, cu tendință crescută de călire prin lucru.

O ușoară adăugare de tantal și carbură de cobalt la aliajele grupului OM ajută la creșterea rezistenței la căldură a acestora, ceea ce face posibilă utilizarea acestor aliaje la fabricarea uneltelor destinate degroșării pieselor din diferite oțeluri. Un înlocuitor foarte eficient pentru carburile de tantal carburi de crom . Aceasta asigură producerea de aliaje cu o structură fină, uniformă și rezistență ridicată la uzură. Un reprezentant al unor astfel de materiale este aliajul VK10-XOM.

Aliajele cu un procent scăzut de cobalt (TZOK4, VKZ, VK4) au vâscozitate mai mică și sunt utilizate pentru fabricarea sculelor care tăiau așchii subțiri în operațiunile de finisare. Dimpotrivă, aliajele cu conținut ridicat de cobalt (VK8, T14K8, T5K10) sunt mai dure și sunt folosite la îndepărtarea așchiilor de secțiune mare în operațiunile de degroșare.

Performanța aliajelor dure crește semnificativ atunci când li se aplică acoperiri rezistente la uzură.

Ceramica minerală. Printre materialele moderne de instrumente, ceramica minerală, care nu conține elemente scumpe și rare, merită atenție. Se bazează pe oxizi de aluminiu AO3 cu un mic adaos (0,5...1%) de oxid de magneziu MgO. Duritatea ridicată a ceramicii minerale, rezistența la căldură până la 1200°C, inerția chimică față de metale și rezistența la oxidare depășesc cu mult aceiași parametri ai aliajelor dure. Cu toate acestea, ceramica minerală este inferioară acestor aliaje ca conductivitate termică și are o rezistență la încovoiere mai mică.

Ceramica minerală modernă, creată în URSS și în străinătate, este aproape ca rezistență de cele mai rezistente aliaje dure la uzură. Ceramica minerală pe bază de oxid de aluminiu poate fi împărțită în trei grupe:

1) ceramică de oxid pur (albă), a cărei bază este oxid de aluminiu cu impurități minore (AlO3 - până la 99,7%);

2) ceramică, care este oxid de aluminiu cu adaos de metale (titan, niobiu etc.);

3) ceramică oxid-carbură (neagră) - oxid de aluminiu cu adaos de carburi metalice refractare (titan, wolfram, molibden) pentru a-i crește proprietăți de rezistență si duritate.

Industria autohtonă produce în prezent ceramică oxidică TsM-332, VO-13 și ceramică oxid-carbură VZ, VOK-60, VOK-63, care conțin până la 40% carburi de titan, tungsten și molibden. Alături de materialele pe bază de oxid de aluminiu se produc materiale pe bază de nitrură de siliciu - silinit-R și cortinitul ONT-20 (cu adaos de oxizi de aluminiu și alte substanțe). Proprietățile fizice și mecanice ale tăierii ceramicii minerale sunt date în tabel. 6.4.

Proprietățile de așchiere ridicate ale sculelor mineralo-ceramice se manifestă în prelucrarea de mare viteză a oțelurilor și a fontelor de înaltă rezistență, iar strunjirea și frezarea prin finisare și semifinisare mărește productivitatea prelucrării pieselor de până la 2 ori, mărind simultan durata de viață a sculei. de până la 5 ori comparativ cu prelucrarea cu scule din carbură.

Ceramica minerală este produsă sub formă de plăci care nu pot fi măcinate, ceea ce facilitează semnificativ condițiile de funcționare.

Masă 6. Proprietăţile fizice şi mecanice ale ceramicii minerale de tăiat

Cerințele de bază pentru materialele unelte sunt următoarele:

1. Materialul sculei trebuie să aibă o duritate ridicată așa cum este livrat sau obținut ca urmare a tratamentului său termic - cel puțin 63...66 HRC Rockwell.

2. Este necesar ca la temperaturi ridicate de tăiere duritatea suprafețelor sculei să nu scadă semnificativ. Se numește capacitatea unui material de a menține duritatea ridicată la temperaturi ridicate și duritatea inițială după răcire rezistenta la caldura. Materialul sculei trebuie să aibă o rezistență ridicată la căldură.

3. Alături de rezistența la căldură, materialul sculei trebuie să aibă o rezistență ridicată la uzură la temperaturi ridicate, de exemplu. au o bună rezistență la abraziune a materialului prelucrat.

4. O cerință importantă este o rezistență suficient de mare a materialului sculei. Dacă duritatea ridicată a materialului părții de lucru a sculei este însoțită de o fragilitate semnificativă, aceasta duce la ruperea sculei și ciobirea muchiilor de tăiere.

5. Materialul sculei trebuie să aibă proprietăți tehnologice care să asigure condiții optime pentru fabricarea sculelor din acesta. Pentru oțelurile pentru scule, aceasta înseamnă o bună prelucrabilitate prin tăiere și presiune; caracteristici favorabile tratament termic; bună măcinare după tratament termic. Pentru aliajele dure, o bună șlefuire, precum și absența fisurilor și a altor defecte care apar în aliajul dur după lipirea plăcilor, în timpul șlefuirii și ascuțirii sculelor, sunt de o importanță deosebită.

TIPURI DE MATERIALE INSTRUMENTALE ȘI DOMENIILE DE APLICARE A LOR.

Mai devreme, toate materialele au început să fie folosite oțeluri de scule carbon clasele U7, U7A ... U13, U 13A. Pe lângă fier, conțin 0,2...0,4% mangan, au duritate suficientă la temperatura camerei, dar rezistența la căldură este scăzută, deoarece la temperaturi relativ scăzute (200...250°C) duritatea lor scade brusc.

Oțeluri de scule aliateîn compoziția lor chimică se deosebesc de materialele carbonice prin conținutul crescut de siliciu sau mangan, sau prezența unuia sau mai multor elemente de aliere: crom (crește duritatea, rezistența, rezistența la coroziune a materialului, îi reduce ductilitatea); nichel (crește rezistența, ductilitatea, rezistența la impact, călibilitatea materialului); wolfram (crește duritatea și rezistența la căldură a materialului); vanadiu (crește duritatea și rezistența materialului, promovează formarea unei structuri cu granulație fină); cobalt (crește rezistența la impact și rezistența la căldură a materialului); molibden (crește elasticitatea, rezistența, rezistența la căldură a materialului). Pentru sculele de tăiere, sunt utilizate oțeluri slab aliate de clase 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС etc. rezistența la căldură este aproape egală cu rezistența la căldură a oțelurilor carbon 350...400°C și de aceea sunt utilizate pentru fabricarea uneltelor de mână (alezoare) sau a sculelor destinate prelucrării la mașini cu viteze mici de așchiere (burghii mici,). alezoare).

LA oţeluri cu rezistenţă normală la căldură includ wolfram Р18, Р12, Р9 și tungsten-molibden Р6М5, Р6М3, Р8М3. Aceste oțeluri au o duritate în stare călită de 63...66HRC, o rezistență la încovoiere de 2900...3400 MPa, o rezistență la impact de 2,7...4,8 J/m 2 și o rezistență la căldură de 600...650 °C. Ele sunt utilizate în prelucrarea oțelurilor de structură, a fontelor, a metalelor neferoase și a materialelor plastice. Uneori se folosesc oțeluri de mare viteză, aliate suplimentar cu azot (P6AM5, P18A etc.), care sunt modificări ale oțelurilor de mare viteză convenționale. Aliarea cu azot crește proprietățile de tăiere ale sculei cu 20...30%, duritatea - cu 1 - 2 unități HRC.

Oțeluri cu rezistență ridicată la căldură caracterizat printr-un conținut ridicat de carbon - 10Р8М3, 10Р6М5; vanadiu – R12F3, R2M3F8; R9F5; cobalt – R18F2K5, R6M5K5, R9K5, R9K10, R9M4K8F, 10R6M5F2K8 etc.

Duritatea otelurilor in stare calita ajunge la 66...70HRC, au rezistenta la caldura mai mare (pana la 620...670°C). Acest lucru face posibilă utilizarea lor pentru prelucrarea oțelurilor și aliajelor rezistente la căldură și inoxidabile, precum și a oțelurilor structurale de înaltă rezistență și întărite. Durata de viață a uneltelor din astfel de oțeluri este de 3-5 ori mai mare decât a oțelurilor R18, R6M5.

Oțeluri cu rezistență ridicată la căldură caracterizat printr-un conținut scăzut de carbon, dar o cantitate foarte mare de elemente de aliere - V11M7K23, V14M7K25, 3V20K20Kh4F. Au o duritate de 69...70HRC, și rezistență la căldură de 700...720°C. Cel mai rațional domeniu de utilizare a acestora este tăierea materialelor greu de tăiat și a aliajelor de titan. În acest din urmă caz, durata de viață a sculelor este de 30-80 de ori mai mare decât cea a oțelului R18 și de 8-15 ori mai mare decât cea a aliajului dur VK8. La tăierea oțelurilor structurale și a fontelor, durata de viață crește mai puțin semnificativ (de 3 până la 8 ori).

Aliajele dure au duritate mare - 88...92 HRA (72...76 HRC) și rezistență la căldură până la 850...1000°C. Acest lucru vă permite să lucrați la viteze de tăiere de 3-4 ori mai mari decât cu unelte din oțel de mare viteză.

Aliajele dure utilizate în prezent sunt împărțite în:

1) pentru aliaje de wolfram Grupuri VK: VK3, VK3-M, VK4, VK6, VK6-M, VK6-OM, VK8 etc. În simbol, numărul arată procentul de cobalt. De exemplu, denumirea VK8 indică faptul că conține 8% cobalt și 92% carburi de tungsten. Literele M și OM indică o structură cu granulație fină și mai ales cu granulație fină;

2) pentru aliaje de titan-tungsten Grupuri TK: T5K10, T15K6, T14K8, T30K4, T60K6, etc. În simbol, numărul de după litera T arată procentul de carburi de titan, după litera K - cobalt, restul - carburi de tungsten;

3) pentru aliaje de tungsten cu tantal titan Grupuri TTK: TT7K12, TT8K6, TT20K9 etc. În simbol, cifrele de după litera T arată procentul de carburi de titan și tantal, după litera K - cobalt, restul - carburi de tungsten;

4) pentru aliaje dure fără wolfram TM-1, TM-3, TN-20, KNT-16, TS20HN. Desemnările sunt condiționate.

Calitățile de carbură sunt produse sub formă de inserții standardizate care sunt lipite, lipite sau atașate mecanic de suporturi din oțel structural. Se produc si instrumente piesa de lucru care sunt realizate în întregime din aliaj dur (monolit).

Aliajele din grupul TK au o rezistență la căldură mai mare decât aliajele VK. Pot fi folosite la viteze mari de așchiere, motiv pentru care sunt utilizate pe scară largă în prelucrarea oțelurilor.

Sculele realizate din aliaje dure ale grupului VK sunt utilizate la prelucrarea pieselor din oțel structural în condiții de rigiditate scăzută a sistemului SIDA, în timpul tăierii intermitente, atunci când se lucrează cu impact, precum și la prelucrarea materialelor fragile, cum ar fi fonta, care se datorează rezistenței crescute a acestui grup de aliaje dure și temperaturilor scăzute din zona de tăiere. De asemenea, sunt utilizate la prelucrarea pieselor din oțeluri de înaltă rezistență, rezistente la căldură și inoxidabile, aliaje de titan. Acest lucru se explică prin faptul că prezența titanului în majoritatea acestor materiale determină o aderență crescută la aliajele din grupul TK, care conțin și titan. Aliajele din grupul TK au o conductivitate termică semnificativ mai slabă și o rezistență mai mică decât aliajele VK.

Introducerea carburilor de tantal sau a carburilor de tantal și niobiu (TT10K8-B) în aliajul dur crește rezistența acestuia. Cu toate acestea, temperatura de rezistență la căldură a acestor aliaje este mai mică decât cea a celor două aliaje de carbură.

Aliajele dure în special cu granulație fină sunt utilizate pentru prelucrarea materialelor cu capacitate abrazivă ridicată. Sunt utilizate pentru finisarea și semifinisarea pieselor din oțeluri ductile de înaltă rezistență, cu tendință crescută de călire prin lucru.

Aliajele cu conținut scăzut de cobalt (T30K4, VK3, VK4) sunt utilizate în operațiunile de finisare, în timp ce aliajele cu conținut ridicat de cobalt (VK8, T14K8, T5K10) sunt utilizate în operațiunile de degroșare.

Ceramica minerală. Se bazează pe oxizi de aluminiu Al 2 O 3 cu un mic adaos (0,5...1%) de oxid de magneziu MgO. Duritatea ridicată, rezistența la căldură de până la 1200 ° C, inerția chimică față de metale și rezistența la oxidare depășesc în mare măsură aceiași parametri ai aliajelor dure, dar sunt inferioare ca conductivitate termică și au o rezistență la încovoiere mai mică.

Proprietățile de așchiere ridicate ale ceramicii minerale se manifestă în prelucrarea de mare viteză a oțelurilor și a fontelor de înaltă rezistență, iar strunjirea și frezarea fină și semifinisată mărește productivitatea prelucrării pieselor de până la 2 ori, în timp ce crește simultan duratele de viață a sculei de până la De 5 ori comparativ cu prelucrarea cu scule din carbură. Ceramica minerală este produsă sub formă de plăci care nu pot fi măcinate, ceea ce facilitează semnificativ condițiile de funcționare.

Materiale de scule superhard (STM)– cele mai promițătoare sunt materialele sintetice superdure pe bază de diamant sau nitrură de bor.

Diamantele se caracterizează prin duritate ridicată și rezistență la uzură. În ceea ce privește duritatea absolută, diamantul este de 4-5 ori mai dur decât aliajele dure și de zeci și sute de ori mai mare decât rezistența la uzură a altor materiale de scule atunci când se prelucrează aliaje neferoase și materiale plastice. Datorită conductibilității lor termice ridicate, diamantele sunt mai bune la îndepărtarea căldurii din zona de tăiere, cu toate acestea, datorită fragilității lor, domeniul lor de aplicare este sever limitat. Un dezavantaj semnificativ al diamantului este că la temperaturi ridicate intră într-o reacție chimică cu fierul și își pierde funcționalitatea.

Prin urmare, au fost create noi materiale superdure care sunt inerte chimic față de diamant. Tehnologia de producere a acestora este apropiată de tehnologia de producere a diamantelor, dar ca materie primă a fost folosită nitrura de bor, mai degrabă decât grafitul.

SCOPUL GEOMETRIEI SCULEI ȘI AL MODURILOR OPTIME DE TĂȘIERE PENTRU STRUNCHIRI, GĂURIRI, FREZARE.

Selectarea unghiului de relief a. Se știe că la prelucrarea oțelurilor, unui unghi optim mai mare a corespunde unei grosimi mai mici a stratului tăiat: sin a opt = 0,13/a 0,3.

În scopuri practice la prelucrarea oțelurilor, se recomandă următoarele valori ale unghiurilor de degajare: pentru freze de degroșare cu S>0,3mm/tur - a=8°; pentru freze de finisare la S<0,3 мм/об - a=12°; для торцовых и цилиндрических фрез - a=12…15°.

Valoarea unghiurilor de joc la prelucrarea fontei este ceva mai mică decât la prelucrarea oțelului.

Alegerea unghiului de greblare g. Unghiul de greblare ar trebui să fie mai mare, cu cât duritatea și rezistența materialului prelucrat sunt mai mici și cu atât ductilitatea acestuia este mai mare. Pentru sculele din oțel rapid la prelucrarea oțelurilor moi, unghiul este g=20...30°, pentru oțeluri de duritate medie - g=12...15°, fontă - g=5...15 ° și aluminiu - g=30...40°. Pentru sculele din carbură, unghiul de greblare este mai mic, iar uneori chiar negativ, datorită faptului că acest material pentru scule este mai puțin rezistent decât oțelul de mare viteză. Cu toate acestea, o scădere a lui g duce la o creștere a forțelor de tăiere. Pentru a reduce forțele de tăiere în acest caz, o teșitură negativă este ascuțită pe suprafața frontală atât a sculelor de tăiere cu carbură, cât și a sculelor de tăiere de mare viteză.

Selectarea unghiului principal j. La prelucrarea pieselor nerigide, pentru a reduce componenta radială Py, unghiul de conducere trebuie mărit la j=90°. În unele cazuri, unghiul j este atribuit din motive de proiectare. Unghiul de conducere afectează și rugozitatea suprafeței prelucrate, așa că la finisare se recomandă utilizarea unor valori mai mici de j.

Selectarea unghiului plan auxiliar j 1. Pentru anumite tipuri de scule j 1 variază de la 0 la 2...3°. De exemplu, pentru burghie și robinet j 1 =2...3¢ și pentru o freză de tăiere j 1 =1...3°.

Selectarea unghiului de înclinare a muchiei principale de tăiere l. Unghiurile recomandate pentru frezele de finisare și degroșare din oțel rapid, respectiv, sunt l=0...(-4)° și l=5...+10°, pentru frezele din carbură când se lucrează fără șoc și cu impact, respectiv, l=5...+10° și l =5...+20°.

Alocarea condițiilor optime de tăiere:

1. În primul rând, alege material instrumental, designul sculei și parametrii geometrici ai părții sale de tăiere. Materialul piesei de tăiat este selectat în funcție de proprietățile materialului care este prelucrat, de starea suprafeței piesei de prelucrat, precum și de condițiile de tăiere. Parametrii geometrici ai sculei sunt atribuiți în funcție de proprietățile materialului prelucrat, rigiditatea sistemului tehnologic, tipul de prelucrare (degroșare, finisare sau finisare) și alte condiții de tăiere.

2. Se prescrie adâncimea de tăiere luând în considerare indemnizația de procesare. La degroșare, este recomandabil să se stabilească o adâncime de tăiere care să asigure tăierea alocației într-o singură trecere. Numărul de treceri care depășește una în timpul degroșării ar trebui să fie permis în cazuri excepționale la eliminarea cotelor sporite. Semifinisarea se face adesea în două treceri. Prima, brută, se execută cu adâncimea de tăiere t=(0,6...0,75)h, iar a doua, finală, cu t=(0,3...0,25)h. Prelucrarea în două treceri în acest caz se datorează faptului că la îndepărtarea unui strat cu o grosime mai mare de 2 mm într-o singură trecere, calitatea suprafeței prelucrate este scăzută, iar acuratețea dimensiunilor sale este insuficientă. La finisare, în funcție de precizia și rugozitatea suprafeței prelucrate, adâncimea de tăiere este prescrisă în intervalul 0,5...2,0 mm pe diametru, iar la prelucrare cu o rugozitate mai mică de Ra 1,25 - în intervalul 0,1.. .0,4 mm.

3. Selectați avansul (pentru strunjire și găurire – S 0 , mm/tur; pentru frezare S z , mm/dinte În timpul degroșării, se stabilește ținând cont de rigiditatea sistemului tehnologic al mașinii-unelte, de rezistența). parte, metoda de fixare a acesteia (în mandrina, în centre etc.), rezistența și rigiditatea părții de lucru a sculei de tăiere, rezistența mecanismului de avans al mașinii, precum și adâncimea de tăiere stabilită. La finisarea prelucrării, scopul avansului trebuie să fie coordonat cu rugozitatea specificată a suprafeței prelucrate și calitatea preciziei, ținând cont de posibila deformare a piesei sub influența forțelor de așchiere și a erorilor în forma geometrică a piesei prelucrate. suprafaţă. După selectarea fluxului standard, calculele de verificare se fac folosind formulele: P x =, sau .

4. Determinați viteza de tăiere. Viteza de tăiere permisă de o unealtă de tăiere într-o anumită perioadă a duratei sale de viață depinde de adâncimea de tăiere și avans, de materialul piesei de tăiere a sculei și de parametrii săi geometrici, de materialul prelucrat, de tipul de prelucrare, de răcire. și alți factori.

Având în vedere adâncimea de tăiere, avansul și durata de viață a sculei, viteza de tăiere poate fi calculată: la strunjire: ; la gaurire: ; la frezare: .

5. În timpul degroșării se verifică modul de tăiere selectatîn funcție de puterea mașinii. În acest caz, trebuie respectat următorul raport: N res £1,3hN art. Dacă se dovedește că puterea motorului electric al mașinii pe care se efectuează procesarea nu este suficientă, trebuie să alegeți o mașină mai puternică. Dacă acest lucru nu este posibil, valorile u sau S selectate trebuie reduse.

6. Definiți timpul principal al fiecărei treceri(formulele pentru calcularea acestuia pentru diferite tipuri de prelucrare sunt date în literatura de referință.

PROCESUL DE ȘLEFIRE

Măcinare– un proces de tăiere a metalelor realizat prin granule de material abraziv. Măcinarea poate fi utilizată practic pentru a prelucra orice materiale, deoarece duritatea boabelor abrazive (2200...3100HB) și a diamantului (7000HB) este foarte mare. Pentru comparație, observăm că duritatea aliajului dur este de 1300HB, cementitul este de 2000HB și oțelul întărit este de 600...700HB. Granulele abrazive sunt legate între ele în unelte de diferite forme sau aplicate pe țesături (piei abrazive). Slefuirea este folosită cel mai adesea ca operație de finisare și face posibilă obținerea unor piese de calitate 7...9 și chiar 6 cu o rugozitate Ra = 0,63...0,16 µm sau mai mică. În unele cazuri, șlefuirea este utilizată la decaparea pieselor turnate și forjate, la curățarea sudurilor, de exemplu. ca operaţie pregătitoare sau de degroşare. În prezent, măcinarea în adâncime este utilizată pentru a elimina cotele mari.

Caracteristicile procesului de măcinare sunt următoarele:

1) multi-pass, facilitând corectarea efectivă a erorilor de formă și dimensiune a pieselor obținute în urma prelucrării anterioare;

2) tăierea este efectuată de un număr mare de boabe abrazive amplasate aleatoriu cu microduritate mare (22000...31000 MPa). Aceste boabe, care formează un contur de tăiere intermitent, trec prin cele mai mici depresiuni, iar volumul de metal tăiat pe unitatea de timp este în acest caz semnificativ mai mic decât atunci când se taie cu o unealtă metalică. Un granul abraziv taie de aproximativ 400.000 de ori mai puțin volum de metal pe unitate de timp decât un dinte tăietor;

3) procesul de tăiere a așchiilor cu granule abrazive individuale se realizează la viteze mari de tăiere (30...70 m/s) și într-o perioadă foarte scurtă de timp (în miimi și sute de miimi de secundă);

Granulele abrazive sunt amplasate haotic în corpul roții. Sunt poliedre de formă neregulată și au vârfuri rotunjite cu raza r (Pagina 301).

Această rotunjire este mică (de obicei r = 8...20 µm), dar trebuie întotdeauna luată în considerare, deoarece în timpul microtăierii grosimea straturilor îndepărtate de boabele individuale este proporțională cu r;

5) vitezele mari de tăiere și geometria nefavorabilă a boabelor de tăiere contribuie la dezvoltarea unor temperaturi ridicate în zona de tăiere (1000...1500°C);

6) procesul de șlefuire poate fi controlat numai prin schimbarea modurilor de tăiere, deoarece modificarea geometriei granulului abraziv, care acționează ca un tăietor sau un dinte de tăiere, este practic dificil de implementat. Folosind o tehnologie specială de fabricație, roțile diamantate pot avea o orientare preferențială (obligatorie) a granulelor de diamant în corpul roții, ceea ce asigură condiții de tăiere mai favorabile;

7) unealta abrazivă se poate auto-ascuți în timpul funcționării. Acest lucru se întâmplă atunci când muchiile de tăiere ale boabelor devin tocite, ceea ce determină o creștere a forțelor de tăiere și, prin urmare, a forțelor care acționează asupra boabelor. Ca urmare, boabele terne cad, sunt rupte din mănunchi sau despicate și intră în joc boabe noi ascuțite;

8) suprafața terenului se formează ca urmare a acțiunii simultane atât a factorilor geometrici caracteristici procesului de tăiere, cât și a deformațiilor plastice care însoțesc acest proces.

În ceea ce privește schema geometrică pentru formarea unei suprafețe de sol, trebuie avute în vedere următoarele:

pentru a corespunde mai bine procesului real de formare a așchiilor, trebuie luată în considerare tăierea boabelor într-o suprafață aspră, iar boabele în sine ar trebui considerate situate aleatoriu pe întregul volum al cercului (Pagina 302).

Măcinarea trebuie considerată ca un fenomen spațial, nu plan. În zona de tăiere, suprafața elementară prelucrată în timpul contactului cu roata de șlefuit intră în contact nu cu un rând de boabe, ci cu mai multe;

2) cu cât instrumentul de tăiere abraziv este mai puțin neuniform, cu atât se apropie mai mult de lama de tăiere solidă și cu atât suprafața prelucrată este mai puțin aspră. Același contur de tăiere poate fi creat prin reducerea mărimii granulelor sau creșterea timpului de acțiune abrazivă, de exemplu, prin scăderea vitezei de rotație a piesei sau reducerea avansului longitudinal pe rotație a produsului;

3) relieful de tăiere ordonat se realizează prin pansare cu diamant. În timpul procesului de măcinare, pe măsură ce boabele individuale sunt distruse și cad, relieful de tăiere ordonat este perturbat;

4) boabele abrazive în timpul procesului de tăiere pot fi împărțite în tăiere (de exemplu, boabe 3, 7), răzuire, dacă se taie la o adâncime atât de mică încât are loc numai extrudarea plastică a metalului fără îndepărtarea așchiilor, apăsarea 5 și non- tăierea 4. În procesul de măcinare reală aproximativ 85...90% din toate boabele nu se taie, ci deformează plastic cumva stratul de suprafață cel mai subțire, adică. îl nituri.

5) rugozitatea este afectată nu numai de mărimea granulelor, ci și de grămada sculei abrazive, care are un efect de lustruire, care este mai pronunțat la viteze mai mici de rotație a roții.

CARACTERISTICILE SCULTELOR ABRASIVE ȘI SCOPUL MODURILOR DE ȘLEFIRE

Toate materialele abrazive sunt împărțite în două grupe: naturale și artificiale. Materialele naturale includ corindonul și smirghelul, constând din Al 2 O 3 și impurități. Cele mai utilizate materiale abrazive artificiale sunt: electrocorundum, carbură de siliciu, carbură de bor, diamant sintetic, nitrură de bor cubică (CBN) și belbor.

Dimensiunea granulelor materialelor abrazive se referă la dimensiunea granulelor lor. În funcție de mărimea lor (dimensiunea), ele sunt împărțite la numere:

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

2) 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3 – pulberi de măcinat;

3) M63, M50, M40, M28, M20, M14 – micropulberi;

4) M10, M7, M5 – micropulberi subțiri.

Dimensiunea granulelor micropulberilor este determinată de mărimea granulelor fracției principale în microni. Conform GOST 3647-80, se disting următoarele fracții de cereale: B (60...55%), P (55...45%), N (45...40%), D (43... 39% din boabele fracției principale).

Duritatea roților se referă la capacitatea legăturii de a împiedica smulgerea granulelor abrazive de pe suprafața roții sub influența forțelor externe sau la gradul de rezistență al legăturii la ruperea boabelor roții din materialul de legătură.

În funcție de duritate, cercurile pe legăturile ceramice și bachelite, conform GOST 18118-79, sunt împărțite în șapte clase: M - moale (M1, M2, M3), M2 este mai dur decât M1; SM – mediu moale (SM1, SM2); C – medie (C1, C2); ST – mediu-dur (ST1, ST2, ST3); T – solid (T1, T2); VT – foarte greu (VT); CT – extrem de dur (CT).

Roțile de pe lipirea vulcanită variază ca duritate: mediu-moale (SM), mediu (C), mediu-dure (ST) și tare (T).

GOST 2424-83 prevede producerea de roți de șlefuit din trei clase de precizie: AA, A și B. În funcție de clasa de precizie a roților, trebuie utilizate materiale de șlefuit cu următorii indici: B și P - pentru clasa de precizie AA; B, P și N – pentru clasa de precizie A; V, P, N și D - pentru clasa de precizie B.

Structura roții de șlefuit este înțeleasă ca structura sa internă, adică procentul și dispunerea relativă a boabelor, lianților și porilor pe unitatea de volum a discului: V g + V c + V p = 100%.

Baza sistemului de structură este conținutul de granule abrazive pe unitatea de volum a sculei:

Numărul structurii

Conținut de cereale, %

Structurile de la 1 la 4 sunt închise sau dense; de la 5 la 8 – medie; de la 9 la 12 – deschis.

GOST 2424-83 reglementează producția a 14 profile de roți de șlefuit cu un diametru de 3...1600mm, o grosime de 6...250mm.

Modul optim de tăiere pentru măcinare trebuie considerat modul care asigură productivitate ridicată, cel mai mic cost și obținerea calității necesare a suprafeței solului.

Pentru a determina modul de măcinare:

1) se selectează caracteristicile discului abraziv și se setează viteza periferică a acesteia uk;

2) se atribuie avansul transversal (adâncimea de tăiere t) și se determină numărul de treceri pentru a asigura îndepărtarea întregului adaos. Avansul variază între 0,005...0,09 mm pe cursă dublă;

3) avansul longitudinal este atribuit în fracțiuni din lățimea roții S pr = KB, unde K = 0,4...0,6 pentru șlefuirea grosieră, K = 0,3...0,4 pentru șlefuirea de finisare;

4) se selectează viteza de rotație periferică a piesei u La degroșare, se procedează de la perioada de viață stabilită a roții (T = 25...60 min), la finisare - de la asigurarea rugozității suprafeței specificate. De obicei, viteza de rotație a piesei este în intervalul 40...80m/min;

5) este selectat lichidul de răcire;

6) se determină forțele de tăiere și puterea necesară pentru a asigura procesul de măcinare. Puterea (kW) necesară pentru rotirea cercului este N k ³P z u k /10 3 h, iar pentru rotirea piesei N d ³P z u d /(60 × 10 3 h);

7) modurile de măcinare selectate sunt ajustate în funcție de pașaportul mașinii. Dacă există o lipsă de putere, u d sau S scade, deoarece afectează puterea de tăiere Nk și timpul mașinii tm;

8) se verifică condițiile de șlefuire fără arsuri în funcție de puterea specifică pe 1 mm lățime a roții: N bătăi = N k / V. Trebuie să fie mai mică decât puterea specifică admisă dată în literatura de referință;

9) se calculează timpul mașinii.

Informații conexe.

Domeniul rațional de aplicare al unui anumit material de sculă este determinat de totalitatea proprietăților sale operaționale și tehnologice (în funcție, la rândul lor, de proprietățile fizice, mecanice și chimice), precum și de factori economici.

Materialele sculelor lucrează în condiții dificile – la sarcini și temperaturi ridicate. Prin urmare, toate proprietățile materialelor sculelor pot fi împărțite în mecanice și termice.

Cele mai importante proprietăți de performanță ale materialelor sculelor includ: duritatea, rezistența, rezistența la uzură, rezistența la căldură, conductibilitatea termică.

DuritateN iar suprafețele de contact ale sculei trebuie să fie mai mari decât duritatea N m de material prelucrat. Aceasta este una dintre cerințele principale pentru materialul sculei. Dar, pe măsură ce duritatea materialului sculei crește, de regulă, rezistența acestuia la rupere fragilă scade. Prin urmare, pentru fiecare pereche de materiale prelucrate și de scule există o valoare optimă a raportului N si / N m, la care rata de uzură a materialului sculei va fi minimă.

Din punct de vedere rezistenţă Pentru o unealtă, este important ca materialul sculei să combine duritatea ridicată la temperaturi ridicate a zonei de tăiere cu o rezistență bună la compresiune și încovoiere și, de asemenea, să aibă valori ridicate ale limitei de anduranță și rezistenței la impact.

Rezistenta la uzura măsurată prin raportul dintre munca depusă pentru a îndepărta o anumită masă de material și mărimea acestei mase. Uzura, observată la tăiere ca pierdere totală de masă a materialului sculei, este cauzată de diverse mecanisme: oboseală cu adeziv, abraziv, abraziv chimic, difuzie etc. Rezistența la uzură a unui material de sculă în timpul uzurii adezivului depinde de microrezistența straturilor de suprafață și de intensitatea aderenței cu materialul prelucrat. În cazul uzurii adezive fragile, rezistența la uzură a materialului sculei este corelată cu limita de rezistență și rezistența acestuia în cazul uzurii plasticului, este corelată cu curgerea și duritatea. Ca măsură a rezistenței la uzură a unui material de sculă în timpul uzurii abrazive, duritatea acestuia este luată aproximativ. Uzura prin difuzie a unei scule de tăiere are loc datorită dizolvării reciproce a componentelor materialelor de tăiere și prelucrate, urmată de distrugerea straturilor superficiale ale materialului de tăiere, înmuiate din cauza proceselor de difuzie. O caracteristică a rezistenței la uzura prin difuzie este gradul de inerție al materialelor sculelor în raport cu cele prelucrate.

Duritatea suprafețelor de contact ale sculei în stare rece, de ex. măsurată la temperatura camerei nu îi caracterizează pe deplin capacitatea de tăiere. Pentru a caracteriza proprietățile de tăiere ale materialelor sculelor la temperaturi ridicate, sunt utilizate concepte precum duritatea „fierbinte”, duritatea roșie și rezistența la căldură.

Sub soliditatea roșie se referă la temperatura care determină o scădere a durității materialului sculei nu mai mică decât o valoare specificată. Conform GOST 19265-73, rezistența roșie a oțelului de mare viteză de productivitate normală ar trebui să fie egală cu 620 ° C, iar a oțelului de înaltă performanță - 640 ° C. Rezistența roșie se determină prin măsurarea durității probelor la temperatura camerei după încălzirea lor la temperaturi de 620°-640°C, menținerea timp de 4 ore și răcirea ulterioară. Duritatea HRC 58 a fost luată ca standard de control pentru înmuierea oțelului după încălzirea specificată.

Sub rezistență la căldură Materialul sculei înțelege capacitatea materialului de a menține duritatea atunci când este încălzit, suficientă pentru procesul de tăiere. Rezistența la căldură este caracterizată de așa-numita temperatură critică. Temperatura critică este temperatura stabilită în timpul procesului de tăiere, la care materialul sculei nu își pierde încă proprietățile de tăiere, iar unealta din care este făcută este capabilă să taie.

Dependența performanței unei scule de condițiile de temperatură ale funcționării acesteia este exprimată și prin astfel de caracteristici ale materialului sculei, cum ar fi rezistenta la socul termic. Această caracteristică determină diferența maximă de temperatură la care materialul își menține integritatea și reflectă posibilitatea distrugerii fragile a sculei ca urmare a tensiunilor termice. Cunoașterea rezistenței la șoc termic este deosebit de importantă atunci când se utilizează materiale de scule relativ fragile în condiții de tăiere întrerupte. Mărimea tensiunii termice depinde de conductibilitatea termică, coeficientul de dilatare liniară, modulul elastic, raportul lui Poisson și alte proprietăți ale materialului sculei.

Conductivitate termică- una dintre cele mai importante proprietăți fizice ale materialelor instrumentale. Cu cât conductivitatea termică este mai mică, cu atât temperatura suprafețelor de contact a sculei este mai mare și, în consecință, vitezele de tăiere admise sunt mai mici.

Dintre proprietățile tehnologice ale materialelor pentru scule, cea mai importantă este acestea prelucrabilitateîn stare caldă (forjare, turnare, ștanțare, sudare etc.) și rece (tăiere, șlefuire). Pentru materialele de scule supuse tratamentului termic, nu sunt mai puțin importante condițiile tratamentului termic: intervalul de temperatură de călire, cantitatea de austenită reținută, capacitatea de transformare a austenitei reținute, deformarea în timpul tratamentului termic, sensibilitatea la supraîncălzire și decarburare etc. Prelucrabilitatea materialelor sculelor prin așchiere depinde de mulți factori, dintre care principalii sunt: compoziția chimică, duritatea, proprietățile mecanice (rezistență, tenacitate, plasticitate), microstructura și dimensiunea granulelor, conductivitatea termică. Prelucrabilitatea trebuie luată în considerare nu în ceea ce privește capacitatea de a utiliza viteze mari de așchiere în producția de scule, ci și în raport cu calitatea suprafețelor rezultate. Materialul pentru scule, a cărui prelucrare are ca rezultat înțepare, rugozitate mare, arsuri și alte defecte, este dificil de utilizat pentru fabricarea sculelor de tăiere.

Preţ materialul instrumental se referă la factori economici. Materialul de scule ar trebui să fie cât mai ieftin posibil. Dar această cerință este condiționată, deoarece un material mai scump poate oferi o prelucrare mai ieftină. În plus, relația dintre costul materialelor individuale este în continuă schimbare. Este important ca materialul instrumental să nu fie limitat.

Este imposibil să se creeze un material ideal pentru scule, care să fie la fel de potrivit pentru întreaga varietate de condiții de prelucrare. Prin urmare, industria folosește o gamă largă de materiale pentru scule, grupate în următoarele grupe principale: oțeluri carbon și aliate; oțeluri de mare viteză; aliaje dure; taierea ceramicii; materiale superdure; scule acoperite.

Marcarea materialelor sculelor. Materiale pentru scule de tăiere

Direcția de inovare