2.3 Инструментальные материалы

При резании материалов в зоне контакта инструмента и заготовки возникают большие силы трения, в результате чего резко поднимается температура. Такие условия работы диктуют ряд требований, которым должны удовлетворять применяемые режущие материалы, используемые при обработке – это высокая твердость, прочность, теплостойкость, износостойкость, теплопроводность и низкая стоимость инструмента.

В соответствии с химическим составом и физико–механическими свойствами инструментальные материалы делят на углеродистые, легированные, быстрорежущие стали, твердые сплавы, минеральную керамику, сверхтвердые, абразивные и алмазные материалы.

2.3.1 Углеродистые стали.

Используются для изготовления инструментов, где основным химическим элементом, обеспечивающим твердость, является углерод. Наиболее широкое распространение имеют следующие марки углеродистых сталей: У9А, У10А, У12А, У13А, где «У» обозначает углеродистую сталь, а цифра – содержание углерода в десятых долях процента, буква «А» указывает, что сталь высококачественная. Сталь У12А содержит 1.2% С.

Инструменты из углеродистой стали подвергаются закалке и отпуску. После термической обработки твердость их достигает 60 … 62НRС. Из-за отсутствия легирующих элементов эти инструментальные материалы самые дешевые. Но они же очень быстро изнашиваются, т.к. твердость у инструментального материала не сквозная и в средине инструмента равна 40 HRC. Кроме того, в процессе термической обработки возможно образование трещин. Из углеродистых сталей изготавливают инструмент малых линейных размеров и работающих по обработке мягких металлов.

2.3.2 Быстрорежущие стали.

Они применяются наиболее широко для осевого инструмента: сверл, зенкеров, метчиков и резьбовых резцов.

Они делятся на 3 группы:

1) нормальной производительности;

2) повышенной производительности;

3) высокой производительности.

Стали нормальной производительности характеризуются пониженной теплостойкостью (615-620°С):

вольфрамовые стали (Р9, Р12, Р18 и другие);

безвольфрамовые (9Х6М3ФЗАГСТ и другие);

вольфрамомолибденовые (Р6М5,Р6М3 и другие).

Их применяют при обработке цветных сплавов, чугунов, углеродистых и легированных сталей при скорости резания Vp до 35-40м/мин.

Стали повышенной производительности имеют теплостойкость- 625°…640°С:

вольфрамо-кобальтовые (Р9К5, Р9К10 и другие);

вольфрамо-ванадиевые (Р9Ф5,Р12Ф3 и другие);

вольфрамо-молибденовые с кобальтом и ванадием (Р6М5К5,Р6М5Ф3 и другие);

вольфрамо-ванадиевые с кобальтом (Р10Ф5К5 и другие);

вольфрамо-ванадиевые с кобальтом и молибденом (Р12Ф3К10М3 и другие).

Эти стали применяются для обработки коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов и высокопрочных сталей.

Повышенная теплостойкость этих сталей позволяет устанавливать повышенные режимы резания с увеличенной стойкостью (стойкость инструмента - это время между 2-мя переточками). Например, при обработке стали 40ХН со скоростью Vp=30 м/мин, стойкость червячных фрез из стали Р9М4К8 в 3 раза выше, чем стали Р18.

Порошковые быстрорежущие стали.

Обладают повышенной прочностью при изгибе и в 1,5-2 раза более высокой стойкостью по сравнению с быстрорежущими сталями аналогичного состава обычного производства.

Р9М4К8-МП, Р10М6К8-МП обладают повышенной красностойкостью, хорошо шлифуются. Обрабатывают материал повышенной твердости до HRC 38…42. Используются для инструмента применяемых на станках с ЧПУ, при этом их стойкость в 1,5-2 раза выше Р6М5, Р18.

Стали высокой производительности.

Стали высокой производительности характеризуются высокой теплостойкостью (700…725°С).

К ним относятся стали В11М7К23, В24М12К23 и другие. Эти инструменты имеют высокую стойкость при повышенных режимах резания жаропрочных и титановых сплавов.

К быстрорежущим сталям высокой производительности относятся карбидостали.

Карбидостали – это новый класс инструментальных материалов для обработки труднообрабатываемых материалов, изготовляемых методами порошковой металлургии.

Карбидостали сочетают твердость и износостойкость твердых сплавов с прочностью и вязкостью легированных сталей и занимают промежуточное положение между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами.

Карбидостали разработаны и выпускаются заводом «ИЖСТАЛЬ» на основе 2-х сталей: Р6М5-КТ20 и Р6М5К5-КТ20.

Стойкость режущего инструмента из карбидосталей при обработке сплавов ЖС6КП в 2,5-3,5 раза выше стойкости сталей повышенной производительности.