Сравнительная характеристика стойкости и скорости резания инструментов, изготовленных из различных инструментальных материалов

Инструментальный материал	Скорость резания, м/мин	Стойкость инструмента, мин
Быстрорежущая сталь	50…70	5…10
Твердый сплав	100…120	30…60
Поликристаллы карбонадо АРК4	500…700	600…1200

Из опыта автомобилестроения: резец из твердого сплава до полного затупления обрабатывает 400 поршней из высококремнистого алюминиевого сплава (100 автомашин), из «карбонадо» – 104 тысячи поршней (28 тысяч машин).

В конце 50-х годов – в начале 60-х XX века в ряде стран был синтезирован новый сверхтвердый материал – кубический нитрид бора: 1957 г – США (Роберт Венторф) – боразон; в 1960 г промышленное изготовление в СССР эльбора («Ленинградский бор»); кубонит (КНБ) – опытный завод Института сверхтвердых материалов. В основе получения этих материалов лежит способ превращения гексагонального нитрида бора в кубический (приблизительно 44% бора и 56% азота).

Свойства КНБ:

1. Высокая твердость, приближающаяся к твердости алмаза;

2. Высокая абразивная способность 0,58…0,64 (до 0,8);

3. Предел прочности при изгибе σ_изг=100кгс/мм²;

4. Температуростойкость 1300…1500…1800°С;

5. Высокая химическая стойкость;

6. Инертен к железу.

В зависимости от показателя механической прочности эльбор и кубонит разделяют на марки:

ЛО – эльбор обычной прочности (низкой);

ЛОС – эльбор со стеклопокрытиями;

ЛД – эльбор дробленный;

КО – кубонит обычной прочности (низкой);

ЛП – эльбор повышенной прочности (примерно в 2 раза выше прочности ЛО);

КР – кубонит повышенной прочности;

ЛКВ – высокопрочный кубический нитрид бора (КНБ);

ЛОМ – металлизированный эльбор.

Обычно изготовляют инструменты из ЛО и ЛП на органической и керамической связках, из ЛКВ – на металлических связках.

Область применения КНБ при обработке черных металлов – сталей, чугунов:

• закаленные стали и сплавы (до твердости HRC 60);

• быстрорежущие стали;

• жаропрочные нержавеющие и высоколегированные стали.

Следует упомянуть новые сверхтвердые синтетические материалы, применяемые для резцов, шлифовальных кругов и паст при обработке цветных металлов, такие как синтетический корунд-рубин: модификация α-Al₂O₃ с небольшими примесями хрома; лейкосапфир: монокристалл α-Al₂O₃ почти без примесей (с присутствием титана).

Для повышения эффективности работы алмазного абразивного инструмента применяют алмазные зерна, покрытые тонкой металлической пленкой. В качестве покрытий используют материалы с хорошими адгезионными свойствами по отношению к алмазу: никель Ni; медь Cu; серебро Ag и их сплавы; титан Ti.

После металлизации разрушающая нагрузка алмазов увеличивается в 1,5-2,5 раз. В маркировку добавляется буква М (АС4М).

Кроме того, появились новые марки синтетических алмазов:

• киборит – Киевский институт сверхтвердых материалов (на основе КНБ),

• карбонит;

• теплонит: теплопроводность высока, на уровне меди, в то же время хороший изолятор.

На основе КНБ получен ряд композиционных поликристаллических материалов, которые получены синтезом или спеканием при больших давлениях (до 90 кбар) и высоких температурах (800 – 1200 ° С).

Наряду с высокими технико-экономическими показателями, такими как:

• стойкость,

• красностойкость (до 1500° С),

• высокие скорости резания (300…400 м/мин),

• точность обработки (5…6 квалитеты точности),

• повышенная чистота (Ra=1,25…0,085 мкм),

они имеют и большое народно-хозяйственное значение в связи с дефицитом вольфрама и недефицитным сырьем для композиционных материалов.

Наибольшее применение в настоящее время имеют марки:

• Композит 01: эльбор-Р – хорошо обрабатывает закаленные стали, чистовая обработка без удара;

• Композит 02: белбор;

• Композит 05 (КНБ): 75% КНБ + 25% Al₂O₃ (получают спеканием);

• Композит 09 (ПТНБ): смесь кубического и вюрцитного кубического нитрида бора, работа с ударом (получен взрывом);

• Композит 10 – гексанит-Р: фрезерование (торцевое) чугуна;

• Композит 03 – исмит: для буровых коронок, фрез, резцов – обработка чугунов, спецсталей.

Из сверхтвердых материалов изготавливают пластины или вставки, в которых закрепляют СТМ одним из методов:

• методом порошковой металлургии,

• адгезионной пайкой,

• механическим путем,

• спеканием.

К орпус вставки – чаще всего из железо-никелевого сплава (например, 90% Fe + 5%Ni + 5% Cu или 85% Ni + 15%Sn). Вставки и пластины – из поликристаллов. Пластины 3-х, 4-х и шестигранные неперетачиваемые (Ленинградский завод «Инструмент» и Томилинский алмазный завод).

Достоинства: работа 12 гранями (после переворачивания) (см. рис.9)

Недостатки: ненадежность крепления.

Также производят пластины цельные из СТМ шестигранные или круглые диаметром 6 мм и толщиною 3 мм.

Пластины могут быть двухслойными (А+КНБ или АС+ твердосплавная подкладка): ДАП, СВАБ.

Алмазные инструменты из КНБ и из СТМ

Различают группы:

1. Из порошков:

   • круги шлифовальные,

   • круги отрезные,

   • бруски хонинговальные,

   • головки,

   • надфили,

   • пасты;

2. Из кристаллов алмаза:

   • резцы,

   • волоки,

   • карандаши (для правки),

   • иглы и ролики (для правки),

   • стеклорезы;

3. Инструменты из СТМ:

   • шлифовальные круги,

   • отрезные круги,

   • резцы: отрезные, подрезные, прорезные,

   • фрезы: торцевые, концевые, червячные.

Типы, размеры регламентированы соответствующими ГОСТами и нормалями. До 93% - инструменты из синтетических алмазов, около 7% - из естественных алмазов.