Инструментальные материалы, режущий инструмент
Производительность процесса механической обработки резанием прежде всего зависит от режимов резания , и в частности, скорости. Увеличение скорости лимитируется возможностями инструмента. Основные требования к материалам, применяемым для изготовления инструмента:
1.Высокая износостойкость.
2.Красностойкость- способность сохранения свойства при высоких температурах.
3.Прочность (ударная вязкость, σвизгиб, σсжатия)
4. Сопротивление тепловому удару- характеризует максимальный перепад температур, при котором часть инструмента сохраняет свою целостность.
Определяется коэффициентом
где
σв-предел прочности при растяжении, [кг/м2]
λ0-коэффициент теплопроводности, [Вт*С®/м] αл-коэффициент линейного расширения [I/град]
Е-модуль упругости , [кгс/мм2]
Виды инструментальных материалов
Углеродистые и легированные инструментальные стали : У10А, У12А, 9ХС, ХВГ ( у последних двух красностойкость до 250-280 ° С)
Из данных сталей изготовляют ручные слесарные инструменты (развертки, метчики, плашки, шаберы, напильники, зубила) и машинные инструменты, работающими с низкими скоростями резания ( сверла малого диаметра, зенкеры, концевые фрезы).
Быстрорежущие инструментальные стали и сплавы ( с добавлением карбидообразующих элементов : W, V, Mo, Co)
PI-18% W остальное Fe- сейчас редко
P6M5- 6% W, 5% Mo
P9K5- 9% W, 5% Co
Красностойкость до 630° С
Из быстрорежущих сталей изготавливается инструмент для изготовления отверстий : сверла, метчики, плашки, фрезы.
Несмотря на высокую степень легирования , механические свойства быстрорежущих сталей (σв, σи, σст, твердость) почти одинаковы с параметрами инструментальных сплавов. По пределу прочности на изгиб они немного превышают значения других инструментальных сталей. В термообработанном состоянии эти стали имеют высокую упруость и вязкость.
Твердые сплавы:
а) вольфрамосодержащие
б)безвольфрамосодержащие
В состав твердых сплавов входят W, TI, Ta, Co, C
W, Ti, Ta входят в состав твердых сплавов в химически связанном состоянии, образуя твердые и температуростойкие карбиды вольфрама, Ti и Ta. Углерод присутствует в связанном виде. Кобальт входит в несвязанном , металлическом виде, размещаясь между порошкообразными частицами карбидов и связывая их в связывая их в единый монолит. Содержание Со определяет мех. прочность твердого сплава. Увеличение Со уменьшает хрупкость, но вместе с этим уменьшает твердость и износостойкость. Изготавливают тв. сплавы смешением порошка в формах при температуре 1500-2000°.
W-содержащие твердые сплавы делятся на однокарбидные :
-спекаются из карбида W со связкой Со.
ВК2, ВК6, ВК8 – ( 2, 6, 8) % Со, остальное карбид W. Это группа ВК.
-двухкарбидные W, Ti - сплавы
TI 5K6, T5KIO- 15%TiC, 6 % Co, остальное WC. Это сплавы ТК
-Трехкарбидные W, TI, Ta – сплавы. Это группа ТТК.
ТТ7К12, содержащие карбидов Ti и Ta. Указывается суммарное, т.е. 7% TiC и ТаС (4% TiC, 3 % TaC) 12 % Co, WC- 81%.
Двухкарбидные твердые сплавы группы ТК имеют более высокую красностойкость, чем сплавы ВК и следовательно допускают боле высокую скорость резания. Их широко применяют при обработке сталей. Наиболее распространен сплав Т15К6, сочетающий красностойкость и износостойкость с удовлетворительной прочностью. Наиболее прочным и стоек. Т° красностойкости твердых сплавов приблизительно 1000°С.
При обработке легированных сталей повышенной прочности жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, титановых сплавов приходится переходить на более прочные , но менее красностойкие и производительные ( по скорости) сплавы группы ВК. Это объясняется тем, что в большинстве этих сплавов находится в качестве легирующего элемента Ti и инструмент будет обладать повышенной адгезией.
Твердые сплавы группы ВК используют при обработке конструкционных материалов в условиях малой жесткости оборудования, с интенсивными вибрациями, при прерывистом и ударном резании- фрезеровании. Из твердых сплавов изготавливают режущие пластинки различной номенклатуры для оснащения сверл большого диаметра, резцов, разверток, зенкеров, резьбонарезных инструментов. Мелкоразмерные сверла, зенкеры, фрезы целиком изготавливают из твердых сплавов.
Недостатки твердый сплавов :
Нестабильность режущих свойств, обусловленная составом и процессом изготовления. Разброс механических свойств может достигать до 2-х раз.
Низкая вязкость ( сплавы боятся ударных нагрузок).