Вопрос 9. Классификация инструментальных материалов.

Инструментальные стали делят на:

Углеродистые стали. Из-за отсутствия легирующих элементов углеродистые стали обладают хорошей технологичностью и являются дешевым материалом. Их применяют для изготовления слесарно-монтажных и ручных режущих инструментов работающих при небольших скоростях резания(зубила, метчики, плашки ножовочные полотна).

У7 – углеродистая сталь 0,7 % углерода.

У10А – углеродистая сталь 1 % углерода А – высококачественная.

Легированные стали – это углеродистые стали легированные хромом, вольфрамом, молибденом, ванадием, кремнием.

Хром – обеспечивает высокую прокаливаемость и повышает твердость.

Вольфрам – повышает теплостойкость и износостойкость.

Скорость резания в 1,2 - 1,4 выше чем у углеродистой стали.

9ХС, ХВГ, ХВСГ – первая цифра указывает на содержание углерода в сотых долях; Х – хром до 1%, С – кремний до 1%, В – вольфрам, Г – марганец.

Изготавливают метчики, плашки, протяжки, развертки, инструмент работающий при невысоких скоростях резания.

Быстрорежущая сталь – основным легирующим элементом в них является вольфрам, хром, ванадий, кобальт, молибден.

Введение их в сталь приводит к образованию сложных карбидов связывающих почти весь углерод в результате сталь приобретает высокую твердость, теплостойкость (650С⁰), износостойкость, скорость резания увеличивается в 3-4 раза по сравнению с углер. сталями.

Р9 – быстрореж. сталь 9% вольфрама.

Р6М5 – 6% вольфрама 5% молибдена.

Твердые сплавы изготавливают из порошков карбидов.

Свойства: теплостойкость (900С⁰), износостойкость, скорость резания 800 м/мин.

Недостатки: хрупкость, недостаточная прочность при изгибе и растяжении в 2 раза меньше чем у быстрорежущих сталей, низкая ударная вязкость.

Изготавливают: все типы резцов, сверла, зенкеры, развертки, фрезы, зуборезные инструменты.

Твердые сплавы делят на:

Вольфрамовые – ВК4 – тв.сплав 4% карбидов кобальта остальное карбиды вольфрама.

Титановольфрамовые – Т5К10 – тв.сплав 5% титана, 10% карбидов кобальта остальное карбиды вольфрама.

Титанотанталовольфрамовые – ТТ7К12 – тв.сплав 7% титана, 7% тантала, 12% кобальта остальное карбиды вольфрама.

Материалы керамические инструмен­тальные Применение их как инструментального материала в определенной степени решает проблему экономии дефицитного вольфрама. Кера­мические материалы изготовляют двух видов: оксидные (ЦМ 332) и оксидно-карбидные (ВОК-60, В-3). В состав по­следних марок входят карбиды титана, вольфрама, молибдена. Основное преиму­щество этого инструментального мате­риала - высокая температуростойкость (1000-1200 °С), недостаток - низкая прочность.

Керамические материалы могут быть рекомендованы для чистовой и. получисто-вой обработки заготовок из закаленных сталей и чугунов.

Сверхтвердые инструментальные мате­риалы. К этой группе относятся алмазы и материалы на основе нитрида бора. Алмаз обладает самой высокой твердостью из известных в природе металлов и ми­нералов. Он превосходит по твердости твердый сплав в 5 раз и более, а быстро­режущую сталь в 14 раз. Коэффициент теплопроводности алмаза в 2 раза и более выше, чем у твердого сплава. Однако алмаз имеет повышенную хрупкость и низкий предел прочности при изгибе (в 3,5—5 раз меньше, чем у твердого сплава).

Алмазы применяют для обработки твер­дых неметаллических материалов (стекла, твердой керамики, камней, в том числе драгоценных и полудрагоценных), а также цветных металлов и их сплавов.

Критерии работоспособности РИ

В производстве по техническим и экономическим показателям допускается изнашивать РИ до некоторой величины, количественное значение которой устанавливается по критериям работоспособности.

Наиболее распространенным является критерии оптимального и равного износа. Величина износа по мере работы РИ непрерывно растёт.

На графике зависимости износа по задней поверхности (h₃) от времени работы (Т) наблюдается три характерных участка:

1. период приработки (интенсивный износ);

2. период нормального износа (равномерный износ);

3. период катастрофического износа.

Интенсивность изнашивания зависит не только от времени Т, но и от ряда других факторов процесса резания, среди которых наибольшее влияние оказывает скорость резания.

На рисунке показано семейство кривых V₁, V₂, V₃ износа h₃ для различных скоростей резания.

При резании на наиболее высокой скорости величина h₃ растёт быстрее, т.е. кривая становится круче.

Линия критерия оптимального износа – криволинейна и проходит через точки перегиба кривых износа соответствующие переходу от равномерного износа к катострафическому. Этот критерий обеспечивает наибольший срок службы РИ и является наиболее экономичным и производительным, но в реальности сложно выявить точки перехода, и поэтому нет гарантии в точности обработки.

Поэтому на практике используется критерий равного износа. Линия равного износа представляет собой прямую соответствующую величине максимально допустимого износа h_{3 max.}

При достижении установленного критерия дальнейшую обработку прекращают и изношенный инструмент заменяют.

При обработке в определённых условиях по мере затупления РИ, начинает вырастать шероховатость обработанной поверхности или размеры детали выходят за поле допуска, поэтому для РИ предназначенных для окончательного формообразования используют технологический критерий, в качестве которого наиболее часто используют размерную стойкость, т.е. определённую величину h_r износа инструмента в радиальном направлении, относительно обрабатываемой поверхности: .

Иногда используют силовой критерий соответствующие такому затуплению, при котором наблюдается резкое увеличение силы резания.

При токарной обработке в производственных условиях также используют критерий «блестящей полоски» при обработке стали или критерий «тёмных пятен» при обработке чугуна, которые, как и силовой критерий является косвенными признаками начала катастрофического износа РИ.