ВСТУП

Металорізальний інструмент - це сукупність усіх інструментів призначених для зміни форми і розмірів оброблюваної металевої заготівлі шляхом видалення частини матеріалу у вигляді стружки з метою отримання готової деталі або напівфабрикату.

Розробка технологічних процесів виробництва металоріжучого інструменту базується на загальних принципах і закономірностях технології машинобудування. Наряду про цим в технології виробництва металорізальних інструментів є специфічні особливості, пов'язані із застосуванням дорогих і дефіцитних інструментальних матеріалів, з обробкою заготівель високої твердості і міцності, з обробкою складних поверхонь, з високими вимогами до точності розмірів, геометричної форми і шорсткості поверхні, з особливо високим і вимогами до физико-механическим властивостей матеріалу готового металорізального інструменту.

Застосування швидкорізальних сталей і твердих сплавів, що містять присадки дефіцитних і дорогих елементів, таких як вольфрам, ванадій, молібден, кобальт викликає необхідність максимальної їх економії. З цією метою широко поширено виготовлення складеного інструменту, робоча частина якого виконана зі швидкорізальної сталі або твердого сплаву, а державка - з конструкційної сталі. Нероз'ємне з'єднання різнорідних матеріалів здійснюють різними способами зварювання, пайки, склеювання та ін.

1. Аналітична частина

1.1 Вимоги до виробу

Свердло — ріжучий інструмент з рухом обертання різання и осьовим рухом подачі, який призначений для здійснення отвору в суцільному шарі матеріалу. Свердла можуть використовуватись для розсверлення, тобто збільшення отворів, які вже розсверлені, и засверління, тобто отримання заглиблень (рисунок 1.1). Одночасно відбуваються обертання свердла навколо його осі та поступовий рух подачі уздовж осі інстрменту.

У промисловості частіше використовують два основні типи свердел: спіральні (гвинтові) та перові. Спіральне свердло використовується при розсверленні отворів діаметром до 80 мм, перові свердла прості за конструкцією та використовуються при обробці твердих поковок, а також східчастих та фасонних отворів.

Рис. 1.1. Види свердел: А – по металу; В – по дереву; С – по бетону; D – перове свердло по дереву; Е – універсальне свердло по металу чи бетону; F – по листовому металу; G – універсальне свердло по металу, дереву чи пластику. Хвостовики: 1, 2 – циліндричний; 3 – SDS-plus; 4 – шестигранник; 5 – чотрирьохгранник; 6 – трьохгранник; 7 – для шуруповертів.

Швидкоріжучі сталі відносять до групи інструментальних сталей, тобто сталей, що використовуються для виготовлення різноманітного інструмента. Ці сталі повинні відрізнятися високою твердістю, міцністю і зносостійкістю, а в деяких випадках повинні задовольняти і низки додаткових вимог, зокрема бути стійкими проти корозії, зберігати незмінні розміри і форму інструменту протягом тривалого часу, мати здатність протистояти значним динамічним навантаженням. В останні роки безперервно скорочується застосування порівняно простих за складом інструментальних швидкорізальних сталей - вуглецевих і легованих одним або двома елементами і збільшується використання високолегованих, що відрізняються підвищеними твердістю і міцністю, зносостійкістю, теплостійкістю, стійкістю проти корозії. Значно зросла кількість інструментальних сталей спеціалізованого призначення, тобто застосовуваних в обмежених умовах експлуатації, в яких вони забезпечують кращу стійкість. До числа інструментальних сталей спеціального призначення відносять і швидкорізальної сталь. Її використовують головним чином для виготовлення металорізального інструмента, призначеного для різання з високими швидкостями. У готових виробах швидкорізальна сталь повинна володіти високою твердістю (HRC 63-66, а для різання важкооброблюваних виробів - до HRC 66-69), високою міцністю і опором пластичної деформації, теплостійкістю (красностойкостью), а для ряду інструменту - можливо кращою в'язкістю. Твердість швидкорізальної сталі визначає опір пластичної деформації і контактним напруженням, що виникають в робочій кромці інструменту. Із збільшенням твердості зростає зносостійкість, збільшується можливість отримання більш чистою і рівній поверхні оброблюваного металу і самого інструменту, зменшується налипання оброблюваного металу на поверхню ріжучого інструменту. Інструменти, для яких характерна недостатня твердість, не можуть бути використані для різання чи деформування оброблюваних ними деталей: вони швидко втрачають форму і розміри під дією виникаючих напруг. Твердість визначається хімічним складом і структурою швидкорізальної сталі і залежить від вмісту вуглецю в мартенситі (альфа-розчині), кількості та дисперсності виділилися карбідів або інтерметалідів і від кількості залишкового аустеніту. Швидкорізальні стали відносять до ледебуритного класу. Вони містять більше 0,6% С і набувають високу твердість і зносостійкість в результаті мартенситного перетворення при загартування і дисперсійного твердіння при високому відпустці (560-620 ° С), що викликається виділенням зміцнювальної фази - в основному карбідів вольфраму, молібдену, ванадію.

Твердість швидкорізальної сталі є найважливішим, але не єдиною властивістю, що визначає експлуатаційні характеристики інструмента. До 70% дрібних ріжучих інструментів ломаються передчасно до настання нормального зносу, що свідчить про дуже важливе значення міцності і в'язкості інструментальної сталі. Міцність швидкорізальної сталі характеризує опір вигинальному або крутному моменту, а в'язкість - опір утворенню тріщин і руйнуванню під дією ударних навантажень. При використанні сталей високої міцності підвищується стійкість інструменту і продуктивність обробки, стає можливим різання з більшою подачею і різання матеріалів більшої міцності. Досить висока в'язкість в поєднанні з високою міцністю попереджає викришування, утворення тріщин і поломку інструменту. На відміну від твердості міцність залежить від більшого числа факторів: вмісту вуглецю в альфа-розчині, напруг, величини зерна, стану його прикордонних шарів, дисперсності і розподілу карбідів. Тому при одних і тих же значеннях твердості міцність сталі може змінюватися в широких межах. Твердість і в'язкість змінюються зазвичай в протилежних напрямках: високої твердості відповідають низькі значення в'язкості. Однак на відміну від твердості, необхідної в поверхневому шарі ріжучої кромки інструменту, висока міцність і в'язкість повинні бути властиві всьому перетину інструменту, так як згинальні обертаючі та ударні навантаження, які відчувають інструментом, сприймаються всім його перетином. Тому інструмент доцільно обробляти так, щоб поверхні його була властива висока твердість, а серцевина зберегла необхідну в'язкість. Такий стан інструменту може бути досягнуто спеціальної загартуванням і оптимальним легуванням.

Присутність у швидкорізальних сталях 3,8-4,4% хрому надає їм здатність гартуватися на повітрі. Підвищення в'язкості досягається легуванням елементами, що утворюють стійкі карбіди, оскільки вони сприяють збереженню дрібного зерна. Незначно збільшує в'язкість хром; більш ефективно впливають вольфрам, молібден і ванадій. Присадка 0,1-0,2% V діє так само, як 0,4-0,5% Мо або 0,8-1,2% W. Значно підвищує в'язкість швидкорізальної сталі нікель. Однак нікель сприяє збереженню залишкового аустеніту, розпад якого в процесі служби інструменту змінює його службові характеристики. З цієї причини вміст нікелю в швидкорізальної сталі обмежують так, щоб воно не перевищувало 0,4%. Проте в структурі загартованої сталі присутні до 20-35% аустеніту, для більш повного перетворення якого в мартенсит потрібно багаторазовий відпустку при 520-600 ° С. У готовому інструменті з швидкорізальних сталей аустеніт практично відсутня.

Теплостійкість визначається стійкістю твердого розчину (металевої матриці) проти розпаду при нагріванні, природою і дисперсністю виділилися з нього карбідів та їх стійкістю проти коагуляції, температурою фазового (а -> у) перетворення. Теплостійкість характеризується мінімальною температурою, при якій настає помітна зміна жвавості інструменту. Розрізняють швидкорізальні стали нормальною і підвищеною теплостійкості. За нормальну приймається теплостійкість широко поширеною швидкорізальної сталі Р18 (18% W). Вона зберігає твердість не менше HRC 60 при нагріванні до 615-620 ° С. Збільшення теплостійкості до 640-650 ° С дозволяє підвищити стійкість інструменту в 2-3 рази, а при збільшенні теплостійкості до 700-725 ° С стійкість інструменту зростає в 10 - 15 разів. У сталях нормальної теплостійкості дисперсійне твердіння викликається виділенням карбідів вольфраму, молібдену і в невеликій кількості - ванадію. Для отримання необхідних властивостей швидкорізальні сталі повинні містити 9-18% W, 6-9% Мо при 1,0-2,5% V.

Стали такого типу (Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р6М5, Р9М4 і багато інших марки) використовують найбільш широко: їх виробництво становить 80-90% загального виробництва швидкорізальних сталей. У сталях підвищеної теплостійкості виділяється більше карбіду ванадія, більш стійкого проти коагуляції. У сталях, легованих кобальтом, виділяється, крім того, інтерметалід. Такі сталі (Р18Ф2, Р9Ф5, Р18Ф2К5, Р9К10, Р10Ф5К5 й інші марки) зберігають твердість HRC 60 до температури 650 ° С. Теплостійкість 700-725 ° С характерна для сплавів, у яких при дисперсійному твердінні виділяються інтерметаліди. Теплостійкість швидкорізальних сталей (як і жароміцних) зростає з ускладненням складу сталі, коли вона легується не одним, а декількома елементами. Це призводить до виділення при дисперсійному твердінні карбідів більш складного складу і утворення легованого фериту, що збільшує їх стійкість при нагріванні. Особливості хімічного складу швидкорізальних сталей обумовлюють особливості будови литої структури. Для цих сталей характерний великий температурний інтервал кристалізації і значні відмінності у складі і щільності кристалізуючих фаз - металевої основи і карбідів. При охолодженні спочатку утворюються зерна розчину, а потім кристалізується легкоплавкіевтектики (карбіди і аустеніт). Евтектика виділяється по межах 1 раніше утворилися зерен у вигляді сітки, часто приймаючи скелетообразную форму. При наступному охолодженні з аустеніту виділяються вторинні карбіди. Чим повільніше відбувається кристалізація, тим грубіше виділення евтектики. Сітка евтектики розбиває і майже повністю усувається тільки при зменшенні поперечного перерізу в процесі гарячого деформування в 10-15 разів. Але роздрібнити великі скупчення карбідів і отримати хорошу однорідну структуру вдається тільки при 30-40-кратному зменшенні перерізу при деформації. Для зменшення карбідової ліквації швидкорізальні сталі потрібно розливати на дрібні злитки (масою 100-400 кг). Непогані результати отримані при литві зливків масою 750-1000 кг прямокутного перерізу 250-500 мм, але при цьому ускладнюється технологія ковальського переділу. Для поліпшення структури та подрібнення карбідів в металі, розлитому на зливки круглого або квадратного перетину масою 750-1000 кг, ковку заготовок швидкорізальної сталі часто ведуть з однією або декількома опадами. Зменшення карбідової неоднорідності може бути досягнуто також у результаті попередньої гомогенізації злитків.