18.13. Материалы, применяемые для изготовления режущих инструментов.

При резании металлов режущий инструмент (резцы, фрезы, сверла, протяжки, шлифовальные круги) находится под воздействием высоких давлений и температур, поэтому к материалам, из которых изготавливают режущую часть инструментов, предъявляют высокие требования. Они должны обладать следующими основными свойствами: а) твердостью, превышающей твердость обрабатываемого материала; б) высокой износостойкостью; в) высокой теплостойкостью; г) значительной механиче­ской прочностью и д) достаточной вязкостью

Основными инструментальными материалами являются следующие: а) углеро­дистые инструментальные стали; б) легированные инструментальные стали; в) быст­рорежущие стали; т) твердые сплавы; д) минералокерамические материалы; е) абра­зивные материалы.

Из углеродистых инструментальных сталей, обладающих низкой теплостойко­стью до 200°С изготовляют инструменты, работающие с невысокими скоростями ре­зания: напильники, развертки, шаберы, метчики, плашки, ножовочные полотна и др.

Вводя в углеродистую инструментальную сталь улучшающие легирующие до­бавки - хром, ванадий, молибден, вольфрам и др., мы повышаем в той или иной мере ее прочность, износостойкость, теплостойкость (300-350°С). Изготовленные из леги­рованных сталей инструменты обладают более высокими режущими свойствами. Из­готовленные из них инструменты можно применять только для работы при умерен­ных скоростях резания. Из них изготавливают протяжки, сверла, развертки, плашки и др.

Быстрорежущая сталь, содержащая значительное количество вольфрама, хро­ма, а также некоторые другие примеси значительно превосходит по теплостойкости (500-600°С) другие инструментальные стали. Инструмент из быстрорежущих сталей обладает значительно более высокими режущими свойствами. Они могут работать при скоростях резания в 3-4 раза более высоких, чем инструменты из углеродистых сталей. Быстрорежущие стали являются одним из наиболее распространенных инст­рументальных материалов. Из них изготавливают резцы, фрезы, сверла, протяжки, зуборезные инструменты и др. Основными марками быстрорежущих сталей являются Р9 и Р18.

Наиболее производительные современные режущие инструменты оснащаются металлокерамическими твердыми сплавами. Высокая твердость, большая износо­стойкость и значительная прочность и теплостойкость (900-1000°С), позволяет вы­полнять инструментами, оснащенными* твердыми сплавами, высокопроизводительную обработку различных металлических и неметаллических материалов, что обеспечило широкое их использование• «^практике. Инструментальные твердые сплавы получают металлокерамическим методом. Они состоят из мельчайших зерен тугоплавких карбидов вольфрама и титана, сцементированных металлом кобальтом. Ре­жущие инструменты, оснащенные твердыми сплавами, по своим режущим свойствам намного превосходят инструменты, изготовленные из быстрорежущей и других инст­рументальных сталей. Эти сплавы подразделяются на две основные группы: вольфрамокобальтовые (типа ВК) и вольфрамотитанокобальтовые (типа ТК). Сплавы ВК состоят из карбидов вольфрама и кобальта (цифра после «К» обозначает процентное содержание кобальта, остальное – карбид вольфрама (марки ВК2…ВК8). СплаОни состоят из мельчайших зерен тугои осуществляется перед началом каждого кавитационные и т.п.00000000000000000000000000000000вы типа ТК состоят из карбидов вольфрама, карбидов титана и кобальта (марки Т30К4, Т15К6, Т5К10 и др.), цифра после «Т» обозначает процентное содержание карбидов титана, цифра после «К» - процентное содержание кобальта, остальное - карбид вольфрама. С увеличением содержания кобальта твердость, износостойкость и хрупкость сплава снижаются. Сплавы типа ВК предназначены больше для обра­ботки чугуна, цветных сплавов, а сплавы типа ТК - для обработки стали.

Стремление к получению инструментальных материалов, обладающих еще бо­лее высокими режущими свойствами, более высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью, привело к созданию совершенно новых материалов, получивших название минералокерамики. Основой этих материалов является оксид алюминия Al₂O₃. Основное достоинство этих материалов - это высокая теплостойкость (*1200°С), что дает возможность производить обработку резанием со значительно большими скоростями, чем при пользовании инструментом из твердых сплавов. В это же время минералокерамика обладает большой хрупкостью и слабо сопротивля­ется изгибающим нагрузкам, что ограничивает возможность ее использования.

А бразивные материалы - это мелкозернистые или порошкообразные неметал­лические вещества, обладающие очень высокой твердостью и имеющие острые ре­жущие грани. Абразивные материалы разделяют на природные (наждак, кварцевый песок, кремень, корунд), которые находят ограниченное применение вследствие не­однородности свойств, и искусственные (синтетический алмаз, электрокорунд, кар­бид бора, карбид кремния и др.), широко используют в промышленности. Их исполь­зуют для получения шлифовальных кругов, сегментов, головок, брусков: гибких шлифовальных и полировальных лент и шкурок, а также в виде полировальных паст. Абразивные зерна используют для гидроабразивной абразивно-импульсной и абра­зивно-химической обработки твердых сплавов. Абразивные материалы характери­зуются абразивной (режущей) способностью, высокой краскостойкостью (1300-2000°С). зернистостью, твердостью и износостойкостью. Абразивная способность - это основной показатель качества абразива, она характеризуется массой снимаемого при шлифовании материала до затупления зерен. По абразивной способности абра­зивные материалы располагаются в следующем порядке: алмаз, нитрид бора, карбид кремния, монокорунд, электрокорунд, наждак, кремень. Абразивные материалы под­разделяют на четыре группы: шлифзерно, шлифпорошки, микропорошки л тонкие микропорошки, охватывающие 28 номеров. Абразивный инструмент, созданный на основе абразивных материалов принято обозначать буквами М - мягкий. СМ - среднемягкий, С - средний. СТ – среднетвердый, ВТ - весьма твердый, ЧТ - чрезвычайно твердый. Процесс изготовления инструмента слагается из следующих операций: раз­мола, измельчения, сортировки по номерам, смешивания со связкой, формования сушки и тепловой обработки. Связка (цементирующее вещество) бывает бакелитовая, керамическая, вулканитовая и др. Абразивный инструмент принято маркировать обозначениями, характеризующими абразивный материал, связку, зернистость и твердость.