- •Учебное пособие
- •1. Основные принципы работы
- •1.1. Режущие инструменты - основное звено в процессах формообразования
- •1.2. Основные конструктивные элементы
- •1.3. Типы режущего инструмента. Принципы формирования баз данных на режущие инструменты
- •1.4. Инструментальные материалы
- •1.4.1. Общие сведения
- •1.4.2. Углеродистые инструментальные стали
- •1.4.3. Легированные стали
- •1.4.4. Быстрорежущие стали
- •1.4.5. Твердые сплавы
- •1.4.6. Материалы керамические инструментальные
- •1.4.7. Сверхтвердые инструментальные материалы
- •1.4.8. Абразивные материалы
- •2. Режущий инструмент для обработки
- •2.1. Основные положения
- •2.2. Элементы резцов
- •2.4. Типы токарных резцов
- •2.5. Выбор оптимальных значений геометрических элементов режущей части резцов
- •2.6. Фасонные резцы
- •2.6.1. Способы определения профиля фасонных резцов
- •2.6.2. Пример расчета профиля круглого фасонного резца
- •3. Режущие Инструменты для работы
- •3.1. Основные положения
- •3.2. Режущий инструмент для сверления
- •3.3. Режущий инструмент для зенкерования
- •3.4. Инструменты для расточки отверстий
- •3.5. Комбинированные инструменты
- •4. Режущий инструмент для работы на фрезерных станках
- •4.1. Основные положения
- •4.2. Типы фрез
- •4.3. Геометрические параметры фрез
- •4.4. Равномерность фрезерования
- •4.5. Встречное и попутное фрезерование
- •5. РЕжУщИе инструменты для формирования резьбовых поверхностей
- •5.1. Основные положения
- •5.2. Нарезание резьбы резцами
- •5.3. Нарезание резьбы гребенками
- •5.4. Фрезерование резьбы
- •5.5. Нарезание резьбы плашками
- •5.6. Нарезание резьбы метчиками
- •5.7. Нарезание резьбы в коррозионно-стойких
- •5.8. Нарезание резьбы головками
- •5.9. Шлифование резьбы
- •6. Абразивные инструменты
- •6.1. Основные положения
- •6.2. Инструменты из электрокорунда и карбида кремния
- •6.2.1. Типы инструментов
- •6.2.2. Выбор зернистости абразивного инструмента
- •6.2.3. Выбор связок абразивного инструмента
- •6.3. Алмазные инструменты и инструменты из кубического нитрида бора
- •7. Режущий инструмент при протягивании
- •8. Инструменты для автоматизированного производства
- •9. Режущий инструмент для формирования зубчатых поверхностей
- •9.1 Инструмент для обработки зубчатых поверхностей методом копирования
- •9.2. Инструменты для обработки зубчатых поверхностей методом обката
- •3 94026 Воронеж, Московский просп., 14
1.4.5. Твердые сплавы
Применение твердых сплавов при обработке резанием позволило повысить в среднем скорости резания в 2-4 раза. Поэтому там, где это целесообразно, следует у инструментов рабочую часть выполнять твердосплавной или с твердосплавным режущим элементом.
В инструментальном производстве применяют вольфрамовые, титановольфрамовые и титанотанталовольфрамовые твердые сплавы. Твердые сплавы получают путем прессования и спекания при высокой температуре (1500-2000 °С) карбидов вольфрама, титана, тантала и связки - кобальта. Вольфрамовые сплавы - однокарбидные (кроме сплавов ВК6-ОМ, ВК10-ОМ), титановольфрамовые - двухкарбидные, а титанотанталовольфрамовые - трехкарбидные.
Твердые сплавы по сравнению с инструментальными сталями имеют пониженную теплопроводность или более низкий коэффициент линейного расширения. Они очень чувствительны к перепаду температур, переменным нагрузкам и удару.
Вольфрамовые твердые сплавы имеют твердость до 91 НRА, предел прочности при изгибе до 1700 МПа, температуростойкость 800-850 °С. В этой группе следующие марки: ВКЗ, ВКЗ-М, ВК4-В, ВК6, ВК6-ОМ, ВК8, ВК10-М, ВК10-ОМ и др. Цифры после буквы К показывают содержание кольбата в %, буквы О - особо мелкозернистая структура, М - мелкозернистая структура карбидов, В – крупнозернистая структура (исходного порошка карбидов для спекания). Мелкозернистая структура сплава повышает его износостойкость, но уменьшает прочность, крупнозернистая - наоборот. Таким образом, например, в сплаве ВК6-ОМ содержится 6% кольбата, 2% карбидов тантала и 92% карбидов вольфрама с особо мелкозернистой структурой.
Вольфрамовые твердые сплавы обладают повышенной адгезией при обработке деталей из стали, что приводит к быстрому образованию лунки на передней поверхности инструмента (из-за контакта этой поверхности со сходящей стружкой) и потере его режущей способности. Вследствие этого вольфрамовые твердые сплавы в основном применяют для обработки деталей из чугунов. Следует отметить, что твердые сплавы ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК8, ВК10-ОМ могут быть с успехом использованы при обработке деталей из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей, сплавов на основе титана, цветных металлов и некоторых неметаллических материалов.
К титановольфрамовым твердым сплавам относятся следующие марки: Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12, состоящие из карбидов титана и вольфрама и кобальта (связки). Например, в сплаве Т5К12 содержится 12% кобальта, 5% карбидов титана и 83% карбидов вольфрама. Титановольфрамовые твердые сплавы имеют температуростойкость 850 - 900 °С, предел прочности при изгибе 1000 - 1700 МПа, предел прочности при сжатии 4200 МПа, твердость 87-92 НRА. По сравнению с вольфрамовыми сплавами эти сплавы имеют меньший коэффициент теплопроводности. Их применяют для обработки заготовок из углеродистых и легированных сталей.
Титанотанталовольфрамовые твердые сплавы - трехкарбидные. Кроме карбидов титана и вольфрама они содержат еще и карбид тантала. Марки: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8-Б, ТТ20К9. У этих сплавов температуростойкость 750 °С, предел прочности при изгибе 1350-1700 МПа, твердость 87-90 НRА. Например, сплав ТТ7К12 содержит 4% карбидов титана, 3% карбидов тантала, 12% кольбата и 81% карбидов вольфрама.
Титанотанталовольфрамовые твердые сплавы рекомендуются для черновой и получистовой обработки заготовок из сталей (в том числе труднообрабатываемых), а сплав ТТ7К12 - для тяжелого чернового точения стальных поковок и отливок, а также строгания и фрезерования.
При выборе оптимальной марки твердого сплава для конкретной обработки следует иметь в виду, что с увеличением содержания кобальта (связки) увеличивается предел прочности при изгибе, но снижаются режущие свойства сплава. Твердые сплавы с меньшим содержанием кобальта следует рекомендовать для чистовой и получистовой обработки.
С целью экономии вольфрама в инструментальном производстве идет поиск новых инструментальных материалов, не имеющих в своем составе вольфрама. За последние несколько лет для обработки заготовок из конструкционных материалов стали применять так называемые безвольфрамовые твердые сплавы. Эти сплавы делятся на группы на основе:
сложного карбида титана и ниобия (ТМ1 и ТМ3);
карбида титана (ТН-20);
карбонитрида титана (КНТ-16). В качестве связки используют чаще всего никель и молибден.
Безвольфрамовые твердые сплавы несколько уступают традиционным твердым сплавам по прочности, теплопроводности, ударной вязкости, но у них выше окалиностойкость, пониженное адгезионное взаимодействие с обрабатываемым металлом.
Более полно области рационального применения различных марок твердых сплавов представлены в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Область применения твердых сплавов
Марки |
Применения |
1 |
2 |
Для обработки материалов резанием |
|
ВК3 |
Чистового точения с малым сечением среза, окончательного нарезания резьбы, развертывания отверстий и других аналогичных видов обработки серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов (резины, фибры, пластмассы, стекла, стеклопластиков и т.д.). Резки листового стекла. |
ВК3-М |
Чистовой обработки (точения, растачивания, нарезания резьбы, развертывания) твердых, легированных и отбеленных чугунов, цементированных и закаленных сталей, а также высокоабразивных неметаллических материалов. |
ВК4 |
Чернового точения при неравномерном сечении среза чернового и чистового фрезерования, рассверливания и растачивания нормальных и глубоких отверстий, чернового зенкерования при обработке чугуна, цветных металлов и сплавов, титана и его сплавов. |
Продолжение табл. 1.3
1 |
2 |
ВК6-ОМ |
Чистовой и получистовой обработки твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей и некоторых марок нержавеющих высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена (точения, растачивания, развертывания, нарезания резьбы, шабровки) |
ВК6-М |
Получистовой обработки паропрочных сталей и сплавов нержавеющих сталей аустенитного класса, специальных твердых чугунов, закаленного чугуна, твердой бронзы, сплавов легких металлов, абразивных неметаллических материалов, пластмасс, бумаги, стекла. Обработки закаленных сталей, а также сырых углеродистых и легированных сталей при тонких сечениях среза на весьма малых скоростях резания. |
ТТ8К6 |
Чистового и получистового точения, растачивания, фрезерования и сверления серого и ковкого чугуна, а также отбеленного чугуна. Непрерывного точения с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных, нержавеющих сталей, в том числе и закаленных. Обработки сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малыми и средними сечениями среза. |
ВК6 |
Чернового и получернового точения, предварительного нарезания резьбы токарными резцами, получистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания отверстий, зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов.
|
ВК8 |
Чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, строгании, чернового фрезерования, сверления, чернового рассверливания, чернового зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов. Обработки нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе сплавов титана. |
Продолжение табл. 1.3
1 |
2 |
ВК10-ОМ |
Черновой и получерновой обработки твердых, легированных и отбеленных чугунов, некоторых марок нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена. Изготовитель некоторых видов монолитного инструмента. |
ВК10-М |
Сверления, зенкерования, развертывания, фрезерования и зубофрезерования стали, чугуна, некоторых труднообрабатываемых материалов и неметаллов цельнотвердосплавным, мелкоразмерным инструментом. |
ВК15 |
Режущего инструмента для обработки дерева. |
Т30К4 |
Чистового точения с малым сечением среза (типа алмазной обработки); нарезания резьбы и развертывания отверстий незакаленных и закаленных углеродистых сталей. |
Т15К6 |
Получернового точения при непрерывном резании, чистового точения при прерывистом резании, нарезания резьбы токарными резцами и вращающимися головками, получистового и чистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания предварительно обработанных отверстий, чистового зенкерования, развертывания и других аналогичных видов обработки углеродистых и легированных сталей. |
Т14К8 |
Чернового точения при неравномерном сечении среза и непрерывном резании, получистового и чистового точения при прерывистом резании: чернового фрезерования сплошных поверхностей; рассверливания литых и кованных отверстий, чернового зенкерования и других подобных видов обработки углеродистых и легированных сталей. |
Т5К10 |
Чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, фасонного точения, отрезки токарными резцами чистового строгания: чернового фрезерования прерывистых поверхностей и других видов обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине.
|
Продолжение табл. 1.3
1 |
2 |
Т5К12 |
Тяжелого чернового точения стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и различных неметаллических включений, при неравномерном сечении среза и наличии ударов. Всех видов строгания углеродистых и легированных сталей. Сверления отверстий в стали. |
ТТ7К12 |
Тяжелого чернового точения стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии, песка, шлака и различных неметаллических включений при равномерном сечении среза и наличии ударов. Всех видов строгания углеродистых и легированных сталей. Тяжелого чернового фрезерования и углеродистых и легированных сталей. |
ТТ10К8-Б |
Черновой и получистовой обработки некоторых марок труднообрабатываемых материалов, нержавеющих сталей аустенитного класса, маломагнитных сталей и жаропрочных сталей и сплавов, в том числе титановых. |
ТТ20К9 |
Фрезерования стали, особенно фрезерования глубоких пазов и других видов обработки, предъявляющих повышенные требования к сопротивлению сплава тепловым и механическим циклическим нагрузкам. |
Для оснащения горного инструмента |
|
ВК6 |
Вращательного бурения геологоразведочных, эксплуатационных и взрывных шпуров и скважин в монолитных и абразивных горных породах. |
ВК6-В |
Ударно-поворотного бурения шпуров в горных породах. Зарубки крепких каменных углей с незначительным включением твердых пород. |
ВК4-В |
Бурения электро- и пневмосверлами углей, антрацитов, неокварцованных сланцев, калийных и каменных солей; бурения ручными и колонковыми электросверлами горных пород. Армирования шарошечных долот. |
Продолжение табл. 1.3
1 |
2 |
ВК8 |
Вращательного бурения геологоразведочных, эксплуатационных и взрывных шнуров и скважин в трещиноватых абразивных горных породах. |
ВК8-ВК |
Шарошечного бурения геологоразведочных, эксплуатационных и взрывных скважин в крепких и очень крепких абразивных горных породах. |
ВК8-В |
Ударно-поворотного, ударно-вращательного и вращательно-ударного бурения шпуров и скважин в крепких горных породах. Зарубки крепких каменных углей с включением твердых пород. Обработки гранитов и подобных по крепости горных пород. |
ВК11-ВК |
Шарошечного бурения геологоразведочных, эксплуатационных и взрывных шпуров и скважин в вязких, средней твердости и твердых абразивных горных породах. |
ВК11-В |
Ударно-поворотного, ударно-вращательного, вращательно-ударного бурения шпуров и скважин в очень крепких и абразивных горных породах. |
ВК15 |
Ударно-поворотного, ударно-вращательного бурения шпуров и скважин в высшей степени крепких горных пород. Обработка гранита и других горных пород при работе пневматическими молотками. |
ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК6, ВК6-М |
Сухого волочения проволоки из стали, цветных металлов и их сплавов при небольшой степени обжатия. Быстроизнашивающихся деталей машин, приборов и измерительного инструмента, работающих без ударных нагрузок. |
ВК8 |
Волочения, калибровки и прессования прутков и труб из стали цветных металлов и их сплавов. Быстроизнашивающихся машин, приборов и измерительного инструмента, работающих при небольших ударных нагрузках. |
Окончание табл. 1.3
1 |
2 |
ВК10 |
Волочения и калибровки прутков и труб из стали, цветных металлов и их сплавов при средней степени обжатия. Быстроизнашивающихся деталей машин, приборов и измерительного инструмента, работающих при ударных нагрузках средней интенсивности. |
ВК15 |
Волочения и прессования прутков и труб из стали при повышенной степени обжатия. Штамповки, высадки, обрезки, вытяжки углеродистых и качественных сталей при ударных нагрузках малой интенсивности. |
ВК20 |
Штамповки, высадки, обрезки углеродистых и качественных сталей при ударных нагрузках средней и высокой интенсивности. |
ВК25 |
Штамповки, высадки, обрезки углеродистых и качественных сталей при ударных нагрузках высокой интенсивности. |
ВК10-КС |
Штамповки, высадки, вытяжки легированных и специальных сталей и сплавов при ударных нагрузках малой интенсивности |
ВК20-КС |
Штамповки, высадки, обрезки легированных и специальных сталей и сплавов при ударных нагрузках средней интенсивности. |
ВК20К |
Объемной штамповки и высадки при обычной и повышенной температурах углеродистых легированных и специальных сталей при ударных нагрузках высокой интенсивности. |