1Зміст дисципліни. Обробка металів різанням на верстатах у сучасному машинобудуванні займає головне місце у технологічному процесі виготовлення деталей. У даній дисципліні вивчаються основи знань про процес різання, металорізальні верстати та інструменти. Вивчення дисципліни надасть уявлення студенту про металообробку на металорізальних верстатах як засобу виготовлення деталей високоточних машин та механізмів, знання основ фізичних явищ, що супроводжують процес різання, їх роль у формуванні якісного поверхневого шару. Фахівець зможе орієнтуватися у типах та геометрії різального інструменту, технологічних можливостях основних типів металорізального обладнання, мати уявлення о розрахунках режимів різання а також матеріалах різального інструменту.

2.Інструмента́льна ста́ль — легована або вуглецева сталь із вмістом вуглецю від 0,7 % і вище. Ця сталь відрізняється високою твердістю і міцністю (після остаточної термообробки).

Інструментальна сталь призначена для виготовлення різальних і вимірювальних інструментів, штампів холодного і гарячого деформування, деталей машин, що зазнають підвищеного зношування при помірних динамічних навантаженнях.

За хімічним складом інструментальні сталі поділяються на вуглецеві, леговані і швидкорізальні (високолеговані). Вони мало відрізняються за твердістю, зате мають різну теплостійкість.

Вуглецеві інструментальні сталі

Інструментальна вуглецева сталь ділиться на якісну і високоякісну. Вміст сірки та фосфору в якісній інструментальної сталі — 0,03% і 0,035%, у високоякісній — 0,02% і 0,03% відповідно.

Випускається за ГОСТ 1435-99[1] таких марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А, де цифрами вказано вміст вуглецю в десятих частках процента (буква А в кінці маркування означає, що сталь високоякісна, а буква Г, що має підвищений вміст марганцю). Стандарт поширюється на вуглецеву інструментальну гарячекатану, ковану, калібровану сталь, сріблянку.

Перевага вуглецевих інструментальних сталей полягає в основному в їх дешевизні і достатньо високій твердості (HRC 60...62) в порівнянні з іншими інструментальними матеріалами. До недоліків слід віднести малу зносостійкість і низьку теплостійкість (250ºС). У разі більшої температури твердість інструменту значно знижується і він втрачає свої різальні властивості.

З вуглецевих інструментальних сталей виготовляють зубила, кернери, напилки, шабери, ножівкові полотна, мітчики, зенкери, розвертки та інші інструменти

Леговані інструментальні сталі

Леговані інструментальні сталі[2] (сталі з підвищеною прогартовуваністю) мають покращену різальну здатність унаслідок наявності в хімічному складі таких легуючих елементів як хром, вольфрам, кремній, ванадій, молібден та ін. Теплостійкість їх досягає 350ºС. Твердість після термічної обробки НRС 62...64. Виготовлені інструменти з цих сталей можна використовувати для роботи на помірних швидкостях різання. Найпоширеніші марки легованих інструментальних сталей такі: хромисті (9Х, Х), хромовольфрамові (ХВ5), хромовольфрамомарганцеві (ХВГ), хромокремниста (9ХС). З них виготовляють протяжки, мітчики, плашки, свердла, розвертки та інші різальні інструменти.

Класифікація інструментальних легованих сталей:

за призначенням залежно від марки сталі:

група I — для виготовлення інструменту, призначеного для обробки металів і інших матеріалів в холодному стані;

група II — для виготовлення інструменту, використовуваного для обробки металів тиском при температурах вище за 300°С;

за способом подальшої обробки гарячекатана і кована металопродукція груп І і ІІ поділяється на підгрупи:

а) — для гарячої обробки тиском і холодного волочіння без контролю структурних характеристик;

б) — для холодної механічної обробки з повним обсягом випробувань.

3. Швидкорізальні сталі

Детальніше: Швидкорізальна сталь

Швидкорізальні інструментальні сталі[3] — високолеговані інструментальні сталі, що характеризуються значним вмістом вольфраму (6...19 %), хрому (3...4,5 %), молібдену (3...6 %).

Під час нагрівання в процесі різання до високих температур (600...650ºС) вони не втрачають своєї твердості і різальних властивостей. Швидкорізальна інструментальна сталь поєднує в собі високу теплостійкість з високою твердістю, зносостійкістю (при підвищених температурах) і підвищеним опором пластичній деформації. Застосовується для виготовлення верстатних різальних інструментів (різців, свердл, розверток, фрез, зенкерів та ін.) застосовують сталі Р9, Р12, Р18, Р6М3, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2 та ін.

Позначення марки сталі: Р — швидкорізальна сталь, цифра — вміст вольфраму в десятих долях відсотка, М, К, Ф — легована молібденом, кобальтом або ванадієм, відповідно.

4. Види металокерамічних твердих сплавів

За хімічним складом тверді сплави діляться на чотири основні групи:

Однокарбідні на основі WС-Со — вольфрамові (ВК), деякі марки містять невеликі добавки інших карбідів — ванадію, ніобію, танталу. Сплави цієї групи (наприклад, ВК3, ВК3М, ВК4, ВК4В, ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8В, ВК10М, ВК15, ВК20, ВК25) застосовуються при обробці крихких матеріалів: чавуну, бронзи та ін. У маркуванні буква В означає наявність карбіду вольфраму, буква К — кобальт, цифра, що стоїть після букви, вказує на процентний вміст кобальту. Наприклад,ВК6 — 6% кобальту, а решта — 94% карбід вольфраму.

Двокарбідні на основі WС-TiС-Со — титановольфрамові (ТК). Сплави другої групи (Т5К10, Т15К6 та ін.) призначені для обробки в'язкіших матеріалів: сталі, латуні. Буква Т і цифра після неї вказують на процентний вміст карбіду титану, буква К і цифра після неї відповідно на процентний вміст кобальту, решта — карбід вольфраму. Наприклад, Т15К6 — 15% карбіду титану, 6% кобальту, 79% карбіду вольфраму.

Трикарбідні на основі WС-ТiС-ТаС(NbС)-Со WС-TiС-Со — титанотанталовольфрамові (ТТК). Сплави третьої групи ( наприклад, ТТ7К12 ) використовують для грубої чорнової обробки сталевих поковок. Ці сплави мають вищу міцність, зносостійкість і в'язкість ніж сплави ТК. Букви ТТ і цифра після них вказують на сумарний процентний вміст карбідів титану і танталу, буква К і цифра після неї — процентний вміст кобальту, решта карбід вольфраму. Наприклад ТТ7К12 — 7% карбідів титану і танталу, 12% кобальту і 81% карбіду вольфраму.

Безвольфрамові на основі TiС або Ti(СN) — сплави (БВТС), що використовуються як здешевлений замінник матеріалів попередніх трьох груп. Ці ж матеріали використовуються у якості покриття для збільшення терміну служби твердосплавного інструменту. Застосовується чотири види таких покриттів TiN (нітрид титану), TiC (карбід титану), Ti(C)N (карбід-нітрид титану), і TiAlN (нітрид титану і алюмінію). Застосовують безвольфрамові тверді сплави марок ТМ1, ТМ3, ТН-20, ТН-30, КНТ-16. При обробці на високих швидкостях різання на поверхні цих сплавів утворюється оксидна плівка, яка виконує роль твердої змазки, що забезпечує підвищення окалиностійкості, зносостійкості і зменшує шорсткість обробленої поверхні. Разом з тим безвольфрамові тверді сплави мають нижчу ударну в'язкість і теплопровідність, а також стійкість до ударних навантажень в порівнянні з сплавами групи ТК. В зв'язку з цим ці безвольфрамові тверді сплави доцільно використовувати при напівчистовій і чистовій обробці конструкційних і низьколегованих сталей та кольорових металів.

За структурою металокерамічні сплави поділяються на: великозернистої структури і позначаються буквою В, дрібнозернистої — М, особливо дрібнозернистої — ОМ, середньої зернистості — позначення не мають. Букви В, М, ОМ ставлять в кінці марки сплаву (ВК8В, ВК60М, ВКЗМ). Дрібнозернисті та великозернисті сплави групи ВК використовують для виготовлення інструментів, якими обробляють заготовки з нержавіючих, жароміцних і титанових сплавів в умовах пульсуючих навантажень. Для обробки важкооброблюваних металів використовуються тверді вольфрамокобальтові сплави групи ОМ: ВК6-ОМ — для чистової обробки, а ВК1О-ОМ і ВК15-ОМ — для напівчистової і чорнової обробки.

Для підвищення міцності пластинок з твердого сплаву використовують зносостійкі покриття з карбідів, нітридів і карбонідів титану, танталу і ніобію, які наносяться на поверхню у вигляді тонкого шару товщиною 5...10 мкм. Стійкість покритих пластин в середньому у 1,5-3 рази вища стійкості звичайних, швидкість різання ними збільшується на 25-80%, але ефективність покриття зменшується в важких умовах різання, коли спостерігаються викришування і сколювання поверхонь пластини.

Мінералокераміка

5.Мінералокераміка — синтетичний матеріал, в основі якого полягає глинозем (АІ2О3), який спресовують у пластини і спікають при температурі 1720...1750°С. Мінералокераміка марки ЦМ-332 (HRA 91...93) має червоностійкість 1200°С і дозволяє працювати на швидкостях до 3700 м/хв при чистовій обробці, враховуючи високу зносостійкість, її застосовують для виготовлення інструментів, до яких ставляться підвищені вимоги по розмірній стійкості. До недоліків мінералокераміки слід віднести низьку міцність, велику крихкість, незручності при кріпленні пластинок до державки інструменту. При механічному кріпленні під пластинку необхідно ставити підкладку, а для того, щоб припаяти пластинку, її необхідно попередньо металізувати. Різці з пластинками з мінералокераміки використовують головним чином для півчистової та чистової обробки чавунів, мідних та алюмінієвих сплавів.

7. Токарні різці

Токарні різці підрозділяються на прохідні, підрізні, відрізні, розточувальні, фасочние і фасонні.

Підрізні токарські різці служать для підрізання уступів під прямим або гострим кутом до основного напряму обточування. Зазвичай цей інструмент має поперечну подачу. Відрізні різці призначені для відрізання матеріалу від прутків невеликого діаметру. Як правило, для цих цілей застосовуються інструмент з відтягнути голівкою. У зв'язку з тим, що робота ведеться з великим зусиллям, а відведення стружки із зони різання утруднений, нерідко відбуваються викришування або сколи ріжучої частини інструменту, а іноді і відрив платівки від державки.

Розточувальні різці необхідні для обробки отворів. Вони мають менші поперечні розміри, ніж обробляється отвір, і досить велику довжину. У силу своєї малої жорсткості, розточувальні різці не дозволяють знімати стружку великого перерізу.

Для обробки довгих отворів або отворів великого діаметру застосовуються вставні різці круглого або квадратного перетину, які використовуються разом з державка. Державки дозволяють виробляти розточку за допомогою як одностороннього, так і двостороннього різця.

Фасочние різці призначені для зняття зовнішніх і внутрішніх фасок.

Фасонні різці використовуються для отримання деталі складної форми.