книги / Процессы формообразования и инструменты

Правильный подбор инструмента позволяет обеспечить заданную точность обработки и повысить экономическую эффективность технологического процесса.

4.2. Инструментальные материалы

Для того чтобы режущий инструмент осуществлял процесс резания, кроме геометрических параметров его режущая часть должна быть выполнена из материала, обладающего следующими характеристиками:

1.Иметь высокую твердость (HRC). Чем больше отношение твердости инструментального материала к твердости обрабатываемого материала, тем лучше режущие свойства инструмента. Чем тверже инструментальный материал, тем эффективнее его сопротивление износу по задней поверхности и деформации.

2.Иметь высокую прочность (σизг). Прочность инструмента должна быть больше прочности обрабатываемого материала. Чем выше прочность инструментального материала, тем меньше вероятность поломки режущей кромки. Стоит отметить, что чем больше твердость материала, тем меньше его прочность.

3.Быть теплостойким. Под теплостойкостью понимается критическая температура, при которой сохраняются режущие свойства.

4.Обеспечивать высокое сопротивление износу.

5. Обладать высокой теплопроводностью – отводить тепло

ине давать перегреваться.

6.Иметь минимальную стоимость.

При выборе инструментального материала необходимо учитывать материал заготовки, ее форму, требования по точности и качеству, а также состояние оборудования.

В начале прошлого столетия инструментальные материалы были немногим тверже обрабатываемого материала. Следовательно, стойкость инструмента была невысокой, а скорость резания и подача очень низкими.

61

Появление быстрорежущей стали привело к положительным изменениям, которые сказались на уменьшении времени обработки.

Спустя 20 лет твердый сплав без покрытия приблизил требуемое время резания к недостижимым ранее шести минутам. Появление твердого сплава с покрытием снизило время обработки до полутора минут. В настоящее время, с улучшением геометрии и новыми технологиями нанесения покрытия, время резания 500 мм стального прутка составляет менее одной минуты (рис. 4.3) [4, 5].

Рис. 4.3. Диаграмма развития инструментальных материалов

Кроме того, вслед за традиционными марками твердого сплава с покрытием и без него новые инструментальные материалы, такие как кермет, керамика, кубический нитрид бора и поликристаллический алмаз, способствуют оптимизации обработки и повышению производительности.

4.3. Классификация инструментальных материалов

Классификация современных инструментальных материалов и их международное обозначение представлены на рис. 4.4 [2–4].

62

Рис. 4.4. Классификация инструментальных материалов

В данную классификацию не включены углеродистые инструментальные стали (марки У8, У10, У12) и легированные инструментальные стали (марки Х, ХВГ), так как в настоящее время данные материалы практически не используются в связи с их низкой теплостойкостью.

На рис. 4.4 показано, что при изготовлении цельного металлорежущего инструмента применяются быстрорежущие стали, все остальные материалы применяются в виде сменных пластин.

Диаграмма свойств инструментальных материалов представлена на рис. 4.5. Наибольшее применение в современном машиностроении находят твердые сплавы и быстрорежущие стали.

63

вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, А – азот, К – кобальт, Т – титан, Ц – цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее содержание элемента в процентах (содержание хрома до 4 % в обозначении марок не указывается). Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает на содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь марки А11Р3М3Ф2 содержит 1,1 % С, 3 % W, 3 % Мо, 2 % V.

В табл. 4.4 показаны сравнительные характеристики быстрорежущих сталей [4, 5].

Достоинствами быстрорежущих сталей являются: высокая прочность, надежность, высокая технологичность, низкая цена. Объем инструментов из быстрорежущих сталей на рынке составляет 30–40 % от общего объема режущих инструментов. Из данного материала изготовляют зуборезные инструменты, протяжки, сверла, метчики и т.п.

64

65

66

Окончание табл. 4.4

4.5. Металлокерамические твердые сплавы

Твердый сплав – продукт порошковой металлургии, состоящий из частиц карбидов вольфрама (WC) и кобальтовой связки (Co). В твердых сплавах количество карбидов вольфрама достигает 80 %. Также в состав твердого сплава входят карбиды других элементов (карбиды титана TiC, карбиды тантала TaC), играющих особую роль при формировании градиентной основы.

Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью и тугоплавкостью. Чем больше в твердом сплаве карбидов, тем выше его твердость и теплостойкость, но ниже механическая прочность. При увеличении содержания кобальта растет прочность, но твердость и теплостойкость снижаются.

Определенная форма заготовки твердого сплава традиционно придается путем прессования порошка либо методом экструзии. Затем полученная заготовка пластины подвергается спеканию.

Втабл. 4.5 показаны сравнительные характеристики твердых сплавов [5].

С введением новых марок твердых сплавов с покрытием значительно расширилась область их использования. В настоящее время твердые сплавы являются основным инструментальным материалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку.

Твердым сплавам с износостойким покрытием удалось преодолеть недостатки как твердых сплавов без покрытия, так и других инструментальных материалов: с увеличением прочности снижается износостойкость. Наносимый слой карбидов или нитридов тугоплавких металлов в несколько микрометров резко изменил производительность и износостойкость твердосплавных инструментов.

На рис. 4.6 показана твердосплавная пластина с нанесенным покрытием [4].

Внастоящее время применяются различные методы нанесения износостойких покрытий на режущие инструменты. Наиболее широко применяются методы физического осаждения покрытий (PVD)

ихимического осаждения покрытий из паровой фазы (CVD).

67