Название: Технологии отрасли(Э.З. Мартынов )

Жанр: Технические

Просмотров: 1424


1.2.  инструментальные материалы

 

Режущие инструменты работают в условиях больших нагрузок, высоких температур, интенсивного трения и износа, поэтому инструментальные материалы должны обладать особыми свойствами. Главные из них: твёрдость и красностойкость. Высокая твёрдость обеспечивает лёгкое врезание режущей кромки в металл. Красностойкость – это способность материала сохранять высокую твёрдость при высокой температуре.

Рассмотрим коротко основные виды инструментальных материалов.

Инструментальные углеродистые стали обозначаются буквой У и цифрами, показывающими содержание углерода в десятых долях процента (У10А, У11А, У12А). Буква А обозначает высококачественную сталь. Их твёрдость HRC 62-65, красностойкость 200…250 °C. Допускают Vр = 15…18 м/мин. Это недорогая сталь; она применяется для изготовления ручного инструмента: инструменты для обработки дерева, напильники, ножовочные полотна, свёрла, метчики.

Инструментальные легированные стали обозначаются цифрами и буквами, соответствующими легирующим элементам. Цифры, стоящие после букв, показывают содержание легирующего элемента в процентах (ХВГ, Х12ВМ, 9ХС, ХГ). Содержание углерода в десятых долях процента показывают цифры перед буквами. Если цифры отсутствуют, то содержание углерода или легирующего элемента около 1 \%. Их твёрдость достигает HRC 63-66, красностойкость 220…260 °C; допускают Vр = 15-25 м/мин. Применяются для изготовления режущих инструментов сложного профиля: метчиков, плашек, протяжек, деревообрабатывающего инструмента.

Быстрорежущие стали обозначаются буквой Р. Цифра после буквы показывает процентное содержание вольфрама (Р6М5, Р9К5, Р10К5Ф2). Цифры после других букв, обозначающие легирующие элементы, показывают их процентное содержание. Их твёрдость после закалки HRC 63-65; красностойкость 620…640 °C, допускают Vр до 80 м/мин! Большое содержание W увеличивает износостойкость стали, но сильно удорожает её. Для экономии - режущий инструмент изготавливают сборный (с пластинками) либо сварным (хвостовик из обычной стали). Применяются для изготовления фасонного инструмента: зуборезный инструмент, протяжки, инструмент для обработки специальных сталей и сплавов.

Металлокерамические твёрдые сплавы. Твёрдые сплавы содержат зёрна карбидов  вольфрама, титана и тантала, а в качестве связки используется кобальт. Применяют в виде пластинок определённых форм и размеров.

Однокарбидные твёрдые сплавы (ВК3, ВК6М, ВК8) называют вольфрамокобальтовыми. Цифра после буквы К обозначает процентное содержание кобальта, а остальное – карбиды вольфрама.

Двухкарбидные твёрдые сплавы (Т5К10, Т15К6, Т30К4) называют вольфрамотитановыми. Буква Т и цифра после неё обозначает процентное содержание карбидов титана, после К – процентное содержание кобальта, а остальное – карбиды вольфрама.

Пластинки твёрдых сплавов обладают высокой твёрдостью (HRA 88-92), высокой износостойкостью и красностойкостью (800…850 °C), что позволяет вести обработку на скорости до

Vр = 400 м/мин. Недостаток твёрдых сплавов – значительная хрупкость.

Пластинки твёрдых сплавов припаивают (медью) к державкам или корпусам инструментов или крепят механическим способом. Наиболее широко в современном производстве применяются сменные многогранные неперетачиваемые пластины (СМП), которые крепятся к державке механическим путём (рис 1.5).

 

Рис. 1.5. Примеры многогранных пластин

Твёрдые сплавы – основной инструментальный материал для самого широкого круга режущих инструментов. Позволяет обрабатывать самые прочные, вязкие стали и сплавы.

Минералокерамика – синтетический материал на основе глинозёма (Al2O3), имеет высокую твёрдость (HRA 91-93), красностойкость 1200 C, износостойкость. Производится в виде СМП. Применяется при чистовой обработке (без ударов и вибраций) в основном – точением.

Синтетические сверхтвёрдые материалы (СТМ) подразделяются  на материалы на основе искусственных алмазов (АС2, АС4) и кубического нитрида бора (КНБ): композит 01 (эльбор-Р), композит 02 (белбор), композит 03 (исмит), композит 05 (композит), композит 010 (гексанит-Р). Они синтезируются в виде цилиндрических столбиков Æ 4…6 м, высотой 3…6 мм, которые затем применяются в виде вставок (впаиваются, зачеканиваются). Эти материалы по твёрдости близки к алмазу, а по красностойкости превосходят его (1300…1400 °C). Допускают обработку сталей при Vр = 500 м/мин, а цветных сплавов – до 1000 м/мин. Но отличаются хрупкостью. Используются при чистовой обработке цветных металлов, закалённой стали и высокопрочных чугунов.

 

К этой же группе инструментальных материалов относят природные и синтетические алмазы. Алмаз – самый твёрдый в природе материал. Но он обладает низкой красностойкостью (700 °C) и очень хрупкий (как стекло). Для режущих инструментов используют синтетические поликристаллические алмазы в виде вставок.

Абразивные материалы применяют для изготовления абразивных инструментов, обеспечивающих получение наивысшей точности обработки (0,5…1 мкм) и чистоты поверхности (Ra до 0,1…0,06 мкм). Получают в виде мелких кристаллов (зёрен). Имеют высокую твёрдость, высокую красностойкость (до 1800…2000 °C) и износостойкость. Допускают Vр до 100 м/с.

Электрокорунд имеет в основе Al2O3, сравнительно недорогой абразивный материал светлого вида, средней твёрдости; применяется для обработки стали.

Карбид кремния (SiC) – зелёного или чёрного цвета, более твёрдый, используется для обработки чугунов, заточки твёрдосплавного режущего инструмента.

Синтетические алмазы – порошок (AC) – используют для шлифования очень твёрдых и хрупких материалов, заточки твёрдосплавного инструмента.

Нитрид бора – синтетический сверхтвёрдый материал, применяется для шлифования стальных закалённых деталей.