Асноўныя інструментальныя матэрыялы: віды, маркі, ўласцівасці, характарыстыка, матэрыялы вырабу

Асноўныя патрабаванні да інструментальным матэрыялах - наяўнасць цвёрдасці, стойкасці да зношвання, ўздзеянню цяпла і інш. Адпаведнасць гэтым крытэрам дазваляе ажыццяўляць рэзанне. Каб ажыццявіць ўкараненне ў паверхневыя слаі вырабы, які падвяргаецца апрацоўцы, ляза для рэзкі працоўнай часткі павінны быць зроблены з трывалых сплаваў. Цвёрдасць можа быць прыроднай ці ж набытай.

Да прыкладу, інструментальныя сталі завадскога вырабу рэжуцца лёгка. Пасля апрацоўкі механічным і тэрмічным спосабам, а таксама шліфоўкі і затачивания, узровень іх трываласці і цвёрдасці павышаецца.

Як вызначаецца цвёрдасць?

Характарыстыку можна вызначыць рознымі спосабамі. Інструментальныя сталі валодаюць цвёрдасцю па Роквеллу, цвёрдасць мае лічбавае пазначэнне, а таксама літарнае HR са шкалой А, У або З (напрыклад, HRC). Выбар інструментальнага матэрыялу залежыць ад выгляду апрацоўванага металу.

Самы ўстойлівы ўзровень функцыянавання і нізкая зношвальнасці лёзаў, якія прайшлі тэрмічную апрацоўку, можа быць дасягнута пры паказчыку HRC 63 або 64. Пры больш нізкім паказчыку ўласцівасці інструментальных матэрыялаў не такія высокія, а пры высокай цвёрдасці яны пачынаюць крышыцца з-за далікатнасці.

Металы, якія валодаюць цвёрдасцю HRC 30-35, выдатна падвяргаюцца апрацоўцы жалезнымі інструментамі, якія прайшлі тэрмічную апрацоўку з паказчыкам HRC 63-64. Такім чынам, суадносіны паказчыкаў цвёрдасці складае 1: 2.

Для обрабатывания металаў з HRC 45-55 варта ўжываць прыстасаванні, аснову якіх складаюць цвёрдыя сплавы. Паказчык іх складае HRA 87-93. Матэрыялы на аснове сінтэтыкі можна ўжываць пры обрабатывании сталей, якія падвергліся загартоўцы.

Трываласць інструментальных матэрыялаў

У працэсе рэзкі на працоўную частку ўздзейнічае сіла В10 кн і вышэй. Яна правакуе высокае напружанне, якое можа пацягнуць за сабой разбурэнне інструмента. Каб гэтага не здарылася, матэрыялы для рэзкі павінны валодаць высокім каэфіцыентам трываласці.

Лепшым спалучэннем характарыстык трываласці маюць інструментальныя сталі. Рабочая частка, выкананая з іх, выдатна вытрымлівае моцную нагрузку і можа функцыянаваць пры сціску, скруце, выгібе і расцяжэнні.

Ўздзеянне крытычнай тэмпературы нагрэву на ляза інструмента

Пры вылучэнні цеплыні пры рэзанні металаў награвання схільныя іх ляза, у большай ступені - паверхні. Пры паказчыку тэмпературы ніжэй крытычнай адзнакі (для кожнага матэрыялу яна свая) структура і цвёрдасць не мяняюцца. Калі тэмпература нагрэву становіцца вышэй дапушчальнай нормы, то ўзровень цвёрдасці падае. Крытычную тэмпературу называюць красностойкостью.

Што азначае тэрмін «красностойкость»?

Красностойкостью называецца ўласцівасць металу пры награванні да тэмпературы ў 600 ° С свяціцца цёмна-чырвоным колерам. Тэрмін мае на ўвазе захаванне металам цвёрдасці і стойкасці да зношвання. Па сваёй сутнасці гэта здольнасць супрацьстаяць ўздзеянню высокай тэмпературы. Для розных матэрыялаў існуе свая мяжа, ад 220 да 1800 ° С.

За кошт чаго можа быць павялічана працаздольнасць рэжучай прылады?

Інструментальныя матэрыялы рэжучай прылады адрозніваюцца падвышанай функцыянальнасцю пры павышэнні тэмпературнай стойкасці і паляпшэнні адвядзення цеплыні, якая вылучаецца на лязе пры рэзанні. Цеплыня спрыяе павышэнню тэмпературы.

Чым больш цеплыні адведзена ад ляза ўглыб прылады, тым ніжэй паказчык тэмпературы на яго кантактнай паверхні. Узровень цеплаправоднасці залежыць ад складу і нагрэву.

Да прыкладу, ўтрыманне ў сталі такіх элементаў, як вальфрам і ванадый, выклікае зніжэнне ўзроўню яе цеплаправоднасці, а прымешка тытана, кобальту і малібдэна выклікае яго павышэнне.

Ад чаго залежыць каэфіцыент трэння слізгання?

Паказчык каэфіцыента трэння слізгацення знаходзіцца ў залежнасці ад складу і фізічных уласцівасцяў кантактуюць пар матэрыялаў, а таксама ад значэння напружання на паверхнях, якія падвергліся трэнню і слізгаценню. Каэфіцыент ўплывае на ўстойлівасць да зношвання матэрыялу.

Узаемадзеянне інструмента з матэрыялам, якія падвергліся апрацоўцы, працякае пры сталым рухомым кантакце.

Як сябе вядуць у гэтым выпадку інструментальныя матэрыялы? Віды іх у роўнай ступені зношваюцца.

Іх характарызуе:

• здольнасць сціраць метал, з якім ён кантактуе;
• здольнасць праяўляць стойкасць да зношвання, то ёсць аказваць супраціў сціранню іншага матэрыялу.

Знос лёзаў адбываецца пастаянна. У выніку гэтага прыстасавання страчваюць свае ўласцівасці, а таксама змяняецца форма іх працоўнай паверхні.

Паказчык зносаўстойлівасці можа мяняцца ў залежнасці ад умоў, пры якіх працякае рэзка.

На якія групы падзяляюцца інструментальныя сталі?

Асноўныя інструментальныя матэрыялы можна падпадзяліць на наступныя катэгорыі:

• металакераміка (цвёрдыя сплавы);
• керметы, або мінеральная кераміка;
• нітрыд бору на аснове сінтэтычнага матэрыялу;
• алмазы на сінтэтычнай аснове;
• інструментальныя сталі на вугляродзістай аснове.

Інструментальнае жалеза можа быць вугляродзістай, легіраваных і хуткарэзнай.

Інструментальныя сталі на вугляродзістай аснове

Вугляродзістыя рэчывы сталі выкарыстоўваць для вырабу інструментаў. Іх хуткасць рэзання невялікая.

Як маркіруюцца інструментальныя сталі? Матэрыялы абазначаюцца літарай (да прыкладу, «У» азначае вугляродзістай), а таксама лічбай (паказчыкі дзесятых долі працэнта ўтрымання вугляроду). Прысутнасць літары «А» ў канцы маркіроўкі сведчыць аб высокай якасці сталі (утрыманне такіх рэчываў, як сера і фосфар, не перавышае 0,03%).

Вугляродзістай матэрыял характарызуе цвёрдасць з паказчыкам HRC 62-65 і нізкі ўзровень стойкасці да тэмператур.

Маркі інструментальных матэрыялаў У9 і У10А прымяняюцца пры вырабе піў, а серыі У11, У11А і У12 прызначаныя для ручных метчыкаў і інш. Інструментаў.

Ўзровень стойкасці да тэмпературы сталей серыі У10А, У13А складае 220 ° С, таму інструмент з такіх матэрыялаў раіцца выкарыстоўваць пры хуткасці рэзкі 8-10 м / мін.

легаванай жалеза

Легаваны інструментальны матэрыял можа быць хромистым, хромокремнистым, вальфрамавым і хромовольфрамовым, з прымешкай марганца. Такія серыі абазначаюцца лікамі, а таксама яны валодаюць літарнай маркіроўкай. Першая левая лічба сведчыць пра каэфіцыент ўтрымання вугляроду ў дзесятых долях ў выпадку, калі ўтрыманне элемента складае менш за 1%. Правыя лічбы сімвалізуюць сярэдні паказчык легіравальных складніка ў працэнтах.

Марка інструментальнага матэрыялу Х прыдатная для вырабу метчыкаў і плашчакоў. Сталь В1 дастасоўная для вырабу свердзелаў невялікага памеру, метчыкаў і разгортак.

Ўзровень стойкасці да тэмпературы ў легіраваных рэчываў складае 350-400 ° С, таму хуткасць рэзкі ў паўтара раза больш, чым для вугляродзістай сплаву.

Для чаго ўжываюць высоколегированные сталі?

Розныя інструментальныя матэрыялы хуткай рэзкі выкарыстоўваюцца пры вырабе свердзелаў, зенкером і метчыкаў. Яны маркіруюцца літарамі, а таксама лічбамі. Важнымі складнікамі матэрыялаў з'яўляюцца вальфрам, малібдэн, хром і ванадый.

Хуткарэзнай сталі дзеляцца на дзве катэгорыі: нармальныя і з павышаным узроўнем прадукцыйнасці.

Сталі з нармальнай прадукцыйнасцю

Да катэгорыі жалеза з нармальным узроўнем прадукцыйнасці можна аднесці маркі Р18, Р9, Р9Ф5 і вальфрамавай сплавы з прымешкай малібдэна серыі Р6МЗ, Р6М5, якія захоўваюць цвёрдасць не ніжэй за HRC 58 пры 620 ° С. Матэрыял прыдатны для обрабатывания сталей з утрыманнем вугляроду і низколегированной катэгорыі, шэрага чыгуну і каляровых сплаваў.

Сталі з падвышанай прадукцыйнасцю

Да гэтай катэгорыі можна аднесці маркі Р18Ф2, Р14Ф4, Р6М5К5, Р9М4К8, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2. Яны здольныя захоўваць паказчык HRC 64 пры тэмпературы ад 630 да 640 ° С. У гэтую катэгорыю ўваходзяць звышцвёрдыя інструментальныя матэрыялы. Яна прызначана для жалеза і сплаваў, якія апрацоўваюцца з цяжкасцю, а таксама для тытана.

цвёрдыя сплавы

Такія матэрыялы бываюць:

• металлокераміческімі;
• мінеральнымі керамічнымі.

Форма пласцін знаходзіцца ў залежнасці ад уласцівасцяў механікі. Такія інструменты функцыянуюць пры высокай хуткасці рэзкі па параўнанні з хуткарэзнай матэрыялам.

металакераміка

Цвёрдыя сплавы з металакерамікі. бываюць:

• вальфрамавага;
• вальфрамавага з утрыманнем тытана;
• вальфрамавага з уключэннем тытана і тантала.

Серыя ВК ўключае вальфрам і тытан. Інструменты на аснове гэтых складнікаў валодаюць падвышанай зносаўстойлівасцю, але ўзровень супраціву ударам у іх нізкі. Прыстасаванні на такой аснове выкарыстоўваюць для обрабатывания чыгуну.

Сплаў з вальфраму, тытана і кобальту выкарыстоўваецца і ў дачыненні да ўсіх відах жалеза.

Сінтэз вальфраму, тытана, тантала і кобальту выкарыстоўваецца ў асаблівых выпадках, калі іншыя матэрыялы аказваюцца малаэфектыўнымі.

Цвёрдыя сплавы характарызуюцца высокім узроўнем стойкасці да тэмпературы. Матэрыялы з вальфраму могуць захаваць сваё ўласцівасць з паказчыкам HRC 83-90, а вальфрамавай з тытанам - з HRC 87-92 пры тэмпературы ад 800 да 950 ° С, што дае магчымасць функцыянавання на высокай хуткасці рэзкі (ад 500 м / мін да 2700 м / мін пры обрабатывании алюмінія).

Для обрабатывания дэталяў, якія валодаюць устойлівасцю да іржаўлення і падвышанай тэмпературы, прымяняюцца інструменты з серыі дробназярністых сплаваў ОМ. Марка ВК6-ОМ падыходзіць для чыставой обрабатывания, а ВК10-ОМ і ВК15-ОМ - для получистового і чарнавога.

Яшчэ большай эфектыўнасцю пры працы з «цяжкімі» дэталямі валодаюць звышцвёрдыя інструментальныя матэрыялы серыі BK10-XOM і ВК15-хом. У іх карбід тантала заменены на карбід хрому, што робіць іх больш трывалымі нават пры ўздзеянні высокай тэмпературы.

Каб павысіць ўзровень трываласці пласціны з цвёрдага рэчыва, звяртаюцца да яе пакрыццю ахоўнай плёнкай. Ўжываецца карбід, нітрыд і карбону тытана, які наносіцца вельмі тонкім пластом. Таўшчыня складае ад 5 да 10 мкм. У выніку ўтворыцца пласт дробназярністага карбіду тытана. Ўзровень стойкасці такіх пласцін ў тры разы вышэй, чым у пласцін без спецыяльнага пакрыцця, што павышае хуткасць рэзкі на 30%.

У некаторых выпадках ужываюцца матэрыялы з металакерамікі., якія атрымліваюцца з алюмініевай вокісу з даданнем вальфраму, тытана, тантала і кобальту.

мінеральная кераміка

Для рэжучага інструмента ўжываюць мінеральную кераміку ЦМ-332. Ёй уласціва ўстойлівасць да падвышанай тэмпературы. Паказчык цвёрдасці HRC складае ад 89 да 95 пры 1200 ° С. Таксама матэрыял характарызуецца зносаўстойлівасцю, што дазваляе весці апрацоўку сталі, чыгуну і каляровых сплаваў пры высокіх хуткасцях рэзання.

Каб вырабіць рэжучыя інструменты, таксама выкарыстоўваюць кермет серыі В. Яго аснову складаюць аксід і карбід. Ўвядзенне ў склад мінеральнай керамікі карбіду металу, а таксама малібдэна і хрому, спрыяе аптымізацыі фізіка-механічных уласцівасцяў кермета і ліквідуе яго ломкасць. Павышаецца хуткасць рэзкі. Получистовая і чыставая апрацоўка прыстасаваннем на аснове кермета ўжываецца для шэрага каванага чыгуну, цяжка апрацоўванай сталі і шэрагу каляровых металаў. Працэс праводзіцца з хуткасцю 435-1000 м / мін. Кераміка для рэзкі адрозніваецца устойлівасцю да ўздзеяння тэмпературы. Яе цвёрдасць па шкале складае HRC 90-95 пры 950-1100 ° С.

Для обрабатывания жалеза, які прайшоў загартоўку, трывалага чыгуну, а таксама шклапластыка выкарыстоўваецца прылада, рэжучая частка якога выраблена з цвёрдых рэчываў, якія змяшчаюць нітрыд бору і алмазы. Паказчык цвёрдасці эльбора (нітрыд бору) прыкладна такі ж, як і ў алмаза. Яго ўстойлівасць да тэмпературы ў два разы вышэй, чым у апошняга. Эльбор адрозніваецца інэртнасцю да жалезным матэрыялах. Мяжа ўзроўню трываласці яго поликристаллов пры сцісканні складае 4-5 гПа (400-500 кгс / мм ^2), а пры выгінанні - 0,7 гПа (70 кгс / мм ^2). Ўстойлівасць да тэмпературы мае да мяжы 1350-1450 ° С.

Таксама варта адзначыць алмаз на сінтэтычнай аснове баллас серыі АСБ і карбонадо серыі АСПК. Хімічная актыўнасць апошняга да якія змяшчаюць вуглярод матэрыялах больш высокая. Менавіта таму ён ужываецца пры завострыванні дэталяў з каляровых металаў, сплаваў з высокім утрыманнем крэмнія, цвёрдых матэрыялаў ВК10, ВК30, а таксама неметалічных паверхняў.

Паказчык стойкасці разцоў карбонада - у 20-50 разоў больш за ўзровень стойкасці цвёрдых сплаваў.

Якія сплавы атрымалі распаўсюд у прамысловасці?

Ва ўсім свеце выпускаюцца інструментальныя матэрыялы. Віды, якія ужываюцца ў Расіі, ЗША і ў Еўропе, па большай частцы не ўтрымліваюць вальфрам. Яны ставяцца да серыі КНТ016 і ТН020. Гэтыя мадэлі сталі заменай марак Т15К6, Т14К8 і ВК8. Яны ўжываюцца для обрабатывания сталей для канструкцый, нержавейкі і інструментальных матэрыялаў.

Новыя патрабаванні да інструментальным матэрыялах абумоўлены дэфіцытам вальфраму і кобальту. Менавіта з гэтым фактарам звязана тое, што ў ЗША, краінах Еўропы і Расіі пастаянна распрацоўваюцца альтэрнатыўныя метады атрымання новых цвёрдых сплаваў, якія не ўтрымліваюць вальфрам.

Да прыкладу, інструментальныя матэрыялы вырабу амерыканскай кампаніі Adamas Carbide Co серыі Titan 50, 60, 80, 100 ўтрымліваюць карбід, тытан і малібдэн. Павелічэнне нумары сведчыць аб ступені крэпасці матэрыялу. Характарыстыка інструментальных матэрыялаў гэтага выпуску на ўвазе высокі ўзровень трываласці. Да прыкладу, серыя Titan100 валодае трываласцю ў 1000 Мпа. Яна з'яўляецца канкурэнтам керамікі.