Лекция 2 Инструментальные материалы Требования к инструментальным

Лекция 2 Инструментальные материалы

Требования к инструментальным материалам p p Должны иметь высокие механические характеристики (твердость, прочность, ударную вязкость и др. ), обладать высокой износостойкостью. Быть химически инертными к обрабатываемым материалам. Иметь высокую теплостойкость (сохранить твердость, а следовательно, и режущие свойства при высоких температурах), теплопроводность и быть малочувствительными к циклическим колебаниям температуры. Быть достаточно технологичными и относительно дешевыми.

Материалы для режущего инструмента 1) инструментальные стали; 2) твердые сплавы; 3) минералокерамика и керметы; 4) сверхтвердые материалы.

Прогрессивная зависимость времени обработки валика

Зависимость скорости резания от теплостойкости инструмента

Инструментальные стали в зависимости от химсостава p p p Углеродистые (ГОСТ 1435— 74), Легированные (ГОСТ 5950— 73), Быстрорежущие (ГОСТ 19265— 73). По твердости в холодном состоянии все эти стали мало отличаются друг от друга, основное их отличие в теплостойкости.

Углеродистые стали для режущего инструмента Марка стали Назначение У 7; У 7 А Инструмент, работающий с ударами (зубила, кернеры, ножи по металлу) У 8; У 8 А; У 8 ГА Инструмент для обработки древесины (фрезы, зенковки, пилы продольные и поперечные) У 10; У 10 А Развертки, плашки, метчики, ножовочные пилы У 11; У 11 А; У 12; У 12 А; У 13 А Напильники, метчики, развертки

Легированные стали для режущего инструмента НRС после термообработки Марка стали Назначение 11 Х Метчики с диаметром до 30 мм 62 13 Х Гравировальный инструмент 64 ХВ 5 Гравировальные резцы и фрезы при обработке твердых материалов 65 В 1 Сверла, метчики, развертки 62 9 ХС Сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки 62 ХВГ, ХВС Протяжки, развертки длинные, специальные фрезы и плашки 62 7 ХФ 8 ХФ 9 ХФ Рамные, круглые и ленточные пилы, деревообрабатывающий инструмент (топоры, долота, стамески), инструмент для ударных нагрузок (зубила) 59 9 Х 5 Ф Ножи для фрезерования древесины, строгальные пилы 60 Ножи для фрезерования древесины и другой деревообрабатывающий инструмент, работающий в тяжелых условиях с нагревом режущей кромки 61 8 Х 4 В 4 Ф 1 (Р 4)

Быстрорежущие стали Из них изготовляется около 60% лезвийных инструментов Высокие режущие свойства быстрорежущих сталей во многом определяются параметрами термообработки

Схема первого варианта термической обработки быстрорежущей стали

Схема второго варианта термической обработки быстрорежущей стали

Основные свойства быстрорежущих сталей и их назначение Свойства по сравнению с Р 18 Марка стали Р 18 Ф 2 Р 9 К 5; Р 9 К 10; Р 9 Ф 2 К 5 Р 10 К 5 Ф 5 Р 9 Ф 5 Теплостойкость, Износостойкость Более высокие Несколько выше Высокие Износостойкость выше; красностойкость незначительно Шлифуемость Удовлетворительная Назначение Обработка нержавеющих и жаропрочных сплавов Пониженная Обработка твердых материалов при умеренных скоростях Низкая Очень хороша при работе с ударом (высокая вязкость) Низкая Для чистового инструмента. Для обработки пластмасс

Назначение инструментальных сталей и область их применения Наименование инструмента Обрабатываемый материал Сталь НВ 230 Чугун НВ 220 Резцы токарные и строгальные Р 9 Р 9 Ф 2 К 5 Р 9 М 5 Резцы фасонные Р 9 Р 14 Ф 4 Р 6 М 5 Р 10 Ф 5 К 5 Р 10 Ф 2 К 10 Сверла Р 9; 9 ХС; У 10 А; У 12 А Зенкеры Р 9; 9 ХС Р 9 Развертки Р 9; 9 ХС Р 6 М 5 Р 9 Протяжки Р 18; Р 9; ХВГ Р 6 М 5 Р 18; Р 9 Фрезы Р 9; 9 ХС Р 18 Ф 2 Р 9 Ф 2 К 5 Фрезы модульные Р 18; Р 9 Р 18 Ф 2 Р 18; Р 9; 9 ХС; У 12 А Р 18; Р 9 У 10 А Р 9 Долбяки, зубострогальные Р 9; 9 ХС; У 12 А резцы Плашки круглые У 10 А

Металлокерамические твердые сплавы Твердые сплавы изготовляются методом порошковой металлургии Вольфрамокобальтовые, p Титановольфрамокобальтовые p Танталотитановольфрамокобальтовые p Безвольфрамовые p

Основные свойства твердых сплавов p Достоинство твердых сплавов - теплостойкость составляющая 800. . . 1000° С, что позволяет значительно повысить скорость резания по сравнению с быстрорежущими сталями. p Недостатком твердых сплавов является относительно низкая прочность при изгибе Прочность при сжатии твердых сплавов значительна, поэтому режущие пластины целесообразно располагать так, чтобы они работали на сжатие, а не на изгиб. Твердые сплавы имеют твердость 86. . . 90 HRA

Строение металлокерамических твердых сплавов

Вольфрамокобальтовые сплавы WC + Co Предназначены в основном для обработки чугуна, сплавов цветных металлов и неметаллических материалов Чем больше в сплаве кобальта, тем меньше твердость и больше вязкость

Титановольфрамокобальтовые сплавы WC + Ti. C + Co. Сплавы этой группы при одинаковом содержании кобальта имеют большую твердость и хрупкость, чем однокарбидные. Применяются при получистовой и чистовой обработке материалов, обладающих высокой твердостью.

Танталотитановольфрамокобальтовые сплавы WC + (Ti. C + Ta. C) + Co Твердые сплавы этой группы превосходят двухкарбидные сплавы по прочности. Характеризуются высокой износостойкостью и эксплуатационной прочностью, хорошо сопротивляются ударным нагрузкам и вибрациям. Применябтся при черновой обработке с большими сечениями срезаемого слоя, при работе с ударами — строгание, фрезерование

Безвольфрамовые твердые сплавы Основа - карбид или карбонитрид титана и тугоплавкая связка, например, никельмолибденовая.

Достоинства безвольфрамовых сплавов p высокая окалиностойкость, p низкий коэффициент трения, p пониженная склонностью к адгезионному взаимодействию с обрабатываемым материалом. p отсутствие в сплаве дефицитного вольфрама

Недостатки везвольфрамовых сплавов p Более низкая прочность, p Склонность к разупрочнению при повышенных температурах, p Низкая теплопроводность

Область применения безвольфрамовых сплавов чистовая и получистовая обработка конструкционных и малолегированных сталей и чугунов, а также некоторых цветных металлов.

Применение твердых сплавов Рекомендуемая марка твердого сплава для обработок Характер обработки Черновое точение Чистовое точение при непрерывном резании Сверление в сплошном материале Черновое зенкерование Нарезание резьбы Углеродистые и легированн ые стали Труднообрабатываем ые материал ы Чугуны, НВ 240 Неметалл ическ Цветные ие сплавы материал ы Т 5 К 10; Т 5 К 12 В; ВК 8; ВК 8 В; ТТ 7 К 12 Т 30 К 4; Т 15 К 6 Т 14 К 8; Т 5 К 10; ВК 4 ВК 2; ВК 3 М Т 5 К 10; Т 5 К 12 В ВК 8; ВК 8 В; ТТ 7 К 12 ВК 4; ВК 6; ВК 8 ВК 4; ВК 6; ВК 2; ВК 4 ВК 8 Т 5 К 12 В; ВК 8 Т 5 К 10; ВК 4; ВК 6; ВК 8 ВК 4 Т 15 К 6 Т 30 К 4; Т 14 К 8 ВК 2 М ВК 3 М ВК 8; ВК 4; ВК 6; ВК 2; ВК 3 М ВК 2; ВК 3 М

Минералокерамика (ГОСТ 26630 -85) Исходное сырье - глинозем и кремний p Недостаток– повышенная хрупкость. p Применяются для получистой и чистой обработки чугуна, стали и цветных сплавов p Теплостойкость минералокерамики значительно выше теплостойкости твердых сплавов p Твердость разных марок также в среднем превышает твердость металлокерамических сплавов, ее пределы HRA 91, 5 -95 p

Физико-механические свойства инструментальной керамики Марка Предел прочности керамик при изгибе, и МПа Предел Теплостйкость, ° прочности при С сжатии, МПа ЦМ-332 325 5000 1400 В 013 475 2850 1100 ВШ 75 550 - - ВЗ 600 - 1100 ВОК 60 650 2400 1100 ВОК 63 675 - - ОНТ-20 700 2250 1200 Силинит-Р 700 2500 1200

Сверхтвердые материалы p алмаз, p материалы на основе нитрида бора p композиционные материалы, содержащие алмаз, нитрид бора, карбиды металлов и твердые окислы.

Алмаз самый твердый инструментальный материал p высокая теплопроводность p низкий коэффициент линейного теплового расширения p высочайшая износостойкость, превышающая износостойкость твердых сплавов при резании закаленных сталей в тысячи раз, а в сравнении с минералокерамикой - в сотни тысяч раз. p высокая химическая и коррозионная стойкость p

Недостатки алмазного инструмента p Высокая хрупкость и низкая прочность при изгибе (210 -480 МПа), требующие повышенной жесткости и виброустойчивости технологической системы при резании. p Высокая химическая активность к железу , что ведет к растворению алмаза в железе при их контакте с нагревом выше температуры 750 -800°С

Кубический нитрид бора химическое соединение бора (43, 6 %) и азота (56, 4%) с кубической кристаллической решеткой почти с таким же строением и параметрами, как и алмаз, где каждый атом бора соединен с четырьмя атомами азота.

Основные свойства КНБ p p p Микротвердость КНБ ниже, чем алмаза, и у композита 01 равна 85 -94 ГПа. По теплостойкости КНБ значительно превосходит алмаз, имея ее уровень 1300 -1500°С. КНБ является химически чрезвычайно инертным материалом. Он устойчив в нейтральных, восстановительных, газовых средах, с углеродом реагирует лишь при температурах выше 2000°С, не смачивается многими металлами, устойчив к кислотам, щелочам, перегретым парам воды, практически инертен к железу.

Сравнение инструментальных материалов по служебным характеристикам и стоимости Место Твердость и теплостойкость Вязкость и прочность Наименьшая стоимость 1 Алмаз Быстрорежущие стали Минералокерамика 2 Минералокерамика Легированные стали Углеродистые стали 3 Металлокерамика Углеродистые стали Легированные стали 4 Быстрорежущие стали Алмаз Быстрорежущие стали 5 Легированные стали Металлокерамика 6 Углеродистые стали Минералокерамика Алмаз

Контрольные вопросы Требования к инструментальным материалам p Группы инструментальных материалов p Чем объясняются высокие режущие свойства быстрорежущих сталей p Основные свойства твердых сплавов p Основные свойства минералокерамики p Сверхтвердые материалы. Достоинства и недостатки p