2.1 Материалы для изготовления режущих инструментов, марки, состав, область применения.

РИ работает в усл. высоких давл., темпер. и интенс. трения, т. е. в сложном режиме. Эти усл. работы обусл. ряд требов., кот. должны удовл. материалы, предназн. для изготовл. РИ:

1. Твёрдость – способность мат. сопротивл. проникн. в него др. мат. (~60 HRC).

2. Вязкость – способность материала поглощать деформации.

3. Красностойкость – способность мат. сохранять твёрд. при повышенной температуре.

4. Износостойкость – способность материала противостоять изнашиванию.

5. Хорошая теплопроводность.

6. Высокие мех. хар-ки (σ_В при растяж. (сж.), круч., изгибе и сложных видах нагруж.).

7. Недефицитность и низкая стоимость материала.

Углеродистые инструментальные стали

качественные (У7…У13); высококачественные (У7А…У13А)

t = 200°…250°C; V = 10…15 м/мин.

Примен. для производства напильников, зубил, метчиков, плашек, отвёрток, ножниц и др.

Легированные инструментальные стали

В эти стали добавл. легир. элем.: хром (Х) – повышает твёрд. и прокалив. стали; вольфрам (В) – повыш. красност. и износост.; ванадий (Ф) – придаёт стали мелкозерн. структуру; кремний и другие элементы.

Данные стали делятся на 2 гр.: 1) стали неглубокой прокалив.: 11Х, ХВ5, В1; 2) стали глуб. прокалив.: Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ. Цифра спереди или её отсутств. обозн. содерж. углерода. 9ХС: 0,9% углерода; хрома и кремния – до 1,5%; остальное – железо.

t = 300°…400°C; V = 15…30 м/мин.

11Х – метчики, зенкеры, свёрла; 9ХС – развёртки, фрезы; ХВГ, ХВСГ – крупн. инструм.

Быстрорежущие инструментальные стали

В сост. этих сталей входит от 6% до 19,5% вольфрама, 3,8…4,6% хрома, 1,55% углерода.

Данные стали дел. на 2 гр.: 1) обеспечивающие норм. производит. Р18, Р12, Р9, Р18Ф2 и др. (цифра – среднее содерж. вольфр.); 2) обеспеч. повыш. производит.: кобальтовые: Р9К5, Р9К10, Р18К5Ф2; молибд.: Р6М3, Р6М5, Р12М3 и др.; ванадиевые: Р9Ф5, Р14Ф4.

t = 600°…650°C; V = 30…60 м/мин.

Стали имеют универсальное применение (резцы, свёрла, долбяки).

Металлокерамические твёрдые сплавы

Их получ. путём прессов. и спекания чрезвыч. твёрдых порошков WC, TiC, карбида тантала, связанных металлическим кобальтом.

1. Вольфрамовые: ВК2, ВК3, ВК6, ВК8,…, ВК25. (ВК6 – 6% Со, 94% - WC). Примен. в основном для инструм., предназн. для обработки чугуна.

2. Титановольфрамовые: Т5К10, Т15К6, Т30К4. (Т15К6 – 6% Co, 15% TiC, 79% WC). Примен. в осн. для инстр., предназн. для обраб. стали.

3. Титанотанталовольфрамовые: ТТ7К12, ТТ7К15, ТТ20К9. (ТТ7К12 – 4% TiC, 3% карбида тантала, 12% Co, 81% WC). Примен. при обраб. жаропр. сталей, титановых сплавов и др. труднообраб. материалов.

t = 900°C; V = 1000 м/мин.

Учитывая дефицитность и высокую стоим. твёрдых сплавов, были разраб. безвольфр. твёрдые сплавы, в которых использовались титан, никель, молибден.

ТНМ - 20, ТНМ – 25, ТНМ – 30, КХН – 20, КХН - 30 и др.

Безвольфрамовые твёрдые сплавы целесообразно применять при обработке низколегированных сталей и цветных металлов вместо сплавов Т30К4 и Т15К6.

Минералокерамические материалы

Основу данных мат. сост. окись алюм. Al₂O₃ (корунд). Получ. корунд из глинозёма в электропечах спеканием при темп. 1720…1750°С, в связи с чем его наз. электрокорундом.

Достоинства: низкая стоимость; высокая износостойкость; малое родство с металлом, что обеспечивает низкую склонность к наросту.

t = 1200°C; V = 2000 м/мин.

Известна минералокерамика оксидного и оксидно-карбидного типа.

1. Оксид. минералокер. содерж. 99% Al₂O₃. ЦМ – 332. Недостат. оксид. минералокер. явл. её низкая прочн. и хрупкость. Используют при чист. и получист. обраб. чугунов, сталей, некоторых цветных сплавов и неметаллических материалов.

2. Оксид.-карбид. минералокер. Керметы. [Al₂O₃ + (20…40)%(WC + TiC + Mo2C)]. В3, ВОК 60, ВОК 75. Примен. для обраб. ковких и высокопр. чугунов, труднообраб. сталей и сплавов.

Сверхтвёрдые материалы

К данным мат. относ. алмазы и синтетические мат. В промышл. использ. природные (А) и искусств. или синтет. (АС) алмазы (баллас – АСБ – 5, АСБ – 6, карбонадо – АСПК – 1, АСПК – 2, АСПК – 3). Дост-тва: твёрд. 10000 кг/мм²; высокая износост. и теплопроводн.; малый коэф. лин. расшир. и коэф. трения; малая адгезионная способность к металлам. Недостатки: пониж. прочн., высок. хрупк., t до 700°C, дороже твёрдых сплавов ≈ в 50 раз.

Алмазный инструмент примен. для обраб. твёрдых и полупроводн. мат., керамики, цветных сплавов, жаропрочных сплавов. С 1958 г. в СССР освоено пр-ство синтетич. алмазов, кот. получ. из карбида воздействием высоких давл. и темп. Изготавл. в виде порошков и кристаллов.

Новые сверхтв. мат. на основе кубического нитрида бора, т. е. в-ва, сост. из атомов азота и бора, наз. композитами. Композиты: 1) материалы с массовой долей кубонитрида бора 95% и выше: эльбор (композит 01), белбор (композит 02) и др. Изготавливают обычно в виде столбиков Ø 4-6 мм, высотой 3-6 мм. 2) материалы с массовой долей кубонитрида бора 75%: композит 05 и др. Изготавливают обычно в виде таблеток Ø до 8 мм, высотой до 6 мм. Разработан также селенит на основе нитрида кремния в виде пластинок. Достоинства: в составе нет дефицитных элементов, имеет высокие режущие свойства. Разрабатываются материалы на основе сапфира, рубина и т.д.

Материалы с износостойким покрытием

Для повышения срока службы инструмента на контактирующие поверхности наносят тонкие износостойкие покрытия одно, двух и трёхслойные. Материал покрытия: карбид вольфрама, карбид титана, Al₂O₃, хром и др. Толщина покрытий 3-10 мкм. Применение покрытий повышает стойкость до 5 раз.

Плакирование – нанесение слоя на покрытие.

Использование конструкционных сталей

Учитывая высокую стоимость инструментальных материалов, во многих случаях инструменты делают сборными или составными. То есть державки резцов, хвостовики свёрл, корпуса фрез делают из дешёвых конструкционных сталей, а затем к ним крепят режущую часть припаиванием или механическим путём, что существенно снижает стоимость инструмента.