Обробка твердих матеріалів. Твердий сплав. Марки, характеристики, застосування. Твердосплавний інструмент. Згинання: переваги та особливості

Вибір зв'язки абразивного інструменту

Зв'язка визначає міцність і твердість інструмента, надає великий вплив на режими, продуктивність і якість обробки. Зв'язки бувають неорганічні (керамічна) і органічні (бакелітова, вулканітова).
керамічній зв'язцімає високу вогнетривкість, водостійкість, хімічну стійкість, добре зберігає профіль робочої кромки кола, але чутлива до ударних і згинаючих навантажень. Інструмент на керамічній зв'язці застосовують для всіх видів шліфування крім обдирання (через крихкості зв'язки): для різання і прорезки вузьких пазів, плоского шліфування жолобів кілець шарикопідшипників. Інструмент на керамічній зв'язці добре зберігає профіль, має високу пористість, добре відводить тепло.
бакелітовій зв'язціволодіє більш високою міцністю і пружністю, ніж керамічна. Абразивний інструмент на бакелітовій зв'язці може бути виготовлений різних форм і розмірів, в тому числі і дуже тонких - до 0,5 мм для і прорізних робіт. Недоліком бакелітовій зв'язки є невисока стійкість проти дії охолоджуючих рідин, що містять лужні розчини. При на бакелітовій зв'язці охолоджуюча рідина не повинна містити більше 1,5% лугу. Бакелітова зв'язка має більш слабке, ніж керамічна, зчеплення з абразивним зерном, тому інструмент на цій зв'язці широко використовується на операціях плоского шліфування, де необхідно самозагострювання кола. Інструмент на бакелітовій зв'язці застосовують для грубих обдирних робіт, виконуваних в ручну і на підвісних стінках: плоского шліфування торцем круга, відрізки і прорезки пазів, заточування інструментів, при обробці тонких виробів, де небезпечний пріжогов. Бакелітова зв'язка надає поліруючий дію.

Вибір марки абразивного матеріалу

абразивні матеріали(Фр. Abrasif - шліфувальний, від лат. Abradere - зскрібати) - це матеріали, що володіють високою твердістю, і які використовуються для обробки поверхні різних матеріалів. використовуються в процесах шліфування, заточування, полірування, розрізування матеріалів і широко застосовуються в заготівельному виробництві та остаточної обробки різних металевих і неметалевих матеріалів. Природні абразиви - кремінь, наждак, пемза, корунд, гранат, алмаз та інші. Штучні: електрокорунд, карбід кремнію, боразон, ельбор, синтетичний алмаз та інші.

електрокорунд нормальний

Володіє відмінною теплостійкість, високою сцепляемостью зі зв'язкою, механічною міцністю зерен і значною в'язкістю, що важливо для виконання операцій зі змінними навантаженнями Обробка матеріалів з високим опором розриву. Це обдирання сталевих виливків, дротів, прокату, високоміцних і вибілених чавунів, ковкого чавуну, напівчистова обробка різних деталей машин з вуглецевих і легованих сталей в незагартованим; і загартованому вигляді, марганцовистой бронзи, нікелевих і алюмінієвих сплавів. 25A

електрокорунд білий

За фізичним і хімічним складом більш однорідний, має більш високу твердість, гострими крайками, хорошою самозатачіваемостью, краще усуває шорсткості оброблюваної поверхні в порівнянні з електрокорунду нормальним Обробка загартованих деталей з вуглецевих, швидкорізальних і нержавіючих сталей, хромованих і нітровані поверхонь. Обробка тонких деталей і інструментів, заточка, плоске, внутрішнє, профільне і обробне шліфування. 38А

електрокорунду цирконієвих

Мелкокристаллический, щільний і міцний матеріал. Стійкість інструменту на обдирні операціях в 10-40 разів вище аналогічного інструменту з електрокорунду нормального обдирного шліфування сталевих заготовок при високій швидкості, подачі і зусиллі притиску. Силове обдирне шліфування сталевих заготовок. 54C

КАРБІД КРЕМНІЮ ЧОРНИЙ

Має високу твердість, абразивної здатністю і крихкістю. Зерна мають форму тонких пластинок, через що збільшується їх крихкість в работе.Обработка твердих матеріалів з низьким опором розриву (чавун, бронзове і латунне лиття, тверді сплави, дорогоцінні камені, скло, мармур, графіт, фарфор, твердий каучук, кістки і т.п.), а також дуже в'язких матеріалів (жароміцних сталей, сплавів, міді, алюмінію гуми). 63C

КАРБІД КРЕМНІЮ ЗЕЛЕНИЙ

Відрізняється від карбіду кремнію чорного підвищеною твердістю, абразивної здатністю і крихкістю Для обробки деталей з чавуну, кольорових металів, граніту, мармуру, твердих сплавів, обробки титанових, титано-танталових твердих сплавів, хонінгувальні, доводочниє роботи для деталей з сірого чавуну, азотированного і шарикопідшипникової стали. 95А

електрокорунду ХРОМТІТАНІСТИЙ

Має більш високу механічну міцність і абразивної здатністю в порівнянні з електрокорунду нормальним

Обдирне шліфування з великим зніманням металу

Вибір зернистості інструменту

зернистість	вид обробки
великаF6-F24	Обдирні операції з великою глибиною різання, зачистка заготовок, виливків. Обробка матеріалів, які викликають засолювання поверхні кола (латунь, мідь, алюміній).
F24 - F36	Плоске шліфування торцем круга, заточка різців, правка абразивного інструменту, відрізка.
СередняF30 - F60	Попереднє і комбіноване шліфування, заточування різального інструменту.
F46 - F90	Чистове шліфування, обробка профільних поверхонь, заточка дрібного інструменту, шліфування крихких матеріалів.
ДрібнаF100-F180

Оздоблювальне шліфування, доведення твердих сплавів, доведення ріжучого інструменту, сталевих заготовок, заточка тонких лез, попереднє хонінгування.

Грубозернисті інструменти застосовуються:
- при обдирні і попередніх операціях з великою глибиною різання, коли видаляються великі припуски;
- при роботі на верстатах великої потужності і жорсткості;
- при обробці матеріалів, які викликають заповнення пір кола і засолювання його поверхні, наприклад при обробці латуні, міді та алюмінію;
- при великій площі контакту круга з оброблюваною деталлю, наприклад при використанні високих кіл, при плоскому шліфуванні торцем кола, при внутрішньому шліфуванні.
Середньо- і дрібнозернисті інструменти застосовуються:
- для отримання шорсткості поверхні 0,320-0,080 мкм;
- при обробці загартованих сталей і твердих сплавів;
- при остаточному шліфуванні, заточування і доведення інструментів;
- при високих вимогах до точності оброблюваного профілю деталі.
Зі зменшенням розміру абразивних зерен підвищується їх ріжуча здатність за рахунок зростання числа зерен на одиниці робочої поверхні, зменшення радіусів округлення зерен, меншого зносу окремих зерен. Зменшення розміру зерен призводить до значного зменшення часу кола, що викликає необхідність зниження глибини шліфування і величини знімається на операції припуску. Чим дрібніше абразивні зерна в інструменті, тим менше в одиницю часу знімається матеріалу з оброблюваної заготовки. Однак, дрібнозернисті інструменти мають нижчу здатність до самозатачіванію в порівнянні з інструментом більшої зернистості, в результаті чого швидше притупляються і засаливаются. Раціональне поєднання режиму обробки, редагування інструменту і зернистості дозволяє отримувати високу точність і відмінна якість обробки поверхні.

Вибір твердості інструмента

O, P, QПрофільне шліфування, обробка переривчастих поверхонь, хонінгування і резьбошліфованіе деталей з великим кроком. СередняM-NПлоске шліфування сегментами і кільцевими колами, хонінгування і резьбошліфованіе колами на бакелітовій зв'язці. CреднемягкаяK-LЧистове і комбіноване кругле, зовнішнє безцентрове і внутрішнє шліфування стали плоске шліфування, резьбошліфованіе, заточка ріжучих інструментів. М'якаH-FЗаточка і доведення ріжучого інструменту, оснащеного твердим сплавом, шліфування важкооброблюваних спеціальних сплавів, полірування.

Твердість інструменту в значній мірі визначає продуктивність праці при обробці і якість обробленої.
Абразивні зерна у міру їх затуплення, повинні оновлюватися шляхом сколювання і викришування частинок. При занадто твердому колі зв'язка продовжує утримувати тупі і втратили ріжучу здатність зерна. При цьому на роботу витрачається велика потужність, вироби нагріваються, можливі їх викривлення, на поверхні з'являються сліди огранки, подряпини, прижоги і інші дефекти. При занадто м'якому колі зерна, що не втратили свою ріжучу здатність, фарбували, коло втрачає правильну форму, збільшується його знос, в результаті чого важко отримати деталі необхідних розмірів і форми. В процесі обробки з'являється вібрація, необхідна більш часта правка круга. Таким чином, слід відповідально підходити до вибору твердості абразивного інструменту та враховувати характеристики оброблюваних виробів.

Залежно від вимог до кінцевого виробу термічна обробкапроводиться різними методами.

процеси сушіннявикористовують при отриманні кінцевих напівпродуктів у вигляді гранул, брикетів, а також для зневоднення розчинів, шламів і суспензій; шляхом подальшої досушки, випалювання або спікання сгранулірованного або сформованого матеріалу отримують кінцевий виріб. У цих випадках закономірності тепло- і масопереносу такі ж, як при проведенні основних технологічних процесів сушки в хімічній промисловості і при виробництві будівельних матеріалів.

В процесі спіканняагломератів і сформованих заготовок частки порошку об'єднуються в монолітне полікрісталліче- ське тверде тіло з властивостями, близькими до властивостей компактного матеріалу. Процес термообробки складається з двох етапів.

Первийетап - видалення технологічної зв'язки - відбувається при температурах випаровування і плавлення зв'язуючого і завершується при температурі початку спікання частинок порошку. Другий етап - спікання - починається при температурі, що відповідає взаємним припекании частинок один до одного, і триває до температури отримання монолітного тіла, що становить приблизно 0,8 температури плавлення керамічного матеріалу. Режим випалу вибирають виходячи з хімічного і гранулометричного складу шихти з відходів, способу формування або пресування, а також розміру і вигляду виробу.

У процесі спікання вихідна шихта (сформована або спресована) являє собою термодинамічно нестійку дисперсну систему з великим запасом вільної енергії.

Процес спікання умовно можна розділити на три стадії.

На першій стадії рушійною силою є надлишок вільної поверхневої енергії дрібнодисперсних частинок, що прагне за рахунок виникає тиску стиснути заготовку і зменшити її вільну поверхню. Частинки ковзають по межах зерен, що призводить до ущільнення заготовки і її усадки.

Навторой стадії відбувається Припекание частинок в місцях контактів, створених на першій стадії. При випалюванні контакти між частинками розширюються, а форма і розміри пір безперервно змінюються. Кінетика цього процесу визначається швидкістю в'язкої течії середовища, в якій розташовані пори. На цій стадії в'язка течія середовища визначається механізмом поверхневої дифузії атомів по поверхнях спікливих частинок до області контактного перешийка.

На третій стадії в спікається тілі залишаються лише замкнуті ізольовані пори і подальше ущільнення можливо тільки за рахунок зменшення їх числа і обсягу (процес заліковування). Кінцева стадія спікання є найбільш тривалою.

процес піролізузнаходить застосування при переробці відходів деревини, пластмас, гумових виробів, ТПВ і шламів нафтопереробки і являє собою процес розкладання відходів деревини, іншої рослинної сировини при їх нагріванні до температури 450-1050 ° С без доступу повітря. При цьому утворюються газоподібні і рідкі продукти, а також твердий вугіллі

родний залишок ( деревне вугілляпри переробці деревини, технічний вуглець при утилізації покришок).

Залежно від температури нагріву піролізні установки діляться на низькотемпературні (450-500 ° С), що характеризуються мінімальним виходом газу, максимальною кількістю смол, масел і твердих залишків; середньотемпературні (до 800 ° С) з підвищеним виходом піролізного газу і зменшеним виходом смол і масел; високотемпературні (понад 800 ° С) з максимальним виходом газів і мінімальним - смолообразних продуктів.

Висока температура інтенсифікує утилізацію відходів. Швидкість реакцій з підвищенням температури зростає по експоненті, а теплові втрати збільшуються лінійно. При цьому відбувається більш повний вихід летючих продуктів і скорочується обсяг утворюється твердого залишку. При піролізі небажаний діапазон температур 1050-1400 ° С, оскільки призводить до утворення шлаків, особливо в ТПВ.

Процес піролізу проводять в печах періодичної або безперервної дії різних конструкцій (камерних, тунельних, шахтних, з рухомими шарами) з зовнішнім і внутрішнім обігрівом. На початковому етапі при підвищенні температури протікають ендотермічні процеси. При нагріванні деревини або інших рослинних відходів до 150 ° С видаляється волога, а при температурах 170-270 ° С утворюються гази СО і С0 2 і невеликі кількості метилового спирту і оцтової кислоти. При 270-280 ° С починаються екзотермічні перетворення. Вихід газів, що таких, як СО і С0 2, зменшується і одночасно збільшується вихід інших газоподібних і пароподібні речовин (СН 4, С 2 Н 4, Н 2), а також метилового спирту і оцтової кислоти. На швидкість процесу впливають розмір шматків переробляються відходів, їх вологість і температура.

Вихідні з печі гази охолоджують і виділяють з них цінні компоненти. Добутий деревне вугілля використовують у виробництвах активного вугілля, чорних порохів і в інших процесах.

Питання фінішної обробки загартованої сталі вирішується в сучасному виробництвів основному абразивної обробкою. До останнього часу це пояснювалося різним рівнем обладнання для шліфування та лезвийной обробки. Токарні верстати не могли гарантувати ту ж точність, що досягалася на шліфувальних верстатах. Але зараз сучасні верстати з ЧПУ мають достатню точність переміщень і жорсткість, тому частка токарної і фрезерної обробки твердих матеріалів постійно розширюється у багатьох галузях. Точіння загартованих заготовок стало застосовуватися в автомобільній промисловості з середини вісімдесятих років минулого століття, але сьогодні в цьому виді обробки починається нова ера.

термооброблені заготовки

Безліч сталевих деталей вимагає термообробки або поверхневого зміцнення для придбання додаткової зносостійкості і здатності витримувати значні навантаження. На жаль, висока твердість негативно відбивається на оброблюваності таких деталей. Деталі зубчастих передач і різні вали і осі - типові загартовані деталі, оброблювані гострінням, фрезерування в загартованому вигляді піддаються штампи і прес-форми. Термооброблені деталі - тіла кочення, як правило, вимагають чистової і фінішної обробки, яка прибирає похибки форми і забезпечує необхідну точність і якість поверхонь. Що стосується деталей штампів і прес-форм, то зараз є тенденція до їх обробці в загартованому стані вже на стадії чорнової обробки. Це призводить до значного скорочення часу виготовлення штампа.

Обробка твердих матеріалів

Обробка деталей після термообробки - питання, що вимагає гнучкого підходу. Діапазон рішень залежить від типу інструментального матеріалу, обраного для обробки. Для інструменту здатність обробляти тверді матеріали означає - високу термостійкість, високу хімічну інертність, стійкість до абразивного зносу. Такі вимоги до інструментального матеріалу визначаються самим процесом обробки. При різанні твердих матеріалів на ріжучу кромку виявляється високий тиск, Що супроводжується виділенням великої кількості тепла. Великі температури допомагають процесу, приводячи до знеміцнення стружки, тим самим, знижуючи сили різання, але негативно впливають на інструмент. Тому далеко не всі інструментальні матеріали підходять для обробки термооброблених деталей.

Тверді сплави використовуються для обробки матеріалів твердістю до 40HRc. Для цього рекомендуються дрібнозернисті тверді сплави з гострою ріжучої крайкою, добре чинять опір абразивного зносу і володіють високою термостійкістю і стійкістю до пластичної деформації. Такі властивості мають тверді сплави без покриттів, наприклад H13A виробництва фірми Sandvik Coromant. Але також можна успішно використовувати сплави зі зносостійкими покриттями для чистової обробки і областю застосування P05 і К05, наприклад GC4015, GC3005.

Найнезручніше для обробки різанням заготівля - це заготовка з твердістю 40 ... 50HRc. Тверді сплави при роботі в цьому діапазоні вже не влаштовують по своїй термостійкості. У той же час, КНБ і кераміка швидко зношується, тому що через недостатню твердості оброблюваного матеріалу на передній поверхні інструменту утворюється наріст, що викликає відколи ріжучої кромки при його зриві. Тому проблема вибору інструментального матеріалу для роботи в цьому діапазоні твердості вирішується на основі економічних міркувань. Залежно від серійності виробництва доводиться або миритися з низькою продуктивністю і розмірної точністю при роботі твердим сплавом, або більш продуктивно працювати керамікою і КНБ, але з ризиком поломки пластини.

При більш високій твердості 50-70HRс вибір однозначно схиляється в бік обробки з використанням інструменту з ріжучої частиною з кераміки або кубічного нітриду бору. Кераміка дозволяє виробляти навіть переривчасту обробку, але забезпечує трохи більшу шорсткість поверхні, ніж КНБ. При обробці КНБ може бути досягнута шорсткість до 0,3Ra, в той час як кераміка створює поверхню шорсткістю 0,6Ra. Це пояснюється різними моделями зносу інструментального матеріалу: КНБ має в нормальних умовах рівномірний знос по задній поверхні, а на кераміці утворюються мікровикрашіванія. Таким чином, КНБ зберігає лінію ріжучої кромки безперервної, що дозволяє отримувати кращі значенняшорсткості обробленої поверхні. Режими різання при обробці загартованих матеріалів варіюється в досить широких межах. Це залежить від матеріалу заготовки, умов обробки і необхідної якості поверхні. При обробці заготовки з твердістю 60HRc новими марками кубічного нітриду бору СВ7020 або СВ7050 швидкість різання може досягати 200 м / хв. СВ7020 рекомендується для фінішної обробки з безперервним різанням, а СВ7050 для чистової обробки термооброблених матеріалів в несприятливих умовах, тобто з ударами. Пластини із зазначених марок випускаються з тонким покриттям із нітриду титану. На думку фірми Sandvik Coromant дана міра дозволяє значно простіше контролювати знос пластин. Фірмою також випускаються пластини з аналогічних марок кубічного нітриду бору CB20 і CB50, але без покриття.

Для обробки загартованих сталей зазвичай використовуються різні сорти кераміки. Фірма Sandvik Coromant в даний час випускає всі види кераміки і активно веде розробки нових марок. Оксидна кераміка СС 620 випускається на основі оксиду алюмінію з невеликими добавками оксиду цирконію для підвищення міцності. Вона має найвищу зносостійкість, однак може використовуватися тільки хороших умовах через невисоку міцності і теплопровідності. Більш універсальна змішана кераміка СС650 на основі оксиду алюмінію з добавками карбіду кремнію. Вона володіє більш високою міцністю і хорошою теплопровідністю, що дозволяє використовувати її навіть при переривчастою обробці. Найбільшою міцністю володіє так звана віскерізованная кераміка СС670. До складу якої, також входить карбід кремнію, але у вигляді довгих кристалічних волокон, які пронизують основний матеріал. Основна область застосування цієї марки кераміки - обробка жароміцних сплавів на нікелевій основі, але внаслідок високої міцності вона застосовується і для обробки загартованої сталі в несприятливих умовах. Режими різання при використанні пластин з кераміки також як і в випадку в кубічним нітридом бору варіюються в широких межах. Це пояснюється більшою мірою не відмінностями у властивостях інструментального матеріалу, а різноманітністю умов обробки, коли досягається достатній нагрів в зоні різання і відповідно зниження зусиль і зносу. Зазвичай оптимальна швидкість різання лежить в діапазоні 50-200 м / хв. Причому не обов'язково зниження швидкості різання приводить до підвищення стійкості, як у випадку з твердим сплавом.

Нові можливості

Продуктивність при обробці загартованих матеріалів до цього моменту досягалася за рахунок зміни конструкції інструменту і удосконалення обладнання. Зараз, нові інструментальні матеріали дозволяють працювати з високими швидкостями, а геометрія ріжучої частини досягати високих значень робочих подач. Крім того, можливість обробки деталей за один установ при токарній або фрезерної обробки дає значне зниження допоміжного часу.

Величина подачі залежить від геометрії вершини ріжучого інструменту. Для інструментів з вершиною оформленої по радіусу, подача виявляється жорстко пов'язаної з вимогою забезпечення заданої якості поверхні. Звичайне значення подачі 0,05 ... 0,2 мм / об. Але зараз на ринку з'явилися пластини, іменовані Wiper, які дозволяють збільшити її. При обробці такими пластинами значення подачі на практиці може бути збільшено вдвічі, причому якість поверхні не постраждає. Ефект Wiper виникає за рахунок модифікації вершини пластини і створення спеціальної зачистной ріжучої кромки великого радіусу, яка є продовженням основного радіуса заокруглення. Зачистная ріжучакромка забезпечує при роботі пластини мінімальний допоміжний кут в плані, що дозволяє збільшувати робочу подачу без втрати якості обробленої поверхні. При збільшенні подачі вдвічі скорочується і шлях різання, а відповідно і знос пластини. Революційність цього рішення в тому, що підвищення продуктивності досягається одночасно зі збільшенням ресурсу інструменту.

Пластини Wiper були вперше запропоновані фірмою Sandvik Coromant і зараз знаходять все більшого поширення. Так, для пластин з КНБ і кераміки вже існує два варіанти геометрії Wiper. Геометрія WH - основна геометрія дозволяє досягти максимальної продуктивності. Додаткова геометрія WG створює низькі зусилля різання і застосовується для високошвидкісної обробки при високих вимогах до якості обробленої поверхні.

Пластини Wiper з КНБ і кераміки виводять чистову і фінішну обробку загартованих матеріалів на нові рівні продуктивності.

Основні переваги обробки загартованих матеріалів гострінням:

висока продуктивність за рахунок високих швидкостейрізання і зниження допоміжного часу;
висока гнучкість застосування;
процес простіше, ніж шліфування;
немає пріжогов;
мінімальні викривлення заготовки;
додаткове підвищення продуктивності за рахунок високих значень подачі при використанні пластин Wiper;
можливість уніфікації обладнання для повної обробки деталі;
безпечний і екологічно чистий процес обробки.

Інструментальними є матеріали, основне призначення яких - оснащення робочої частини інструментів. До них відносяться інструментальні вуглецеві, леговані і швидкорізальні стали, тверді сплави, мінералокераміка, надтверді матеріали.

Основні властивості інструментальних матеріалів

інструментальний матеріал

Теплостійкість 0 С

Межа міцності при вигині, МПа

Мікротвер-дость, НV

Коефіцієнт тепло-провідності, Вт / (МЧК)

Вуглецева сталь

Легована сталь

Швидкорізальна сталь

твердий сплав

мінералокераміка

кубічний нітрид

8.1. Інструментальні стали.

За хімічним складом, ступеня легування інструментальні стали поділяються на інструментальні вуглецеві, інструментальні леговані і швидкорізальні стали. Фізико-механічні властивості цих сталей при нормальній температурі досить близькі, розрізняються вони теплостійкість і прокаливаемостью при загартуванню.

В інструментальних легованих сталях масовий вміст легуючих елементів недостатньо, щоб зв'язати весь вуглець в карбіди, тому теплостійкість сталей цієї групи лише на 50-100 0 С перевищує теплостійкість інструментальних вуглецевих сталей. У швидкорізальних сталях прагнуть зв'язати весь вуглець в карбіди легуючих елементів, виключивши при цьому можливість утворення карбідів заліза. За рахунок цього разупрочнение швидкорізальних сталей відбувається при більш високих температурах.

Інструментальні вуглецеві (ГОСТ 1435-74) і леговані (ГОСТ 5950-73) стали. Основні фізико-механічні властивості інструментальних вуглецевих і легованих сталей наведені в таблицях. Інструментальні вуглецеві сталі позначаються літерою У, за якою слідує цифра, яка характеризує масовий вміст вуглецю в стали в десятих частках відсотка. Так, в стали марки У10 масовий вміст вуглецю становить один відсоток. Буква А в позначенні відповідає високоякісним сталей зі зниженим масовим вмістом домішок.

Хімічний склад вуглецевих інструментальних сталей

Марка сталі

фосфору - 0,035%, хрому - 0,2%

нікелю - 0,25%, міді - 0,25%

Фосфору - 0,03%, хрому - 0,15%

міді - 0,2%

В інструментальних легованих сталях перша цифра, характеризує масовий вміст вуглецю в десятих частках відсотка (якщо цифра відсутня, то вміст вуглецю в ній до одного відсотка). Букви в позначенні вказують на зміст відповідних легуючих елементів: Г - марганець, Х - хром, С - кремній, В - вольфрам, Ф - ванадій, а цифри позначають зміст елемента у відсотках. Інструментальні леговані стали глибокої прокаливаемости марок 9ХС, ХВСГ, Х, 11Х, ХВГ відрізняються малими деформаціями при термічній обробці.

Хімічний склад малолегованих інструментальних сталей

Марка сталі

е 0,4

е 0,3

е 0,35

е 0,3

Примітки:

Хімічний склад малолегованої стали В1 встановлений так, щоб зберегти переваги вуглецевих сталей, поліпшивши закаливаемость і знизивши чутливість до перегріву
Стали типу ХВ5 мають підвищену твердість (HRC до 70) через великий вміст вуглецю і зниженого вмісту марганцю
Хромисті стали типу Х відносяться до сталей підвищеної прокаливаемости
Стали, леговані марганцем типу 9ХС, відносяться до стійких проти зниження твердості при відпустці

Ці матеріали мають обмежені сфери застосування: вуглецеві йдуть, в основному, для виготовлення слюсарних інструментів, а леговані - для різьбоутворюючі, деревообробних і довгомірних інструментів (ХВГ) - протяжок, розгорток і т.д.

8.2. Швидкорізальної сталі (ГОСТ 19265-73)

Хімічний склад і характеристики міцності основних марок цих сталей наведені в таблицях. Швидкорізальної сталі позначаються буквами, відповідними карбидообразующих і легирующим елементів: Р - вольфрам, М - молібден, Ф - ванадій, А - азот, К - кобальт, Т - титан, Ц - цирконій). За буквою слід цифра, що позначає середнє масовий вміст елемента у відсотках (вміст хрому близько 4 відсотків у позначенні марок не вказується).

Цифра, що стоїть на початку позначення стали, вказує вміст вуглецю в десятих частках відсотка (наприклад, сталь 11Р3АМ3Ф2 містить близько 1,1% С; 3% W; 3% Мо і 2% V). Ріжучі властивості швидкорізальних сталей визначаються обсягом основних карбидообразующих елементів: вольфраму, молібдену, ванадію і легуючих елементів-кобальту, азоту. Ванадій в зв'язку з малим масовим вмістом (до 3%) зазвичай не враховується, і ріжучі властивості сталей визначаються, як правило, вольфрамовим еквівалентом, рівним (W + 2Mo)%. У прейскурантах на швидкорізальні стали виділяють три групи сталей: стали 1-ї групи з вольфрамовим еквівалентом до 16% без кобальту, стали 2-ї групи - до 18% і вмістом кобальту близько 5%, 2ста 0лі 3-ї групи - до 20% і змістом кобальту 5-10%. Відповідно, розрізняються і ріжучі властивості цих груп сталей.

Хімічний склад швидкорізальних сталей

Марка сталі

е 0,5

Хімічний склад литих швидкорізальних сталей

Марка сталі

Крім стандартних, застосовуються і спеціальні леговані сталі, що містять, наприклад, карбонітриди титану. Однак висока твердість заготовок цих сталей, складність механічної обробки не сприяють широкому поширенню. При обробці важкооброблюваних матеріалів знаходять застосування порошкові швидкорізальні стали Р6М5-П і Р6М5К5-П. Високі ріжучі властивості цих сталей визначаються особливою дрібнозернистою структурою, що сприяє підвищенню міцності, зменшення радіуса заокруглення різальної крайки, поліпшеною оброблюваності різанням і особливо шліфуванням. У теперішній час проходять промислові випробування безвольфрамовиє швидкорізальні стали з підвищеним вмістом різних легуючих елементів, в тому числі алюмінію, малібдена, нікелю та інших

Один з істотних недоліків швидкорізальних сталей пов'язаний з карбідної неоднорідністю, тобто з нерівномірним розподілом карбідів по перетину заготовки, що призводить, в свою чергу, до нерівномірного твердості ріжучого леза інструменту і його зносу. Цей недолік відсутній у порошкових і мартенситно-старіючих (з вмістом вуглецю менш 0,03%) швидкорізальних сталей.

Марка сталі	Зразкове призначення та технологічні особливості
	Може використовуватися для всіх видів різального інструменту при обробці звичайних конструкційних матеріалів. Володіє високою технологічністю.
	Приблизно для тих же цілей, що і сталь Р18. Гірше шліфується.
	Для інструментів простої форми, які не потребують великого обсягу шліфувальних операцій; застосовується для обробки звичайних конструкційних матеріалів; володіє підвищеною пластичністю і може використовуватися для виготовлення інструментів методами пластичної деформації; шліфуємость знижена.
	Для всіх видів ріжучих інструментів. Можливо використовувати для інструментів, що працюють з ударними навантаженнями; вужче, ніж у сталі Р18 інтервал гартівних температур, підвищена схильність до зневуглецювання.
	Чистові і напівчистове інструменти / фасонні різці, розгортки, протяжки і ін. / При обробці конструкційних сталей.
	Те ж, що і сталь Р6М5, але в порівнянні зі сталлю Р6М має дещо більшою твердістю і меншою міцністю.
	Використовуються для виготовлення інструментів простої форми, які не потребують великого обсягу шліфувальних операцій рекомендується для обробки матеріалів з підвищеними абразивними властивостями / склопластики, пластмаси, ебоніт тощо / Для чистових інструментів, що працюють з середніми швидкостями різання і малими перетинами зрізу; шліфуємость знижена.
	Для чистових і получістових інструментів, що працюють з середніми швидкостями різання; для матеріалів з підвищеними абразивними властивостями; рекомендується замість сталей Р6Ф5 і Р14Ф4, як сталь кращої шліфована при приблизно однакових ріжучих властивостях.
Р9М4К8, Р6М5К5	Для обробки високоміцних нержавіючих, жароміцних сталей і сплавів в умовах підвищеного розігріву ріжучої кромки; шліфуємость дещо знижена.
Р10К5Ф5, Р12К5Ф5	Для обробки високоміцних і твердих сталей і сплавів; матеріалів володіють підвищеними абразивними властивостями; шліфуємость низька.
	Для обробки сталей і сплавів підвищеної твердості; чистове і напівчистова обробка без вібрацій; шліфуємость знижена.
	Для інструментів простої форми при обробці вуглецевих і легованих сталей з міцністю не більше 800 МПа.
Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП (порошкові-ші)	Для тих же цілей, що і стали Р6М5К5 і Р9М4К8; мають кращу шлифуемостью, менш деформуються при термообробці, мають більшу міцність, показують більш стабільні експлуатаційні властивості.

8.3. Тверді сплави (ГОСТ 3882-74)

Тверді сплави містять суміш зерен карбідів, нітридів, карбонитридов тугоплавких металів в сполучних матеріалах. Стандартні марки твердих сплавів виконані на основі карбідів вольфраму, титану, танталу. В якості зв'язки використовується кобальт. Склад і основні властивості деяких марок твердих сплавів для ріжучих інструментів наведені в таблиці.

Фізико-механічні властивості одно-, дво- і трехкарбідних твердих сплавів

Склад фізико-механічні властивості безвольфрамових твердих сплавів

Залежно від складу карбідної фази і зв'язки позначення твердих сплавів включає букви, що характеризують карбидообразующие елементи (В - вольфрам, Т - титан, друга буква Т - тантал) і зв'язку (буква К кобальт). Масова частка карбидообразующих елементів в однокарбідних сплавах, що містять тільки карбід вольфраму, визначається різницею між 100% і масовою часткою зв'язки (цифра віслюку літери К), наприклад, сплав ВК4 містить 4% кобальту і 96% WC. Вдвухкарбідних WC + TiC сплавах цифра після букви карбидообразующих елемента визначається масова частка карбідів цього елемента, наступна цифра - масова частка зв'язки, решта - масова частка карбіду вольфраму (наприклад, сплав Т5К10 містить 5% TiC, 10% Co і 85% WC).

У трехкарбідних сплавах цифра після букв ТТ означає масову частку карбідів титану і танталу. Цифра за буквою К - масова частка зв'язки, інше-масова частка карбіду вольфраму (наприклад, сплав ТТ8К6 містить 6% кобальту, 8% карбідів титану і танталу і 86% карбіду вольфраму).

У металообробці стандартом ISOвиділені три групи вживаності твердосплавного ріжучого інструменту: група Р - для обробки матеріалів, що дають зливну стружку; група К - стружку надлому і група М - для обробки різних матеріалів (універсальні тверді сплави). Кожна область поділяється на групи і підгрупи.

Тверді сплави, в основному, випускаються у вигляді різних за формою і точності виготовлення пластин: напайнимі (наклеюються) - по ГОСТ 25393-82 або змінних багатогранних - по ГОСТ 19043-80 - 19057-80 та іншим стандартам.

Багатогранні пластини випускаються як зі стандартних марок твердих сплавів, так і з цих же сплавів з одношаровими або багатошаровими надтвердими покриттями з TiC, TiN, оксиду алюмінію та інших хімічних сполук. Пластини з покриттями володіють підвищеною стійкістю. До позначення пластин зі стандартних марок твердих сплавів з покриттям нітриду титану додають - маркування букв КІБ (ТУ 2-035-806-80), а до позначення сплавів по ISO - букву С.

Випускаються також пластини і зі спеціальних сплавів (наприклад, по ТУ 48-19-308-80). Сплави цієї групи (групи "МС") мають більш високими ріжучими властивостями. Позначення сплаву складається з букв МС і тризначного (для пластин без покриттів) або чотиризначного (для пластин з покриттям карбідом титану) числа:

1-я цифра позначення відповідає області застосування сплаву по класифікації ISO (1 - обробка матеріалів, що дають зливну стружку; 3 - обробка матеріалів, що дають стружку надлому; 2 - область обробки, відповідна області М по ISO);

2-а і 3-я цифри характеризують підгрупу вживаності, а 4-я цифра - наявність покриття. Наприклад, МС111 (аналог стандартного Т15К6), МС1460 (аналог стандартного Т5К10) і т.д.

Крім готових пластин випускаються також заготовки відповідно до ОСТ 48-93-81; позначення заготовок той же, що і готових пластин, але з додаванням літери З.

Безвольфрамовиє тверді сплави широко застосовуються як матеріали, що не містять дефіцитних елементів. Безвольфрамовиє сплави поставляються у вигляді готових плит різної формиі розмірів, ступенів точності U і М, а також заготовок пластин. Області застосування цих сплавів аналогічні областям використання двухкарбідних твердих сплавів при ненаголошених навантаженнях.

	Застосовується для
	Чистового точіння з малим перетином зрізу, остаточного нарізування різьблення, розгортання отворів і інших аналогічних видів обробки сірого чавуну, кольорових металів і їх сплавів і неметалічних матеріалів (гуми, фібри, пластмаси, скла, склопластиків і т.д.). Різання листового скла
	Чистової обробки (точіння, розточування, нарізування різьблення, розгортання) твердих, легованих і вибілених чавунів, цементованих і загартованих сталей, а також високоабразивних неметалічних матеріалів.
	Чорнового точіння при нерівномірному перетині зрізу чорнового і чистового фрезерування, розсвердлювання і розточування нормальних і глибоких отворів, чорнового зенкерования при обробці чавуну, кольорових металів і сплавів, титану і його сплавів.
	Чистової і напівчистової обробки твердих, легованих і вибілених чавунів, загартованих сталей і деяких марок нержавіючих високоміцних і жароміцних сталей і сплавів, особливо сплавів на основі титану, вольфраму і молібдену (точіння, розточування, розгортання, нарізування різьблення, шабровки).
	Напівчистової обробки жароміцних сталей і сплавів, нержавіючих сталей аустенітного класу, спеціальних твердих чавунів, загартованого чавуну, твердої бронзи, сплавів легких металів, абразивних неметалічних матеріалів, пластмас, паперу, скла. Обробки загартованих сталей, а також сирих вуглецевих і легованих сталей при тонких перетинах зрізу на вельми малих швидкостях різання.
	Чистового і напівчистового точіння, розточування, фрезерування і свердління сірого і ковкого чавуну, а також вибіленого чавуну. Безперервного точіння з невеликими перетинами зрізу сталевого литва, високоміцних, неіржавіючих сталей, в тому числі і загартованих. Обробки сплавів кольорових металів і деяких марок титанових сплавів при різанні з малими і середніми перетинами зрізу.
	Чорнового і получернового точіння, попереднього нарізування різьблення токарськими різцями, напівчистового фрезерування суцільних поверхонь, розсвердлювання і розточування отворів, зенкерування сірого чавуну, кольорових металів і їх сплавів і неметалічних матеріалів.
	Чорнового течії при нерівномірному перетині зрізу і переривистому різанні, струганні, чорнового фрезерування, свердління, чорнового розсвердлювання, чорнового зенкерования сірого чавуну, кольорових металів і їх сплавів і неметалічних матеріалів. Обробки нержавіючих, високоміцних і жароміцних важкооброблюваних сталей і сплавів, в тому числі сплавів титану.
	Чернової і получерновой обробки твердих, легованих і вибілених чавунів, деяких марок нержавіючих, високоміцних і жароміцних сталей і сплавів, особливо сплавів на основі титану, вольфраму і молібдену. Виготовлення деяких видів монолітного інструменту.
	Свердління, зенкерування, розгортання, фрезерування і зубофрезерования стали, чавуну, деяких важкооброблюваних матеріалів і неметалів цільнотвердосплавні, малорозмірних інструментом. Ріжучого інструменту для обробки дерева. Чистового точіння з малим перетином зрізу (т па алмазної обробки); нарізування різьблення й розгортання отворів незагартована і загартованих вуглецевих сталей.
	Получернового точіння при безперервному різанні, чистового точіння при переривчастому різанні, нарізування різьблення токарськими різцями і обертовими головками, напівчистового і чистового фрезерування суцільних поверхонь, розсвердлювання і розточування попередньо оброблених отворів, чистового зенкерування, розгортання та інших аналогічних видів обробки вуглецевих і легованих сталей.
	Чорнового точіння при нерівномірному перетині зрізу і безперервному різанні, напівчистового і чистового точіння при переривчастому різанні; чорнового фрезерування суцільних поверхонь; розсвердлювання литих і кованих отворів, чорнового зенкерования та інших подібних видів обробки вуглецевих і легованих сталей.
	Чорнового точіння при нерівномірному перетині зрізу і переривистому різанні, фасонного точіння, відрізки токарськими різцями; чистового стругання; чорнового фрезерування переривчасті поверхонь і інших видів обробки вуглецевих і легованих сталей, переважно у вигляді поковок, штамповок і виливків по шкірці і окалині.
	Важкого чорнового точіння сталевих поковок, штамповок і виливків по шкірці з раковинами при наявності піску, шлаку і різних неметалічних включення, при нерівномірному перетині зрізу і наявності ударів. Всіх видів стругання вуглецевих і легованих сталей.
	Важкого чорнового точіння сталевих поковок, штамповок і виливків по шкірці з раковинами при наявності піску, шлаку і різних неметалічних включень при рівномірному перетині зрізу і наявності ударів. Всіх видів стругання вуглецевих і легованих сталей. Важкого чорнового фрезерування і вуглецевих і легованих сталей.
	Чернової і напівчистової обробки деяких марок важкооброблюваних матеріалів, нержавіючих сталей аустенітного класу, маломагнітних сталей і жароміцних сталей і сплавів, в тому числі титанових.
	Фрезерування стали, особливо фрезерування глибоких пазів і інших видів обробки, що пред'являють підвищені вимоги до опору сплаву тепловими механічним циклічним навантаженням.

8.4. Мінералокераміка (ГОСТ 26630-75) і надтверді матеріали

Мінералокераміческіе інструментальні матеріали мають високу твердість, тепло- і зносостійкість. Їх основою є глинозем (оксид кремнію) - оксидна кераміка або суміш оксиду кремнію з карбідами, нитридами і іншими сполуками (кермети). Основні характеристики і області застосування різних марок мінералокераміки наведені в таблиці. Форми і розміри змінних багатогранних керамічних пластин визначені стандартом ГОСТ 25003-81 *.

Крім традиційних марок оксидной кераміки і керметів широко застосовуються оксидно-нітрідная кераміка (наприклад, кераміка марки "Кортіна" (суміш корунду або оксиду алюмінію з нітридом титану) і нітридних-кремнієва кераміка- "Василина-Р".

Фізико-механічні властивості інструментальної кераміки

опрацьований матеріал	твердість	Марка кераміки
чавун сірий		ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332
чавун ковкий		ВШ-75, ВО-13
чавун вибілений		ВОК-60, ОНТ-20, В-3
Сталь конструкційна вуглецева		ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332
Сталь конструкційна легована		ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332
сталь поліпшена		ВШ-75, ВО-13, ВОК-60 Сілін-Р
Сталь цементуемие загартована		ВОК-60, ОНТ-20, В-3
Сталь цементуемие загартована		ВОК-60, В-3, ОНТ-20
мідні сплави
нікелеві сплави		Василина-Р, ОНТ-20

Синтетичні надтверді матеріали виготовляються або на основі кубічного нітриду бору - КНБ, або на основі алмазів.

Матеріали групи КНБ мають високу твердість, зносостійкість, низьким коефіцієнтом тертя і інертністю до заліза. Основні характеристики і ефективні галузі використання наведені в таблиці.

Фізико-механічні властивості СТМ на основі КНБ

Останнім часом до цієї групи належать і матеріали, що містять композицію Si-Al-O-N ( торгова марка"Сіалон"), в основі яких нітрид кремнію Si3N4.

Синтетичні матеріали поставляються у вигляді заготовок або готових змінних пластин.

На основі синтетичних алмазів відомі такі марки, як АСБ - алмаз синтетичний "баллас", АСПК - алмаз синтетичний "Карбонад" та інші. Переваги цих матеріалів - висока хімічна і корозійна стійкість, мінімальні радіуси заокруглення лез і коефіцієнт тертя з оброблюваним матеріалом. Однак, алмази мають суттєві недоліки: низька міцність на вигин (210-480 МПа); хімічна активність до деяких жирів містяться в охолоджуючої рідини; розчинення в залозі при температурах 750-800 С, що практично виключає можливість їх використання для обробки сталей і чавуну. В основному, полікристалічні штучні алмази застосовуються для обробки алюмінію, міді й сплавів на їх основі.

Призначення СТМ на основі кубічного нітриду бору

Марка матеріалу	Галузь застосування
Композит 01 (Ельбор Р)	Тонке і чистове точіння без удару і торцеве фрезерування загартованих сталей і чавунів будь твердості, твердих сплавів (Co => 15%)
Композит 03 (Ісміт)	Чистова і напівчистова обробка загартованих сталей і чавунів будь твердості
композит 05	Попереднє і остаточне точіння без удару загартованих сталей (HRC е<= 55) и серого чугуна, торцовое фрезерование чугуна
композит 06	Чистове точіння загартованих сталей (HRC е<= 63)
Композит 10 (гексаном Р)	Попереднє і остаточне точіння з ударом і без удару, торцеве фрезерування сталей і чавунів будь твердості, твердих сплавів (Co => 15%), переривчасте точіння, обробка наплавлених деталей.
	Чорнове, получерновое і чистове точіння і фрезерування чавунів будь твердості, точіння та розточування сталей і сплавів на основі міді, різання по ливарної кірки
композит 10Д
	Попереднє і остаточне точіння, в тому числі з ударом, загартованих сталей і чавунів будь твердості, зносостійких плазмових наплавлень, торцеве фрезерування загартованих сталей і чавунів.

Однією з найбільш ефективних способів різання і обробки твердих матеріалів є гідроабразивна різання. З її використанням можна різати такі тверді матеріали як мармур і граніт, метал, бетон і скло. Даний вид різання широко застосовується в будівництві при обробці композитних і керамічних матеріалів, сендвіч-конструкцій.

Метод гідроабразивного різання полягає в вузьконаправленої струмені води під великим тиском, що б'є на високій швидкості по матеріалу. Спочатку використовувалася тільки вода, і метод називався водоструминної різкою. Вона застосовувалася для обробки не дуже твердих матеріалів, яким була потрібна більш делікатне вплив, ніж при інших видах різання. Це було оптичне волокно і кабелі, ламіновані матеріали, що не терплять високих температур і виникнення пожежонебезпечної ситуації.

Пізніше в воду почали додавати абразив, який значно посилив ріжучу силу водяного струменя. Як абразив використовуються дрібнодисперсний гранатовий пісок. З використанням абразивних частинок стало можливим нарізати набагато більш тверді матеріали, такі як гірські породи і метали.

У зв'язку з цим гідроабразивна різання широко використовується в різних сферах промисловості, в будівництві і при виготовленні пам'ятників. Найчастіше для виготовлення пам'ятників використовується граніт, і ціни на пам'ятники в Москві дозволяють зробити вибір на будь-який гаманець. Однак не всі замислюються про те, що при замовленні пам'ятника має значення не тільки вартість матеріалу та роботи, а й спосіб обробки.

Гідроабразивну різання можна назвати дуже делікатної в тому сенсі, що немає інтенсивного впливу на матеріал, а значить, його міцність не знижується. На замовлення пам'ятників ціни складаються виходячи в тому числі з способу різання і обробки каменю. Згинання дозволяє уникнути тріщин і відколів, а також мінімізує втрату каменю при обробці. Це лише одна з переваг гідроабразивного різання.

Згинання: переваги та особливості

1. Відсутність сильного нагріву матеріалу

Цей параметр критичний як для металу, так і для природного та штучного каменю, плитки. При різанні водяним струменем з абразивом температура зберігається в діапазоні 60-90ºС. Таким чином, матеріал не піддається впливу високих температур, як при інших видах різання, що збільшує його термін експлуатації.

2. Універсальність застосування

За допомогою гідроабразивного "леза" можна однаково успішно розрізати як тверді, так і середньої твердості матеріали. Правда, в разі роботи з останніми абразив використовувати не потрібно.

3. Відмінна якість різу

Шорсткість кромки зрізу при використанні гідроабразивного різання - Ra 1,6. Використання цього способу допоможе отримати чіткий зріз без зайвого пилу і втрати матеріалу.

4. Пожежна безпека

Всі компоненти, що використовуються при різанні, пожежо- та вибухобезпечні в тому числі і за рахунок низької температури. При різанні не використовуються займисті речовини, що істотно знижує ризик при роботі.

5. Відсутність оплавлення матеріалу

Це властивість також випливає з температури при розрізі. При різанні матеріал не пригорає ні в прилеглих зонах, ні безпосередньо на зрізі, що особливо актуально при роботі з металами.

6. Багатопрофільне використання

Використовуючи гидроабразивную різання, можна розрізати як лист сталі товщиною 200 мм, так і безліч тонких листів, складених разом. Це дозволяє економити час і підвищує продуктивність.

До недоліків можна віднести дорожнечу витратних матеріалів (а саме піску) і обмежений ресурс ріжучої головки і деяких інших комплектуючих верстата. Верстат для гідроабразивного різання складається з насоса (кількох), в яких нагнітається вода під тиском до 4000 бар, сопла, камери змішувача і другого твердосплавного сопла.

Як відбувається гідроабразивна різання:

За допомогою насоса закачується вода під тиском до 4000 бар;