Классификация инструментальных материалов

РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Курс лекций

Инструментальные материалы.

Требования к инструментальным материалам.

3 группы требований к инструментальным материалам:

1) эксплуатационные,

2) технологические,

3) экономические требования.

Эксплуатационные требования вытекают из условий, в которых работает инструмент - высокие контактные давления близкие к пределу прочности конструкционных материалов и высокие температуры до 1000 град С.

Отсюда

1.Предел прочности

s_{в инстр.} >>s_{в стали}

2. Твердость материала

HRC_инстр >>HRC _ст

Прочность и твердость – противоположные свойства.

3. Теплостойкость (красностойкость). Свойство инструментального материала сохранять высокую твердость при повышении температуры.

Для углеродистых инструментальных сталей – 200 ⁰C.

Для быстрорежущих - 600..620 ⁰С.

Для твердых сплавов - 800-950 ⁰C.

Технологические требования -

1-хорошая обрабатываемость, особенно шлифуемость;

2-хорошая закаливаемость;

3-способность к пластическому деформированию.

Экономические требования - дешевый материал.

Классификация инструментальных материалов

I. Углеродистые инструментальные стали

Это стали с высоким содержанием углерода ( 0,7…1,3%). Углеродистые стали обозначаются буквой У, за ней следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в в десятых долях %.

У7,У8,У10,У11,У12,У13

У7А,У8А,У10А,У11А,У12А,У13А.

Буква А в конце соответствует высококачественным сталям с пониженным содержанием примесей.

После закалки твердость этих сталей большая – 60…62 НRC, однако теплостойкость низкая. В результате распада мартенсита твердость углеродистых сталей падает при q=200 град С. Из таких сталей изготавливают простой слесарный инструмент, пилы, напильники, простой режущий инструмент, работающий при скоростях до 10 м/мин. Сложный инструмент не делают из-за коробления при термической обработке.

II. Легированные инструментальные стали

В состав легированных инструментальных сталей кроме углерода входят такие легирующие элементы как хром, вольфрам, ванадий, марганец, кремний.

Х, ХВГ, ХВСГ, 9ХС, ХВ5,Х12Ф1

Дополнительное легирование в сочетании с достаточно высоким содержанием углерода позволило поднять теплостойкость на 50 град С. Однако это привело к незначительному увеличению максимальной V_рез – до 20 м/мин.

Основное преимущество легированных инструментальных сталей- малые деформации при термической обработке, что приводит к уменьшению коробления и образования трещин. Легированные стали рекомендуются для инструментов сложной формы, работающих с малыми скоростями резания – плашки, развертки, резьбонакатной инструмент, ножовочные полотна.

Инструментальные легированные стали обозначаются цифрой, характеризующей массовое содержание углерода в десятых долях % (если цифра отсутствует, содержание углерода 1%). За цифрой следуют буквы, соответствующие легирующим элементам (Г-марганец, Х- хром, С- кремнии, В- вольфрам, Ф- ванадий), и цифры, обозначающие содержание легирующих элементов в %.

III. Быстрорежущие стали

Созданы в начале прошлого века. Помимо большого процента углерода ( от 0,8% до 1%) содержат значительные добавки вольфрама, молибдена, ванадия. При этом основной компонент – вольфрам (до 18%). Главной причиной повышения режущих свойств сталей является не химсостав, а режим обработки – закалка до высоких температур нагрева 1200^оС и многократный (обычно 3-х кратный ) отпуск. При отпуске из структуры мартенсита и аустенита выделяются износостойкие карбиды легирующих элементов WC, MoC, VC, обеспечивающие повышение теплостойкости. Теплостойкость – 600 ^оС.

В настоящее время принято делить БИС на 2 группы - стали нормальной производительности (СНП) и стали повышенной производительности (СПП).

СНП

Р18, Р12, Р9, Р6М5

В настоящее время используют молибденовые БИС – Р6М5. Молибденовые БИС были созданы с целью снизить стоимость инструментального материала за счет замены части W молибденом. 1% Мо эквивалентен 1,5% W. В результате добавления Мо теплостойкость практически не изменяется, а положительные свойства появляются за счет повышения ударной прочности. Прочность повышается в результате более равномерного распределения карбидов по сечению. По стоимости Мо стали примерно в 1,5…2 раза ниже чем основная марка Р18.

СПП

Кобальтовые : Р9К5, Р6М5К5
Ванадиевые : Р12Ф3, Р6М5Ф3, Р10К5Ф5.

Кобальт как и ванадий повышает теплостойкость и твердость.

Теплостойкость составляет 660 – 680 ^оС.

Твердость 63 – 65 HRC.

Стоимость в 2 раза выше СНП. Недостаток – повышение хрупкости.

IV. Металлокерамические твердые сплавы

К металлокерамике относятся сплавы карбидов тугоплавких металлов. В качестве цементирующей связки используется кобальт или никель-молибденовый сплав.

Технология получения металлокерамики:

Предварительно получают порошок карбидов, порошок связки. Дисперсность порошка составляет величины порядка 1 или нескольких мкм. Порошки в нужной пропорции смешиваются. В состав добавляется пластификатор (спиртовой раствор каучука) и из этого состава прессуются изделия требуемой формы. Полученное изделие подвергается спеканию в вакууме или в среде водорода. Температура спекания равна температуре плавления связки кобальта.

Основным карбидом твердых сплавов является карбид вольфрама.

Все вольфрамосодержащие твердые сплавы делятся на 3 группы:

1. Однокарбидные (вольфрамовые)

2. Двухкарбидные (титановольфрамовые)

3. Трехкарбидные (титанотанталовольфрамовые).

1. Однокарбидные твердые сплавы.

ВК6В

ВК2, ВК3, ВК3М, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15

Чистовая обр. ВК6М. Черновая обр

ВК6ОМ

прочность

твердость и износостойкость

ВК2 В - крупное зерно (4-5 мкм)

98% WC 2% Co М – мелкое зерно (1-2 мкм)

ОМ – особо мелкое зерно (<1мкм)

ВК6 – среднее зерно ( 2-4 мкм)

Чем больше связки, тем меньше твердость, но выше прочность. Чем больше карбидов, тем больше износостойкость инструмента.

Достоинства этой группы – высокая прочность, хорошая теплопроводность.

Недостатки – склонность к схватыванию с металлами группы железа при повышенных температурах. Поэтому на высоких скоростях резания наблюдается повышенный износ при обработке сталей.

Область использования – обработка чугунов, цветных металлов, хрупких материалов, образующих сыпучую стружку. Вследствие повышенной прочности они же используются для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей.

Все сплавы однокарбидной группы условно делятся на – сплавы для чистовой и отделочной обработки, получистовой, обдирочной обработки.

Чем мельче зерно карбидов, тем сплав более износоустойчив.

Чем крупнее зерна карбидов, тем больше прочность на изгиб.

2. Двухкарбидные твердые сплавы.

Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12

Чист. Чернов.

Твердость и износоустойчивость

Прочность

Т30 К4

30 %TiC 4%Co

66%WC

По сравнению с однокарбидными эти сплавы более тверды и теплостойки, но их хрупкость выше, что делает их мало эффективными при обработке чугунов, нержавеющих и жаропрочных сталей. Они значительно лучше противостоят износу при обработке углеродистых и легированных сталей, дающих сливную стружку.

3. Трехкарбидные твердые сплавы

ТТ7К12, ТТ20К10

Состав: после ТТ указывается % суммарного содержания карбидов титана и тантала, % кобальта после К. Остальное карбид вольфрама.

Введение в состав карбидов тантала приводит к появлению еще более сложных карбидов. Износоустойчивость повышается.

Применения сплавов – универсальное. Они применяются для обработки чугунов и сталей. Из-за наличия в этих сплавах редких металлов они дорогие и используются в наиболее ответственных случаях, там, где обычные марки работают плохо.

Безвольфрамовые твердые сплавы.

Созданы с целью экономии вольфрама. В них в качестве карбидов применяют TiC, TiN, NbC, в качестве связки используют не кобальт, а тугоплавкий никель и молибден (Ni , Mo).

Основа	Обозначение сплавов
Карбид титана	ТН 20
Карбонитрид титана	КНТ 16
Карбиды титана и ниобия	ТМ 1, ТМ 3

В результате отсутствия WC удельный вес меньше, твердость высокая. Недостаток – меньшая прочность, высокая хрупкость. Из этого материала делают пластины для механического крепления на инструмент. Область использования – Чистовая обработка сталей и чугунов.

V. Минералокерамика

Основа этой группы – окись алюминия Al₂O₃ (технический глинозем, получаемый из боксита при производстве алюминия), являющийся дешевым и доступным материалом.

Работы шли с 1920-х годов. К началу войны у нас появилась оксидная керамика ЦМ332 – чистая минеральная керамика. Высокая твердость и теплостойкость позволяли работать со скоростями до 800 м/мин. Однако, прочность в 3 раза ниже, чем у твердых сплавов. Низкая механическая прочность затрудняла ее практическое применение. В дальнейшем был разработан новый вид керамики - оксидно-карбидная керамика, содержащая кроме неметаллических составляющих, таких как окись алюминия Al₂O₃ , окись кремния SiО, карбиды тугоплавких металлов – TiC, WC, MoC.

ВОК 60 - 40%TiC - обработка чугунов, 60% - Al₂O₃

ВОК 63

ВО12

ВО13 - обработка сталей.

Эту керамику еще называют «кермет», т.е. керамика- металл.

Прочность увеличилась, но повысилась и стоимость пластин. По сравнению с ТС твердость керметов меньше в 1,5…2раза. Рекомендуется для чистовой и получистовой обработки закаленных сталей и чугунов.

Изготовление керметов.

Технический глинозём, содержащий 98,5 – 99,5% Al₂O₃ , после прокаливания при температуре 1400 – 1600 ⁰С размалывают в порошок по мокрому способу в шаровых мельницах или в других размольных установках до требуемой зернистости 1 – 2 мкм.

Размельчённый материал тщательно промывают и высушивают. К хорошо высушенному мелкозернистому глинозёму примешивают добавки в зависимости от изготовляемого режущего материала. Металлы (при изготовлении материалов типа кермета) и карбиды металлов (при изготовлении оксидно-карбидной керамики) добавляют в глинозём в виде тонкого чистого порошка, размеры зёрен которого, как правило, меньше 2 мкм. Порошкообразные смеси тщательно перемешивают в шаровых или вибрационных мельницах, чтобы обеспечить равномерное распределение отдельных компонентов материала.

Режущие пластины формируют прессованием увлажнённого порошка или литьём пластифицированной массы под давлением. Чтобы облегчить процесс прессования и предотвратить возникновение пороков и дефектов в изделии, при прессовании смеси порошков из металлов и окислов металлов в массу добавляют целлюлозу, а при изготовлении оксидно-карбидной керамики – несколько процентов гликоля (двухатомного спирта). Спрессованные на гидравлических прессах давлением около 1000 кГс/см² или литые пластины сушат. Затем керметы спекают в газовоздушных печах и печах с молибденовыми элементами при температуре 1820 ⁰С. Для оксидно-карбидной керамики наиболее благоприятным является спекание в угольно-трубчатых печах при температуре 1880±20 ⁰С.

VI. СТМ

К СТМ относятся инструментальные материалы на базе алмаза и кубического нитрида бора.

Алмаз – самый твердый материал, который существует в природе. Он в 5 раз тверже ТС. До 50-х годов использовались только природные алмазы. Потом был изобретен синтетический алмаз ( в Америке). И природный и синтетический алмаз имеют существенный недостаток. Температура его окисления – 700…800^оС. Поэтому алмазный инструмент хорошо работает при обработке цветных сплавов, твердых и хрупких материалов, но плохо при обработке сталей, дающих сливную стружку.

Поиск материала, обладающего более высокой термостойкостью, привел к созданию нового материала на базе кубического нитрида бора с кристаллической решеткой близкой к решетке алмаза. Американцы его назвали «борозон». Американская технология предусматривала получение монокристаллов борозона. Наша отечественная технология была ориентирована на получение поликристаллов и эта технология оказалась перспективной.

Обозначение алмазных материалов.

А – природный алмаз.

АСО – алмаз синтетический обыкновенный.

АСТ – алмаз синтетический твердый.

АСП – алмаз синтетический повышенной прочности.

Материалы на основе нитрида бора обладают высокой красностойкостью до 1300…1400 ^оС и нейтральны по отношению к железу.

Распространению получили абразивные порошки «ЛБОР» (эльбор) или Ленинградский борозон, «Кубонит» - Украина.

Поликристаллические пластины выпускаются под названием «композиты»:

композит 01 (эльбор-Р),

композит 02

……………

композит 10 (гексанит).

Учитывая пониженную прочность СТМ эксплуатируют на s=0,1мм/об с t до 1мм.

Абразивный инструмент из СТМ.

Маркировка:

А Д × Н × d × S Λ - 125/100 ∙ 100 % Б1

1 2 3

1 - форма круга.

2 - размеры круга.

Д – диаметр круга, Н – толщина круга, d – диаметр посадочного отверстия, S – толщина алмазного слоя.

3 - спецификация.

Λ – условное обозначение абразивного материала (Λ – эльбор, А – алмаз).

125/100 – зернистость круга в мкм, max/min

За 100% принято 4,4 карата в 1 см².

Б1 – связка .

Круги из эльбора изготовляются на основе трёх связок: О – органическая, Б – бакелитовая, К – керамическая.

Круги на керамической связке имеют более высокую стойкость и применяются для чернового шлифования.

Алмазные круги имеют три типа связки: металлическую, керамическую и органическую.

Металлическую связку применяют для черновой обработки.

Выбор марки инструментального материала

Выбор марки инструментального материала зависит от условий его эксплуатации. При проектировании инструмента выбор материала производится по рекомендациям, представленным в виде таблиц решения. В этих таблицах отражается эффективность различных марок инструментального материала в зависимости от основных технологических, факторов: обрабатываемого материала, режимов резания, схемы резания, геометрии режущего клина, качества детали, требуемой надежности инструмента, типа производства.

Схемы резания

Для удаления припуска инструментами специального и полууниверсального назначения применяют следующие схемы:

- профильного или одинарного;

- группового;

- генераторного резания.

DS

DS

При профильной схеме движение подачи D_s перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Припуск снимается широкими и тонкими слоями вдоль всего профиля. Хорошее качество обработанной поверхности.

При групповой схеме припуск по ширине делится на отдельные участки. Припуск снимается сравнительно узкими и толстыми слоями не одним зубом, а группой зубьев. Сила резания на единицу площади срезаемого слоя меньше. Поскольку формирование поверхности осуществляется несколькими зубьями качество обработанной поверхности хуже, чем при профильной схеме. Применяют при обработке черновыми зубьями.

При генераторной схеме резания подача осуществляется параллельно обрабатываемой поверхности детали. Окончательная поверхность образуется последовательно всеми зубьями инструмента. Качество поверхности хуже ,чем при профильной схеме.

Применение схем группового и генераторного резания вызвано стремлением уменьшить ширину снимаемой стружки и увеличить ее толщину, поскольку из теории резания известно, что ширина стружки в большей степени влияет на усилия резания , чем толщина.

С целью компенсации ухудшающейся при этом шероховатости поверхности применяется дифференциальная схема резания, когда черновые зубья работают по групповой или генераторной схеме резания, а чистовые зубья – по профильной.

Приведенные схемы резания используют во многих видах режущих инструментов. Профильную, групповую и генераторную в протяжках. Групповую в метчиках, плашках, торцовых фрезах.

Применяют различные виды неразъемных соединений. Соединение рабочей части из быстрорежущей стали с хвостовиком из конструкционной стали производят сваркой встык. Режущие пластины из твердых сплавов к корпусу инструмента припаивают, приклеивают.

При разъемных соединениях режущую часть закрепляют механически. Конструктивное выполнение крепления отличается от вида инструмента и функционального назначения. В разъемных конструкциях режущую часть можно перемещать и снимать для регулирования, заточки, замены.

РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Курс лекций

Инструментальные материалы.

Требования к инструментальным материалам.

3 группы требований к инструментальным материалам:

1) эксплуатационные,

2) технологические,

3) экономические требования.

Эксплуатационные требования вытекают из условий, в которых работает инструмент - высокие контактные давления близкие к пределу прочности конструкционных материалов и высокие температуры до 1000 град С.

Отсюда

1.Предел прочности

s_{в инстр.} >>s_{в стали}

2. Твердость материала

HRC_инстр >>HRC _ст

Прочность и твердость – противоположные свойства.

3. Теплостойкость (красностойкость). Свойство инструментального материала сохранять высокую твердость при повышении температуры.

Для углеродистых инструментальных сталей – 200 ⁰C.

Для быстрорежущих - 600..620 ⁰С.

Для твердых сплавов - 800-950 ⁰C.

Технологические требования -

1-хорошая обрабатываемость, особенно шлифуемость;

2-хорошая закаливаемость;

3-способность к пластическому деформированию.

Экономические требования - дешевый материал.

Классификация инструментальных материалов

I. Углеродистые инструментальные стали

Это стали с высоким содержанием углерода ( 0,7…1,3%). Углеродистые стали обозначаются буквой У, за ней следует цифра, характеризующая массовое содержание углерода в в десятых долях %.

У7,У8,У10,У11,У12,У13

У7А,У8А,У10А,У11А,У12А,У13А.

Буква А в конце соответствует высококачественным сталям с пониженным содержанием примесей.

После закалки твердость этих сталей большая – 60…62 НRC, однако теплостойкость низкая. В результате распада мартенсита твердость углеродистых сталей падает при q=200 град С. Из таких сталей изготавливают простой слесарный инструмент, пилы, напильники, простой режущий инструмент, работающий при скоростях до 10 м/мин. Сложный инструмент не делают из-за коробления при термической обработке.

II. Легированные инструментальные стали

В состав легированных инструментальных сталей кроме углерода входят такие легирующие элементы как хром, вольфрам, ванадий, марганец, кремний.

Х, ХВГ, ХВСГ, 9ХС, ХВ5,Х12Ф1

Дополнительное легирование в сочетании с достаточно высоким содержанием углерода позволило поднять теплостойкость на 50 град С. Однако это привело к незначительному увеличению максимальной V_рез – до 20 м/мин.

Основное преимущество легированных инструментальных сталей- малые деформации при термической обработке, что приводит к уменьшению коробления и образования трещин. Легированные стали рекомендуются для инструментов сложной формы, работающих с малыми скоростями резания – плашки, развертки, резьбонакатной инструмент, ножовочные полотна.

Инструментальные легированные стали обозначаются цифрой, характеризующей массовое содержание углерода в десятых долях % (если цифра отсутствует, содержание углерода 1%). За цифрой следуют буквы, соответствующие легирующим элементам (Г-марганец, Х- хром, С- кремнии, В- вольфрам, Ф- ванадий), и цифры, обозначающие содержание легирующих элементов в %.

III. Быстрорежущие стали

Созданы в начале прошлого века. Помимо большого процента углерода ( от 0,8% до 1%) содержат значительные добавки вольфрама, молибдена, ванадия. При этом основной компонент – вольфрам (до 18%). Главной причиной повышения режущих свойств сталей является не химсостав, а режим обработки – закалка до высоких температур нагрева 1200^оС и многократный (обычно 3-х кратный ) отпуск. При отпуске из структуры мартенсита и аустенита выделяются износостойкие карбиды легирующих элементов WC, MoC, VC, обеспечивающие повышение теплостойкости. Теплостойкость – 600 ^оС.

В настоящее время принято делить БИС на 2 группы - стали нормальной производительности (СНП) и стали повышенной производительности (СПП).

СНП

Р18, Р12, Р9, Р6М5

В настоящее время используют молибденовые БИС – Р6М5. Молибденовые БИС были созданы с целью снизить стоимость инструментального материала за счет замены части W молибденом. 1% Мо эквивалентен 1,5% W. В результате добавления Мо теплостойкость практически не изменяется, а положительные свойства появляются за счет повышения ударной прочности. Прочность повышается в результате более равномерного распределения карбидов по сечению. По стоимости Мо стали примерно в 1,5…2 раза ниже чем основная марка Р18.

СПП

Кобальтовые : Р9К5, Р6М5К5
Ванадиевые : Р12Ф3, Р6М5Ф3, Р10К5Ф5.

Кобальт как и ванадий повышает теплостойкость и твердость.

Теплостойкость составляет 660 – 680 ^оС.

Твердость 63 – 65 HRC.

Стоимость в 2 раза выше СНП. Недостаток – повышение хрупкости.

IV. Металлокерамические твердые сплавы

К металлокерамике относятся сплавы карбидов тугоплавких металлов. В качестве цементирующей связки используется кобальт или никель-молибденовый сплав.

Технология получения металлокерамики:

Предварительно получают порошок карбидов, порошок связки. Дисперсность порошка составляет величины порядка 1 или нескольких мкм. Порошки в нужной пропорции смешиваются. В состав добавляется пластификатор (спиртовой раствор каучука) и из этого состава прессуются изделия требуемой формы. Полученное изделие подвергается спеканию в вакууме или в среде водорода. Температура спекания равна температуре плавления связки кобальта.

Основным карбидом твердых сплавов является карбид вольфрама.

Все вольфрамосодержащие твердые сплавы делятся на 3 группы:

1. Однокарбидные (вольфрамовые)

2. Двухкарбидные (титановольфрамовые)

3. Трехкарбидные (титанотанталовольфрамовые).

1. Однокарбидные твердые сплавы.

ВК6В

ВК2, ВК3, ВК3М, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15

Чистовая обр. ВК6М. Черновая обр

ВК6ОМ

прочность

твердость и износостойкость

ВК2 В - крупное зерно (4-5 мкм)

98% WC 2% Co М – мелкое зерно (1-2 мкм)

ОМ – особо мелкое зерно (<1мкм)

ВК6 – среднее зерно ( 2-4 мкм)

Чем больше связки, тем меньше твердость, но выше прочность. Чем больше карбидов, тем больше износостойкость инструмента.

Достоинства этой группы – высокая прочность, хорошая теплопроводность.

Недостатки – склонность к схватыванию с металлами группы железа при повышенных температурах. Поэтому на высоких скоростях резания наблюдается повышенный износ при обработке сталей.

Область использования – обработка чугунов, цветных металлов, хрупких материалов, образующих сыпучую стружку. Вследствие повышенной прочности они же используются для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей.

Все сплавы однокарбидной группы условно делятся на – сплавы для чистовой и отделочной обработки, получистовой, обдирочной обработки.

Чем мельче зерно карбидов, тем сплав более износоустойчив.

Чем крупнее зерна карбидов, тем больше прочность на изгиб.

2. Двухкарбидные твердые сплавы.

Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12

Чист. Чернов.

Твердость и износоустойчивость

Прочность

Т30 К4

30 %TiC 4%Co

66%WC

По сравнению с однокарбидными эти сплавы более тверды и теплостойки, но их хрупкость выше, что делает их мало эффективными при обработке чугунов, нержавеющих и жаропрочных сталей. Они значительно лучше противостоят износу при обработке углеродистых и легированных сталей, дающих сливную стружку.

3. Трехкарбидные твердые сплавы

ТТ7К12, ТТ20К10

Состав: после ТТ указывается % суммарного содержания карбидов титана и тантала, % кобальта после К. Остальное карбид вольфрама.

Введение в состав карбидов тантала приводит к появлению еще более сложных карбидов. Износоустойчивость повышается.

Применения сплавов – универсальное. Они применяются для обработки чугунов и сталей. Из-за наличия в этих сплавах редких металлов они дорогие и используются в наиболее ответственных случаях, там, где обычные марки работают плохо.

Безвольфрамовые твердые сплавы.

Созданы с целью экономии вольфрама. В них в качестве карбидов применяют TiC, TiN, NbC, в качестве связки используют не кобальт, а тугоплавкий никель и молибден (Ni , Mo).

Основа	Обозначение сплавов
Карбид титана	ТН 20
Карбонитрид титана	КНТ 16
Карбиды титана и ниобия	ТМ 1, ТМ 3

В результате отсутствия WC удельный вес меньше, твердость высокая. Недостаток – меньшая прочность, высокая хрупкость. Из этого материала делают пластины для механического крепления на инструмент. Область использования – Чистовая обработка сталей и чугунов.

V. Минералокерамика

Основа этой группы – окись алюминия Al₂O₃ (технический глинозем, получаемый из боксита при производстве алюминия), являющийся дешевым и доступным материалом.

Работы шли с 1920-х годов. К началу войны у нас появилась оксидная керамика ЦМ332 – чистая минеральная керамика. Высокая твердость и теплостойкость позволяли работать со скоростями до 800 м/мин. Однако, прочность в 3 раза ниже, чем у твердых сплавов. Низкая механическая прочность затрудняла ее практическое применение. В дальнейшем был разработан новый вид керамики - оксидно-карбидная керамика, содержащая кроме неметаллических составляющих, таких как окись алюминия Al₂O₃ , окись кремния SiО, карбиды тугоплавких металлов – TiC, WC, MoC.

ВОК 60 - 40%TiC - обработка чугунов, 60% - Al₂O₃

ВОК 63

ВО12

ВО13 - обработка сталей.

Эту керамику еще называют «кермет», т.е. керамика- металл.

Прочность увеличилась, но повысилась и стоимость пластин. По сравнению с ТС твердость керметов меньше в 1,5…2раза. Рекомендуется для чистовой и получистовой обработки закаленных сталей и чугунов.

Изготовление керметов.

Технический глинозём, содержащий 98,5 – 99,5% Al₂O₃ , после прокаливания при температуре 1400 – 1600 ⁰С размалывают в порошок по мокрому способу в шаровых мельницах или в других размольных установках до требуемой зернистости 1 – 2 мкм.

Размельчённый материал тщательно промывают и высушивают. К хорошо высушенному мелкозернистому глинозёму примешивают добавки в зависимости от изготовляемого режущего материала. Металлы (при изготовлении материалов типа кермета) и карбиды металлов (при изготовлении оксидно-карбидной керамики) добавляют в глинозём в виде тонкого чистого порошка, размеры зёрен которого, как правило, меньше 2 мкм. Порошкообразные смеси тщательно перемешивают в шаровых или вибрационных мельницах, чтобы обеспечить равномерное распределение отдельных компонентов материала.

Режущие пластины формируют прессованием увлажнённого порошка или литьём пластифицированной массы под давлением. Чтобы облегчить процесс прессования и предотвратить возникновение пороков и дефектов в изделии, при прессовании смеси порошков из металлов и окислов металлов в массу добавляют целлюлозу, а при изготовлении оксидно-карбидной керамики – несколько процентов гликоля (двухатомного спирта). Спрессованные на гидравлических прессах давлением около 1000 кГс/см² или литые пластины сушат. Затем керметы спекают в газовоздушных печах и печах с молибденовыми элементами при температуре 1820 ⁰С. Для оксидно-карбидной керамики наиболее благоприятным является спекание в угольно-трубчатых печах при температуре 1880±20 ⁰С.

VI. СТМ

К СТМ относятся инструментальные материалы на базе алмаза и кубического нитрида бора.

Алмаз – самый твердый материал, который существует в природе. Он в 5 раз тверже ТС. До 50-х годов использовались только природные алмазы. Потом был изобретен синтетический алмаз ( в Америке). И природный и синтетический алмаз имеют существенный недостаток. Температура его окисления – 700…800^оС. Поэтому алмазный инструмент хорошо работает при обработке цветных сплавов, твердых и хрупких материалов, но плохо при обработке сталей, дающих сливную стружку.

Поиск материала, обладающего более высокой термостойкостью, привел к созданию нового материала на базе кубического нитрида бора с кристаллической решеткой близкой к решетке алмаза. Американцы его назвали «борозон». Американская технология предусматривала получение монокристаллов борозона. Наша отечественная технология была ориентирована на получение поликристаллов и эта технология оказалась перспективной.

Обозначение алмазных материалов.

А – природный алмаз.

АСО – алмаз синтетический обыкновенный.

АСТ – алмаз синтетический твердый.

АСП – алмаз синтетический повышенной прочности.

Материалы на основе нитрида бора обладают высокой красностойкостью до 1300…1400 ^оС и нейтральны по отношению к железу.

Распространению получили абразивные порошки «ЛБОР» (эльбор) или Ленинградский борозон, «Кубонит» - Украина.

Поликристаллические пластины выпускаются под названием «композиты»:

композит 01 (эльбор-Р),

композит 02

……………

композит 10 (гексанит).

Учитывая пониженную прочность СТМ эксплуатируют на s=0,1мм/об с t до 1мм.

Абразивный инструмент из СТМ.

Маркировка:

А Д × Н × d × S Λ - 125/100 ∙ 100 % Б1

1 2 3

1 - форма круга.

2 - размеры круга.

Д – диаметр круга, Н – толщина круга, d – диаметр посадочного отверстия, S – толщина алмазного слоя.

3 - спецификация.

Λ – условное обозначение абразивного материала (Λ – эльбор, А – алмаз).

125/100 – зернистость круга в мкм, max/min

За 100% принято 4,4 карата в 1 см².

Б1 – связка .

Круги из эльбора изготовляются на основе трёх связок: О – органическая, Б – бакелитовая, К – керамическая.

Круги на керамической связке имеют более высокую стойкость и применяются для чернового шлифования.

Алмазные круги имеют три типа связки: металлическую, керамическую и органическую.

Металлическую связку применяют для черновой обработки.

Выбор марки инструментального материала

Выбор марки инструментального материала зависит от условий его эксплуатации. При проектировании инструмента выбор материала производится по рекомендациям, представленным в виде таблиц решения. В этих таблицах отражается эффективность различных марок инструментального материала в зависимости от основных технологических, факторов: обрабатываемого материала, режимов резания, схемы резания, геометрии режущего клина, качества детали, требуемой надежности инструмента, типа производства.