Инструментальные Материалы

Проектирование металлорежущих инструментов тесно связано с достижениями в области инструментальных материалов. Основным направлением работ по созданию новых инструментальных материалов является создание высокостойких и надёжных в эксплуатации инструментальных материалов с малым содержанием вольфрама.

Быстрорежущие стали содержат 9-19% вольфрама, а твердые сплавы - 66-98% карбида вольфрама; стойкость инструментов из этих материалов не превышает 15-30 мин.

Высокоавтоматизированные производства с ограниченным числом обслуживающего персонала требуют применения режущего инструмента высокой стойкости и стабильного качества; этим требованиям не удовлетворяют инструменты из быстрорежущих сталей и твердых сплавов. Поэтому в промышленности стали широко применяться инструменты на основе искусственных алмазов, композиты на основе нитрида бора, минералокерамика и др. (рис. 1).

Рис. 1. Физико-механические характеристики инструментальных материалов

Безвольфрамовый твердый сплав МНТ-A2 по сравнению со сплавами Т15К6 и ВК8 имеет более низкий модуль упругости, более низкую теплопроводность и более высокий коэффициент термического расширения, что предопределяет его чувствительность к ударам и тепловым нагрузкам. Коэффициент трения у сплава МНТ-А2 по стали примерно в 1,5 раза ниже, чем у сплава ВК8. Безвольфрамовые сплавы типа МНТ-А2 могут заменить сплавы типа ТК (Т15К6, Т30К4) при чистовой и получистовой обработке пластичных и вязких материалов, нержавеющих и углеродистых сталей.

Минералокерамические инструментальные материалы ЦМ-332 и В3 получают специальной обработкой порошкообразных минералов (окиси алюминия Al2O3). Большая твердость и теплостойкость минералокерамики обеспечивает ее высокие режущие свойства. Однако минералокерамика имеет низкий предел прочности и отличается хрупкостью и чувствительностью к перепаду температур. Этот материал может применяться, например, на станках с ЧПУ в условиях безударного резания (при отсутствии вибраций и равномерном припуске).

Лезвийный инструмент из эльбора-P находит широкое применение благодаря высокой твердости и теплостойкости поликристаллического кубического нитрида бора, предопределяющего высокие эксплуатационные свойства материала (прежде всего высокую износостойкость).

Резцы, оснащенные режущим элементом из эльбора-Р, особенно эффективны при обработке деталей из закаленных сталей и чугунов. При растачивании деталей из закаленных сталей достигается шероховатость поверхности Rα≤0,16 мкм, точность обработки по 4-6-му квалитетам, а также гарантируется отсутствие структурных изменений в поверхностном слое. Особенно эффективен эльбор-Р при точении сталей высокой твердости (HRC 45 и выше). При точении деталей из чугунов (при v=80÷120 м/мин) резцы из эльбора-P превосходят по стойкости твердосплавные резцы в 1,3-1,5 раза.

Рекомендуемые области применения лезвийного инструмента из эльбора: растачивание отверстий диаметром 6-30 мм в деталях из закаленной стали; растачивание отверстий с одновременным подрезанием торца в деталях из закаленной стали; обработка деталей из высокопрочных сталей, работающих в тяжелых условиях при значительных знакопеременных нагрузках; прецизионное растачивание деталей из чугуна различной твердости; чистовое и тонкое фрезерование плоскостей деталей из закаленных сталей и чугунов на расточных и фрезерных станках.

Материал на основе нитрида кремния - силинит-Р - обладает большей твердостью, чем карбиды вольфрама и титана. Он отличается высокой стабильностью физических свойств, дешевизной и доступностью исходного продукта, простотой изготовления. Износ резцов из силинита-Р меньше износа из твердого сплава и почти одинаков с износом резцов из эльбора-Р.

Упрочнение инструмента методом покрытия на установке «Булат». Одним из наиболее перспективных методов повышения стойкости инструмента является нанесение на его рабочие поверхности тонких твердых пленок путем конденсации веществ в вакууме с ионной бомбардировкой. Этот метод обеспечивает высокую сцепляемость пленки с инструментальной подложкой и позволяет наносить упрочняющее покрытие на основе соединений молибдена или титана C азотом (Mo2N, TiN) толщиной 6-10 мкм как на твердосплавный, так и на стальной инструмент. При таком упрочнении срок службы инструмента увеличивается в 2,5-3 раза.

Неперетачиваемые твердосплавные пластины, полученные методом прессования с последующим спеканием, имеют форму трех-, четырех-, пяти- и шестигранника, ромбическую и круглую. Для крепления пластины имеют центральное отверстие. Для обеспечения положительного переднего угла, а также для дробления стружки вдоль каждой режущей кромки пластины предусмотрены выкружки, формируемые при прессовании.

Многогранные пластины после спекания имеют достаточно правильную геометрическую форму и шероховатость боковых поверхностей Rα=1,25÷0,63 мкм.

В отличие от инструмента с напаянными твердосплавными пластинами многогранные пластины не подвергаются переточке. После затупления одной режущей кромки пластина поворачивается, а после затупления всех режущих кромок - заменяется.

Применение многогранных твердосплавных неперетачиваемых пластин дает возможность: по сравнению с напайным твердосплавным инструментом повысить стойкость на 25-30%; в 4-4,5 раза сократить потери вольфрама и кобальта; значительно сократить вспомогательное время на смену инструмента; упростить инструментальное хозяйство.

Сплав ВК-8 имеет высокую эксплуатационную прочность и сопротивляемость ударам, вибрациям и выкрашиванию при хорошей износостойкости и допустимой скорости резания. Обрабатываемый материал чугун, цветные металлы и их сплавы. Данный инструментальный материал предназначен для чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, чернового фрезерования, сверления, растачивания литых нормальных и глубоких отверстий.

Сплав Т15К6 имеет высокую износостойкость и допустимую скорость резания при большой эксплуатационной прочности и сопротивляемости ударам, вибрациям и выкрашиванию. Обрабатываемый материал - углеродистые и легированные стали. Этот инструментальный материал предназначен для чернового и получистового точения при непрерывистом резании, чистового точения при прерывистом резании, получистового и чистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания предварительно обработанных отверстий, чистового зенкерования и развертывания.

Титанотанталовый сплав ТТ7K12 имеет высокую прочность и сопротивляемость ударам, выкрашиванию и вибрациям. Обрабатываемый материал - отливки и поковки из углеродистых и легированных сталей. Материал предназначен для тяжелого чернового точения и фрезерования стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и различных неметаллических включений, неравномерного среза и при наличии ударов.