Материалы Фрез По Металлу

В этой статье разберем - из какого материала изготавливают фрезы. И чем руководствоваться при выборе и покупке инструмента для фрезерного станка.

Основными материалами фрез по металлу служат быстрорежущие стали и твердые сплавы, обладающие высокими режущими способностями.

Быстрорежущие стали являются железоуглеродистыми сплавами, легированными главным образом вольфрамом (до 18%) и хромом (до 4%). После термообработки эти стали приобретают высокую теплостойкость (красностойкость) до 600°, твердость HRC 62-65 и износостойкость, позволяющие вести обработку металлов со значительно более высокими скоростями резания по сравнению с другими инструментальными сталями.

Если задаться вопросом: из каких материалов делают фрезы? То следует обратить внимание на ГОСТы. По ГОСТ 19265-73 установлены четырнадцать марок быстрорежущих сталей, из которых для обработки конструкционных сталей рекомендуются марки Р18, P12, P9, Р6МЗ, Р6М5.

Для материалов повышенной прочности и вязкости, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов предусмотрены быстрорежущие стали, легированные ванадием и кобальтом, обладающие повышенными режущими свойствами. К ним относятся стали марок: P18Ф2, P14Ф4, P9Ф5, Р1805Ф2, P1005Ф5, P9К5, Р6М5К5, P9K10, P9M4К8.

Маркировка быстрорежущих сталей выполняется буквами и цифрами. Первая буква Р обозначает быстрорежущую сталь; остальные: Ф - ванадий, М - молибден, К - кобальт. Цифры указывают среднее содержание легирующих элементов в процентах: первая цифра - вольфрама, остальные - элемента, обозначенного буквой перед ними. Например, сталь Р18K5Ф2 содержит 18% вольфрама, 5% кобальта и 2% ванадия.

Быстрорежущие стали приобретают высокие режущие свойства после термической обработки - закалки при температуре 1260-1280° и высокого двух-, трехкратного отпуска с температурой нагрева до 560° и продолжительностью по одному часу.

Твердые сплавы являются наиболее распространенными инструментальными материалами для изготовления фрез, которые значительно превышают быстрорежущие стали по твердости, износостойкости, красностойкости (до 1000°), но уступают им в ударной вязкости и теплопроводности. Твердые сплавы выпускаются в виде пластинок различных форм и размеров, полученных методом порошковой металлургии (прессованием и спеканием). Основой для них служат твердые зерна карбидов тугоплавких металлов - вольфрама, титана, тантана, связанных кобальтом.

Для обработки металлов резанием в соответствии с ГОСТ 3882-74 промышленностью выпускаются три группы твердых сплавов:

• Вольфрамовые: ВК2, ВКЗ-М, ВК4, ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК6, ВК8, ВК10-ОМ.
• Титано-вольфрамовые: T30K4, T15К6, T14К8, Т5К10, Т5К12.
• Титано-тантало-вольфрамовые: ТТ7К12, TT1008-Б, TT8К6, TT20К9.

В обозначении марок твердых сплавов используются буквы: В - карбид вольфрама, К - кобальт, первая буква Т - карбид титана, вторая буква Т - карбид тантала. Цифры указывают примерное процентное содержание компонента, обозначенного буквой перед ними. В трехкарбидных сплавах первая цифра соответствует суммарному содержанию карбидов титана и тантала. Остальное в сплаве (до 100 %) - карбид вольфрама. Буквы в конце маркировки означают: В - крупнозернистая структура, М - мелкозернистая, ОМ - особо мелкозернистая. Например, сплав Т5К12 содержит 5% карбида титана, 12% кобальта, 83% карбида вольфрама.

При выборе марок материала фрезы для обработки стали необходимо руководствоваться следующим:

• Вольфрамовые сплавы по сравнению с титано-вольфрамовыми обладают меньшей температурой свариваемости со сталью, поэтому их преимущественно применяют для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. Кроме того, сплавы марок ВК6-ОМ, ВК6-М, ВК8, BK10-ОМ рекомендуется применять при фрезеровании труднообрабатываемых жаропрочных, нержавеющих и закаленных сталей.
• Титано-вольфрамовые и титано-тантало-вольфрамовые сплавы предназначены для обработки сталей.
• Режущие свойства твердого сплава определяются содержанием карбидов, связки и структурой. Большее содержание кобальта (связки) и крупнозернистая структура способствуют увеличению вязкости, уменьшают твердость и износостойкость сплава. И наоборот, сплавы с меньшим содержанием кобальта и мелкозернистые обладают противоположными свойствами - меньшей вязкостью, большей твердостью и износостойкостью. Вследствие этого для тонкого и чистового фрезерования с малым сечением стружки и большой скоростью резания следует выбирать сплавы с меньшим количеством кобальта и мелкозернистые (ВК3, ВКЗ-М, ВК6-ОМ, T30K4).

Черновая и получистовая обработки выполняются в основном сплавами со средним содержанием кобальта (ВК4, ВК6, ВК6-М, T15К6, T14K8, TT10К8-Б).

Для тяжелых условий резания при черновой обработке высокопрочных металлов с большим припуском, отливок и поковок с твердой коркой рекомендуется применять сплавы с большим содержанием кобальта (ВК8, Т5К10, Т5К12, ТТ7К12).

В настоящее время ведутся обширные работы по внедрению новых сверхтвердых инструментальных материалов для фрез по металлу, получаемых спеканием при высоких давлениях и температурах микропорошков кубического нитрида бора (соединение бора с азотом). Такие материалы выпускаются с размерами заготовок 4-8 мм под общим названием композиты, к ним, в частности, относится отечественный сверхтвердый материал марки эльбор-Р. Приближаясь по твердости к алмазу, композиты примерно вдвое превосходят его по теплостойкости (до 1500°) и поэтому способны резать не только сырые, но и закаленные до высокой твердости стали.

Решающим фактором, определяющим режимы резания при фрезеровании, является материал режущей части фрезы. Фрезы из быстрорежущей стали допускают большие скорости резания и большие подачи, чем фрезы из углеродистой и легированной сталей; следовательно, они имеют преимущества по сравнению с фрезами из углеродистой стали.

Углеродистая сталь теряет свои режущие свойства при температуре 250°С, а быстрорежущая - при 600° С. Для скоростного фрезерования широко применяют твердые сплавы в качестве материала для вставных зубьев, так как они сохраняют свои режущие свойства при температурах около 1000° С. Высокая твердость и износостойкость Инструмента, оснащенного твердым сплавом, а также способность его сохранять режущие свойства при высоких температурах, возникающих в процессе скоростного резания, обеспечивают более производительную обработку по сравнению с обработкой инструментом, изготовленным из быстрорежущей стали.

Применение фрез с пластинами из твердого сплава дает возможность повышения режима фрезерования в 2-3 раза по сравнению с фрезами из быстрорежущей стали. Твердосплавные фрезы целесообразно применять почти при всех видах фрезерных работ; препятствием к их рациональному использованию может быть недостаточная мощность оборудования либо специфические свойства материала обрабатываемой заготовки.

Однако в ряде случаев применение в качестве режущей части фрезы углеродистых и легированных инструментальных и быстрорежущих сталей является рациональным, особенно когда класс чистоты обработанной поверхности и точность полученного профиля детали имеют большее значение, чем скорость выполнения работы.

Углеродистую инструментальную сталь марки У12А можно рекомендовать для фрез малых диаметров при фасонных работах (фасонные затылованные фрезы с нешлифованным профилем) и малых модулей (до m=1) при зуборезных работах. Легированные инструментальные стали марок ХГ, 9ХС, ХВ9 можно рекомендовать для всех фасонных затылованных фрез, а также для зуборезных фрез, так как эта сталь хорошо сохраняет остроту режущей кромки при небольших скоростях резания (до 20 м/мин) в зоне малых подач до 0,05 мм/зуб при малой глубине фрезерования, а сталь XB5 рекомендуется для фрез, которые обрабатывают с малой скоростью твердые материалы.

Из быстрорежущих сталей марок Р18 и P9 лучшие результаты достигаются при использовании стали Р18, поскольку сталь P9 требует тщательной термической обработки с узким интервалом температур нагрева. Фрезы изготовляют из стали Р18, но по соглашению с потребителем ГОСТ разрешает применение стали P9.

Для обработки жаропрочных сталей и сталей, обладающих пониженной обрабатываемостью, рекомендуется применять быстрорежущие стали, легированные кобальтом (марки P9К5 и P9K10) или ванадием (марки P9Ф5 и Р18Ф2) по ГОСТу 9373-60.

Изготовленные из стали фрезы после термической обработки должны иметь твердость в пределах HRC 62-65.

Твердые сплавы, применяемые для обработки металлов резанием, определены ГОСТом 3882-61.

Для чернового фрезерования углеродистых и легированных конструкционных сталей и стальных отливок с неравномерным припуском и большим сечением стружки, при прерывистом резании по корке, при ударной нагрузке на инструмент рекомендуются сплавы марки Т5К10. Для получистового и чистового фрезерования углеродистых и легированных конструкционных сталей и стальных отливок при непрерывном резании и небольших припусках рекомендуют сплавы марок T15К6, T15К6Т и Т14K8. Для чистового и тонкого фрезерования сталей при малом сечении стружки и больших скоростях резания рекомендуется марка Т30К4.

Для чернового фрезерования нержавеющих и жаропрочных сталей применяют сплавы марок ВК6В, ВК6M и BK8, а при легких работах - марка Т5К10. Для обработки титановых сплавов рекомендуют марки ВК4, Т5К10, T1506 и Т14K8. Для чернового фрезерования чугуна и цветных сплавов при прерывистом резании и при неравномерном припуске применяют сплавы марок ВК6B, BK8, BK10. Для чернового и чистового фрезерования чугуна, цветных сплавов и неметаллических материалов при непрерывном резании предназначаются марки BK4В, ВК6 и ВК8. Для получистового, чистового и тонкого фрезерования чугуна, цветных сплавов и неметаллических материалов рекомендуются марки ВК2 и ВКЗ.

В Советском Союзе применялся неметаллический режущий материал - минералокерамика, режущие свойства которого не уступают режущим свойствам современных твердых сплавов. При обработке чугуна, бронзы и отливок из легких сплавов минералокерамические резцы допускают скорости резания в 1,5-2 раза большие, чем при резании резцами из твердых сплавов.

Минералокерамика для режущих инструментов изготовляется в виде пластинок, подобных пластинкам твердого сплава. Минералокерамические пластинки обладают высокой твердостью, способностью сохранять режущие свойства при температуре около 1200°С, что позволяет вести обработку на больших скоростях резания. Недостатком этих пластинок является большая хрупкость, ограничивающая их применение в случае обработки по обдирке с неравномерным припуском и при прерывистом резании.

Наилучшими режущими свойствами того времени обладали минералокерамические пластинки марки ЦМ-332, что позволяло использовать их при торцовом фрезеровании чугуна и цветных сплавов. Фрезы с пластинками из ЦМ-332 успешно применяли на ряде заводов.