Стійкість і матеріали різального інструмента

Спрацювання різальної частини інструмента характеризує його здатність
протидіяти мікроскопічному руйнуванню на поверхнях контакту з заготовкою
та стружкою. Розрізняють кілька видів спрацювання інструмента.

Абразивне спрацювання — це механічне зношування, дряпання інструмента
твердими частинками оброблюваного матеріалу, твердість яких сумірна
твердості матеріалу інструмента. Цей вид спрацювання переважає при
відносно невеликих швидкостях різання і під час обробки крихких
матеріалів (зазвичай по основній задній поверхні інструмента).

Адгезійне спрацювання — це наслідок процесу холодного зварювання
матеріалу інструмента і стружки на виступаючих ділянках площі контакту
між ними з наступним відривом дрібних частинок матеріалу інструмента і
виносом їх зі стружкою із зони різання.

Дифузійне спрацювання відбувається внаслідок взаємної дифузії матеріалу
інструмента і оброблюваної заготовки за умови підвищення температури
контактних поверхонь до 900…1000°С.

Окисне спрацювання має місце при температурах різання 700…800°С, коли
кисень повітря вступає в хімічну реакцію з матеріалом інструмента
(кобальтовою складовою твердого сплаву, карбідами вольфраму і титану).

Крихке спрацювання — це процес сколювання (викришування) макрочасток
матеріалу інструмента.

У процесі різання спостерігається одночасна дія різних видів
спрацювання, що визначає кінцеву стійкість інструмента за даних умов.

Стійкістю інструмента називають час його роботи за певних режимів
різання між операціями його переточування. На стійкість впливають такі
фактори, як хімічний склад і властивості оброблюваного матеріалу,
матеріал, з якого зроблений різальний інструмент, режим різання та умови
обробки. Наприклад, стійкість токарних різців зі швидкорізальних сталей
у середньому дорівнює 30…60 хв., твердосплавних різців — 45…90 хв.,
циліндричних фрез — 180…240 хв.

Однією з основних характеристик спрацювання і стійкості інструменту є
критерій затуплення — гранично допустима величина зношування, за якої
інструмент втрачає нормальну працездатність (h3).

Критерієм затуплення вважають певний рівень спрацювання головної задньої
поверхні інструмента, оскільки це зумовлює збільшення сил різання,
тертя, підвищення температури, шорсткості оброблюваної деталі. Величина
h3 залежить від матеріалу деталі та інструмента, режиму різання, чистоти
і точності обробки. Так, для токарних різців із твердосплавними
пластинами за чорнової обробки сталі h3 = 0,8…1 мм, чавуну —
А3=1,4…1,7 мм. Для чистової обробки встановлюють технологічні критерії
затуплення — такий рівень спрацювання задньої поверхні інструмента,
перевищення якого призводить до невідповідності виробу технічним
вимогам.

Виходячи з умов експлуатації (високі напруження і температури), матеріал
різального інструменту повинен відповідати високим вимогам щодо його
властивостей. Основні з них: високі твердість, стійкість проти
спрацювання, теплопровідність і достатня в’язкість. Важливою
характеристикою різального інструменту є також червонотривкість —
здатність зберігати високу твердість за високих температур (при
нагріванні до темно-червоного каління). Крім цього, матеріали для
виготовлення інструменту повинні містити у своєму складі мінімальну
кількість дефіцитних легуючих елементів.

Основними інструментальними матеріалами є вуглецеві та леговані
інструментальні сталі, тверді металокерамічні сплави і мінералокерамічні
матеріали.

Вуглецеві інструментальні сталі містять 0,9…1,3 % С (У 10, У11, У12,
У13). З підвищенням вмісту вуглецю твердість сталей зростає і після
гартування може дорівнювати 60…63 HRC. Проте у зв’язку з низькою
теплостійкістю (200…250°С) застосування їх обмежене. З вуглецевих
сталей виготовляють інструмент для невеликих (до 15…18 м/хв)
швидкостей різання (плашки, розвертки, ножовочні полотна тощо).

????????????y?і міцність, прогартовуваність, зносостійкість,
теплостійкість. Інструменти з легованої сталі мають кращі різальні
властивості, менш схильні до деформації й тріщиноутворення під час
гартування. Оскільки теплостійкість цих інструментів невисока, їх
використовують при швидкостях різання, що не перевищують 25 м/хв
(свердла, розвертки, мітчики, плашки, протяжки тощо).

Швидкорізальні сталі — це леговані сталі, що містять у своєму складі
значну кількість вольфраму (близько 19 %), хрому (близько 4,5%),
молібдену (близько 5 %), а також ванадій, кобальт, інші домішки. Після
гартування і відпуску твердість швидкорізальної сталі дорівнює 62…65
HRC, теплостійкість 650°С, тобто червонотривкість цих сталей висока. Для
економії дефіцитних і дорогих елементів інструменти з швидкорізальних
сталей виготовляють з хвостовиком із конструкційної сталі. Такі
інструменти можуть витримувати швидкості різання, що у 4 рази
перевищують швидкість різання інструменту з вуглецевих сталей. Для
виготовлення інструментів складної форми і підвищеної стійкості
використовують сталі типу Р18, для інструментів інших форм — сталі типу
Р9. Число після літери Р у марках швидкорізальних сталей означає вміст
вольфраму (у відсотках). Кобальтові сталі Р9К6, Р9КФ, РЦК5Ф2
використовують для виготовлення інструментів, що працюють за умов
переривчастого різання, вібрації, а також для обробки важкооброблюваних
неіржавіючих і жароміцних сталей. Для інструментів чистової обробки
використовують ванадієві сталі (Р9Ф5, Р14Ф4), а для чорнової обробки —
вольфрамомолібденові (Р9М4, Р6МЗ, Р6М5).

Тверді металокерамічні сплави мають високу твердість, стійкість проти
спрацювання, міцність, теплостійкість близько 900…1000°С.
Використовують їх для високопродуктивної обробки зі швидкістю різання до
800 м/хв. Тверді сплави виготовляють спіканням при 1500…1900 °С з
дисперсних порошків карбідів (WC, ТіС, ТаС) і порошку кобальту. Тверді
сплави поділяють на три групи: вольфрамові (ВК), титановольфрамові (ТК)
і титанотанталовольфрамові (ТТК). Додаткові літери В і М у кінці марки
сплаву вказують на дисперсність вихідного порошку відповідно 3…5 і
0,5— 1,5 мкм. Зі сплавів групи ВК виготовляють інструменти для обробки
чавунів, кольорових металів і пластмас; групи ТК — для обробки сталей та
інших в’язких матеріалів, зі сплавів групи ТТК — для чорнової обробки
сталей. Для цього використовують і значно дешевші без-вольфрамові тверді
сплави (БТТС) на основі карбідів і карбідо-нітридів титану з
нікель-молібденовою зв’язуючою фазою.

Мінералокерамічні матеріали забезпечують інструменту ще більші різальні
властивості, високу теплостійкість і швидкість різання. Основою
мінералокерамічних матеріалів є порошок оксиду алюмінію Аl2О3, з якого
шляхом пресування і наступного спікання виготовляють пластини потрібних
розмірів і форми. Пластини ці закріплюють на держаках різального
інструмента. Мінералокераміку використовують для чистової швидкісної
обробки за умов відсутності ударних і згинаючих напружень. Добрі
показники має мінералокераміка марки ЦМ-332.

Література

Сологуб М. А., Рожнецький І. О., Нікоз О. І. та ін. Технологія
конструкційних матеріалів. — Київ: Вища школа, 2002.

Терехов В. К. Металловедение и конструкционные материалы.- М.: Высшая
школа, 1981.

Кузьмин Б. А., АбраменкоЮ.Е., Ефремов В. К. и ф. Технология металлов и
конструкционные материалы. — М.: Машиностроение, 1991.

Кондратюк С. Є., Кіндрачук М. В., Степаненко В. О., Москаленко Ю.Н.
Матеріалознавство та обробка металів. — Київ: Вікторія, 2000.

Дальскип А. М., Дубинин Н. П., Макаров Э. П., Попов Е. Л. Технология
конструкционных материалов. — М.: Машиностроение, 1985.

Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение.- М: Машиностроение,
1990.

Алаи С. И., Григорьев П. М., Ростовцев А. Н. Технология конструкционных
материалов. — М.: Просвещение, 1980.

Похожие записи