Из какого вида стали изготавливают режущий инструмент

1.9. Материалы, используемые для изготовления инструмента

К материалам, используемым для изготовления инструментов, предъявляются следующие требования:

• высокая твердость, превышающая твердость обрабатываемого материала, — чтобы инструмент мог врезаться в заготовку и срезать слой металла;
• высокая прочность — чтобы выдержать давление силы, с которой обрабатываемый материал давит на переднюю поверхность инструмента;
• вязкость — чтобы режущая часть инструмента не выкрашивалась, испытывая ударные нагрузки;
• высокая износостойкость — чтобы поверхности резца быстро не изнашивались из-за трения с обрабатываемой заготовкой и стружкой;
• теплостойкость — чтобы режущая часть инструмента сохраняла режущие свойства при высокой температуре.

Режущий инструмент изготавливают из инструментальных стаде и. Используют углеродистые инструментальные стали марок У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Буква У указывает на то, что сталь углеродистая, а цифры показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента. Инструментальные стали повышенного качества, имеющие минимальное количество вредных примесей, отмечают буквой А в конце марки: У10А, У8А и т.д.

Углеродистая инструментальная сталь обладает низкими режущими свойствами. Режущие инструменты, изготовленные из такой стали, позволяют вести обработку при температуре в зоне резания до 200-250 °С и при скоростях резания в пределах 10. 15 м/мин.

Легированная инструментальная сталь по химическому составу отличается от углеродистой инструментальной стали лишь наличием одного или нескольких легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, ванадия. Чаще всего применяют следующие марки сталей: ХГ, ХГ5, 9ХС и ХВГ. Легированная инструментальная сталь обладает более высокими режущими свойствами, чем углеродистая, позволяет вести обработку при температуре в зоне резания 300-350 °С, со скоростью резания до 20-25 м/мин.

Быстрорежущая инструментальная сталь, в отличие от углеродистой и легированной инструментальной стали, обладает большим сопротивлением износу и большой теплостойкостью. Она обладает красностойкостью, т.е. не теряет своих свойств при температуре красного каления (550-600 °С).

На свойства быстрорежущих сталей оказывают влияние нижеследующие легирующие элементы.

Вольфрам В придает стали высокую твердость, износостойкость и теплостойкость. Сталь Р6М5 содержит 6% вольфрама, 5% молибдена, хорошо шлифуется и закаливается, обладает по сравнению с углеродистыми и легированными сталями высокой теплостойкостью (до 620 °С), пониженной, но вполне приемлемой прочностью и теплопроводностью и поэтому принимается за эталонную.

Молибден М является химическим аналогом вольфрама, но более сильнодействующим. Он обеспечивает стали почти ту же (немного ниже) теплостойкость, что и вольфрам, при соотношении по весу М : Ф = 1,5. Кроме того, он придает стали более высокую пластичность в горячем состоянии (сталь лучше куется), повышенную теплопроводность, меньшую карбидную неоднородность, повышенную прочность (при содержании его в стали до 5%), увеличивает интервал закалочных температур, но повышает склонность к обезуглероживанию при нагреве под закалку.

Ванадий Ф сообщает стали повышенную твердость (до 67 НЯС), способствует повышению теплостойкости (до 635 °С), но одновременно повышает хрупкость стали, понижает прочность и теплопроводность. Большим недостатком ванадиевых сталей является их плохая шлифуемость, ухудшающаяся с увеличением содержания твердых и малотеплопроводных карбидов ванадия.

Кобальт К в противоположность вольфраму, ванадию, молибдену и хрому образует в стали не карбиды, а мелкодисперсные интерметаллиды, сильно увеличивающие твердость (до 68 НЛС) и теплостойкость (до 670 °С) стали.

Следовательно, быстрорежущая сталь легирована вольфрамом, хромом, ванадием и другими химическими элементами. Содержание углерода в быстрорежущей стали 0,7-1,5%. Вольфрам и хром образуют с углеродом карбиды. Карбиды вольфрама придают стали высокую твердость, карбиды ванадия и кобальт сообщают ей красностойкость.

Установлены единые условные обозначения химического состава стали (из букв и цифр). Первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквами обозначают легирующие элементы (В — вольфрам, Ф — ванадий, К — кобальт, М — молибден и т.д.), а цифрами справа от буквы — их среднее содержание (в процентах). Буквой Р обозначают быстрорежущую сталь.

В настоящее время для изготовления всех видов режущего инструмента при обработке обычных конструкционных материалов чаще всего используют сталь марки Р6М5.

Для обработки высокопрочных нержавеющих сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущих кромок, а также для обработки сталей и сплавов повышенной твердости и вязкости при работе с ударами применяют следующие марки стали: Р18К5Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8 и др.

Наряду с инструментальными сталями для изготовления режущей части инструментов используют твердые спеченные сплавы , которые допускают работу со скоростями резания, превышающими в 5-10 раз скорости обработки быстрорежущими инструментальными сталями и не теряющими режущих свойств при температуре 800 °С и выше. Твердые сплавы состоят из карбидов вольфрама, титана или тантала и кобальта, связывающего эти вещества. Различают:

• вольфрамовые сплавы ВК8, ВК6, ВКЗ-М и др. В них цифра после буквы К указывает содержание кобальта в процентах, а остальное — карбид вольфрама в процентах. Вольфрамовые сплавы применяют для обработки хрупких материалов: чугуна, бронзы, закаленной стали, пластмасс;
• титано-вольфрамовые сплавы Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4 и др. Цифры после букв указывают процентное содержание в сплаве кобальта и карбида титана, а остальное — карбид вольфрама. Например, сплав Т14К8 состоит из 14% карбида титана, 8% кобальта и 78% карбида вольфрама. Твердые сплавы титановольфрамовой группы предназначены главным образом для обработки сталей;

• титано-вопьфрамо-тантаповые сплавы ТТ7К12, ТТ10К8-Б, состоящие из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Эти сплавы характеризуются высокой прочностью и используются для обработки заготовок с тяжелой ударной нагрузкой.

Режущую часть инструментов могут оснащать сплавами минеральной керамики, которые изготавливают на основе оксида алюминия АЦО, (корунда) путем тонкого размола, прессования и спекания. Выпускают их, как и твердые сплавы, в виде пластинок стандартных форм и размеров. В настоящее время промышленное применение имеют две марки минеральной керамики: ЦМ-322 и ВЗ. Минеральная керамика марки ВЗ обладает большей прочностью по сравнению с минералокера- микой марки ЦМ-322 в 1,5-2 раза. В состав минералокерами- ки марки ВЗ помимо оксида алюминия входят сложные карбиды тугоплавких металлов.

Минералокерамические пластинки обладают большей теплостойкостью и износостойкостью, чем некоторые твердые сплавы. Однако они имеют пониженную прочность и повышенную хрупкость. По сравнению с твердыми сплавами минерало- керамика находит применение при чистовом и тонком точении.

Сверхтвердые м а те риалы (СТМ) являются поли- кристаллическим образованием на основе кубического нитрида бора. В эту группу входят композит 01 (эльбор-Р), композит 05 и композит 10 (гексанит-Р), ПТНБ (поликристалл твердого нитрида бора) и др.

Сверхтвердые материалы значительно превосходят мине- ралокерамику и твердые сплавы по термоусталостной прочности. Эльбор-Р, гексанит-Р, ПТНБ и другие применяют для оснащения резцов.

Сверхтвердые материалы для металлического инструмента выпускаются в виде цилиндрических вставок диаметром от 4 до 8 мм и длиной от 4 до 8 мм.

Сверхтвердые материалы на основе нитрида бора химически инертны к черным металлам.

Сверхтвердые материалы применяются для обработки сталей, чугунов, ряда труднообрабатываемых сплавов.

Синтетические алмаз ы (типа «карбонадо» и «бал- лас») выпускаются в виде порошков и кристаллов. Являются самыми твердыми из инструментальных материалов.

Алмазы применяются для обработки цветных металлов, титановых сплавов, стеклопластиков и др. Для обработки сверхтвердых материалов можно применять только алмазы, которые превосходят их по твердости.

Во многих областях машиностроения, в частности в аэрокосмической и автомобильной промышленности, потребность в более высокой функциональности и надежности режущих инструментов приводит к тому, что все чаще применяются материалы, сделанные специально для получения определенных свойств.

Концепция сплавов и свойства материалов. Наименованием «твердый металл» сегодня обозначают сплавы, которые изготавливаются в порошковой металлургии из металлических твердых материалов (в первую очередь, карбидов) и из вязких металлов группы сталей, так называемых связующих металлов. Важнейшую роль в качестве носителя твердости в области металлических твердых материалов играет здесь карбид вольфрама (ФК). В технике обработки резанием довольно большое значение имеют также добавки карбида титана (ТК) и карбида тантала (ТТК) или карбида ниобия (ЫЬК) для улучшения термической устойчивости и замедления диффузии.

В качестве связующего металла с успехом применяется кобальт К. В последние годы были сверх того разработаны многочисленные новые сплавы с целью улучшения определенных свойств, как, например, твердости, прочности при сжатии и изгибе, модуля упругости и др.

Особо мелкозернистые твердые сплавы. Наиболее важной новейшей разработкой для повышения твердости у твердых сплавов ФК-К являются особо и ультра- мелкозернистые твердые сплавы с зернами ФК размером от 0,8 мкм или 0,5 мкм и содержанием Со 6-16% по массе. Производство высококачественных ультрамелкозернистых сплавов стало, правда, возможным только потому, что одновременно с ним производителями материалов были разработаны порошковые материалы соответствующего размера, формы зерен и распределения зерен по крупности. Сегодня могут выдерживаться также и высокие требования к чистоте предшествующих веществ, стандартных порошковых материалов ФК, ВК и К в сравнении с порошковым сырьем, которое было разработано специально для ультрамелкозернистых сплавов.

Порошкообразный материал ФК преимущественно производится традиционным путем редукции паравольфрамата аммония, оксида аммония или кислоты аммония, последующего смешивания вольфрамовой стали с углеродом и карбюрации смеси под водородом при 1400 °С и 2000 °С. Самые мелкозернистые виды порошков, изготовленных таким образом, имеют при рассматривании под растровым электронным микроскопом размер зерен около 0,2 мкм. Возможность дальнейшего уменьшения размера зерен заключается в прямой карбюрации Ш0₃ и С.

Градиентные твердые сплавы. Применение твердых сплавов часто требует многообразной функциональности материала. Если в одном месте, например, поверхность инструмента подвержена износу, другие места подвержены изгибу, давлению и т.д. Эта проблема привела к разработке так называемых градиентных твердых сплавов, или материалов с функционально переменной структурой РОМ на основе ФК-К с добавками ТК или ТТК, у которых состав или микроструктура локально различается. Эта концепция позволяет производство твердых сплавов с контролируемыми вариациями структурных, термических и функциональных свойств. Возникающие при охлаждении расплава спекания напряжения ввиду разности термических коэффициентов расширения отдельных компонентов могут очень хорошо затухать из-за последовательных переходов в микроструктуре.

Керметы. Возрастающие требования к подходящим материалам режущих кромок для сухой обработки дали новый импульс развитию керметов. Керметы, в принципе, имеют такую же структуру, как и обычные твердые сплавы. Они содержат различные твердые частицы в связующей матрице из К и N. Высокопрочные компоненты состоят не из ФК и (Т, ТТ, Ф)К, а из карбо-нитридов титана Т с различным содержанием ТТ, Ф и при необходимости М.

В структуре обычных твердых сплавов смешанные карбиды титана присутствуют в круглой форме, карбиды вольфрама — в многогранной форме. Структура керметов имеет исключительно круглую форму зерен карбонитритов титана, причем для этих частиц твердых материалов характерна ядерно-перифе- рийная структура. Вязкость современных керметов, содержащих азот, сопоставима с обычными Р-твердыми сплавами. Поистине выдающейся является неокисляемость керметов.

Твердые сплавы с покрытием. Техника нанесения покрытий сегодня располагает различными способами. С точки зрения техники процесса для них характерны такие параметры, как способ осаждения, температура и давление. Возможные многослойные материалы различаются по твердости, неокисляемости и коэффициенту трения и в соответствии с этим имеют предпочтительные области применения. При высоких температурах процесса технологии СУО (1000-1100 °С) из-за напряжения натяжения в слое ухудшается вязкость твердога сплава. С другой стороны, покрытие методом СУБ позволяет осаждение очень толстых слоев. Технологическими методами нанесения покрытий (РУЭ и плазменным СУБ), протекающими при более низких температурах (400-500 °С), твердые сплавы, напротив, могут быть покрыты без потерь вязкости.

1. Какие требования предъявляются материалам, используемым для изготовления инструмента?
2. Какова область применения твердых сплавов для токарной обработки?
3. Какие сплавы применяют дтя обработки хрупких материалов?
4. Чем отличаются легированные стали от углеродистых?
5. Какими свойствами обладают минералокерамические пластинки?
6. Какие марки быстрорежущих сталей применяются для обработки высокопрочных нержавеющих сталей?

Материалы для изготовления режущих инструментов

Материалы для режущих инструментов должны удовлетворять следующим требованиям:

· Иметь высокую твердость. Твердость инструмента должна превышать твердость обрабатываемого материала.

· Иметь достаточный уровень прочности (на изгиб, сжатие, циклическое нагружение) и ударной вязкости.

· Иметь высокую теплостойкость. Теплостойкость – свойство (способность) материала сохранять свою твердость, а следовательно, и режущие свойства при нагреве.

· Иметь высокую износостойкость и высокую теплопроводность. Чем больше теплопроводность, тем меньше опасность возникновения шлифовочных прижогов и трещин на лезвиях инструмента при заточке, тем меньше температура резания и больше износостойкость.

Режущие инструменты не следует целиком изготавливать из дорогих и дефицитных материалов, поскольку это неэкономично.

К основным инструментальным материалам относятся стали, твердые сплавы, керамические материалы, алмазы, синтетические сверхтвердые материалы.

Инструментальные стали. В качестве материала для станочного режущего инструмента применяются быстрорежущие стали. Это высокоуглеродистые стали с высоким содержанием вольфрама. Теплостойкость быстрорежущих сталей около 600 о С и они могут работать со скоростями резания до 100 м/мин, что во многих случаях недостаточно. Поэтому в настоящее время более широкое применение имеют твёрдые сплавы.

Твердые сплавы получают прессованием и спеканием (при 1500 – 1900 о С) порошков твердых тугоплавких карбидов WC, TiС и TaC с порошком кобальта, играющего роль пластичной связки. Таким способом из них изготавливают режущие пластинки различной формы, которые припаиваются или крепятся механическим способом к державкам или корпусам инструментов из обычных сталей (45, 50, 40Х и др.). Теплостойкость твёрдых сплавов – 900…1000 о С. Допустимые скорости резания до 800 м/мин. Твердость 85…92HRА (74…76HRC).

Читать еще: Отрезной станок из ушм своими руками

Различают три группы твёрдых сплавов:

· вольфрамовые твердые сплавы (WC+Co), например марки BK2, BK3, BK4, BK6, BK8 (число после буквы К означает содержание кобальта в процентах по массе, остальное – карбид вольфрама).

· титано-вольфрамовые (WC+TiC+Co), например T30K4, T15K6, T14K8, T5K10 (число после буквы К означает содержание кобальта, после буквы Т – TiC (масс. %), остальное WC).

· титано-тантало-вольфрамовые (WC+TiC+TaC+Co), например, TT7K12, TT10K8, TT7K15 (число после буквы К означает содержание кобальта, после букв ТТ – общее содержание карбидов титана и тантала (масс. %), остальное WC) .

Твердые сплавы имеют низкую пластичность. При возрастании содержания кобальта прочность и вязкость повышаются, а износостойкость и твердость сплава понижаются. Наибольшей прочностью, но наименьшей теплостойкостью (750 о С) обладает трехкарбидные сплавы, их применяют при резании с ударами, большими сечениями срезаемого слоя. Наивысшую твердость и теплостойкость (до 900 о С) имеют двухкарбидные сплавы; двухкарбидные сплавы применяются при обработке высоколегированных сталей, имеющих низкую теплопроводность. В последнее время большое внимание уделяется разработке новых твердых сплавов, не содержащих карбидов вольфрама. В таких сплавах карбиды вольфрама заменены карбидами титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов.

Керамические инструментальные материалы не содержат дорогостоящих и дефицитных компонентов. Основа керамики – корунд Al₂O₃ (технический глинозем) – минерал кристаллического строения. Получают корунд из порошка глинозема в электропечах при температуре 1720…1750 о С спеканием, отсюда название «электрокорунд». Из кристаллов электрокорунда изготавливают стандартные керамические пластины белого цвета. Белый цвет имеют кристаллы электрокорунда свободного от примесей. Примеси химических элементов придают электрокорундам различные цветовые оттенки.

Преимущества оксидной керамики:

1. Высокая твердость (90…94HRA);

2. Высокая теплостойкость (1200 о С);

3. Малое сродство с металлами исключает адгезионное взаимодействие с обрабатываемым материалом, следовательно получается меньшая шероховатость обработанной поверхности.

1. Высокая хрупкость (низкая ударная вязкость: 0,5…1,2 Дж/см 2 );

2. Плохая сопротивляемость циклическим изменениям тепловой нагрузки.

Инструменты из оксидной керамики используют при чистовой и получистовой обработке заготовок из отбеленных чугунов, труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных и неметаллических материалов в условиях безударной нагрузки, без охлаждения и при повышенной жесткости системы СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Наибольшее применение получила минералокерамика ЦМ-332 (микролит) и ВО-13. Для повышения эксплуатационных свойств в минерралокерамику добавляют W, Mo, B, Ti, Ni, и т.п. Такие материалы называют керметами.

Алмазы и синтетические сверхтвердые материалы. Алмаз – самый твердый из известных инструментальных материалов, представляет собой одну из аллотропных модификаций углерода.

1. Высокая износостойкость;

2. Хорошая теплопроводность;

3. Небольшой коэффициент трения;

4. Малая адгезионная способность к металлам (за исключением сплавов Fe-C).

1. Низкая теплопроводность (при температурах, превышающих 700…800 о С алмаз графитизируется);

2. Большая анизотропия механических свойств (твердость и прочность в зависимости от направления действия силы на кристалл изменяются в сотни раз), что необходимо учитывать при изготовлении лезвийного инструмента.

3. Высокая стоимость и дефицитность;

4. Высокая хрупкость.

Синтетические алмазы получают путем перевода углерода в другую полиморфную модификацию в условиях высоких температур (до 2500 о С) и давлений (до 1000 ГПа). Синтетические алмазы выпускают следующих марок: АСБ – баллас (АСБ-5, АСБ-6); АСПК – карбонадо (АСПК-1, АСПК-2, АСПК-3). Указанные марки алмазов изотропны вследствие поликристаллического строения, обладают сравнительно высокой прочностью при ударах.

В режущих инструментах применяют кристаллы алмаза весом 0,3…0,8 карат (1 карат = 0,2 г) которые закрепляются в инструменте механически или при помощи пайки. Наиболее широко алмазный инструмент применяется при тонком точении и растачивании деталей из алюминия, бронз, латуней, неметаллических материалов: обработанная поверхность отличается низкой шероховатостью.

В последние годы широкое распространение получил синтетический сверхтвердый материал на основе кубического нитрида бора (КНБ). КНБ получают синтезом при температурах 1360 – 2000 о С и давлении 6000 – 9000 МПа из гексагонального нитрида бора, имеющего близкие к графиту характеристики.

1. Очень высокая твердость (9000HV) (уступает только алмазу);

2. Самая высокая теплопроводность (до 1600 о С);

3. Химически инертен к железо-углеродистым сплавам.

На основе плотных модификаций КНБ создан ряд инструментальных материалов, называемых композитами. Различают композиты с массовой долей КНБ более 95% и композиты с массовой долей КНБ около 75%.

Композиты с массовой долей КНБ более 95%: эльбор Р (композит 01), бельбор (композит 02), гексанит (композит 10) и др. Изготавливаются в виде цилиндрических столбиков диаметром 4…6 мм и высотой 3…6 мм, закрепляемые в державке режущего инструмента.

В композитах с массовой долей КНБ 75% присутствуют добавки Al₃O₃ и др. материалов. К ним относятся композит 05 (КНБ + Al₃O₃), композит 09 (поликристаллы твердого нитрида бора), которым оснащаются инструменты, работающие с ударами.

Из вновь разрабатываемых материалов перспективным является силинит-Р (материал на основе нитрида кремния), который обладает более высокими прочностью, ударной вязкостью и теплопроводностью, чем инструменты из минералокерамики, не содержит дефицитных материалов, не склонен к адгезии по отношению к большинству сталей, сплавов на основе меди, алюминия.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8566 — | 7418 — или читать все.

188.64.174.65 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Материалы для изготовления режущих инструментов: виды и требования к ним

Режущие инструменты изготовляют целиком или частично из инструментальных (специальных) сталей и твердых сплавов.

Инструментальные стали подразделяются на углеродистые, легированные и быстрорежущие. Углеродистые инструментальные стали применяются для изготовления различного инструмента, работающего при малых скоростях резания. Из сталей марок К9 и У10А изготовляют ножи, ножницы, пилы; из сталей марок У11, У11А, У12 — слесарные метчики, напильники и др.

В марке стали буква У обозначает «углеродистая», цифра — содержание в стали углерода в десятых долях процента, буква А указывает на высокое качество стали, в которой содержится серы и фосфора не более чем по 0,03 %. Данные стали имеют высокую твердость HRC в пределах 62—65 и низкую теплостойкость, определяемую температурой, при которой инструментальный материал сохраняет высокую твердость в пределах HRC 60—62 при многократном нагреве. Стали марок У10А— У13А имеют теплостойкость около 220 °С, поэтому инструмент, изготовленный из этих сталей, обычно применяется при скорости резания не более 8—10 м/мин (об этом дается указание в специальном справочнике для токаря).

Легированные инструментальные стали подразделяются на хромистые (X), хромистокремнистые (ХС), вольфрамовые (В), хромовольфрамомарганцовистые (ХВГ) и др. Цифры в марках этих сталей обозначают содержание (в процентах) входящих в нее компонентов. Первая цифра слева от букв определяет содержание углерода в десятых долях процента (если содержание углерода менее 1 %), цифры справа от буквы означают среднее содержание реагирующего элемента (в процентах), например: 3X9, 2ХС13, 9ХС, 4В1, 9ХВГ12. Сталь марки X используется для изготовления плашек и метчиков, 9ХС — мелких метчиков, плашек, сверл, разверток; сталь В1 — мелких сверл, разверток и метчиков. Данные стали имеют теплостойкость в пределах 350—400 °С, поэтому допустимые скорости резания для инструмента, изготовленного из этих сталей, в 1,2—1,5 раза выше, чем для инструмента из углеродистых инструментальных сталей.

Быстрорежущие высоколегированные стали чаще всего применяются для изготовления режущего инструмента (из них в основном выполняют сверла, зенкеры, метчики). Быстрорежущие стали имеют буквенно-цифровое обозначение, например: Р12, Р5М5, Р18Ф2, Р18К5Ф2 и т.д. Буква «Р» (рапид) означает, что данная сталь быстрорежущая, цифры после этой буквы указывают на среднее содержание вольфрама (в процентах), остальные буквы и цифры обозначают то же, что и в марках легированных сталей. По режущим свойствам быстрорежущие стали подразделяют на стали нормальной и повышенной производительности.

К сталям, имеющим показатели нормальной производительности, относят: вольфрамовые стали марок Р9, Р12, Р18, Р9Ф5; вольфрамомолибденовые стали марок Р6МЗ, Р6М5. Эти стали сохраняют твердость не ниже HRC 58 до температуры 620 °С. Режущие инструменты, изготовленные из стали, которая имеет прочность на изгиб 3—4 ГПа, предназначены для обработки заготовок и деталей из: 1) углеродистых и низколегированных сталей с пределом прочности на изгиб до 1 ГПа; 2) серого чугуна; 3) цветных металлов и их сплавов.

К сталям, имеющим показатели (в процессе эксплуатации инструмента) повышенной производительности, относят: Р9К5, Р9К10, Р18Ф2, Р14Ф4, Р6М5К5, РМ4К8, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2. Указанные стали сохраняют (такая температура характерна для процесса резания металла на высоких скоростях вращения заготовки или детали). Режущие инструменты, выполненные из такой стали, легированной кобальтом или ванадием, имеет прочность на изгиб 2,5—2,8 ГПа, предназначены для обработки заготовок и деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов (в частности, титановых сплавов с пределом прочности на изгиб свыше 1 ГПа).

Инструменты из быстрорежущей стали могут работать при более высоких скоростях резания, чем инструменты из углеродистой и легированной инструментальных сталей.

Чаще всего режущие инструменты (сверла, зенкеры, развертки и др.) изготовляются из быстрорежущей стали марки Р6М5 (нормальной производительности). Эта сталь с содержанием углерода около 1 % легирована азотом, цирконием, кремнием, ванадием и другими элементами в малых количествах.

Твердые сплавы используются для изготовления пластин, которыми оснащаются режущие инструменты, что позволяет использовать их в токарной обработке при более высоких скоростях резания по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали. Твердые сплавы подразделяются на металлокерамические и минералокерамические. Металлокерамические твердые сплавы включают в себя вольфрамовые, вольфрамотитановые, вольфрамотитано-танталовые, вольфрамокобальтовые.

Вольфрамовая группа сплавов (ВК) — это сплавы карбидов вольфрама и титана. Для изготовления пластин для режущего инструмента применяются следующие марки (сплавы): ВК2, ВКЗМ, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8В. Буква В означает карбид вольфрама, буква К — кобальт, цифра указывает содержание кобальта в сплаве в процентах (остальные — карбид вольфрама). Буква М, приведенная в конце некоторых марок, означает, что сплав мелкозернистый. Мелкозернистость повышает износостойкость инструмента, оснащенного пластинами из этих сплавов, но снижает его сопротивляемость ударам, т.е. увеличивает хрупкость. Режущий инструмент с пластинами из данных сплавов применяется при токарной обработке заготовок (деталей) из чугуна, цветных металлов и их сплавов, а также неметаллических материалов (пластмасс, фибры, композиционных и др.)

Вольфрамотитановые сплавы группы ТК состоят из карбидов вольфрама, титана и кобальта. Для изготовления пластин наиболее часто применяются сплавы марок Т5К10, Т5К12В, Т14К8, Т15К6, Т30К4, Т15К12В. Буква Т обозначает карбид титана, цифра за ней — процентное содержание карбида титана, буква К — карбид кобальта, цифра за ней — процентное содержание карбида кобальта (остальное в данном сплаве — карбид вольфрама). Режущий инструмент, оснащенный пластинами из данных сплавов, применяется для обработки заготовок (деталей) из сталей всех видов.

Вольфрамотитано-танталовая группа сплавов — это сплавы карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Наиболее часто для изготовления пластин применяются сплавы марок ТТ7К12 и ТТ10К8Б, содержащие соответственно 7 и 10 % карбидов титана и тантала, 12 и 8 % карбида кобальта (остальное — карбид вольфрама). Такими пластинами оснащают режущий инструмент в тех случаях, когда на токарном станке необходимо выполнить работы с тяжелой ударной нагрузкой, например при обработке заготовок с прорезями с наплавленной поверхностью, из отливок со следами отрезанных выступов.

Перечисленные выше твердые сплавы обладают высокой теплостойкостью, в частности вольфрамовые твердые сплавы сохраняют твердость в пределах HRC 83—90 при температуре в зоне резания от 800 до 950 °С, а вольфрамотитановые — в пределах HRC 87—92 при той же температуре, что позволяет работать при высоких скоростях резания — от 500 до 2700 мм/мин при обработке алюминиевых заготовок (деталей).

Вольфрамокобальтовые сплавы (мелкозернистые) группы ОМ применяют для изготовления пластин для оснащения режущего инструмента, предназначенного для токарной обработки заготовок и деталей из нержавеющей, жаропрочной сталей и других труднообрабатываемых материалов и сплавов. Так, пластины, изготовленные из сплава марки ВК6-021, применяют для чистовой обработки заготовок (деталей), изготовленных из труднообрабатываемых металлов и сплавов, а пластины из сплава марок ВКЮ-ОМ и В К 15-ОМ — для получисто- вой и черновой токарной обработки. Наиболее эффективно применение пластин из твердых сплавов марок ВК10-ХОМ и ВК15-ХОМ, в которых карбид тантала заменен карбидом хрома. Легирование карбидом хрома способствует увеличению твердости и прочности сплавов при высоких температурах в зоне резания.

Плакирование (покрытие защитными пленками) в последние годы широко применяют на инструментальных производствах крупных промышленных предприятий России с целью повышения прочности пластин из твердых сплавов. Особенно распространены защитные износостойкие покрытия из карбидов, нитридов и карбонидов титана, которые наносят на поверхность твердосплавных пластин в виде тонкого слоя толщиной 5—10 мкм. После выполнения плакирования на поверхности твердосплавных пластин образуется мелкозернистый слой карбида титана, обладающий высокой твердостью, износостойкостью и химической устойчивостью при высоких температурах, возникающих в зоне резания. Плакирование увеличивает стойкость твердосплавных пластин в 3 раза (по сравнению с твердосплавными пластинами без покрытия), что позволяет повысить скорость резания на 25—30 %. Экономический эффект обеспечивается благодаря повышению производительности труда при токарной обработке с применением плакированных твердосплавных пластин.

Минералокерамика марки ЦМ-332 применяется для изготовления пластин для оснащения режущей части резцов на многих российских промышленных предприятиях. Она имеет высокие теплостойкость (до 1200 °С) и износостойкость, а также твердость в пределах HRC 84—95 (при температуре 1200 °С). Но пластины из ЦМ-332 характеризуются повышенной хрупкостью, что не позволяет использовать их при ударных нагрузках. В нормальных условиях (без ударных нагрузок) пластины из ЦМ-332 (при оснащении ими режущего инструмента) позволяют вести токарную обработку заготовок (деталей) из сталей (любых марок), чугуна, цветных металлов и их сплавов на высоких скоростях резания. В частности, чистовое обтачивание заготовок и деталей из чугуна любых марок выполняется при скорости резания 3700 мм/мин, что в 2 раза выше, чем при обработке режущим инструментом с пластинами из твердых сплавов. «Микролит» ЦМ-332 изготовляется из дешевого сырья — глинозема и кремнезема, что позволяет при небольших затратах получить высокопроизводительный инструмент.

Читать еще: Бензопила штиль топливная смесь

В последние годы на крупных промышленных предприятиях стали применять пластины (для оснащения режущего инструмента) из кермета (режущая керамика) марок ВЗ, ВОК-60, ВОК-63. Кермет представляет собой оксидно-карбидное соединение в виде оксида алюминия плюс 30—40 % карбидов вольфрама и молибдена, отличающеся высокой теплостойкостью (имеет твердость HRC 90—95 при температуре от 950 до 1100 °С). Введение в состав минералокерамики карбидов металлов, а в ряде случаев и чистых металлов (молибдена, хрома), улучшает ее физико-механические свойства (в частности, существенно снижает хрупкость), в результате чего повышается скорость резания, следовательно, производительность токарной обработки. Получистовая и чистовая токарная обработка режущим инструментом с пластинами из кермета заготовок (деталей) из серых, ковких чугунов, высокопрочных сталей производится со скоростью резания в пределах от 435 до 1000 мм/мин без подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания. Эльбор «Р» — новый материал на основе кубического нитрида бора. Режущий инструмент оснащают (только в режущей части) крупными поликристаллами (круглые диаметром 3—6 мм, плоские длиной 4—5 мм). Его используют для токарной обработки заготовок (деталей) из закаленных сталей (с твердостью HRC 40—67), высокопрочных чугунов (с НВ в пределах от 200 до 600), твердых сплавов типов ВК-25 и В К-15, стеклопластиков и других подобных материалов (с высокой твердостью).

Твердость эльбора «Р», как установлено испытаниями и замерами, приближается к твердости алмаза, а теплостойкость в 2 раза выше, чем у алмаза, прочность поликристаллов эльбора «Р» на сжатие от 4 до 5 ГПа, на изгиб 0,7 ГПа, теплостойкость от 1350 до 1450 °С. Кроме того, эльбор «Р» химически инертен к материалам на основе железа.

Синтетические алмазы типа балас (марка АСВ) и типа карбонадо (марка АСПК) — сверхтвердые материалы — применяются в настоящее время на многих крупных машиностроительных предприятиях для оснащения режущих инструментов (используемых при токарной обработке). Карбонадо химически более активен к углеродсодержащим материалам, поэтому используется при точении заготовок (деталей), выполненных из цветных металлов, высококремнистых сплавов, твердых сплавов типа ВК 10—ВК 30, неметаллических твердых материалов. Стойкость резцов из карбонадо в 20—50 раз выше стойкости резцов из твердых сплавов.

Материалы для режущих инструментов

Материалы для режущих инструментов.

Твердость материала, из которого изготовлен инструмент, должна превышать твердость обрабатываемого материала. В связи с тем, что на рабочую часть инструмента действуют значительные силы резания, создающие деформации изгиба, инструментальный материал должен обладать прочностью. На твердость и прочность инструментального материала существенное влияние оказывает соотношение легирующих компонентов и углерода, входящих в их состав в виде карбидов. С увеличением количества карбидов и уменьшением их зернистости твердость и износостойкость инструмента повышается, а прочность понижается.

Теплостойкость инструмента определяется температурой, выше которой снижается твердость и возрастает износ.

Износостойкость инструмента характеризуется сопротивляемостью инструмента истиранию под действием сил трения, возникающих в процессах резания.

Теплопроводность инструмента определяется способностью его отводить возникающее в процессах резания тепло от режущих граней инструмента. Чем выше теплопроводность, тем лучше отводится тепло от режущих кромок, благодаря чему повышается стойкость инструмента.

Адгезионная способность инструментального и обрабатываемого материала характеризуется температурой, при которой происходит налипание обрабатываемого материала на режущие грани инструмента. Она зависит от молекулярных сил, развивающихся при высоких температурах и давлениях в точках контакта режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью. Чем выше температура налипания обрабатываемого материала на инструмент, тем качественней должен быть материал, из которого инструмент изготовлен.

Инструментальные стали.

Инструментальные стали делят на:

Углеродистые инструментальные стали.

Для того, чтобы изготовить режущий инструмент применяют углеродистые стали марки У10А, У11А, У12А и У13А. Буква У означает, что сталь углеродистая инструментальная. Число после буквы указывает, сколько примерно углерода в десятых долях процента содержится в данной стали.

Если в конце названия марки стали есть буква А, то это говорит о том, что сталь относится к группе высококачественных (У10А; У12А).

После закалки и отпуска твердость инструмента из этих сталей составляет HRC 60—64. Однако при нагреве до температуры свыше 220—250°С твердость инструмента резко снижается. Поэтому в настоящее время на токарных станках такой инструмент используется только на работах, связанных с невысокими скоростями резания (некоторые типы метчиков, зенкеров и разверток).

Легированные инструментальные стали.

Легированные инструментальные стали — это такие, в состав которых с целью повышения физико-механических свойств вводятся специальные примеси (легирующие элементы).

При введении хрома, молибдена, вольфрама, ванадия, титана и марганца твердость стали повышается, так как они образуют с углеродом простые или сложные соединения (карбиды), которые обладают высокой твердостью (особенно карбиды вольфрама и ванадия). При этом у стали сохраняется достаточная вязкость. Никель, кобальт, алюминий, медь и кремний, растворяясь в железе, упрочняют сталь.

При соответствующей термообработке инструмент имеет твердость HRC 62—64 и сохраняет ее при нагреве до температуры 250—300°С. Зенкера, развертки, метчики, протяжки изготовляют из сталей марок 9ХС, ХВГ и ХВ5.

Быстрорежущие инструментальные стали.

Быстрорежущие инструментальные стали — это легированные стали со значительным содержанием вольфрама, кобальта, ванадия и молибдена. Они сохраняют полученную после термообработки твердость HRС 62 – 64 при нагреве до температуры 600°, а некоторые марки комплексно легированных сталей сохраняют свою твердость даже при нагреве до температуры 700—720°С.

Эти качества быстрорежущих сталей позволяют увеличивать в процессе обработки скорости резания в два-три раза по сравнению с инструментом, изготовленным из углеродистой и обычной легированной инструментальной стали.

Все марки быстрорежущей стали обозначаются буквой Р (Р9, Р12, Р18), число, проставленное после буквы Р, показывает среднее процентное содержание вольфрама в этой стали.

Широкое применение имеют быстрорежущие стали, содержащие 3—5% молибдена (Р6М3, Р6М5). Эти стали по прочности превосходят сталь Р18, хотя имеют несколько меньшую теплостойкость. Их обычно применяют для инструментов, работающих в условиях тяжелых силовых режимов.

При обработке легированных, жаропрочных и нержавеющих сплавов и сталей эффективно применение быстрорежущих сталей повышенной производительности, в состав которых входит ванадий и кобальт (Р10КФ5, Р18К5Ф2), или комплекснолегированных сталей (марки Р18МЗК25, Р18М7К25 и Р10М5К25). При наличии в стали 10% и более кобальта твердость ее после термообработки составляет 67—68 и сохраняется до температуры нагрева 640 – 720°С.

Быстрорежущие инструментальные стали применяются для изготовления резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков, плашек и другого инструмента. .

Твердые сплавы.

Твердые сплавы состоят из карбидов тугоплавких металлов, которые равномерно распределены в кобальтовой связке. Их изготовляют методом прессования и спекания. Твердые сплавы имеют высокие показатели плотности и твердости, которая не снижается даже при нагреве до 800— 900°С. По составу твердые сплавы разделяются на три группы:

вольфрамовые;
титановольфрамовые;
титанотантало-вольфрамовые.

Основными марками твердого сплава вольфрамовой группы, применяемыми для изготовления режущего инструмента являются ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК4М, ВК6 ВК6М ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10. В обозначении марки твердого сплава этой группы буква В обозначает группу, буква К и число, следующее за ней — процентное содержание кобальта, являющегося связывающим металлом. Буква М обозначает, что структура сплава мелкозернистая, а буква В — что она крупнозернистая.

Твердые сплавы титановольфрамовой группы.

Твердые сплавы титановольфрамовой группы состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана, избыточных зерен карбида вольфрама и кобальта, являющегося связкой. Основными марками сплава этой группы являются Т5К10, Т5К12, Т14К8, Т15К6. В обозначении сплавов этой группы число после буквы Т показывает процентное содержание карбида титана, а число после буквы К — содержание кобальта в процентах. Остальное в сплаве — карбиды вольфрама.

Твердые сплавы титанотанталовольфрамовой группы.

Твердые сплавы титанотанталовольфрамовой группы состоят из зерен карбидов титана, тантала, вольфрама и связки, в качестве которой также использован кобальт. Марками этой группы сплавов являются ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б и ТТ20К9. В обозначении этой группы сплавов число после букв ТТ показывает содержание карбидов титана и тантала, а число после буквы К — содержание кобальта в процентах.

В зависимости от содержания карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала и кобальта твердые сплавы имеют различные свойства. Чем больше кобальта, тем сплав более вязок и лучше сопротивляется ударной нагрузке. Поэтому для изготовления инструментов, которыми выполняют обдирочные работы, используют сплавы с большим содержанием кобальта. При обработке стали применяют твердые сплавы, содержащие карбид титана, так как на инструмент из этих сплавов стальная стружка меньше налипает.

Вольфрамокобальтовые твердые сплавы.

Согласно ГОСТ 3882 – 74 твердые сплавы группы ВК (вольфрамокобальтовые) рекомендуются для обработки хрупких материалов (чугун, бронза). Сплавы группы ТК (титановольфрамокобальтовые) рекомендуются для обработки вязких материалов (сталь, латунь). Сплавы титанотанталовольфрамовой группы применяются при неблагоприятных условиях работы инструмента с ударными нагрузками, при обработке стальных отливок и поковок.

Минералокерамические материалы.

Минералокерамические материалы для режущего инструмента изготавливают в виде пластинок из окиси алюминия Al₂O₃ (глинозема) методом прессования под большим давлением с последующим спеканием. Они имеют высокую твердость, температуростойкость (до 1200°С), износостойкость и достаточную прочность на сжатие. К недостаткам этих материалов относится большая хрупкость и малая ударная вязкость. Инструменты, оснащенные минералокерамикой, обычно используются при чистовой обработке при точении с постоянной нагрузкой и в случае отсутствия вибрации.

Синтетические материалы.

Синтетический алмаз характеризуется высокими твердостью и износостойкостью, химически мало активен. Имеет небольшой коэффициент трения и слабую склонность к налипанию стружек обрабатываемого материала. Недостатки алмаза его хрупкость и сравнительно низкая температуростойкость (750—850°). Алмазные резцы применяют для финишной обработки цветных металлов, сплавов и неметаллических материалов.

Кубический нитрид бора (КНБ) — синтетический сверхтвердый материал (эльбор, кубанит, гексанит) состоящий из соединений бора и азота. Твердость его несколько ниже твердости алмаза, но температуростойкость значительно выше (1200 – 1300°С). Он химически инертен к материалам, содержащим углерод, поэтому при обработке сталей и чугунов его износостойкость значительно выше износостойкости алмазов. Вставками из КНБ оснащаются токарные резцы для обработки закаленной стали и высокопрочных чугунов.

Применение твердых сплавов для изготовления режущего инструмента

В статье рассматривается применение твердых сплавов для производства режущего инструмента.

Твердые металлокерамические сплавы широко используются для производства специальных инструментов, предназначенных для механической обработки деталей из металлов и композитов методом резания. Главная функция такого инструмента заключается в отделении слоя материала (припуска) от обрабатываемой детали или заготовки с образованием стружки или опилок. Высокой твердостью, прочностью и износостойкостью сплавов определяется эффективность и точность инструмента, его функциональность, производительность, стойкость (время непрерывной работы), а также надежность производственного процесса в целом.

Металлорежущие инструменты

Металлорежущий инструмент классифицируется по конструктивным признакам и производственно-технологическим особенностям. По конструкции условно различают режущий инструмент двух типов: монолитный и со сменными режущими элементами. Монолитный инструмент целиком изготавливается из твердого сплава, быстрорежущей стали (HSS – high-speed steel), или в комбинированном варианте: с твердосплавными вставками в тело из инструментальной стали. Конструкция инструмента со сменными элементами характеризуется наличием двух механически соединяемых частей: тела и концевой режущей пластины из твердосплавного материала.

По производственно-технологическим особенностям металлорежущий инструмент различается количеством рабочих режущих поверхностей (кромок, граней), для изготовления которых, наряду с другими материалами, широко применяются твердые сплавы разных марок. Самым распространенным и наиболее известным металлорежущим инструментом с одной режущей кромкой на твердосплавной напайке или пластине является классический токарный резец. К инструментам с двумя и более режущими гранями относят все типы фрез, сверел и т.п.

Какие режущие инструменты производятся из твердых сплавов

Из твердых сплавов изготавливают режущий инструмент разной конструкции и функциональности, предназначенный для механической обработки металла и композитных материалов.

Читать еще: Для чего используют клеевой пистолет

В их числе:

токарные резцы (для резки, наружного и внутреннего точения, нарезания резьбы и т.д.);
фрезы (торцевые, кукурузные, концевые, фасонные, грибковые, профильные и т.п.);
сверла (центровочные, спиральные, ружейные, микросверла с диаметром менее 3 миллиметров и т.п.);
пилы (ленточные, дисковые и т.д.);
инструмент резьбонарезной (метчики, плашки, резьбонакатные ролики, резьбофрезы и др.);
инструмент для обработки отверстий (зенкеры, зенковки, развертки и т.п.).

Рисунок 1. Сверла из твердых сплавов.

Рисунок 2. Сменные фрезы из твердых сплавов.

Краткое сравнение твердых сплавов с другими инструментальными материалами

В сравнении с другими инструментальными материалами твердые сплавы выигрывают по целому ряду характеристик. Если теплостойкость сплавов марок ВК6 и ВК8 находится в диапазоне 800-1000 °С, обеспечивая инструменту высокую скорость резания, то например, у быстрорежущей стали с умеренной теплостойкостью этот параметр не превышает 630 °С, с повышенной – 650 °С, а с высокой теплостойкостью – 730 °С.

По теплопроводности твердые сплавы (84 Вт/м·°С) уступают только алмазам (142 Вт/м·°С), и значительно превосходят по этому параметру углеродистую сталь (38 Вт/м·°С) и быстрорежущую сталь (25 Вт/м·°С), а как известно, чем выше теплопроводность, тем лучше охлаждается режущая кромка инструмента, тем он эффективнее работает и дольше служит.

По твердости сплавы марок ВК6 и ВК8 сопоставимы с минералокерамикой (у обоих материалов около 2000 кгс/мм), но превосходят максимальные значения этого параметра у быстрорежущих сталей (1400 кгс/мм), углеродистых сталей (800 кгс/мм), уступая только сверхтвердым материалам и алмазам, но зато не оставляют им шансов по пределу прочности на изгиб.

Процесс производства режущего инструмента из твердых сплавов

Режущие инструменты из твердых сплавов изготавливаются методом порошковой металлургии. Суть этого метода заключается в формовании, прессовании и спекании металлических порошков или композиций из металлических порошков с неметаллическими. При производстве металлокерамических пластин для режущего инструмента используется порошковая смесь из микрочастиц карбидов твердых керамик и связующего металла.

В случае с производством режущего инструмента из однокарбидных сплавов вольфрамовой группы в состав смеси входит «рабочий» материал – карбид вольфрама, и так называемая «связка», в качестве которой, как правило, используют кобальт. Смесь сначала дозировано засыпают в пресс-формы (матрицы), затем спрессовывают под большим давлением (до 1000 Па) в плотный прочный «брикет» с геометрией и рельефом готового инструмента. Затем полуфабрикат отправляют в высокотемпературную печь, где спрессованная металлокерамическая смесь спекается в монолитное готовое изделие.

Какие свойства придают твердые сплавы режущему инструменту

Совсем недавно наибольшее применение при производстве режущего инструмента имели инструментальные стали, но сегодня на лидирующие позиции постепенно выходит твердосплавный сплав кобальта (Co) и карбида вольфрама (WC) марок ВК6 и ВК8. Эти марки имеют в своем составе оптимальное количество кобальта: 6% и 8% соответственно. Это делает режущий инструмент не слишком хрупким, как например, из сплава марок ВК3 и ВК4, и достаточно твердым. Благодаря этой особенности, режущий инструмент из сплава марок ВК6 и ВК8 можно использовать как для черновой, так и для чистовой обработки металлов.

Крупнозернистые сплавы вольфрамовой группы (в отличие от мелко- и сверх-мелкозернистых сплавов) отличаются хорошей износостойкостью, позволяющей обрабатывать одним инструментом большее число деталей на одну режущую кромку, а также повышенной производительностью. Долгий срок службы твердосплавного режущего инструмента позволяет сократить его расход, что вкупе с невысокой ценой конечных изделий делает инструмент экономически выгодным. Вышесказанным объясняется широкая область применения твердосплавного режущего инструмента в современной металлообработке.

Благодаря своим уникальным свойствам твердые сплавы являются практически незаменимыми при производстве режущего инструмента. Инструменты, изготовленные из материалов-аналогов, не дают настолько хороших показателей, как инструменты, изготовленные из твердых сплавов. Одним из основных недостатков таких сплавов является их высокая стоимость, но этот факт не влияет на популярность применения данных материалов в указанной области.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

О стали и резцах

Иметь отличные резцы — мечта не только начинающих любителей резьбы по дереву, но и мастеров со стажем.
Хорошие фирменные резцы стоят нынче дорого, не всякому они по карману, да и дельцов большой наживы развелось слишком много. Свои сомнительного качества резцы они подделывают под продукцию известных фирм и продают простакам за большие деньги.

Опасаясь подделок и из-за дороговизны качественных изделий, многие резчики делают резцы самостоятельно из напильников, автомобильных рессор, медицинских инструментов. Вот только качество самодельного инструмента зачастую разочаровывает. Резцы, изготовленные из напильников, при работе часто ломаются и выкрашиваются, резцы из рессорной и другой стали требуют частой заточки. Работа некачественным инструментом вызывает массу нареканий, но с таким положением дел умелец обычно смиряется, потому что считает, что подходящей стали для резцов в наше время днем с огнем не сыскать.

Хочу сказать, что все мои рекомендации по выбору стали, а также по режимам термообработки инструмента проверены на практике.

Для изготовления инструмента с высокими режущими свойствами я рекомендую применять только высококачественную инструментальную сталь: углеродистую и легированную быстрорежущую.

Самыми доступными и дешевыми являются углеродистые инструментальные стали марок У7. У13. Буква У означает, что сталь углеродистая, цифра — содержание углерода в десятых долях процента. С повышением содержания углерода в этих сталях (от 0,7% до 1,3%) растут их твердость и предел прочности, но снижаются пластичность и способность сопротивляться ударным нагрузкам.

Поэтому сталь с меньшим содержанием углерода (У7) обычно используют для изготовления инструмента, испытывающего при работе ударные нагрузки. А из стали с высоким содержанием углерода (У12; У13) делают инструменты, от которых требуется высокая твердость рабочей поверхности (надфили, напильники). В таблице 1 приведен примерный перечень применяемых в быту инструментальных углеродистых сталей.

Вместе с тем эти инструментальные стали имеют и недостатки, которые необходимо учитывать: узкий интервал закалочных температур и необходимость закалки с охлаждением в воде или водных растворах щелочей, что увеличивает деформацию и коробление готового инструмента. Как известно, углеродистые стали подходят лишь для резания с малой скоростью, так как высокая твердость инструмента резко снижается при его перегреве свыше 190°. 200°С.

Для улучшения механических, физических и технологических свойств инструментальные стали дополнительно легируют хромом, вольфрамом, ванадием. Суммарное содержание легирующих добавок невелико (от 1% до 6%), но, являясь сильными карбидообразующими элементами, они не только увеличивают твердость закаленной стали, но и значительно повышают ее износоустойчивость. Наиболее распространенные марки легированных инструментальных сталей, применяемых для изготовления инструмента, приведены в таблице 2.

Свою высокую твердость и износоустойчивость эти стали сохраняют при нагреве в процессе работы до 250°С. К недостаткам легированных сталей следует отнести высокую стоимость из-за значительной цены легирующих элементов.

При высоких скоростях и значительных силах резания применяют инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали. Эти стали, в отличие от углеродистых инструментальных сталей, обладают значительной красностойкостью (до 600. 620°С), то есть способностью сохранять твердость и износостойкость при нагреве инструмента до этих температур. Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей, обеспечивающим им подобную красностойкость, являются вольфрам и молибден. Быстрорежущую сталь обозначают буквой Р, следующая за ней цифра — содержание основного легирующего элемента — вольфрама (в процентах). Содержание углерода в этих сталях составляет от 0,7 до 1%.

В последние годы в деревообрабатывающей промышленности нашли широкое применение стали переходной группы — полутеплостойкие. По сравнению с быстрорежущими эти стали содержат меньшее количество легирующих элементов. Понятно, они дешевле и красностойкость их меньше — они допускают нагрев инструмента во время работы до 300. 500°С.

Обычно из быстрорежущей стали у резцов изготовляют только режущий элемент в виде наварной пластины или вставного зуба, корпус же инструмента при этом делают из обычной стали. Наиболее распространенные марки полутеплостойких и быстрорежущих сталей, применяемых для изготовления инструмента, приведены в таблице 3.

Следует иметь в виду, что все свои положительные свойства инструментальные, легированные и быстрорежущие стали проявляют в полной мере лишь при условии их правильной термообработки. Напомню, что любая термообработка заключается в нагреве стальной заготовки до определенной температуры охлаждении с различной скоростью. Только правильно проведенная термообработка придаст нашим инструментам из стали высокую твердость, прочность, износостойкость и достаточную вязкость.

Умельцы и мастера, занимающиеся изготовлением режущего инструмента, для его нагрева под закалку используют самодельные горны, газовые горелки, паяльные лампы, муфельные печи. Температура нагрева инструмента измеряется визуально по цветам каления, то есть по цвету свечения нагретого металла. Ниже приведены температуры, соответствующие тому или другому цвету нагретого металла.

При охлаждении металла цвет каления изменяется в обратной последовательности.

ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ КАЧЕСТВА СТАЛИ

Качество закалки режущего инструмента перед заточкой контролируют с помощью напильника с мелкой насечкой, имеющего стандартную твердость 61. 62 HRC.

Сталь с низким содержанием углерода легко запиливается этим напильником.

Сталь средней твердости запиливается с трудом, причем при сильном нажиме.

На инструментальной стали высокой твердости напильник едва оставляет следы, даже при сильном нажиме.
По быстрорежущей стали напильник просто скользит, потому что ее твердость превышает твердость напильника.

При необходимости перезакалить инструмент, чтобы обеспечить ему нужную твердость, необходимо знать марку стали, из которой сделан инструмент, а также количество содержащегося в стали углерода. Иначе успешно провести термообработку не удастся.

Из отслуживших свой срок напильников, даже поломанных и ржавых, получаются весьма неплохие резцы по дереву, различные профильные стамески, косяки. Для начала определяемся с размерами будущего резца. Если мы предполагаем изготовить токарные резцы по дереву, тогда размеры рабочей части должны составлять 130. 160 мм плюс 50. 60 мм на хвостовик для крепления ручки. У профильных резцов для резьбы по дереву размеры рабочей части составят 30. 50 мм плюс 30. 40 мм на хвостовик.

Определившись с резцами, зажимаем напильник в тиски и обламываем тело напильника до нужных размеров, соблюдая меры предосторожности. (Раскроить напильник лучше отрезным кругом). Если посмотреть на излом, то можно увидеть, что сталь по сечению имеет разную структуру, что говорит о неравномерной твердости напильника (в середине напильник не такой твердый).

Так что не трудно понять, что без дополнительной термообработки хорошего резца из напильника не получить. Рабочую часть будущего резца необходимо нагреть до температуры 760. 780°С (напильники обычно делают из стали У12, содержащей 1,2% С). Температуру определяем визуально по цветам каления — вишнево-красный. Закалку проводим в воде. Нагретую часть резца (она обычно составляет 1/2. 2/ 3 всей рабочей части) быстро опускаем в воду и производим покачивание инструмента вверх-вниз для того, чтобы размыть границу между закаленной и незакаленной частью.

Низкий отпуск легко выполнить над горелкой газовой плиты. Нагревают резец над небольшим пламенем, начиная с середины. Необходимо внимательно наблюдать за цветом появляющейся пленки окислов (цвет побежалости), и как только появится светло-желтый цвет, переходящий в коричнево-желтый, что соответствует температуре отпуска 220. 250°С, пламя горелки выключают.

После такой термообработки твердость резца составляет 59. 60 HRC. Далее крепим к резцу деревянную ручку и приступаем к формированию его профиля, используя для этого абразивный круг и отрезной диск. При обработке нельзя перегревать резец. Надо помнить, что инструментальная сталь при перегреве (посинении рабочей кромки) резко теряет твердость и, соответственно, режущие качества.

После заточки и доводки резец готов к работе. На рисунке приведены инструменты для токарных работ по дереву, изготовленные из напильников.

Используя вышеописанную технологию при желании удается увеличить твердость лезвия того же топора (обычно он изготовлен из стали 35. 50Л, реже из У7). Разогреть 1/3 часть длины лезвия до 820. 850°С, то есть до светло-красного цвета каления, и быстро опустить в воду, покачивая вверх-вниз, для размыва границы закалки. Сделать низкий отпуск 200. 220°С (цвет побежалости — светло-желтый). Проверить твердость лезвия напильником, она должна составлять приблизительно 50 HRC.

Еще лучшими качествами обладают резцы по дереву, изготовленные из пришедших в негодность метчиков от М8 до М16 (они изготовлены из быстрорежущей стали Р18; Р6М5). В этом случае, используя абразивный круг и отрезной диск для формирования профиля резца, можно не опасаться перегрева. Из метчиков большего размера М27. М36 можно изготовить полукруглые стамески (рейеры) для чернового точения древесины.

Отличными режущими свойствами обладают косяки (мейсели), выполненные из поломанных или пришедших в негодность разверток диаметром 16. 36 мм. Хвостовую часть развертки для облегчения протачивают, с помощью наждака формируют рабочую часть мейселя, затачивают, осуществляют доводку. Легированную сталь для изготовления инструмента найти потруднее, но и она иногда валяется под ногами.

Присмотритесь к обоймам поломанных, ржавых подшипников качения, ведь сделаны они из высококачественной стали ШХ15. Поломанные диски циркулярных пил для дерева изготовлены из легированной стали 9ХФ. Вышедшие из строя протяжки (режущий инструмент для формирования отверстий) — отличные заготовки для резцов, так как на протяжки идут качественные стали ХВГ и 9ХС.

При изготовлении резцов по дереву или другого инструмента из легированных сталей без кузнечных работ не обойтись. После ковки резцов не забывайте о рекомендованных режимах термообработки. Осуществляйте правильную заточку и доводку инструмента. По моему мнению резцы из легированных и быстрорежущих сталей, выполненных ковкой, по своим режущим качествам превосходят разрекламированные импортные резцы. В следующих статьях мы рассмотрим, где приобрести недорогой www.domos.ru, следите за нашими статьями.

Н. Копанев
По материалам журнала «Сделай сам»