Материалы для режущего инструмента.

Внедрение одного материала (клина) в другой (заготовку) возможно лишь при преобладающей твердости первого. Из табл. 1 видно, что алмаз и кубический нитрид бора имеют наиболее высокую твердость, а твердые сплавы и минералокерамика значительно тверже закаленных инструментальных сталей. Твердость большинства конструкционных материалов ниже твердости соответствующего инструмента. Однако под воздействием высокой температуры при резании твердость многих материалов снижается и, в частности, твердость инструмента может оказаться недостаточной для осуществления резания.

Свойство материала сохранять необходимую твердость при высокой температуре называется теплостойкостью, которая характеризуется критической температурой. Инструмент с температурой выше критической эффективно работать не будет).Очевидно, что эта температура определяет допустимую скорость резания.

Материалы –твердые сплавы, быстрорежущая сталь, минералокерамика, кубический нитрид бора, легированная сталь, углеродистая сталь, алмазы.

Важность механической прочности для инструментальных материалов обусловлена особенностью нагружения режущих зубьев: консольным расположением (закреплением) зуба, возможностью ударных нагрузок, работой режущих элементов на изгиб, растяжение и сжатие. Поэтому пределы прочности на изгиб и сжатие и ударная вязкость являются основными показателями прочности инструментальных материалов.

Способность противостоять изнашиванию при трении также является важным свойством материала инструмента, так как при работе он подвергается истиранию в местах контакта с заготовкой. Износостойкость характеризуется работой трения, отнесенной к величине стертой массы материала.

Технологичность инструментального материала, т.е. степень его соответствия технологии термической обработки, обработки давлением, механической обработки и др., является свойством, определяющим возможность использования его в конструкции режущего инструмента. Так, материалы с плохой шлифуемостыо будут неудобны при изготовлении и переточке инструмента; слишком узкий температурный интервал нагрева материала при термообработке может привести к бракуи т. п. Технологичность материала может оцениваться и такими его свойствами, как свариваемость, припаиваемость и др.

Понятно, что материал режущих инструментов не должен состоять лишь из дорогих и дефицитных элементов, поскольку это будет сказываться на его стоимости и широте применения.

Инструментальные стали.

Обычно режущий инструмент для таких слесарных работ, как опиливание, шабрение, рубка, нарезание резьбы (т. е. напильники, шаберы, зубила, метчики, плашки и др.), делается из этих сталей и после термической обработки может иметь высокую твердость (до HRC 64). Закалка (охлаждение) сталей ведется в воде. Однако и в этом случае ввиду высокой критической скорости закалки эти стали прокаливаются на небольшую глубину, и сердцевина инструмента остается вязкой. Для снятия внутренних напряжений применяют отпуск при температуре 120-150 °С. Химический состав и марки инструментальных углеродистых сталей приведены в ГОСТ 1435-74.

Для повышения тех или иных свойств углеродистых инструментальных сталей в их состав вводят так называемые легирующие элементы, обозначаемые соответствующими буквами в марках стали. Так: Никель (Н) после соответствующей термообработки стали сообщает ей тонкую структуру, определяющую высокую пластичность и вязкость, увеличивает прокаливаемость. Марганец (Г) увеличивает прокаливаемость и прочность стали, ускоряет процесс цементации и повышает износостойкость. Хром (X) упрочняет сталь в результате его растворения в железной основе и образования карбидов. Вольфрам (В) повышает твердость путем образования сложных карбидов и сохраняет твердость сплава при отпуске, уменьшает его склонность к росту зерна при нагреве, повышает износостойкость и теплостойкость. Ванадий (Ф) резко уменьшает рост зерна при нагреве, увеличивает устойчивость против снижения твердости при отпуске, улучшает свариваемость, но ухудшает шлифуемость материала. Молибден (М) уменьшает склонность стали к отпускной хрупкости, повышает прокаливаемость, придает повышенную прочность, пластичность и вязкость. Кремний (С) улучшает прокаливаемость стали, снижает ее чувствительность к перегреву, равномернее распределяет карбиды.

Теплостойкость их не превышает 250-300 °С, что позволяет несколько увеличить скорость резания.

Быстрорежущие стали отличаются высокой теплостойкостью, доходящей у лучших марок до 650°С. Они пригодны для режущей части инструментов, работающих при скоростях резания 0,8 — 1,0 м/с. Так, из стали нормальной производительности Р9, Р18, Р6М5 делают режущую частьавтоматных и фасонных резцов, сверл, зенкеров, фрез, разверток, зуборезного инструмента, а из быстрорежущих сталей повышенной производительности Р18Ф2, Р9Ф5, Р14Ф4-И др. — аналогичные инструменты для обработки высокопрочных и труднообрабатываемых материалов. Ввидудефицитности вольфрама инструмент из этих сталей делают во многихслучаях составным, т. е. режущую часть из быстрорежущей стали, а корпусную или крепежно-присоединптельную — из конструкционной стали. Инструмент после термообработки имеет высокую твердость режущей части (до HRС64 и выше).

Быстрорежущие стали появились почти сто лет назад. В СССР в качестве основных использовались марки РФ1 или РФ2, которые затем были заменены приведенными выше марками сталей, имеющими улучшенные качества.

Твердые сплавы.

Конструкционных сталей точением, фрезерованием и т. п. Предельная теплостойкость этих материалов определяется началом интенсивного окисления карбидов, т. е. температурой 1100 -1150 °С.

Каждая марка твердого сплава может эффективно применяться лишь в конкретных условиях.

Для чистового точения деталей из цветных металлов и сплавов, пластмасс и других неметаллических материалов применяют резцы из природных алмазов массой 0,21—0,85 карата, закрепляемых механическим способом или напайкой в переходных державках диаметром до 20 мм и длиной до 50 мм. Для обработки твердых сплавов, высококремнистых материалов, стеклопластиков и других пластмасс применяют синтетические алмазы типа карбонадо и баласс (марки АСПК и АСБ),. которые по своим свойствам соответствуют природным алмазам тех же сортов.