Матеріали для виготовлення ріжучих інструментів - студопедія
Матеріали для ріжучих інструментів повинні відповідати таким вимогам:
· Мати високу твердість. Твердість інструменту повинна перевищувати твердість оброблюваного матеріалу.
· Мати достатній рівень міцності (на вигин, стиск, циклічне навантаження) і ударної в'язкості.
· Мати високу теплостійкість. Теплостійкість - властивість (здатність) матеріалу зберігати свою твердість, а отже, і ріжучі властивості при нагріванні.
· Мати високу зносостійкість і високу теплопровідність. Чим більше теплопровідність, тим менше небезпека виникнення шліфувальних пріжогов і тріщин на лезах інструменту при заточуванні, тим менше температура різання і більше зносостійкість.
Ріжучі інструменти не слід цілком виготовляти з дорогих і дефіцитних матеріалів, оскільки це економічно.
До основних інструментальних матеріалів відносяться сталі, тверді сплави, керамічні матеріали, алмази, синтетичні надтверді матеріали.
Тверді сплави отримують пресуванням і спіканням (при 1500 - 1900 ° С) порошків твердих тугоплавких карбідів WC, TiС і TaC з порошком кобальту, що грає роль пластичної зв'язки. Таким способом з них виготовляють ріжучі пластинки різної форми, які припаиваются або кріпляться механічним способом до державки або корпусів інструментів зі звичайних сталей (45, 50, 40Х та ін.). Теплостійкість твердих сплавів - 900 ... 1000 о С. Допустимі швидкості різання до 800 м / хв. Твердість 85 ... 92HRА (74 ... 76HRC).
Розрізняють три групи твердих сплавів:
Тверді сплави мають низьку пластичність. При зростанні вмісту кобальту міцність і в'язкість підвищуються, а зносостійкість і твердість сплаву знижуються. Найбільшою міцністю, але найменшою теплостійкість (750 о С) володіє трехкарбідние сплави, їх застосовують при різанні з ударами, великими перетинами зрізається. Найвищу твердість і теплостійкість (до 900 ° С) мають двухкарбідние сплави; двухкарбідние сплави застосовуються при обробці високолегованих сталей, що мають низьку теплопровідність. Останнім часом велика увага приділяється розробці нових твердих сплавів, які містять карбідів вольфраму. У таких сплавах карбіди вольфраму замінені карбидами титану з добавками молібдену, нікелю і інших тугоплавких металів.
Керамічні інструментальні матеріали не містять дорогих і дефіцитних компонентів. Основа кераміки - корунд Al2 O3 (технічний глинозем) - мінерал кристалічної будови. Отримують корунд з порошку глинозему в електропечах при температурі 1720 ... 1750 ° С спеканием, звідси назва «електрокорунд». З кристалів електрокорунду виготовляють стандартні керамічні пластини білого кольору. Білий колір мають кристали електрокорунду вільного від домішок. Домішки хімічних елементів надають електрокорунду різні колірні відтінки.
Переваги оксидной кераміки:
1. Висока твердість (90 ... 94HRA);
2. Висока теплостійкість (1200 о С);
3. Мале спорідненість з металами виключає адгезионное взаємодія з оброблюваним матеріалом, отже виходить менша шорсткість обробленої поверхні.
1. Висока крихкість (низька ударна в'язкість: 0,5 ... 1,2 Дж / см 2);
2. Погана опірність циклічних змін теплового навантаження.
Інструменти з оксидної кераміки використовують при чистової і напівчистової обробці заготовок з вибілених чавунів, важкооброблюваних сталей, деяких кольорових і неметалевих матеріалів в умовах безударной навантаження, без охолодження і при підвищеній жорсткості системи СНІД (верстат - пристосування - інструмент - деталь). Найбільше застосування отримала мінералокераміка ЦМ-332 (мікроліт) і ВО-13. Для підвищення експлуатаційних властивостей в мінерралокераміку додають W, Mo, B, Ti, Ni, і т.п. Такі матеріали називають КЕРМЕТ.
Алмази і синтетичні надтверді матеріали. Алмаз - найтвердіший з відомих інструментальних матеріалів, являє собою одну з аллотропних модифікацій вуглецю.
1. Висока зносостійкість;
2. Хороша теплопровідність;
3. Невеликий коефіцієнт тертя;
4. Мала адгезионная здатність до металів (за винятком сплавів Fe-C).
1. Низька теплопровідність (при температурах, що перевищують 700 ... 800 о С алмаз Графітізуючі);
2. Велика анізотропія механічних властивостей (твердість і міцність в залежності від напрямку дії сили на кристал змінюються в сотні разів), що необхідно враховувати при виготовленні лезвийного інструменту.
3. Висока вартість і дефіцитність;
4. Висока крихкість.
Синтетичні алмази одержують шляхом перекладу вуглецю в іншу поліморфну модифікацію в умовах високих температур (до 2500 ° С) і тисків (до 1000 ГПа). Синтетичні алмази випускають наступних марок: АСБ - баллас (АСБ-5, АСБ-6); АСПК - карбонадо (АСПК-1, АСПК-2, АСПК-3). Зазначені марки алмазів ізотропні внаслідок полікристалічного будови, мають порівняно високу міцність при ударах.
У ріжучих інструментах застосовують кристали алмазу вагою 0,3 ... 0,8 карат (1 карат = 0,2 г) які закріплюються в інструменті механічно або за допомогою пайки. Найбільш широко алмазний інструмент застосовується при тонкому точінні і розточуванні деталей з алюмінію, бронзи, латуні, неметалічних матеріалів: оброблена поверхня відрізняється низькою шорсткістю.
1. Дуже висока твердість (9000HV) (поступається лише алмазу);
2. Найвища теплопровідність (до 1600 о С);
3. Хімічно інертний до залізо-вуглецевих сплавів.
На основі щільних модифікацій КНБ створений ряд інструментальних матеріалів, які називаються композитами. Розрізняють композити з масовою часткою КНБ більше 95% і композити з масовою часткою КНБ близько 75%.
Композити з масовою часткою КНБ більше 95%: ельбор Р (композит 01), бельбор (композит 02), гексаном (композит 10) та ін. Виготовляються у вигляді циліндричних стовпчиків діаметром 4 ... 6 мм і висотою 3 ... 6 мм, що закріплюються в державке ріжучого інструменту.
У композитах з масовою часткою КНБ 75% присутні добавки Al3 O3 і ін. Матеріалів. До них відносяться композит 05 (КНБ + Al3 O3), композит 09 (полікрісталли твердого нітриду бору), яким оснащуються інструменти, що працюють з ударами.
З тих, що розробляються матеріалів перспективним є Василина-Р (матеріал на основі нітриду кремнію), який володіє більш високими міцністю, ударною в'язкістю і теплопровідністю, ніж інструменти з мінералокераміки, не містить дефіцитних матеріалів, не схильний до адгезії по відношенню до більшості сталей, сплавів на основі міді, алюмінію.