2020-07-12
149
СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Теоретические сведения
При изготовлении режущих инструментов для обработки мате- риалов в отечественной промышленности используется широкая но- менклатура инструментальных материалов, которые подразделяются на четыре основные группы:
· Инструментальные стали;
· Твердые сплавы;
· Керамические материалы;
· Сверхтвердые материалы.
К материалам для режущих инструментов предъявляются сле- дующие требования.
1. Высокая твердость (HRC, HRA, HRV), необходимая для внедрения в обрабатываемый материал и для того, чтобы исключить пластическое течение рабочих кромок инструмента при повышении температуры в зоне резания.
Твердость материала режущего инструмента должна в2-3 раза превышать твердость обрабатываемого материала. Однако чрезмер- ное увеличение твердости, как правило, приводит к увеличению хрупкости, снижению вязкости и образованию трещин в инструмен- тальных материалах. Поэтому важно оптимальное соотношение твер- дости инструментального и обрабатываемого материалов.
2. Механическая прочность и вязкость (σв, σсж, KCU), необхо- димая инструментальному материалу для исключения поломки инст- румента.
Работе инструментов сопутствуют высокие статистические на- пряжения, чаще всего напряжения изгиба или кручения, а для фрез и обдирочных резцов – динамические напряжения. В этом случае очень важной характеристикой является величина ударной вязкости KCU, особенно при прерывистом резании, ударной нагрузке на инструмент и переменной глубине резания. Инструментальные стали имеют ударную вязкость в несколько раз большую, чем твердые сплавы, ке- рамика и сверхтвердые материалы.
Режущие свойства инструментального материала определяются его высокой твердостью и высокой механической прочностью.
3. Теплостойкость – способность материала сохранять свою структуру и твердость до рабочих температур; измеряется в градусах Цельсия или Кельвина. Теплостойкость зависит от химического со- става инструментального материала.
В условиях периодического изменения температуры (например, при прерывистом резании), инструментальный материал должен быть малочувствительным к циклическим изменениям температуры и его теплостойкость должна быть выше предельной температуры в зоне резания.
Кроме того, чем выше теплостойкость, тем выше допустимая скорость резания при обработке, а значит, тем выше производитель- ность обработки.
4. Износостойкость – способность инструментального материа- ла сопротивляться истирающему действию материала заготовки. Этот показатель является комплексным свойством и зависит от всех выше- перечисленных свойств – твердости, прочности и теплостойкости.
Износостойкость зависит также от истирающих свойств обраба- тываемого материала.
5. Теплопроводность (λ) – способность инструментального ма- териала отводить тепло с лезвия в тело инструмента – в державку с целью снижения вероятности перегрева его режущих кромок.
Теплопроводность зависит от химического состава инструмен- тального материала и температуры нагрева инструмента.
Присутствие в химическом составе инструментального материа- ла вольфрама W и ванадия V снижает его теплопроводность, а при легировании титаном Ti, молибденом Мо и кобальтом Со теплопро- водность повышается.
Отсутствие сродства с обрабатываемым материалом.
Необходимым условием достижения высоких режущих свойств инструмента является низкая физико-химическая активность инстру- ментального материала по отношению к обрабатываемому материалу.
7. Технологичность инструментального материала – комплекс свойств, характеризующий возможность изготовления режущих ин- струментов из конкретного инструментального материала. Например, если инструментальный материал обладает плохой шлифуемостью, то невозможно изготовление и переточка инструментов со сложным профилем, а слишком узкий температурный интервал нагрева инст-
рументального материала при термообработке может снизить качест- во инструмента и даже привести к браку.
8. Экономичность инструментального материала. Экономичность в основном зависит от химического состава ма-
териала для режущего инструмента. Введение большого количества дорогостоящих легирующих элементов (вольфрама, кобальта и т. д.) существенно увеличивает стоимость инструментальных материалов и сужает область их применения. Поэтому перед использованием инст- румента обычно делают оценку его экономической эффективности с учѐтом стоимости инструментального материала.
Часто требуемое сочетание отдельных свойств (например, высо- кой твердости HRC и ударной вязкости KCU) обеспечить трудно. Предпочтение отдается одному или нескольким основным свойствам, которые для данного типа инструмента отвечают за его работоспо- собность. Для большинства режущих инструментов основными свой- ствами считаются теплостойкость и износостойкость.
Ни один из существующих инструментальных материалов не сочетает в себе весь комплекс требований – высокую твердость, теп- лостойкость, механическую прочность, износостойкость. Именно по- этому не существует универсального инструментального материала. Инструментальный материал выбирается для применения в конкрет- ных условиях обработки для получения требуемого качества изготав- ливаемых деталей.
Контрольные вопросы
1. Что такое инструментальный материал?
2. Какими свойствами должен обладать материал для обра- ботки резанием?
3. Почему применяется термин «инструментальные материа- лы», а не «инструментальные стали»?
4. Какова связь между свойствами инструментальных мате- риалов и режимом резания?
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №11 КЛАССИФИКАЦИЯ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
