Перечислите достоинства и недостатки современых инструментальных материалов

Инструментальные стали Режущие инструменты, изготовленные из углеродистых инструментальных сталей У10А, У13А, обладают достаточной твердостью, прочностью и износостойкостью при комнатной температуре, однако теплостойкость их невелика. При температуре 200…250º С их твердость резко уменьшается. Поэтому они применяются для изготовления ручных и машинных инструментов, предназначенных для обработки мягких металлов с низкими скоростями резания, таких, как напильники, мелкие сверла, развертки, метчики, плашки и др. Углеродистые инструментальные стали имеют низкую твердость, что обеспечивает их хорошую обрабатываемость резанием и давлением. Однако они требуют применения при закалке резких закалочных сред, что усиливает коробление инструментов и опасность образования трещин. Инструменты из углеродистых инструментальных сталей плохо шлифуются из-за сильного нагревания, отпуска и потери твердости режущих кромок. С целью улучшения свойств углеродистых инструментальных сталей были разработаны низколегированные стали. Они обладают большей прокаливаемостью и закаливаемостью, меньшей чувствительностью к перегреву, чем углеродистые стали, и в то же время хорошо обрабатываются резанием и давлением. По теплостойкости легированные инструментальные стали незначительно превосходят углеродистые. Они сохраняют высокую твердость при нагреве до 200…260° С и поэтому непригодны для резания с повышенной скоростью, а также для обработки твердых материалов. В настоящее время для изготовления металлорежущих инструментов применяются, быстрорежущие стали. В зависимости от назначения их можно разделить на две группы: 1) стали нормальной производительности; 2) стали повышенной производительности. К сталям первой группы относятся Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р6М5, к сталям второй группы – Р6М5ФЗ, Р12ФЗ, Р9К5, Р9К10, Р6М5К5 и др.

Высокие режущие свойства быстрорежущей стали обеспечиваются за счет легирования сильными карбидообразующими элементами: вольфрамом, молибденом, ванадием и некарбидообразующим кобальтом, также они содержат хром. Существенным недостатком этих сталей является значительная карбидная неоднородность, особенно в прутках большого сечения. С увеличением карбидной неоднородности прочность стали, снижается, при работе выкрашиваются режущие кромки инструмента, и снижается его стойкость. Сталь Р18 сравнительно хорошо шлифуется.

Большое количество избыточной карбидной фазы делает сталь Р18 более мелкозернистой, менее чувствительной к перегреву при закалке, более износостойкой.

стали повышенной производительности обладают в основном более высокой износостойкостью, а стали, содержащие кобальт, более высокой красностойкостью и теплопроводностью. Быстрорежущие стали повышенной производительности шлифуются хуже стали Р18. Ухудшение шлифуемости выражается в повышении износа абразивных кругов и увеличении толщины поверхностного слоя стали, повреждаемого при излишне жестком режиме шлифования.

Твёрдые сплавы Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью. Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750…1100 °С. Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3…4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п. В зависимости от химического состава металлокерамические твердые сплавы, применяемые для производства режущего инструмента, разделяются на три основные группы.

Сплавы первой группы изготовляют на основе карбидов вольфрама и кобальта. Они носят название вольфрамокобальтовых. Это сплавы группы ВК. К ним относятся сплавы: ВКЗ, ВК6, ВК10, ВК15. Рассматриваемые сплавы применяются для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. При выборе марки твердого сплава учитывают содержание кобальта, которое предопределяет его прочность. При работе с ударами и вибрациями выбирают сплавы с большим содержанием кобальта ВК15, ВК10, ВК8, для более лёгких условий резания – сплавы ВК2, ВКЗ. Ко второй группе относятся сплавы, получаемые на основе карбидов вольфрама и титана и связующего металла кобальта. Это двухкарбидные титано-вольфрамокобальтовые сплавы группы ТК (Т15К6, Т5К10, Т5К12), обладающие большей износостойкостью по сравнению со сплавами группы ВК. Третья группа сплавов состоит из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Это трехкарбидные титано-танталовольфрамокобальтовые сплавы группы ТТК: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9. Введение в состав сплавов карбидов тантала значительно повышает их прочность, но снижает красностойкость.

Минералокерамика Минералокерамика – это инструментальный материал основой, которого является корунд – минерал кристаллического строения, состоящий из оксида алюминия Аl₂О₃. Оксидная керамика содержит до 99% Аl₂О₃. Белые минералокерамические пластинки выпускаются под маркой ЦМ332.Она имеет теплостойкость порядка 1500 °С, что позволяет обрабатывать металлы со скоростями резания 300...600 м/мин. Сейчас освоены новые марки оксидной керамики с улучшенными физико-механическими свойствами, такие, как В013, ВШ-75 и др. Оксидную керамику рекомендуется использовать для чистового и получистового точения нетермообработанных сталей, а также серых и ковких чугунов с твердостью НВ 200 и менее.

Сверхтвёрдые материалы Природные и синтетические алмазы обладают самой высокой твердостью (HV 10000 кгс/мм²), малыми коэффициентами линейного расширения и трения и высокой теплопроводностью, адгезионной стойкостью и износостойкостью. Недостатки алмазов – невысокая прочность на изгиб, хрупкость и растворимость в железе при относительно низких температурах (750°С), что препятствует использованию их для обработки железоуглеродистых сталей и сплавов на высоких скоростях резания, а также при прерывистом резании и вибрациях. Теплостойкость алмаза около 800° С. Природные алмазы используются в виде кристаллов, закрепляемых в металлическом корпусе резца. По твердости синтетические поликристаллы лишь незначительно уступают природным монокристаллам алмаза. Синтетические алмазы маркируются буквами АС. Например: марки АСБ (баллас) и АСПК (карбонадо). Большие скорости резания 1000...1200 м/мин обеспечивают высокую производительность обработки. Их можно использовать не только для точения, но и для фрезерования. Синтетические алмазы менее чувствительны к динамическим нагрузкам и позволяют вести обработку с большим сечением среза (глубиной и подачей). Кубический нитрид бора (КНБ) химический состав: 44% бора и 56% азота. По твердости КНБ близок к твердости алмаза, а по теплостойкости (1500° С) значительно превосходит все инструментальные материалы. инертен к железу и углеродистым сплавам. Для изготовления лезвийных инструментов используются поликристаллы КНБ и композиционные материалы, созданные на его основе (композиты). К ним относятся: Эльбор-Р (композит 01), белбор (композит 02), композит 05, ПТНБ (композит 09), гексанит-Р (композит 10). Они синтезируются в виде цилиндрических столбиков диаметром 4...8 мм, высотой 3...6 мм, которыми затем оснащаются режущие инструменты.

35 Приведите примеры взаимосвязи науки и практики в инструментальном производстве.

Развитие науки подтолкнуло инструментальное производство к качественному скачку, инструмент стал более эффективным за счет более высокой твердости режущих кромок и в общем в улучшении всех параметров материалов из которых изготавливаются режущие инструменты. Благодаря науке появились различные износостойкие покрытия и методы их нанесения. Также были разработаны новые материалы с уникальными свойствами, которые нельзя было получить в нормальных условиях, но с развитием науки стало возможным.

Также благодаря науке были разработаны новые методы изготовления режущих инструментов. В инструментальное производство пришли обрабатывающие центры с числовым программным управлением, благодаря которым стало возможным изготовить инструмент полностью на одном станке, или даже за один установ.