- •Учебное пособие
- •1. Основные принципы работы
- •1.1. Режущие инструменты - основное звено в процессах формообразования
- •1.2. Основные конструктивные элементы
- •1.3. Типы режущего инструмента. Принципы формирования баз данных на режущие инструменты
- •1.4. Инструментальные материалы
- •1.4.1. Общие сведения
- •1.4.2. Углеродистые инструментальные стали
- •1.4.3. Легированные стали
- •1.4.4. Быстрорежущие стали
- •1.4.5. Твердые сплавы
- •1.4.6. Материалы керамические инструментальные
- •1.4.7. Сверхтвердые инструментальные материалы
- •1.4.8. Абразивные материалы
- •2. Режущий инструмент для обработки
- •2.1. Основные положения
- •2.2. Элементы резцов
- •2.4. Типы токарных резцов
- •2.5. Выбор оптимальных значений геометрических элементов режущей части резцов
- •2.6. Фасонные резцы
- •2.6.1. Способы определения профиля фасонных резцов
- •2.6.2. Пример расчета профиля круглого фасонного резца
- •3. Режущие Инструменты для работы
- •3.1. Основные положения
- •3.2. Режущий инструмент для сверления
- •3.3. Режущий инструмент для зенкерования
- •3.4. Инструменты для расточки отверстий
- •3.5. Комбинированные инструменты
- •4. Режущий инструмент для работы на фрезерных станках
- •4.1. Основные положения
- •4.2. Типы фрез
- •4.3. Геометрические параметры фрез
- •4.4. Равномерность фрезерования
- •4.5. Встречное и попутное фрезерование
- •5. РЕжУщИе инструменты для формирования резьбовых поверхностей
- •5.1. Основные положения
- •5.2. Нарезание резьбы резцами
- •5.3. Нарезание резьбы гребенками
- •5.4. Фрезерование резьбы
- •5.5. Нарезание резьбы плашками
- •5.6. Нарезание резьбы метчиками
- •5.7. Нарезание резьбы в коррозионно-стойких
- •5.8. Нарезание резьбы головками
- •5.9. Шлифование резьбы
- •6. Абразивные инструменты
- •6.1. Основные положения
- •6.2. Инструменты из электрокорунда и карбида кремния
- •6.2.1. Типы инструментов
- •6.2.2. Выбор зернистости абразивного инструмента
- •6.2.3. Выбор связок абразивного инструмента
- •6.3. Алмазные инструменты и инструменты из кубического нитрида бора
- •7. Режущий инструмент при протягивании
- •8. Инструменты для автоматизированного производства
- •9. Режущий инструмент для формирования зубчатых поверхностей
- •9.1 Инструмент для обработки зубчатых поверхностей методом копирования
- •9.2. Инструменты для обработки зубчатых поверхностей методом обката
- •3 94026 Воронеж, Московский просп., 14
1.4.4. Быстрорежущие стали
В зависимости от режущих свойств и химического состава быстрорежущие стали делят на две группы: нормальной и повышенной температуростойкости. К первой группе отнесены стали Р18, Р9, Р6М5, Р12 и др.
Быстрорежущие стали нормальной красностойкости при температуре 615 - 620 °С должны обеспечить твердость не менее 58 НRСэ.
После однократной закалки и отпуска твердость сталей нормальной температуростойкости должна быть не менее 62 НRСэ (у стали Р6М5 не менее 63 НRСэ). В закаленном состоянии эти стали имеют относительно высокую прочность, предел прочности на изгиб достигает 3200 МПа. Однако следует иметь в виду, что прочность зависит от равномерного распределения карбидов (карбидной неоднородности). Например, у стали Р18 при большой карбидной неоднородности (балл 8) предел прочности на изгиб снижается до 2000 МПа.
Быстрорежущие стали — сложнолегированные. В общем случае в их состав входят углерод, вольфрам, ванадий, хром, кобальт, молибден, марганец, никель, сера, фосфор, кремний. Основными легирующими элементами являются вольфрам, хром и ванадий, а у стали Р6М5, кроме того, молибден.
По свойствам быстрорежущие стали нормальной красностойкости существенно различаются. Сталь Р18 имеет удовлетворительные прочность и шлифуемость, широкий интервал оптимальных температур закаливания, но пониженную пластичность. Рекомендуется применять ее для изготовления всех видов режущих инструментов для обработки деталей из обычных конструкционных материалов. Однако в связи с большим содержанием вольфрама (17-18,5%) и относительно высокой стоимостью сталь Р18 в настоящее время применяют весьма ограниченно. Сталь Р12 (содержание вольфрама 12-13%) по своим свойствам близка стали Р18, но имеет несколько повышенную пластичность, удовлетворительно шлифуется; может быть использована в тех же случаях, что и Р18. Сталь Р12 дешевле стали Р18. Сталь Р9 (содержание вольфрама 8,5-10%) имеет более узкий интервал температуры закаливания, повышенную пластичность, плохо шлифуется. Эта сталь может быть рекомендована для инструментов, не требующих снятия большого припуска при шлифовании, используют для обработки деталей из обычных конструкционных материалов.
Основной сталью группы нормальной красностойкости является сталь Р6М5. В ее составе углерод 0,8-0,88%, вольфрам 5,5-6,5%, хром 3,8-4,4%, ванадий 1,7-2,1%, молибден 5-5,5%. Эта сталь по режущим свойствам близка к стали Р18, но имеет повышенную склонность к обезуглероживанию при нагреве. Она значительно дешевле стали Р18. Ее широко применяют для изготовления режущих инструментов, используемых при обработке деталей из конструкционных материалов.
Ко второй группе отнесены быстрорежущие стали повышенной красностойкости, которые в своем составе имеют либо кобальт, либо повышенное содержание ванадия, либо и то и другое. В эту группу включены стали Р12Ф3, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р6М5К5, Р9М4К8 и др. У этих сталей при температуре 630-640 °С твердость должна быть не менее 58 НRСэ. Твердость этих сталей после однократной закалки и отпуска должна быть не менее 63 НRСэ, кроме сталей Р6М5К5 и Р9М4К8, у которых 64 НRСэ, у сталей повышенной красностойкости твердость может быть и 65- 67 НRСэ.
Увеличенное содержание у этих сталей ванадия улучшает режущие свойства, но снижает шлифуемость. Кобальт, так же как и ванадий, повышает красностойкость и твердость, но приводит к повышению хрупкости и обезуглероживанию. Стали повышенной красностойкости рекомендуется применять для изготовления инструмента для обработки деталей из коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного нагрева лезвия, а также сталей и сплавов повышенных твердости и вязкости. Кобальтовые стали нельзя применять для изготовления мелкоразмерных режущих инструментов.
Быстрорежущие стали обеих групп имеют существенный недостаток - неравномерное распределение карбидов. Для снижения карбидной неоднородности, а следовательно, и повышения режущих свойств в настоящее время быстрорежущие стали получают методом порошковой металлургии, в этом случае они имеют дополнительное обозначение МП (материал порошковый). Например, Р6М5К5-МП.
Особое место занимают безуглеродистые сплавы (дисперсионно твердеющие) с интерметаллидным упрочнением. Это инструментальные сплавы с высоким содержанием вольфрама, молибдена и, особенно, кобальта. Твердость их достигает 68-70 НRСэ, а красностойкость до 700 °С. Указанные сплавы по твердости и красностойкости занимают промежуточное место между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами, но превосходят последние по вязкости и прочности. Эти сплавы пластичны, хорошо шлифуются, но имеют пониженную обрабатываемость резанием. Рекомендуются для изготовления инструментов, обрабатывающих заготовки из жаропрочных, высокопрочных и других труднообрабатываемых материалов (особенно титановых).
В таблице 1.2 представлены основные свойства быстрорежущих сталей и примеры применения основных марок
Таблица 1.2
Свойства и примеры применения быстрорежущей стали
Марка
|
Вязкость
|
Сопротивление из носу
|
Шлифу- емость
|
Красно- стойкость 59НRСэ при от пуске в течение 4 ч, С |
Особые свойства
|
Назначение
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Р18
|
Хорошая
|
Хорошее
|
Повышенная
|
620
|
Пониженная склонность к перегреву при закалке |
Для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей. |
Р9
|
Хорошая
|
Хорошее
|
Пониженная
|
620
|
Повышенная склонность к перегреву при закалке |
Для инструмента простой формы, не требующего большого объема шлифовки, для обработки конструкционных материалов |
Р6М51
|
Повы шенная
|
Хорошее
|
Хорошая
|
620
|
Повышенная склонность к обезуглероживанию
|
То же, что и для стали марки Р18, предпочтительно для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками |
11РЗАМЗФ2
|
Повы шенная
|
Хорошее
|
Пониженная
|
620
|
Повышенная склонность к перегреву при закалке
|
Для инструмента простой формы при обработке углеродистых и малолегированных сталей с прочностью не более 784 МПа (80кгс/мм2) |
Продолжение табл. 1.2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Р6М5ФЗ
|
Хорошая
|
Повы- шенное
|
Хорошая
|
630
|
Повышенная склонность к обезуглероживанию
|
Для чистовых и получистовых инструментов (фасонные резцы, развертки, протяжки, фрезы и др.) при обработке нелегированных и легированных конструкционных сталей |
Р12ФЗ
|
Хорошая
|
Повышенное
|
Пониженная
|
630
|
Пониженная склонность к перегреву при закалке
|
Для чистовых инструментов при об работке вязкой аустенитной стали и материалов, обладающих абразивными свойствами |
Р18К5Ф2
|
Пониженная
|
Повышенное
|
Хорошая
|
640
|
Пониженная склонность к перегреву при закалке
|
Для черновых и получистовых инструментов при обработке высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов |
Р9К5
|
Пониженная
|
Повышенное
|
Пониженная
|
630
|
Пониженная склонность к перегреву при закалке |
Для обработки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов, а также сталей повышенной твердости |
Р6М5К5
|
Хорошая
|
Повышенное
|
Хорошая
|
630
|
Повышенная склонность к обезуглероживанию
|
Для черновых и получистовых инструментов при обработке улучшенных легированных, а также нержавеющих сталей
|
Р9М4К8
|
Пониженная
|
Повышенное
|
Пониженная
|
630
|
Повышенная склонность к обезуглероживанию
|
Для различных инструментов при обработке высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также улучшенных легированных сталей
|
Р2АМ9К5
|
Хорошая
|
Хорошее
|
Пониженная
|
630
|
Повышенная склонность к обезуглероживанию и перегреву |
Для режущих инструментов при обработке улучшенных легированных, а также нержавеющих сталей |