CC BY
2960
НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ МЕТУ ИМ. Н. Э. БАУМАНА
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Эл № ФС77 - 48211. Государственная регистрация №0421200025. КБМ 1994-0408
электронный научно-технический журнал
Инструментальные материалы для изготовления лезвийных инструментов
# 05, май 2013
Б01: 10.7463/0513.0569432
Зубков Н. Н.
УДК 621.9.02
Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана [email protected]
Введение
Технический уровень режущего инструмента определяет производительность и себестоимость обработки, точность получаемых размеров, качество поверхностного слоя и надежность операции. Одним из основных факторов, определяющим технический уровень режущего инструмента, является инструментальный материал, из которого он изготовлен. Классификация современных инструментальных материалов представлена на рис. 1.
Рис. 1. Инструментальные материалы для лезвийного инструмента
Основными требованиями для инструментальных материалов являются твердость, прочность, теплостойкость, технологичность и экономичность. Прочностные свойства инструментальных материалов характеризуются пределом прочности на изгиб и на сжатие, ударной вязкостью и коэффициентом трещиностойкости. Теплостойкость характеризуется температурой, при которой происходит существенное снижение стойкости инструмента. Комплексной характеристикой инструментального материала является его износостойкость, которая определяет способность сохранения режущих свойств инструмента, с заданной производительностью, при обеспечении точности обработки и качества получаемой поверхности. Износостойкость определяется, в первую очередь, твердостью инструментального материала, его прочностью и теплостойкостью. На износостойкость инструментального материала значительно влияет также стойкость к термическим ударам, теплопроводность, окислительная стойкость, а также адгезионные, диффузионные, химические свойства и коэффициент трения по отношению к обрабатываемому материалу. Под технологичностью понимается комплекс свойств, характеризующих поведение инструментальных материалов при изготовлении из него режущего инструмента. Например, материалы, обладающие плохой шлифуемостью, неудобны при изготовлении и переточке сложнопрофильных инструментов, а слишком узкий интервал закалочных температур материала при термообработке может привести к браку и т.д. [1]. Для инструментальных материалов характерно противоречие: более твердые и теплостойкие материалы обладают меньшей прочностью и стойкостью к термическим ударам, что снижает их применимость для черновой обработки и прерывистого резания. Рис. 2 представляет соотношение твердости и изгибной прочности инструментальных материалов.
Изгибная прочность
Рис.2. Соотношение твердости и прочности для инструментальных материалов.
1 - инструментальные углеродистые, легированные и быстрорежущие стали, 2 - порошковые быстрорежущие стали, 3 - инструментальные быстрорежущие стали с покрытием, 4 -ультрамелкозернистые твердые сплавы, 5 - однокарбидные твердые сплавы (группа ВК), 6 - трехкарбидные твердые сплавы (группа ТТК), 7 - двухкарбидные твердые сплавы (группа ТК), 8 - керметы (безвольфрамовые твердые сплавы), 9 - твердые сплавы и керметы с покрытием, 10 - нитридная керамика,
11 - оксидная керамика, армированная нитевидными кристаллами SiзN4, 12 - смешанная керамика, 13 -оксидная керамика, 14 - сверхтвердые материалы на основе нитрида бора, 15 - схверхтвердые материалы
на основе алмаза
Углеродистые и легированные инструментальные стали
Из нетеплостойких инструментальных наибольшее применение для режущего лезвийного инструмента находят углеродистые стали марок У10А, У11А, У12А (ГОСТ 1435-99) с теплостойкостью до 220^ и легированные инструментальные стали марок 9ХС, 9Г2Ф, ХВ5, ХВГ, ХВСГ, ХГ (ГОСТ 5950-2000) с теплостойкостью до 250Х (для высокохромистых сталей типа Х6ВФ, Х12М - до 510°С). Из углеродистых и легированных сталей изготавливают режущие инструменты, работающие при невысоких скоростях резания (до 15м/мин): метчики, плашки, малоразмерные сверла, развертки, напильники, ножовочные полотна и др. Легированные инструментальные стали, по сравнению с углеродистыми инструментальными, отличаются несколько большей теплостойкостью, твердостью, большей прокаливаемостью и меньшими короблениями при закалке. Основные области использования легированных инструментальных сталей приведены в ГОСТ 5950-2000. В целом, практическое применение легированных и особенно углеродистых инструментальных сталей ограничено низкой теплостойкостью.
Наблюдается устойчивая тенденция снижения их доли в общем объеме используемых инструментальных материалов.
Быстрорежущие стали
Быстрорежущие стали это высоколегированные стали с высоким содержанием углерода, вольфрама, хрома, молибдена, кобальта, ванадия. Высокая твердость, прочность, тепло- и износостойкость обусловлена двойным упрочнением: мартенситным при закалке и дисперсионным твердением при относительно высоком отпуске (500...620 °С), вызывающим выделение упрочняющих фаз [1].
В марках быстрорежущей стали буквы и цифры означают: Р - быстрорежущая; цифра, следующая за буквой обозначает среднюю массовую долю вольфрама; М -молибден, Ф - ванадий, К - кобальт, А - азот; цифры, следующие за буквами, означают соответственно массовую долю указанного элемента. МП - материал порошковый. Во всех быстрорежущих сталях обязательно присутствуют такие легирующие элементы, как углерод, хром, молибден и ванадий, однако в обозначении никогда не обозначается содержание хрома (составляет 3,1...4,4%), обычно не обозначается содержание углерода (0,73...1,12%), не обозначается содержание молибдена (до массовой доли 1% вкдючительно) и ванадия при его содержании менее 3% (за исключением экономнолегированных быстрорежущих сталей). Для азота обозначается его присутствие, но не указывается его массовая доля, которая для сталей, легированных азотом составляет 0,05...0,10%.
Легирующие элементы, образуя карбиды, влияют на свойства быстрорежущей стали следующим образом: углерод - источник образования карбидов. Карбиды вольфрама обеспечивают повышенную твердость, теплостойкость и износостойкость, снижают прочность, существенно увеличивают цену стали. Хром - обеспечивает повышенную закаливаемость, прокаливаемость, однородную мартенситную структуру, улучшает обрабатываемость резанием стали до закалки. Молибден заменяет вольфрам, снижает карбидную неоднородность, повышает теплопроводность, прочность, вязкость, повышает склонность к окислению и чувствительность к обезуглероживанию (требуются соляные ванны при нагреве под закалку). Ванадий повышает теплостойкость, твердость, износостойкость, снижает вязкость и существенно ухудшает шлифуемость. Кобальт -повышает твердость, теплостойкость, теплопроводность и износостойкость, снижает прочность, вязкость, пластичность, улучшает шлифуемость, повышает чувствительность к обезуглероживанию. Повышенное содержание ванадия и кобальта увеличивает цену сталей.
По ГОСТ 19265-73 выпускаются прутки и полосы из следующих марок быстрорежущих сталей нормальной производительности (теплостойкости): Р18, Р6М5, повышенной производительности: Р6М5Ф3, Р12ФЗ, Р18К5Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8, Р2АМ9К5. Также существуют быстрорежущие стали высокой производительности.
Основной маркой стали нормальной производительности является универсальная сталь Р6М5, которая пригодна для изготовления практически любых инструментов, предназначенных для резания углеродистых и низколегированных конструкционных сталей и сплавов. Из сталей нормальной производительности широкое распространение получила также экономно-легированная сталь 11Р3АМ3Ф2, содержащая пониженное количество дефицитного вольфрама.
Стали повышенной производительности имеют более высокую теплостойкость (до
620...670°С) и твердость (до 64...67 HRC) за счет более высокого содержания углерода, ванадия (например, стали Р12Ф4, Р6М5ФЗ, Р6М5Ф4, Р12М6Ф5) или кобальта (например Р18К10, Р18Ф2К5, Р6М5К5, Р6М5К8). Ванадиевые стали, наряду с повышенной теплостойкостью и высокой износостойкостью, обладают плохой шлифуемостью ввиду высокой твердости карбидов ванадия. Низкая шлифуемость сталей этой группы выражается в повышении износа абразивных кругов и увеличении толщины поверхностного слоя инструмента, повреждаемого при излишне жестком режиме шлифования. Частично проблема низкой шлифуемости ванадиевых сталей решается использованием эльборовых шлифовальных кругов. Кобальтовые стали имеют относительно низкую изгибную прочность и высокую склонность к обезуглероживанию, что требует их нагрева под закалку в соляных ваннах. Низкая технологичность и высокая стоимость сталей повышенной производительности сужают область их рационального использования: чистовые и получистовые операции при повышенных скоростях резания, обработка материалов, обладающих достаточно высокой прочностью и твердостью, обработка жаропрочных и коррозионностойких сталей и сплавов, а также в случае повышенных требований по надёжности инструмента. Основной маркой быстрорежущих сталей повышенной производительности является сталь Р6М5Ф3.
По требованию потребителя изготовляют стали марок Р6М5 и Р6М5Ф3 с легированием азотом. В этом случае обозначения марок - Р6АМ5 и Р6АМ5ФЗ. Легирование азотом повышает режущие свойства инструмента на 20...30 % за счет повышения твердости на 1...2 единицы HRC.
Стали высокой теплостойкости (дисперсионно-твердеющие с интерметаллидным упрочнением) характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов. Например, стали В11М7К23, В14М7К25,
3В20К20Х4Ф имеют твердость 69...70 HRC и теплостойкость 700...720°С. Наиболее рациональная область их использования - резание трудноообрабатываемых сталей, жаропрочных и титановых сплавов. Значительными недостатками этих сталей являются их низкая прочность при изгибе (не выше 2400 МПа) и низкая обрабатываемость резанием в состоянии поставки ввиду их высокой твердости (38...40HRC).
По ГОСТ 28393-89 выпускаются прутки и полосы из быстрорежущей стали, полученные методами порошковой металлургии из следующих марок Р6М5Ф3-МП, Р7М2Ф6-МП, Р12МФ5-МП, Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП, Р12М3К5Ф2-МП. Методы порошковой металлургии исключают образование карбидных неоднородностей, а также позволяют вводить в состав стали до 7% ванадия а также углерода с «пересыщением» до 1,7%. Порошковые стали обладают лучшей шлифуемостью (по сравнению с не порошковой сталью того же состава), менее деформируются при закалке, обладают большей прочностью и режущей способностью, показывают более стабильные эксплуатационные свойства, позволяют формировать меньший радиус округления режущей кромки, но более дорогие.
Технология порошковой металлургии также используется для получения
карбидостали, которая по своим свойствам может быть классифицирована как
промежуточная между быстрорежущей сталью и твердыми сплавами.
Карбидосталь отличается от обычной быстрорежущей стали высоким содержанием карбидной фазы, в основном карбидов титана. В отожженном состоянии твердость карбидостали составляет 40...44HRC, а после закалки и отпуска 68...70HRC (85...87 HRA). Карбидостали выпускаются на основе двух сталей Р6М5-КТ20 и Р6М5К5-КТ20 с массовой долей TiC 20% в виде заготовок различного сечения. В ряде случаев карбидосталь является полноценным заменителем твердых сплавов.
Из зарубежных марок быстрорежущей стали по DIN EN ISO 4957 наибольшую применяемость имеют HS6-5-2, HS6-5-3, HS6-5-2-5, HS10-4-3-10, HS2-9-2 и HS2-9-1-8. Обозначение и массовая доля легирующего элемента после букв HS (High Speed steel) идет в следующей последовательности: W-Mo-V-Co. Области применения
быстрорежущих сталей указаны в табл. 1.
Твердые сплавы
Под твердыми сплавами понимают композиционный материал, полученный методами порошковой металлургии на основе высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, ниобия соединенных металлической связкой (кобальт, никель, молибден и др.). Твердые сплавы производят в виде сменных мгногогранных пластин
(СМП), которыми оснащаются режущие инструменты. На большую часть СМП наносят износостойкие покрытия. Выпускаются также цельные твердосплавные инструменты, в основном небольших размеров - концевые фрезы, сверла и др. Инструменты, изготовленные из твердых сплавов, обладают высокой твердостью (86...94НЯЛ) и теплостойкостью (до 800...1000°С), обеспечивая высокую износостойкость на скоростях резания, значительно превосходящих допустимые для быстрорежущих сталей. Вместе с тем твердые сплавы имеют меньшую, чем у сталей изгибную прочность и ударную вязкость. У сборного инструмента корпуса и элементы крепления (державки резцов, хвостовики сверл, зенкеров, разверток, метчиков, корпуса сборных фрез, расточные оправки) изготовляются из конструкционных сталей марок: 45, 50, 60, 40Х, 45Х, У7, У8, 9ХС и др. Наибольшее распространение получила сталь 45.
В ГОСТ 3882-74 регламентируется 18 марок однокарбидных, четыре марки двухкарбидных и пять марок трехкарбидных твердых сплавов, которые отличаются по своему составу, физико-механическим свойствам и назначению. Области применения основных марок твердого сплава, по ГОСТ 3882-74 приведены в табл. 2.
Быстрорежущие инструментальные стали, зарубежные аналоги и области применения
Марка стали по ГОСТ 19265-73 Аналог по DIN EN ISO 4957 Область применения
Р18 HS18-0-1 Для всех видов режущего инструмента для обработки конструкционных сталей с пределом прочности до 1000 МПа. Обладает высокой технологичностью.
Р6М5 HS6-5-2 Базовая сталь нормальной производительности (теплостойкости).Для всех видов режущих инструментов для черновой и чистовой обработки. По сравнению с Р18 имеет более высокую прочность, но узкий интервал закалочных температур, склонность к обезуглероживанию, пониженную шлифуемость. Предпочтительна для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками.
Р6АМ5 HS6-5-2 По сравнению с Р6М5 имеет повышенную твердость и износостойкость.
11Р3АМ3Ф2 Для инструмента простой формы при обработке углеродистых и малолегированных сталей с пределом прочности до 800 МПа.
Р6М5Ф3* HS6-5-3 Для инструментов с высоконагруженными режущими кромками. Для чистовых и получистовых инструментов. Для обработки на повышенных скоростях.
Р12ФЗ* Для чистовых инструментов при обработке вязкой аустенитной стали и материалов, обладающих абразивными свойствами.
Р18К5Ф2* HS18-1-2-5 Для обработки высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, материалов с повышенной твердостью.
Р9К5* Для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе повышенной твердости.
Р6М5К5* HS6-5-2-5, Базовая сталь повышенной производительности (теплостойкости). Для обработки углеродистых и легированных сталей на повышенных режимах. Для обработки высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей кромки: зуборезный инструмент, фрезы, фасонные резцы, зенкеры, метчики.
Р9М4К8* HS10-4-3-10 Применяется, когда использование Р6М5К5 недостаточно эффективно.
Р2АМ9К5* НБ2-9-1-8 Высокая вязкость. Для режущих инструментов при обработке улучшенных легированных, а также коррозионностойких сталей.
* - стали повышенной производительности (теплостойкости)
Однокарбидные сплавы ^С-Со) марок ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК8, ВК10, ВК10-ХОМ сохраняют теплостойкость до 800°С. Массовая доля кобальтовой связки в процентах обозначается цифрой после буквы К. Сплавы ВК обладают высокой ударной вязкостью, пределом прочности при изгибе, теплопропроводностью. С увеличением содержания кобальта прочность этих сплавов (также как и сплавов других групп) повышается, но одновременно снижается износостойкость. Недостатком сплавов этой группы является высокое адгезионное взаимодействие со сталью при температурах выше 6000С, поэтому однокарбидные твердые сплавы не рекомендуются для обработки углеродистых и легированных сталей. Основная область использования - обработка цветных металлов и материалов, дающих дискретные типы стружек (чугуны, неметаллы). Прочность и твердость сплавов, помимо химического состава, зависит также от размера зерна, поэтому однокарбидные твердые сплавы отечественного производства с размером зерен, отличающихся от 1...2 мкм имеют дополнительную литеру "М" - мелкозернистые, "ОМ" -особо мелкозернистый, "ХОМ" - особо мелкозернистый сплав, легированный хромом, "В" - крупнозернистый (высокопрочный). Уменьшение размера зерна повышает твердость и износостойкость твердого сплава, позволяет формировать меньшие радиусы округления режущей кромки, однако для отечественных марок уменьшение размера зерна снижает прочность сплава.
Двухкарбидные сплавы ^С-Т1С-Ср) имеют более высокую теплостойкость (до 900... 1000°С) и твердость. Первое число означает процентное содержание карбидов титана, массовую долю кобальтовой связки означает цифра после буквы К, остальное - карбиды вольфрама. Сплавы Т30К4, ТТ8К6, Т15К6, Т14К8, Т5К10 рекомендуются для скоростной обработки углеродистых сталей, так как введение карбида титана значительно повышает сопротивление адгезионно-усталостному износу, имеющему место при образовании сливной стружки при обработке сталей. Повышение содержания карбидов титана позволяет увеличить износостойкость сплава при падении его прочностных характеристик.
Трехкарбидные сплавы ^С-Т1С-ТаС-Ср) помимо карбидов вольфрама и карбидов титана содержат дополнительно карбид тантала. Марки этих сплавов - ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ20К9, Т8К7. Здесь первое число означает сумму взаиморастворенных карбидов титана и тантала. Содержание связки обозначается также цифрой после буквы К. Остальное - карбид вольфрама. Последний сплав (Т8К7) относится к трехкарбидным, хотя ввиду малого содержания карбидов тантала (0,5%) его обозначение аналогично обозначению двухкарбидных твердых сплавов. Сплавы этой группы отличаются высокими прочностными характеристиками и рекомендуются при тяжелых условиях
обработки, прерывистого резания, для обработки жаропрочных сталей и сплавов, а также титановых сплавов.
С целью экономии дефицитного вольфрама и кобальта выпускаются безвольфрамовые твердые сплавы (керметы) на основе карбидов и карбонитридов титана с никельмолибденовой связкой (до 30% для КНТ30). Наибольшее распространение получили отечественные марки ТН20 и КНТ16 (ГОСТ 26530-85). Они обладают низким коэффициентом трения, высокими износо- и окалиностойкостью, но имеют пониженную прочность, теплопроводность и ударную вязкость. Керметы, имея значительно меньшую стоимость, в ряде случаев позволяют успешно конкурировать с твердыми сплавами на основе карбида вольфрама при чистовой и получистовой обработке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с твердостью до 30...42НКС с высокой скоростью резания и относительно небольшими сечениями среза, а также для обработки цветных металлов. Указанные марки не рекомендуются при обработке труднообрабатываемых материалов, твердых чугунов и закаленных сталей. Наибольшей износостойкостью обладает сплав ТН20. При точении стали 45 и стали 40Х при t= 1мм и S= 0,2 мм/об стойкость сплава ТН20 выше стойкости сплава Т15К6, во всем диапазоне скорости резания (от 200 до 600 м/мин) [3]. В целом, сплав ТН20 предназначен для чистового точения и фрезерования углеродистых и низколегированных сталей, в отдельных случаях чугуна при высоких скоростях резания. Сплав КНТ16 рекомендуется для получистового точения и фрезерования сталей при средних скоростях резания. Относительно новые марки керметов ЛЦК20, ТВ4, ЦТУ и НТН30 имеют заметно более высокую прочность и теплостойкость за счет дополнительного легирования как связки, так и введением других карбидов в состав сплава [12]. Новая группа сплавов этого типа имеет повышенную эксплуатационную надёжность и расширенную область применения и может быть использована для чернового точения и фрезерования сталей (сплав ТВ4). Следует отметить пониженную технологичность керметов - трудность шлифования и пайки пластин, что предопределяет их использование практически только в виде СМП. В целом наблюдается мировая тенденция повышения доли использования керметов в номенклатуре твердых сплавов, поскольку 25...30% объема вольфрамсодержащих твердых сплавов может быть заменено на керметы при обеспечении стабильного уровня качественных показателей.
Области применения отечественных марок твердых сплавов
Марка (подгруппа применения по 180 513) Область применения
ВК3 (К01-К05) Чистовое точение с малым сечением среза, окончательное нарезание резьбы, развертывание и т.п. при обработке серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов (резины, фибры, пластмассы, стекла, стеклопластиков и т.п.). Резка листового стекла.
ВК3-М (К10) Чистовое точение, растачивание, нарезание резьбы, развертывание при обработке твердых, легированных и отбеленных чугунов, цементированных и закаленных сталей, высокоабразивных неметаллических материалов.
ВК6-0М (К20-К30, М10, 830, Н20) Чистовое и получистовое точение, растачивание, развертывание, нарезание резьбы при обработке твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей и некоторых марок коррозионностойких, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена.
ВК6-М (К10-К20, М10) Получистовая обработка жаропрочных сталей и сплавов, коррозионностойких сталей аустенитного класса, твердых и закаленных чугунов, твердой бронзы, сплавов легких металлов, абразивных неметаллических материалов. Обработка закаленных и нетермообработанных углеродистых и легированных сталей при тонких сечениях cpeзa на относительно малых скоростях резания.
ВК6 (К20-К30) Черновое и получерновое точение, черновое нарезание резьбы резцами, получистовое фрезерование сплошных поверхностей, рассверливание и растачивание, зенкерование отверстий при обработке серого чугуна, цветных металлов и сплавов.
ВК8 ( К30-К40, 810-820, N30) Черновое точение при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, строгание, черновое фрезерование, сверление, черновое зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов. Обработка коррозионностойких. высокопрочных и жаропрочных труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе сплавов титана.
ВК10-ХОМ (К30-К40, М30, 810-820) Сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование и зубофрезерование стали, чугуна, некоторых труднообрабатываемых материалов и неметаллов цельнотвердосплавным мелкоразмерным инструментом.
ВК15 Изготовление режущего инструмента для обработки дерева, опорных пластин, отрезных ножей.
Т30К4 ( Р01) Чистовое точение с малым сечением среза, нарезание резьбы и развертывание отверстий в незакаленных и закаленных углеродистых и легированных сталях.
Т15К6 ( Р10) Получерновое точение при непрерывном резании, чистовое точение при прерывистом резании, нарезание резьбы токарными резцами, получистовое и чистовое фрезерование сплошных поверхностей, рассверливание и растачивание предварительно обработанных отверстий, чистовое зенкерование, развертывание и другие аналогичные виды обработки углеродистых и легированных сталей.
Т5К10 ( Р30-Р40) Черновое точение при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, фасонное точение, отрезка токарными резцами, чистовое строгание, черновое фрезерование прерывистых поверхностей и других видов обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине.
ТТ7К12 ( Р40-Р50, М40) Тяжелое черновое точение стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и различных неметаллических включений при неравномерном сечении среза и наличии ударов. Все виды строгания, тяжелое черновое фрезерование углеродистых и легированных сталей.
ТТ8К6 ( Н01, М10, 810) Чистовое и получистовое точение, растачивание, фрезерование и сверление серого и ковкого чугуна, а также отбеленного чугуна. Непрерывное точение с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных коррозионностойких сталей, в том числе закаленных. Обработка сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малыми и средними сечениями среза. По стойкости при чистовом и получистовом точении, фрезеровании, сверлении серого и ковкого чугуна в 2 раза превосходит сплав ВК6М.
ТТ10К8-Б (Р20, М20, 810-820) Черновая и получистовая обработка некоторых марок труднообрабатываемых материалов, коррозионностойких сталей аустенитного класса, жаропрочных сталей и сплавов, в том числе титановых.
ТТ20К9 ( Р25-Р30) Фрезерование стали, особенно глубоких пазов и других видов обработки, предъявляющих повышенные требования к сопротивлению сплава тепловым и механическим циклическим нагрузкам.
ТН20 ( Р01-Р10) Чистовое и получистовое точение при непрерывном резании углеродистых низколегированных конструкционных сталей, сплавов на основе меди, низколегированных сплавов никеля, серых чугунов и полиэтилена. Чистовое и получистовое торцевое фрезерование деталей из чугуна.
КНТ16 ( Р10-Р20) Получистовое и получерновое точение при непрерывном резании углеродистых, низколегированных и конструкционных сталей, цветных металлов на основе меди, низколегированных сплавов никеля, в том числе, при неравномерном сечении среза, чистовое и получерновое фрезерование деталей из серого и ковкого чугуна, чистовое фрезерование углеродистых и легированных сталей.
Некоторые отечественные производители, и все зарубежные, подразделяют инструмент, в том числе твердосплавный, не по химическому составу, а по предназначению для обработки того или иного материала. В соответствии со стандартом 180 513 твердые сплавы подразделяются на 6 групп резания - Р, М, К, N S и Н (табл.3). В свою очередь группы резания в зависимости от условий обработки подразделяют на подгруппы применения, обозначаемыми числовым индексом от 01 до 30...50. С увеличением индекса подгруппы условия обработки являются более тяжелыми, начиная от чистового резания и заканчивая черновым с ударами. Чем больше индекс группы применения, тем ниже твердость и износостойкость твердого сплава и допустимая скорость резания, но выше прочность и ударная вязкость, что позволяет им работать в тяжелых условиях, с большими сечениями среза и ударными нагрузками. Малые индексы группы применения предназначены для чистовой высокоскоростной обработки без ударов.
Таблица 3
Области применения твердых сплавов по стандарту 180 513
прочность^/'
Г руппа резания (цветовой код) Подгруппа применения Основная область применения
Р (синий) Р01...Р50 Все виды сталей, кроме сталей аустенитного класса
М (желтый) М01...М40 Коррозионностойкие стали в состоянии поставки
К (красный) К01...К40 Чугуны
N (зеленый) Ш1...Ш0 Алюминиевые и медные сплавы, неметаллические материалы
8 (коричневый) 801...Б30 Жаропрочные стали и сплавы, титановые сплавы
Н (серый) Н01...Н30 Твердые материалы: закаленные стали и чугуны, в том числе отбеленные
^---------
Ч твердость
Западные компании предлагают большую номенклатуру твердых сплавов, при этом каждая компания имеет собственную систему обозначения выпускаемых ею марок твердых сплавов. В большинстве случаев используемое обозначение не несет информации ни о химическом составе, ни о свойствах этой марки твердого сплава, однако для каждой марки сплава всегда указывается группа резания и подгруппа применения. Подгруппы применения указываются ориентировочно, так как ряд марок твердых сплавов могут хорошо работать в нескольких подгруппах, и даже в разных группах резания.
Особую группу твердых сплавов зарубежных производителей представляют однокарбидные ультрамелкозернистые твердые сплавы с размером зерен 0,2...0,8 мкм. В отличие от отечественных мелкозернистых твердых сплавов, у импортных, с уменьшением размера зерна повышается не только твердость, но и изгибная прочность сплава. Так, например, мелкозернистый сплав H10F фирмы Sandvik Hard Materials (Швеция) имеет твердость 92,1 HRA при заявленной изгибной прочности 4300 МПа. в то время как ВК6-ОМ имеет прочность на изгиб 1274 МПа и твердость 90,5HRA. Высокие эксплуатационные свойства таких твердых сплавов обусловлены как специальной технологией производства самих зерен карбида вольфрама и технологией изготовления композиции, так и специальными добавками в составе сплава. Мелкозернистые сплавы зарубежных производителей чаще всего предлагаются в виде стержней различного диаметра (в том числе с каналми для подвода СОЖ) для изготовления осевого металлорежущего инструмента, в основном, концевых фрез и сверл. Инструмент из такого мелкозернистого сплава, помимо минимального радиуса округления режущей кромки (до 3 мкм), необходимого для чистовой обработки, находит применение для обработки высопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, высокотвердых материалов, в том числе закаленных сталей и чугунов, а также высокоабразивных материалов (силумины, стекло-, угле-, боропластики). В частности, пластины из сплава ТНМ, имеющего средний размер зерна около 0,6 мкм, фирма Krupp Widia рекомендует для обработки высокотвердых сталей (55HRC), а также для обработки высококремнистого алюминиевого сплава. Фирма Sandvik Coromant рекомендует пластины из сплава H10F для фрезерования жаропрочных и титановых сплавов, а фирма Kennametal рекомендует мелкозернистый сплав К313 для резания труднообрабатываемых материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности. Следует отметить, что по показателю трещиностойкость, определяющим вероятность хрупкого разрушения, особомелкозернистые твердые сплавы уступают твердым сплавам с более крупным зерном. В настоящее время ведутся разработки нанозернистых твердых сплавов с размерами зерен карбидов менее 0,1 мкм,
которые показывают характеристики по прочности и твердости выше, чем ультрамелкозернистые твердые сплавы.
Режущая керамика
Основной особенностью режущей керамики является отсутствие связки, что в значительной степени снижает ее разупрочнение при нагреве и предопределяет возможность применения скоростей резания существенно превышающих скорости резания инструментом из твердого сплава (до 2,5 раз). В то же время, отсутствие связующей фазы определяет низкую трещиностойкость, прочность и сопротивляемость циклическим тепловым нагрузкам, поэтому основная область использования режущей керамики - чистовая обработка в условиях жесткой технологической системы. Применение керамического инструмента при обработке с повышенными значениями сечения среза, при прерывистом резании, и с применнеием СОЖ существенно снижает эффективность его применения вследствие высокой вероятности внезапного отказа из-за хрупкого разрушения режущей части инструмента. Низкая трещиностойкость керамики является причиной формирования фронта трещин, которые из-за отсутствия пластичной связующей фазы не встречают барьеров, способных затормозить или остановить их развитие. Микро- и макровыкрашивание режущих кромок керамического инструмента является превалирующим, причём не зависит от скорости резания, так как температурный фактор не оказывает заметного влияния на трансформацию механизма изнашивания. Частично проблемы низкой надежности керамического инструмента снимаются применением режужих керамик, армированных нитевидными кристаллами карбида кремния, нитридных керамик, керамик с покрытиями и керамик, спеченных на твердосплавной подложке.
Режущая керамика по DIN ISO513 подразделяется на группы, указанные на рис. 3 [4].
Режущая керамика
На основе Al2O3 Нитридная, на
—'7' —- основе Si3N4 (CN)
Оксидная (CA) Смешанная (CM) Армированная (CR)
— AI2O3 — Al2O3+ZrO2 —Al2O3+Ti(C,N,CN) —AI2O3+Z1O2+ TiC Al2O3+нитевидные кристаллы SiC
—P-SÍ3N4
—P-SÍ3N4+ (TiN; Z1O2; SiC)
—a-SiAlON (01-SÍ3N4+ AI2O3+AIN) I—(a + P)-SiAlON
Рис. 3. Классификация режущей керамики по стандарту DIN ISO 513 [4]
Оксидная керамика (обозначение CA по DIN ISO 513) имеет высокую твердость, низкий предел прочности на изгиб, вязкость и теплопроводность. Применяется для точения серых чугунов и низколегированных нетермоупрочненных сталей.
Смешанная керамика (обозначение CM), помимо Al2O3 имеет добавки TiC, TiN, TiCN, ZrO2 и другие. По сравнению с оксидной керамикой имеет большую прочность, и область ее рационального применения расширяется на точение термоулучшенных сталей, коррозионностойких сталей, специальных легированных чугунов.
Армированная (вискоризованная) керамика (обозначение CR) кроме Al2O3 имеет в качестве армирующего компонента нитевидные высокопрочные кристаллы SiC (30...40%). В результате вязкость, прочность и стойкость к термоудару существенно повышаются. Использование армированной керамики ориентировано в первую очередь на фрезерную обработку, а также для резания труднообрабатываемых материалов, в том числе жаропрочных сплавов, закаленной стали и чугуна.
Нитридная керамика (обозначение CN) более термостойкая, имеет более высокую стойкость к термоударам, прочность и вязкость. Она рекомендуется для точения и фрезерования серого чугуна на высоких скоростях резания, в том числе с СОЖ. Однако она не обладает достаточной химической инертностью, как керамика на основе Al2O3, и при обработке углеродистых сталей имеет низкую стойкость, поэтому без покрытий не рекомендуется для их обработки.
Группа нитридной керамики SiAlON (сиалоны) представляет собой твердые растворы переменного состава, образующиеся на основе Si3N4 при замещении атомов Si на Al, N и
О, для которых характерна высокая химическая инертность и низкий коэффициент термического расширения. В первую очередь сиалоны предназначены для обработки жаропрочных сплавов. Например, марки CC6065 и CC6060 компании Sandvik Coromant предназначены для сплавов на никелевой основе. Марка SX9 компании NTK Cutting Tools, предназначенная для жаропрочных сплавов на кобальтовой основе. Также сиалоны используются при высокоскоростной (800...1200 м/мин) получистовой и чистовой обработке чугунов.
Отечественная промышленность выпускала и выпускает несколько групп режущей керамики, указанных в табл.4, в которой также указаны рекомендуемые области их использования [5].
За рубежом керамические лезвийные инструменты выпускают фирмы Toshiba Tungalloy, Kyocera, NTK Cutting Tools, Kennametal, Sandvik Coromant, Widia, Ssangyong Materials Corporation и др. Анализ тенденций развития керамического режущего инструмента свидетельствует о расширении областей его использования.
Области применения отечественной режущей керамики [5]
Марка Тип Область применения
ЦМ-332, ВО-13, В0-130, ВО-100, ВО-18, ВО-180, ВШ-75 Оксидная Высокоскоростное точение нетермообработанных сталей (качественных конструкционных, улучшенных, конструкционных легированных), с твердостью 160...380 НВ, а также серых чугунов твердостью 143...289 НВ без применения СОЖ.
ВОК-200, В3, ВОК-60, ВОК-63, ВОК-71 Смешанная с ТЮ Для чистовой и получистовой обработки резанием углеродистых и легированных сталей, цементуемых и закаленных с твердостью 30...50 HRC, а также ковких, высокопрочных, отбеленных чугунов.
ОНТ-20 (кортинит) Смешанная с TiN Для обработки закаленных сталей, отбеленных чугунов, медных и никелевых сплавов
ТВИН-400 На основе А1203 армированная нитевидными кристаллами 8Ю Для обработки никелевых сплавов, закаленных высоколегированных и быстрорежущих сталей и чугунов твердостью более 250 НВ, с высокими скоростями и большими подачами при черновом, получистовом и чистовом точении и фрезеровании.
ТВИН-200, Силинит-Р Нитридная Для обработки всех видов чугуна с большими подачами и скоростями, при черновом, получистовом и чистовом точении, фрезеровании, для обработки сплавов на основе никеля и кобальта. Возможно применение СОЖ.
ВОКС-300, ВОК-95С, ВОК-95М Слоистый керамический материал на твердосплавной подложке Для чистовой и получистовой токарной обработки углеродистых, легированных, закаленных сталей и различных чугунов, в том числе прерывистого точения. Для нарезания резьбы и канавок в деталях из закаленной стали.
Сравнение показателей теплостойкости и допустимой скорости резания для инструментальных материалов, не относящихся к сверхтвердым материалам приведены в таблице 5 [3].
Таблица 5
Теплостойкость и допустимая скорость резания для инструментальных материалов [3]
Обрабатываемый материал Теплостойкость инструментального материала, 0С Допустимая скорость при обработке резанием стали 45, м/мин
Углеродистая сталь 200...250 10...15
Легированная сталь 350...400 15...30
Быстрорежущая сталь 550...600 40...60
Твердые сплавы:
Г руппа ВК 900...930 120...200
Г руппы ТК и ТТК 1000...1030 150...250
Керметы 800...830 100...300
С покрытием 1000...1100 200...300
Керамика 1200...1230 400...600
Сверхтвердые инструментальные материалы (СТМ)
Сверхтвердыми принято считать инструментальные материалы, имеющие твердость по Виккерсу при комнатной температуре свыше 35ГПа. К этой группе относятся инструментальные материалы на основе алмаза и материалы на основе кубического нитрида бора (плотного нитрида бора), имеющие период стойкости в
50...200 раз больший по сравнению с твердым сплавом. Основные обрабатываемые материалы инструментом, оснащенным СТМ показаны на рис. 4 [6].
Область использования поликристаллического нитрида бора
Область использования поликристаллических алмазов
Рис. 4. Области использования СТМ
Наиболее эффективное применение алмазного инструмента получают на чистовых и отделочных операциях при обработке деталей из цветных металлов и их сплавов, а также неметаллических и композиционных материалов. Алмаз, как инструментальный материал имеет два существенных недостатка - относительно низкую теплостойкость и диффузионное растворение в железе при высоких температурах, что практически исключает использование алмазного инструмента при обработке сталей и сплавов, способных образовывать карбиды. В то же время, благодаря очень высокой теплопроводности, режущая кромка лезвия интенсивно охлаждается, поэтому алмазный инструмент пригоден для работы с высокими скоростями резания.
Типы существующих в мировой практике СТМ на основе алмазов представлены на
рис. 5.
Инструментальные стали, в том числе быстрорежущие Легированные стали с твердостью больше 45НЯС Чугуны, в том числе закаленные и отбеленные
Жаропрочные стали с низким содержанием железа Серый чугун
Цветные металлы и их сплавы
Твердые сплавы, в том числе спеченные Цветные металлы и их сплавы Керамика и фарфор Стекло- угле- боропластики
Пластмассы и резины с абразивным наполнителем
Рис. 5. Сверхтвердые материалы для лезвийного инструмента на основе алмаза
К сожалению, в РФ осталась достаточно слабая собственная сырьевая база высококачественного синтетического алмазного сырья для производства лезвийного алмазного инструмента, и российским производителем алмазного инструмента приходится закупать у зарубежных фирм высокопрочные синтетические алмазные порошки, основными поставщиками которых являются Element Six (подразделение De Beers), Diamond Innovations (подразделение General Electric), Sumitomo Electric Industries, Toshiba Tungalloy а также многочисленные фирмы КНР и Южной Кореи. Эти же и другие фирмы производят не только алмазное сырье, но и инструмент из СТМ.
Монокристаллические алмазные лезвийные инструменты, например,
отечественные ОАО "МПО по ВАИ" (ранее Томилинский завод алмазного инструмента) или серии Monodie фирмы Element Six (бывшая De Beers Industrial Diamonds) изготавливают режущий инструмент для обработки радиотехнической керамики, полупроводниковых материалов, высокоточной обработки цветных сплавов. Монокристаллический алмазный инструмент характеризуется рекордными показателями по износостойкости и минимальным радиусом округления режущей кромки, что обеспечивает высокое качество обработанной поверхности. Следует учитывать, что стоимость монокристаллического алмазного лезвийного инструмента в разы превосходит стоимость алмазного инструмента из поликристаллов.
Преимущества инструментальных поликристаллических алмазов (ПКА, за рубежом PCD), в сравнении с монокристаллическими, связаны с произвольной ориентацией кристаллов в рабочем слое режущих пластин, что обеспечивает высокую однородность по
твердости и стойкости к истиранию во всех направлениях при больших показателях прочности.
Из поликристаллических алмазов (обозначение - ПКА в России и PCD за границей), полученных на основе фазового перехода, распространение для лезвийного инструмента получили марки АСПК, которые получают из графита при синтезе в присутствии металлорастворителей. Марки АСПК выпускаются в виде цилиндров диаметром 2, 3 и 4 мм, длиной до 4 мм.
Из всех видов PCD наибольшее распространение имеют алмазные инструменты полученные спеканием порошков алмазов (размер 1...30 мкм) в присутствии кобальтового катализатора. Примером могут служить мелкозернистые CMX850 или универсальная марка CTM302 фирмы Element Six, вставки различной формы ВНИИАЛМАЗ, ОАО "МПО по ВАИ".
Существенные преимущества по прочности пластин и по удобству их крепления пайкой в корпусе инструмента имеют двухслойные пластины с алмазным слоем на твердосплавной подложке, называемые также АТП - алмазно-твердосплавные пластины. Например, за рубежом такие пластины различных типоразмеров под фирменным названием Compax выпускает Diamond Innovations. Компания Element Six выпускает пластины Sindite с толщиной алмазного слоя от 0,3 до 2,5 мм и различной величиной алмазного зерна. Двухслойный СВБН отечественного производства припаивают в вершине твердосплавной пластины стандартных размеров
К классу композиционных относят алмазосодержащие материалы на основе твердых сплавов, а также композиции на основе поликристаллических алмазов и гегсагонального нитрида бора. Из композитов алмаз - твердый сплав, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации, следует отметить "Славутич" (из природных алмазов) и "Твесал" (из синтетических алмазов).
Поликристаллы алмаза, полученные химическим парофазным осаждением (CVD-diamond), представляют принципиально новый тип СТМ на основе алмазов. По сранению с поликристаллическими алмазами других типов, они характеризуются высокой чистотой, твердостью и теплопроводностью, но меньшей прочностью. Представляют толстые пленки, а по сути - пластины толщиной 0,3...2,0 мм (наиболее типична толщина
0,5 мм), которые после выращивания отслаиваются от подложки, разрезаются лазером и припаиваются к твердосплавным вставкам. При обработке высокоабразивных и твердых материалов имеют стойкость в несколько раз выше других PCD. По данным компании Element Six, выпускающих такие PCD под общим названием CVDite, они рекомендуются для непрерывного точения керамики, твердых сплавов, металломатричных композиций.
Для обработки сталей не используются. В последние годы появились публикации о промышленном выращивании монокристаллических алмазов по технологии CVD. Таким образом, в ближайшем будущем следует ожидать появления на рынке монокристаллических алмазных инструментов этого типа.
По технологии CVD получают не только алмазный лезвийный инструмент, описанный выше, но и алмазные покрытия на твердом сплаве и некоторых керамических инструментальных материалах. Поскольку температура процесса составляет 600...10000С, такие покрытия не могут быть нанесены на стальной инструмент. Толщина покрытий на инструменте, в том числе сложнопрофильном (сверла, фрезы, СМП), составляет 1...40 мкм. Области рационального использования алмазных покрытий аналогичны инструменту CVD-diamond.
Следует отличать алмазные покрытия от алмазоподобных. Алмазоподобные -Diamond-Like Coating (DLC) [15] покрытия аморфного типа состоят из атомов углерода, как с алмазными, так и с графитоподобными связями. Алмазоподобные покрытия, наносимые методами физического осаждения из газовой фазы (PVD) и химического осаждения из газовой фазы активированные плазмой (PACVD) имеют толщину 1...30 мкм (обычно около 5 мкм) и характеризуются высокой твердостью и рекордно низким коэффициентом трения. Поскольку процесс нанесения таких покрытий проводится при температурах не выше 3000С они используются также для повышения стойкости быстрорежущего инструмента. Наибольший эффект от алмазоподобных покрытий достигается при обработке медных, алюминиевых, титановых сплавов, неметаллических материалов и высокоабразивных материалов [13].
СТМ на основе поликристаллического кубического нитрида бора (ПКНБ в России и PCBN за границей), незначительно уступая алмазу по твердости, отличаются высокой теплостойкостью, стойкостью к циклическому воздействию высоких температур и, что особенно важно, более слабым химическим взаимодействием с железом, поэтому наибольшая эффективность применения инструментов на основе BN имеет место при обработке чугунов и сталей, в том числе высокотвердых [8].
За рубежом по ISO 513 подразделение марок PCBN ведется по содержанию в материале кубического нитрида бора: с высоким (70...95%) содержанием BN (индекс "H") и относительно небольшим количеством связки, и с низким (40...70%) содержанием BN (индекс "L") [4]. Для низкосодержащих марок PCBN используется керамическая связка TiCN. Марки с высоким содержанием BN рекомендуются для высокоскоростной обработки чугуна всех типов, в том числе закаленных и отбеленных, а также точения жаропрочных никелевых сплавов. PCBN с низким содержанием BN, обладают большей
прочностью и используются в основном для обработки закаленных сталей, в том числе при прерывистой обработке [4,10]. Фирмой Sumitomo Electric также выпускаются пластины PCBN с керамическим покрытием (тип BNC), имеющие повышенную стойкость при высокоскоростной обработке сталей и обеспечивающие высокое качество обработанной поверхности.
Помимо однородных по структуре, ПКНБ выпускаются в виде двухслойных пластин с твердосплавной основой (аналогично ПКА). Композиционные ПКНБ получают спеканием смеси порошков синтетического алмаза и кубического или вюрцитного нитрида бора. В зарубежных странах материалы на основе вюрцитного нитрида бора широкого применения не имеют [8].
Назначение СТМ на основе кубического нитрида бора [7]:
Композит 01 (Эльбор Р), Композит 02 (Бельбор Р) - тонкое и чистовое точение без удара и торцовое фрезерование закалённых сталей и чугунов любой твёрдости, твёрдых сплавов с содержанием связки более 15%.
Композит 03 (Исмит) - чистовая и получистовая обработка закалённых сталей и чугунов любой твёрдости.
Композит 05, композит 05ИТ, композит КПЗ - предварительное и окончательное точение без удара закалённых сталей до 55HRC и серого чугуна твердостью 160...600HB, глубина резания до 0,2...2 мм, торцовое фрезерование чугуна.
Композит 06 - чистовое точение закалённых сталей до 63HRC.
Композит 10 (Гексанит Р), композит КПЗ - предварительное и окончательное точение с ударом и без удара, торцовое фрезерование сталей и чугунов любой твёрдости, твёрдых сплавов с содержанием связки более 15% , прерывистое точение, обработка наплавленных деталей. Глубина резания 0,05...0,7 мм.
Томал 10, Композит 10Д - черновое, получерновое и чистовое точение и фрезерование чугунов любой твёрдости, точение и растачивание сталей и сплавов на основе меди, резание по литейной корке.
Композит 11 (Киборит) -предварительное и окончательное точение, в том числе с ударом, закалённых сталей и чугунов любой твёрдости, износостойких плазменных наплавок, торцовое фрезерование закалённых сталей и чугунов.
К сожалению, некоторые из вышеуказанных марок отечественных ПКНБ можно приобрести только из старых запасов, поскольку их изготовление прекратилось.
За рубежом лезвийные инструменты на основе PCBN выпускают фирмы Element Six, Diamond Innovations, Sumitomo Electric Industries, Toshiba Tungalloy, Kyocera, NTK
Cutting Tools, CeramTec, Kennametal, SecoTools, Mitsubishi Carbide, Sandvik Coromant, ИСМ (Украина), Widia, Ssangyong Materials Corporation и др.
В целом, основная область эффективного применения лезвийного режущего инструмента из СТМ - автоматизированное производство на базе станков с ЧПУ, многоцелевых станков, автоматических линий, специальных скоростных станков. В связи с повышенной чувствительностью инструментов из СТМ к вибрациям и ударным нагрузкам, к станкам предъявляются повышенные требования в отношении точности, виброустойчивости и жесткости технологической системы. Применение инструмента из СТМ позволяет увеличить производительность обработки в несколько раз по сравнению с твердосплавным инструментом, при этом улучшается качество обработанных поверхностей и исключается необходимость последующей абразивной обработки. Выбор оптимальной скорости резания определяется величиной снимаемого припуска, возможностями оборудования, подачей, наличием ударных нагрузок в процессе резания и многими другими факторами.
Заключение
За последние десятилетия объем различных типов инструментальных материалов для лезвийного инструмента, потребляемых металообрабатывающими производствами технологически развитых стран, сильно изменился. Практически не используются для лезвийного инструмента углеродистые и легированные инструментальные стали. Заметно снизилось потребление быстрорежущих сталей с
65...70% до 35...40%, в то время как, объёмы использования твёрдых сплавов увеличились с 30 до 55%, а режущей керамики и сверхтвёрдых инструментальных материалов с 1% до 10% [2].
Из быстрорежущих сталей наилучшие показатели как по прочности, так и по износостойкости имеют материалы, изготовленные методами порошковой металлургии, которые также позволяют сформировать заготовку, максимально близкую по форме к окончательной форме режущего инструмента.
Существенно увеличивается доля использования относительно недорогих керметов (безвольфрамовых твердых сплавов), которые в ряде случаев не уступают, а иногда и превосходят по эксплуатационным характеристикам традиционные вольфрамсодержащие твердые сплавы. В Японии доля использования керметов доходит до 40% от объема твердосплавного инструмента. Несомненно следует ожидать существенного роста использования керметов и в российской промышленности.
Появился принципиально новый тип ультрамелкозернистых твердых сплавов с уникальной изгибной прочностью, соизмеримой с прочностью быстрорежущих сталей. Выпуск заготовок таких твердых сплавов в виде стержней различного диаметра приводит к тенденции изготовления необходимого концевого инструмента непосредственно на самих предприятиях при использовании многокоординатных шлифовальных станков с ЧПУ.
Из режущих керамик наиболее перспективными являются керамики, упрочненные нитевидными кристаллами нитрида кремния и сиалоны.
Из сверхтвердых материалов следует отметить появление поликристаллических алмазных лезвийных инструментов нового типа, изготавливаемых по технологии химического парофазного осаждения (СУВ-^атопё). В ближайшее время следует ожидать появления на рынке инструмента из монокристаллического алмаза, полученного по аналогичной технологии, что позволит в несколько раз снизить цены на монокристаллический лезвийный инструмент по сравнению с инструментом на основе природных алмазов и алмазами, получаемыми по традиционным технологиям синтеза.
С сожалением приходится констатировать, что отечественная инструментальная промышленность утеряла лидирующее положение в области создания новых инструментальных материалов. Помимо этого, многие марки инструментальных материалов, положительно зарекомендовавшие себя в практическом использовании, в настоящее время выпускаться перестали. Особенно это заметно в области производства режущей керамики и схверхтвердых инструментальных материалов.
В данной статье не рассматривались износостойкие покрытия на лезвийном инструменте, существенно повышающие стойкость инструмента или производительность обработки, однако, создание новых типов покрытий и расширение их использования является однозначной мировой тенденцией улучшения свойств режущего лезвийного инструмента.
Список литературы
1. Григорьев С.Н., Табаков В.П., Волосова М.А. Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента - Старый Оскол: ТНТ, 2011.- 378 с.
2. Верещака А.С. Кушнер В.С. Резание материалов: М.: Высшая. школа, 2009. -535 с.
3. Расчет режимов резания / Безъязычный В.Ф., Аверьянов И.Н., Кордюков А.В. и др.: Учебно-методическое пособие. - М.: Машиностроение, 2010. - 270 с.
4. Klocke F./ Manufacturing Processes 1: Cutting - Berlin: Springer-Verlag, 2011. - 504 p.
5. Инструменты из сверхтвердых материалов / Под ред. Н.В. Новикова. - М: Машиностроение, 2005.-555 с.
6. Smith G./ Cutting Tool Technology: Industrial Handbook - London: Springer-Verlag London Limited, 2008. - 559 p.
7. Маслов А.Р. / Инструментальные системы машиностроительных производств: М.: Машиностроение, 2006.-336 с.
8. Инструмент для высокопроизводительного и экологически чистого резания /
Андреев В.Н., Боровский Г.В., Боровский В.Г., Григорьев С.Н. - М.:
Машиностроение, 2010. - 480 с.
9. Производство и эксплуатация современного режущего инструмента /А.А. Борисов, Г.В. Боровский, В.А. Вычеров и др. - М.: Издательство "ИТО" , 2011.- 104 с.
10. Справочник конструктора-инструментальщика / Под ред. В.А. Гречишникова и С.В. Кирсанова. 2-е изд - М.: Машиностроение, 2006.-542 с.
11. Таратынов О.В., Босинзон М.А., Черпаков Б.И. / Металлорежущие системы машиностроительных производств - М.: МГИУ, 2006. - 488 c.
12. Справочник по конструкционным материалам / Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, С.А. Герасимов и др. : Справочник - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 640 с.
13. Davim P. / Machining of Hard Materials - London: Springer-Verlag London Limited, 2011. - 211 p.
14. Davim P. / Surface Integrity in Machining - London: Springer-Verlag London Limited, 2011. - 215 p.
15. Davim P. / Machining: Fundamentals and Recent Advances - London: Springer-Verlag London Limited, 208. - 361 p.
SCIENTIFIC PERIODICAL OF THE BAUMAN MSTU
SCIENCE and EDUCATION
EL № FS77 - 48211. №0421200025. ISSN 1994-0408
electronic scientific and technical journal
Cutting tool materials for edge tool manufacturing
# 05, May 2013
DOI: 10.7463/0513.0569432
Zoubkov N.N.
Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russian Federation
This article is based on the review of Russian and foreign periodicals about edge tools published in the last seven years. Existent up-to-date cutting tool materials for edge tools are presented in this work. Their physical and mechanical properties and rational application areas were also described. Special attention was paid to new types of oxide, mixed, whisker-reinforced and silicon nitride cutting ceramics and extra-hard cutting tool materials based on the poly crystalline diamond and cubic boron nitride. Comparison of Russian and foreign trade marks producing cutting tool materials was presented. Classification of extra-hard diamond-based cutting tool materials was also given. Analysis of development prospects of cutting tool materials was carried out.
Publications with keywords: cemented carbides, high speed steel, the cutting tool, tool material, diamond, boron nitride, cermets, cutting ceramics, polycrystalline Publications with words: cemented carbides, high speed steel, the cutting tool, tool material, diamond, boron nitride, cermets, cutting ceramics, polycrystalline
References
1. Grigor'ev S.N., Tabakov V.P., Volosova M.A. Tekhnologicheskie metodypovysheniia iznosostoikosti kontaktnykh ploshchadok rezhushchego instrumenta [Technological methods to improve the wear resistance of contact pads of cutting tools]. Staryi Oskol, TNT Publ., 2011. 378 p.
2. Vereshchaka A.S., Kushner V.S. Rezanie materialov [Cutting of materials]. Moscow, Vysshaia. shkola, 2009. 535 p.
3. Bez"iazychnyi V.F., Aver'ianov I.N., Kordiukov A.V., et. al. Raschet rezhimov rezaniia [Calculation of cutting conditions]. Moscow, Mashinostroenie, 2010. 270 p.
4. Klocke F. Manufacturing Processes 1: Cutting. Berlin, Springer-Verlag, 2011. 504 p.
5. Novikov N.V., ed. Instrumenty iz sverkhtverdykh materialov [Tools of superhard materials]. Moscow, Mashinostroenie, 2005. 555 p.
6. Smith G. Cutting Tool Technology: Industrial Handbook. London, Springer-Verlag London Limited, 2008. 559 p.
7. Maslov A.R. Instrumental'nye sistemy mashinostroitel'nykhproizvodstv [Tooling systems of mechanical engineering productions]. Moscow, Mashinostroenie, 2006. 336 p.
8. Andreev V.N., Borovskii G.V., Borovskii V.G., Grigor'ev S.N. Instrument dlia vysokoproizvoditel'nogo i ekologicheski chistogo rezaniia [Tool for high-performance and environmentally clean cutting]. Moscow, Mashinostroenie, 2010. 480 p.
9. Borisov A. A., Borovskii G. V., Vycherov V. A., Grechishnikov V. A., Neginskii E. A. Proizvodstvo i ekspluatatsiia sovremennogo rezhushchego instrumentan [Production and operation of modern cutting tools]. Moscow, "ITO" Publ., 2011. 104 p.
10. Grechishnikov V.A., Kirsanov S.V., eds. Spravochnik konstruktora-instrumental'shchika [Reference book of the designer-toolmaker]. Moscow, Mashinostroenie, 2006. 542 p.
11. Taratynov O.V., Bosinzon M.A., Cherpakov B.I. Metallorezhushchie sistemy mashinostroitel'nykh proizvodstv [Metal-cutting systems of machine building manufactures]. Moscow, MGIU Publ., 2006. 488 p.
12. Arzamasov B. N., Solov'eva T. V., Gerasimov S. A., et al. Spravochnik po konstruktsionnym materialam [Handbook of constructional materials]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2005. 640 p.
13. Davim P. Machining of Hard Materials. London, Springer-Verlag London Limited, 2011. 211 p.
14. Davim P. Surface Integrity in Machining. London, Springer-Verlag London Limited, 2011. 215 p.
15. Davim P. Machining: Fundamentals and Recent Advances. London, Springer-Verlag London Limited, 2008. 361 p.
