Быстрорежущие стали
Существует огромное количество различных металлов, которые обладают своими определенными достоинствами и недостатками. Быстрорежущие стали зачастую применяются для изготовления инструментов, которые должны обладать повышенной прочностью, некоторых ответственных деталей. Рассмотрим особенности этого сплава подробнее.
Характеристики быстрорежущих сталей
Быстрорежущие стали – сплавы, которые имеют достаточно большое количество легированных добавок. За счет добавления различных химических веществ свойства металла серьезно меняются. Рассматривая характеристики следует отметить, что материал подобного типа специально создается для эксплуатации при высоком показателе трения, который возникает на момент резания. Состав быстрорежущей инструментальной стали существенно повышает твердость металла, за счет чего он может работать на повышенной скорости.
Основные характеристики быстрорежущих сталей
Характеристики быстрорежущей стали следующие:
Именно химический состав быстрорежущей стали определяет ее основные эксплуатационные качества.
Классификация и маркировка быстрорежущих сталей
Все быстрорежущие стали классифицируются непосредственно по химическому составу, для чего проводится расшифровка маркировки. Инструментальные стали быстрорежущие делятся на следующие три группы:
При применении подобного металла получающаяся кромка не реагирует на механическое воздействие, по всей длине показатель твердости остается неизменным и металл не выкрашивается. Вышеприведенная классификация быстрорежущей стали определяет то, при какой скорости резания и подаче может использоваться сплав.
Состав быстрорежущих сталей различных марок
Рассматривая обозначение быстрорежущей стали следует уделить внимание тому, что первая буква для обозначения этой группы «Р». Цифра, которая идет первой в обозначении указывает процесс вольфрама в составе. Далее могут идти буквы, обозначающие легирующие элементы. Стоит учитывать, что расшифровка металла указывает на точное содержание определенных легирующих элементов, которые изменяют эксплуатационные качества материала.
Область применения различных марок быстрорежущих сталей
Рассматривая применение износостойкого металла следует уделить внимание тому, что конкретный состав металла определяет его эксплуатационные качества. Инструмент изготовленный из подобного металла может выдерживать длительную эксплуатацию.
Режущий инструмент из быстрорежущей стали
Область применения достаточно обширна:
Материал может использоваться для получения инструмента, который будет выдерживать высокую нагрузку.
Сегодня, при повсеместной установке станков с ЧПУ, режущий инструмент повышенной устойчивости является единственным выходом из сложившейся ситуации, когда высокие скорости обработки создают проблемы.
Особенности термической обработки быстрорежущих сталей
Для увеличения эксплуатационных качеств быстрорежущей стали могут применяться стандартные методы обработки. Однако при этом учитывается состав металла. Примером назовем то, что процесс закалки предусматривает нагрев среды до температуры, которая позволяет обеспечить условия для растворения различных примесей и добавок.
После того, как обработка быстрорежущей стали была завершена, в сплаве остается до 30% аустенита, что существенно повышает теплопроводность и твердость.
Для уменьшения показателя аустенита в структуре могут применяться две технологии:
Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5: а) литое состояние; б) после ковки и отжига; в) после закалки; г) после отпуска
Кроме этого улучшение характеристик проводится следующим образом:
Сегодня часто встречается ситуация, когда поверхность обрабатывается паром, что позволяет существенно повысить характеристики поверхностного слоя. Зачастую дополнительная обработка проводится в случае, когда режущая кромка была полностью подготовлена.
Назначение, виды и классификация токарных резцов
Резец — основной инструмент при выполнении токарных работ. За счет срезания лишнего металла деталь обретает заданную форму.
Они перемещаются в продольном и поперечном направлениях, изготовлены из разного материала, отличаются типом установки и назначением.
Общая конструкция обрабатывающего инструменты по металлу
Любой резец состоит из двух элементов:
Классификация
Токарные резцы классифицируются по многим признакам. Этот способ изготовления, направление, материал, назначение, тип установки.
По способу изготовления
Есть три разновидности инструмента. Они изготавливаются по ГОСТу. В каждом производстве применяется тот или иной тип.
Цельные
Резец полностью изготовлен из легированной, реже инструментальной стали. Используются редко ввиду дороговизны материала. Поэтому чаще к обычному резцу припаивают соответствующую пластинку.
С напаянными пластинами из твердосплавного материала
На рабочую головку напаяна твердосплавная пластина, за счет которой происходит резка металла. Состав сплава отличается в зависимости от назначения резца.
Сборные
Считаются универсальными, на них можно устанавливать пластину из любого сплава и разного профиля (в зависимости от вида работы). Их можно использовать в качестве проходного, подрезного, упорного резца. Съемная пластина имеет форму треугольника, квадрата или многогранника. Не подлежит заточке. Когда все углы пластины износились либо сломались, ее выбрасывают.
По направлению
Инструмент подается в двух направлениях. От этого зависит, куда смотрит режущая кромка. Определить направление можно визуально.
Левые
При подаче движение выполняется слева направо. Режущая кромка расположена с правой стороны. Применяются редко.
Правые
Подача осуществляется справа налево. Главная режущая кромка находится с левой стороны.
По типу работ
На токарных станках выполняются три вида работ. Черновая обработка подразумевает быстрое снятие стружки с остатком припусков для последующих операций. Получистовая обеспечивает поверхность среднего качества, для некоторых деталей этого достаточно. Чистовая обработка заключается в доводке детали до нужного класса чистоты.
Для черновых
При черновом обтачивании снимается крупная стружка. Работа осуществляется обычно на больших режимах. Резец для черновой обработки устойчив к высокой температуре и ударам. Режущая кромка должна тверже, чем обрабатываемая поверхность. Для черновой работы предусмотрены инструменты из твердосплавных материалов.
Для чистовых
Применяются для финишной обработки готовой детали. Работают на больших оборотах и маленькой подаче. Толщина снимаемой стружки не превышает 1-2 мм. За счет этого обеспечивается чистота обрабатываемой поверхности.
Для получистовых
Универсальные резцы из твердосплавных материалов или быстрорежущей стали используются для получения средней чистоты поверхности. Они часто имеют дополнительную режущую кромку для уменьшения шероховатости поверхности. А на передней поверхности вышлифовывается канавка шириной 8-10 мм для обламывания стружки.
По типу назначения
Все резцы делятся по назначению. Каждый предназначен для выполнения той или иной операции.
Проходные
Встречаются проходной прямой и отогнутый резец. Резец токарный проходной прямой используется для обработки наружной поверхности. Конструкция инструмента позволяет аккуратно снимать фаску после окончания прохода.
Проходной отогнутый — отличается повернутой вправо или влево рабочей частью. Используется для подрезки торца. Отогнутым резцом удобно снимать наружные и внутренние фаски.
Отрезные
Главным отличием является тонкая удлиненная рабочая головка с напаянной пластиной. Используется для отрезки деталей, иногда для прорезания наружной канавки.
Расточные
Предназначены для внутренней обработки внутренней поверхности детали после сверления. Бывают для расточки глухих и сквозных отверстий.
Расточной резец для глухих отверстий имеет треугольную форму. Длина державки у разных инструментов отличается. Она определяет максимальную глубину расточки.
У инструмента для сквозных отверстий рабочая часть немного отвернута, напоминает проходной отогнутый резец. Он легко заходит внутрь заготовки, и также покидает ее на выходе. Главное, чтобы хватило длины державки.
Упорные
Самый распространенный тип для наружной обработки заготовки. По назначению схож с проходным, но им неудобно снимать фаски. Конструкция рабочей головки позволяет снимать большую толщину металла за один проход.
Резьбовые
Внутренний может использоваться только для отверстий большого диаметра. С виду он напоминает расточной, только пластинка имеет форму копья.
Галтельные
Используются для проточки круглых канавок и переходных поверхностей многоступенчатых деталей. Имеют закругленную режущую кромку, что помогает добиться заданного радиуса.
Фасонные
Предназначены для точения сложных нестандартных поверхностей. имеют круглую или призматическую форму. Профиль режущей кромки полностью совпадает с профилем обрабатываемой поверхности. Чаще изготавливаются индивидуально под конкретную деталь. Фасонный резец обеспечивает готовую деталь за одну установку.
Подрезные
Внешне напоминает упорный резец. Но пластина имеет треугольную форму. Используются, когда необходима обработка путем поперечной подачи.
Прорезные (канавочные)
Второе название — канавочные, используются для прорезания наружных и внутренних канавок. Размер режущей кромки подбирается по ширине канавки. Головка инструмента расположена выше режущей кромки, что обеспечивает устойчивость к нагрузкам.
По способу установки
Резцы устанавливаются двумя способами. Располагаются относительно заготовки перпендикулярно и касательно.
Радиальные
Устанавливаются перпендикулярно заготовке. Используются на станках с ручным управлением и ЧПУ.
Тангенциальные
Устанавливаются касательно оси детали. Это обеспечивает инструменту большее сопротивление и позволяет за один проход снимать крупную стружку. Применяются на автоматах и полуавтоматах.
По материалу
Резцы изготавливаются из разных материалов. От этого зависит их износостойкость, теплоустойчивость и способность выдерживать ударные нагрузки.
Легированная сталь
Материал содержит ванадий, кремний, хром, марганец. Отличается высокой износостойкостью. Предназначен для обработки металла на небольших скоростях. Легированная сталь применяется для изготовления цельных резцов.
Инструментальная сталь
Это высококачественная и дешевая сталь с низкой долей вредных примесей. После закалки материал приобретает высокую твердость. Резцы предназначены для обработки стали, чугуна, цветных металлов.
Инструмент легко затачивается, обеспечивает надлежащее качество обрабатываемой поверхности. Но резцы из инструментальной стали не подходят для работы на высоких скоростях. Уже при 200º С режущая кромка перегревается и утрачивает свойства.
Твердые сплавы
Резцы из твердосплавных материалов обладают более высокой износостойкостью, чем инструментальная и легированная сталь. Используются для черновой и чистовой обработки всех видов поверхностей.
Однокарбидные
Основные составляющие — карбид вольфрама и кобальт. Используются для точения хрупких материалов.
Двухкарбидные
Состоят из карбидов вольфрама и титана, в качестве связывающего вещества идет кобальт. Обладают устойчивостью к нагреванию, окислению, ударным нагрузкам. Материал хорошо сохраняет свойства при высоких скоростях резания.
Трехкарбидные
Содержат карбиды вольфрама, титана и тантала. Отличаются высокой твердостью и стойкостью. Применяются при тяжелых режимах резания.
Металлокерамика
Износостойкий материал, сохраняющий свойства при нагревании до 800-900º С. В зависимости от сплава, резцы делятся на три группы.
Вольфрамовые — основу составляют карбид вольфрама (буква В) и кобальт (буква К). Предназначены для чугуна и цветных металлов. Резцы имеют маркировку ВК2, ВК3М, ВК4, ВК8, ВК8В. Цифра означает содержание кобальта. К примеру, в сплаве ВК8 содержится 8% кобальта, остальные 92% — карбид вольфрама.
Титановольфрамовые — универсальные резцы для чистовой и черновой обработки всех видов стали. Самые ходовые маркировки Т5К10 и Т15К6, а также Т30К4. Буква Т означает количество карбида титана, буква К указывает на содержание кобальта. К примеру, в сплаве Т15К6 содержится 15% карбида титана, 6% кобальта, остальные 79% — карбид вольфрама.
Титано-тантало-вольфрамовые — применяются для труднообрабатываемых сталей. Ходовыми сплавами являются ТТ7К12 и ТТ10К8Б. Первая цифра указывает на содержание карбидов титана и тантала (7 и 10%), вторая указывает на наличие кобальта (12 и 8%). Остальное — карбид вольфрама.
Алмаз
Для производства инструмента применяются природные и синтетические алмазы. Предназначены для тонкого точения цветных металлов, а также твердых неметаллических материалов.
Обеспечивают высокую точность и качество обработки. Из-за высокой хрупкости не применяются для обработки черного металла. Резцы бывают как с напаянным алмазом, так и с механическим креплением алмазной пластинки.
Как подобрать нужный
Выбор инструмента зависит от многих факторов. Какие моменты нужно учитывать при выборе:
Какие действующие стандарты бывают и расшифровка их маркировки
Основным стандартом, по которым изготавливают токарные резцы, является ГОСТ:
Маркировка по материалу рабочей части:
Заточка
Износ резца сказывается на скорости, качестве и точности обработки. При ручной подаче отрезного или канавочного резца появляется ощущение, что инструмент идет туго.
При автоматической обработке признаками износа являются:
Общие правила выполнения
Заточка выполняется на заточном станке. Для твердосплавных материалов предусмотрен круг из электрокорунда. Инструмент из быстрорежущий стали затачивают на круге из зеленого карбида.
Резец кладут на подручник и прижимают к вращающемуся кругу. Для получения ровной поверхности его необходимо перемещать вдоль круга. Режущая кромка должна располагаться по центру круга, в крайнем случае на 10 мм выше. Когда все поверхности готовы, на пересечении главной и вспомогательной режущей кромки делается небольшое скругление.
Чтобы исключить перегрев режущей кромки, необходимо периодически ее охлаждать. Для этой цели возле заточного станка должна быть емкость с водой. Если пренебречь охлаждением, на поверхности кромки образуются микротрещины. Их не видно невооруженным глазом, но стойкость инструмента и качества обработки снижается.
Для повышения стойкости резца и спрямления кромок выполняют доводку. В зависимости от материала инструмента для этого предусмотрены алмазный (для твердосплавных) и эльборовый (для быстрорежущих) доводочные круги. Для контроля углов резца используют специальные шаблоны.
Как установить на станке
Для получения надлежащего качества и точности обработки необходим правильный монтаж резца. Также ошибки при установке способствуют быстрому износу режущей кромки.
Устанавливается инструмент в резцедержатель строго по центру. Для корректировки его по высоте в арсенале токаря должны быть металлические пластины толщиной от 1 до 4-5 мм. Установка ниже центра приводит к выталкиванию детали, что опасно и для инструмента, и для работника. Если режущая кромка завышена, она перегревается и быстро изнашивается.
При установке режущего инструмента нужно придерживаться простых правил:
После установки инструмента нужно снять пробную стружку. Если поверхность получается ровная и гладкая, стружка не наматывается на резец — можно приступать к работе.
Правила эксплуатации
Токарные резцы способны долгое время выполнять основную функцию, пока не сточится рабочая поверхность. Но неправильное использование сокращает срок службы инструмента. Чтобы не допустить предварительного износа, нужно соблюдать простые правила эксплуатации:
На токарном станке выполняется много видов работ. Для каждого процесса предусмотрен отдельный резец. Он подбирается исходя из обрабатываемого материала, режимов резания, параметров чистоты и шероховатости. Инструмент нужно своевременно его затачивать, соблюдать правила эксплуатации и хранения.
Тест по дисциплине «Общие основы технологии металлообработки и работ на металлорежущих станках»
Просмотр содержимого документа
«Тест по дисциплине «Общие основы технологии металлообработки и работ на металлорежущих станках»»
Тестовые задания по дисциплине
ОП.05 Общие основы технологии металлообработки и работ на металлорежущих станках
Автор – Фунтова Виктория Александровна, мастер производственного обучения
Инструкция: Выберите один правильный ответ. Обведите кружком букву, соответствующую правильному ответу.
1. Укажите величину вылета резца
2. Укажите резец, который применяется для окончательной обработки сферической поверхности
3. Укажите название стружки, которая образуется при точении чугуна
4. Укажите марку резца, работающего на больших скоростях
Инструкция: Дополните предложение. Впишите ответ в пропуск.
Толщина слоя металла, снимаемого за один проход инструмента, называется _______________________.
Инструкция: Соотнесите написанное в столбцах 1 и 2. Запишите в таблицу ответов под буквами, соответствующие цифры.
7. Задание: Соотнесите формулу с определением
а) 
б) 
2. Расчетная частота вращения шпинделя
в) 
3. Скорость резания
8. Задание: Соотнесите понятие с определением
1. Вид чистовой механической обработки отверстий резанием. Производят после предварительного сверления и зенкерования для получения отверстия с меньшей шероховатостью
2. Вид механической обработки материалов резанием, при котором с помощью специального вращающегося режущего инструмента получают отверстия различного диаметра и глубины, или многогранные отверстия различного сечения и глубины
3. Вид механической обработки резанием, в котором с помощью специальных инструментов производится обработка цилиндрических и конических отверстий в деталях с целью увеличения их диаметра, повышения качества поверхности и точности
Инструкция: Сделайте соответствующие подписи на рисунке.
9. Задание: Подпишите основные элементы резца, указанные на рисунке
Инструкция: Установите правильную последовательность. Запишите ответ в виде последовательности цифр.
10. Вопрос: Установите последовательность разработки технологического процесса изготовления детали на токарном станке:
1. Критический анализ исходной информации.
2. Выбор средств технологического оснащения.
3. Определение последовательности и содержания технологических операций.
4. Выбор технологических баз.
5. Выбор заготовки и рационального метода её получения.
6. Расчёт режимов резания.
Инструкция: Напишите развернутый ответ на вопрос
11. Вопрос: Что такое нарост на резце?
Быстрорежущие инструментальные стали: марки, характеристики, маркировка
Такой материал, как быстрорежущие стали, отличается уникальными свойствами, что дает возможность использовать его для изготовления инструментов, обладающих повышенной прочностью. Характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, позволяют производить из них инструменты самого различного назначения.
Фрезы, метчики, развертки – типичные изделия, производимые из высококачественной быстрорежущей стали
Характеристики быстрорежущих сталей
К категории быстрорежущие стали относят сплавы, химический состав которых дополнен рядом легирующих добавок. Благодаря таким добавкам сталям придаются свойства, позволяющие использовать их для изготовления режущего инструмента, способного эффективно работать на высоких скоростях. Быстрорежущие инструментальные стали от обычных углеродистых сплавов как раз и отличает то, что инструмент, который из них изготовлен, может с успехом применяться для обработки твердых материалов на повышенных скоростях.
Фрезеровка детали на профессиональном гравировальном станке
К наиболее примечательным характеристикам, которыми отличаются быстрорежущие стали различных марок, нужно отнести следующие.
Характеристики и назначение быстрорежущих сталей
Расшифровка обозначения марок сталей
Изначально быстрорежущая сталь как материал для изготовления режущих инструментов была изобретена британскими специалистами. С учетом того, что инструмент из такой стали может использоваться для высокоскоростной обработки металлов, этот материал назвали «rapidsteel» (слово «рапид» здесь как раз и означает высокую скорость). Такое свойство данных сталей и придуманное им в свое время английское название послужили причиной того, что обозначения всех марок данного материала начинаются с буквы «Р».
Правила маркировки сталей, относящихся к категории быстрорежущих, строго регламентированы соответствующим ГОСТ, что значительно упрощает процесс их расшифровки.
Первая цифра, стоящая после буквы Р в обозначении стали, указывает на процентное содержание в ней такого элемента как вольфрам, который во многом и определяет основные свойства данного материала. Кроме вольфрама быстрорежущая сталь содержит в своем составе ванадий, молибден и кобальт, которые в маркировке обозначаются, соответственно буквами Ф, М и К. После каждой из такой буквы в маркировке стоит цифра, указывающая на процентное содержание соответствующего элемента в химическом составе стали.
Пример расшифровки марки быстрорежущей стали
В зависимости от содержания в составе стали тех или иных элементов, а также от их количества, все подобные сплавы делятся на три основных категории. Определить, к какой из категорий относится сталь, достаточно легко, расшифровав ее маркировку.
Итак, стали быстрорежущих марок принято разделять на следующие категории:
Определение разновидности стали по искре
Как уже говорилось выше, характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, преимущественно определяются содержанием в них такого элемента как вольфрам. Следует иметь в виду, что если в быстрорежущем сплаве содержится слишком большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то по причине формирования карбидной неоднородности такой стали режущая кромка инструмента, который из нее изготовлен, может выкрашиваться под воздействием механических нагрузок. Таких недостатков лишены инструменты, изготовленные из сталей, содержащих в своем составе молибден. Режущая кромка подобных инструментов не только не выкрашивается, но и отличается тем, что имеет одинаковые показатели твердости по всей своей длине.
Маркой стали для изготовления инструментов, к которым предъявляются повышенные требования по их технологическим характеристикам, является Р18. Обладая мелкозернистой внутренней структурой, такая сталь демонстрирует отличную износостойкость. Преимуществом использования стали данной марки является еще и то, что при выполнении закалки изделий из нее они не перегреваются, чего не скажешь о быстрорежущих сплавах других марок. По причине достаточно высокой стоимости инструментов, изготовленных из стали этой марки, ее часто заменяют на более дешевый сплав Р9.
Технические характеристики стали марки Р18
Достаточно невысокая стоимость стали марки Р9, как и ее разновидности — Р9К5, которая по своим характеристикам во многом схожа с быстрорежущим сплавом Р18, объясняется рядом недостатков данного материала. Наиболее значимым из них является то, что в отожженном состоянии такой металл легко поддается пластической деформации. Между тем сталь марки Р18 также не лишена недостатков. Так, из данной стали не изготавливают высокоточный инструмент, что объясняется тем, что изделия из нее плохо поддаются шлифовке. Хорошие показатели прочности и пластичности, в том числе и в нагретом состоянии, демонстрируют инструменты, изготовленные из стали марки Р12, которая по своим характеристикам также схожа со сталью Р18.
Свойства стали марки Р9К5
Методы производства и обработки
Для производства инструментов, изготавливаемых из быстрорежущих сплавов, используются две основные технологии:
Классическая технология, предполагающая проковку изделия из быстрорежущего сплава, которое предварительно было отлито в специальную форму, позволяет наделить такое изделие более высокими качественными характеристиками.
Подобная технология помогает избежать формирования карбидных ликваций в готовом изделии, а также дает возможность подвергнуть его предварительному отжигу и дальнейшей закалке. Кроме того, данная технология изготовления позволяет избежать такого явления, как «нафталиновый излом», которое приводит к значительному повышению хрупкости готового изделия, изготовленного из быстрорежущего сплава.
Закалка готовых инструментов, выполненных из быстрорежущего сплава, осуществляется при температурах, которые способствуют лучшему растворению в них легирующих добавок, но в то же время не приводят к росту зерна их внутренней структуры. После выполнения закалки быстрорежущие сплавы имеют в своей структуре до 30% аустенита, что не самым лучшим образом сказывается на теплопроводности материала и его твердости. Для того чтобы уменьшить количество аустенита в структуре сплава до минимальных значений, используются две технологии:
Улучшение характеристики изделий
Чтобы инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, обладали высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной устойчивостью, их поверхность необходимо подвергнуть обработке, к методам выполнения которой относятся следующие.
Инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, также подвергают обработке паром, что позволяет улучшить характеристики их поверхностного слоя. Следует иметь в виду, что все вышеперечисленные операции выполняются с инструментом, режущая часть которого уже заточена, отшлифована и подвергнута термической обработке.
