Чтобы обеспечить нормальное функционирование металлорежущего инструмента, его лезвие должно выполняться из металла, который характеризуется отменной твердостью, прочностью, стойкостью к износу, а также прочими физическими и механическими свойствами. Материалы, обладающие всеми этими характеристиками, способны справится с процессом резания. Именно поэтому они называются инструментальными металлами.
Физические и механические характеристики инструментальных металлов
Любой материал, применяемый в процессе изготовления режущей пластины инструмента, который используется при резании, должен обладать хорошими показателями:
- твердости;
- прочности;
- температуростойкости;
- коэффициентом трения скольжения.
Для внедрения в поверхность заготовки инструмента его режущая кромка выполняется из материала, обладающего повышенной твердостью. Этот параметр бывает природным или полученным в результате специальной обработки. К примеру, инструментальные стали подвергаются механической и термической обработке, за счет чего их твердость и прочностные характеристики значительно возрастают.
В процессе механообработки на металлорежущий инструмент воздействуют определенные силы, причем, они достигают таких значений, что в зоне резания образуются большие напряжения. Как правило, эти напряжения разрушают инструмент изнутри. Следовательно, для создания металлорежущего инструмента нужно выбирать материалы, отличающиеся высокими показателями прочности.
Инструментальные стали — металлы, которые обладают лучшими показателями прочности. Лезвия, выполненные из этих материалов, способны работать в условиях больших напряжений.
Операция резания металлов сопровождается усиленным выделением тепловой энергии, то есть лезвие инструмента при выполнении работ сильно нагревается. Если температура нагрева не достигает критической отметки, то свойства инструментального материала остаются без изменений. В противном случае у материала изменяется структура и твердость, причем, не в лучшую сторону.
Критическая температура имеет еще одно название — температура красностойкости. Это название связано со способностью металлов изменять свой цвет на красный, когда температура достигает 600 °С и выше. Под красностойкостью понимается способность материала сохранять свою твердость и износостойкость при воздействии высоких температур. Это та же температуростойкость, измеряемая в достаточно широком диапазоне от 220 до 1800 °С.
Увеличить эксплуатационные характеристики металлорежущего инструмента можно несколькими способами: повышением температуростойкости инструмента либо улучшением условий теплоотвода. Уменьшить температуру на рабочих поверхностях инструмента удастся за счет отвода теплоты от режущей кромки вглубь тела. Теплопроводность любого инструментального металла обуславливается температурой его нагрева и химсоставом. К примеру, разные легирующие элементы способствуют как снижению, так и повышению теплопроводности сталей.
Коэффициент трения скольжения заготовки по инструменту объясняется химическими, физическими, механическими свойствами взаимодействующих между собой материалов, скоростью скольжения и контактными напряжениями. Данный параметр оказывает непосредственное воздействие на стойкость металла, из которого выполнена режущая кромка, к износу.
Наиболее распространенные инструментальные стали
Стали, используемые в производстве металлорежущих инструментов, могут быть трех видов:
- углеродистыми;
- легированными;
- быстрорежущими.
Углеродистые стали — оптимальный вариант для производства инструмента, используемого в процессе механообработке, для которой характерны малые скорости резания. Их отличительными особенностями являются повышенные показатели твердости и низкие значения температуростойкости. Стали У9, У10А чаще всего применяются при изготовлении пил, а У11, У12 — метчиков и прочих металлорежущих инструментов.
Среди легированных сталей различают хромистые, хромокремнистые, вольфрамовые, хромовольфрамомарганцевые и т.д. — все зависит от их легирующих элементов. Стали Х — прекрасный материал для производства инструментов для нарезания резьбы, а 9ХС — для выполнения и обработки отверстий. Их температуростойкость достигает 400 °С, следовательно, инструменты из легированных сталей могут участвовать в процессах средне- и высокоскоростного резания.
Из быстрорежущих сталей изготавливаются, как правило, зенкера, сверла, метчики. Среди их основных компонентов — вольфрам, ванадий, хром. Режущие свойства этих сталей определяют, к какому виду они относятся: нормальной (сохраняют твердость при t не более 620 °С) или повышенной производительности (сохраняют твердость при t 620-640 °С).
Перейти к списку статей >>
