Материалы, применяемые для изготовления резцов

При работе на режущих кромках резца возникает высокое давление, а также высокая температура (600—800° и выше). Трение задней поверхности резца о поверхность резания и стружки о переднюю поверхность резца вызывает более или менее быстрый износ его рабочих поверхностей. Вследствие износа форма режущей части изменяется и резец по истечении некоторого времени становится негодным для дальнейшей работы; такой резец должен быть снят со станка и переточен. Для увеличения срока службы резца без переточки необходимо, чтобы его материал хорошо сопротивлялся износу при высокой температуре. Кроме того, материал резца должен быть достаточно прочным, чтобы без разрушения выдерживать высокие давления, возникающие при резании. Поэтому к материалу резцов предъявляются следующие основные требования — твердость при высокой температуре, хорошая износостойкость и прочность.

В настоящее время существует много удовлетворяющих этим требованиям инструментальных сталей и сплавов. К ним относятся: углеродистые инструментальные стали, быстрорежущие стали, твердые сплавы и керамические материалы.

Углеродистая инструментальная сталь. Для изготовления режущего инструмента применяют сталь с содержанием углерода от 0,9 до 1,4%. После закалки и отпуска режущий инструмент из этой стали приобретает высокую твердость. Однако, если в процессе резания температура режущей кромки доходит до 200—250°, твердость стали резко падает.

По этой причине углеродистая инструментальная сталь в настоящее время имеет ограниченное применение: из нее изготовляют режущие инструменты, работающие со сравнительно низкой скоростью резания, когда температура в зоне резания достигает небольшой величины. К таким инструментам относятся: плашки, развертки, метчики, напильники, шаберы и др. Резцы из углеродистой инструментальной стали в настоящее время не изготовляют.

Быстрорежщие стали. Быстрорежущие стали содержат большое количество специальных, так называемых легирующих элементов — вольфрама, хрома, ванадия и кобальта, которые придают стали высокие режущие свойства — способность сохранять твердость и износостойкость при нагреве в процессе резания до 600—700°. Резцы из быстрорежущей стали допускают в 2—3 раза большие скорости резания, чем углеродистые резцы.

В настоящее время в СССР выпускают следующие марки быстрорежущей стали (ГОСТ 9373—60): Р18, Р9, Р9Ф5, Р14Ф14, Р18Ф2, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2.

Резцы, изготовленные целиком из быстрорежущей стали, дороги, поэтому в целях экономии бысторежущей стали пользуются преимущественно резцами с наварными пластинками.

Твердые сплавы. Твердые сплавы характеризуются очень высокой твердостью и хорошей износостойкостью.

Твердые сплавы изготовляются в виде пластин из порошков вольфрама и титана, соединенных с углеродом. Соединение углерода с вольфрамом называется карбидом вольфрама, а с титаном — карбидом титана. В качестве связующего вещества к ним добавляют кобальт. Эту порошкообразную смесь прессуют под большим давлением, получая небольшие пластины, которые затем спекают при температуре около 1500°. Окончательно приготовленные пластины не требуют никакой термической обработки. Пластину припаивают медью к державке резца из углеродистой стали либо прикрепляют к ней при помощи наладок и винтов (механическое крепление пластин).

Основное преимущество твердых сплавов заключается в том, что они хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и обрабатываемой деталью и не теряют режущих свойств даже при нагреве до 900—1000°. Благодаря этим свойствам резцы, оснащенные пластинами твердых сплавов, пригодны для обработки самых твердых металлов (твердые стали, в том числе и закаленные) и неметаллических материалов (стекло, фарфор, пластмассы) при скоростях резания, превышающих в 4—6 раз и более скорости резания, допускаемые быстрорежущими резцами.

Недостаток твердых сплавов — повышенная хрупкость.

В настоящее время в СССР выпускают две группы твердых сплавов. Основные из них — вольфрамовые (ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6М, ВК6, ВК8 и ВК8М) и титано-вольфрамовые (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10). Каждая из этих групп имеет определенную область применения (табл. 2).

Все вольфрамовые сплавы предназначаются для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов, закаленных сталей, нержавеющих сталей и неметаллических материалов (эбонит, фарфор, стекло и т. п.). Для обработки сталей применяют твердые сплавы титано-вольфрамовой группы.

Керамические материалы. В последнее время советскими металлургами созданы дешевые материалы с высокими режущими свойствами, которые во многих случаях заменяют твердые сплавы. Это — керамические материалы (термокорунд), выпускаемые в виде пластин белого цвета, напоминающих мрамор, которые, подобно твердым сплавам, либо припаиваются к державкам резцов, либо крепятся к ним механически. Эти пластины не содержат в себе таких дорогих и дефицитных элементов, как вольфрам, титан и др. Вместе с тем керамические пластины отличаются более высокой твердостью, чем твердые сплавы, и сохраняют твердость при нагреве до 1200°, что дает возможность резать ими металлы с высокими скоростями резания.

Недостатком керамических пластинок является их недостаточная вязкость. Резцы, оснащенные керамическими пластинками, можно применять при чистовой или получистовой обработке чугуна, бронзы, алюминиевых сплавов и мягких сталей.