Файл: Джаджиев, В. К. Прогрессивные инструментальные материалы.pdf

сплавы, все шире используются новые перспективные мелкозернистые и особомелкозернистые твердые сплавы.

Исследованиями установлено, что чем более мелкот зерниста структура вольфрамовых сплавов, тем выше износостойкость инструмента, особенно при обработке высокопрочных материалов. Примером могут служить такие мелкозернистые сплавы, как ВК6ОМ, ВКЮОМ, ВК15ОМ (размер зерен основной массы карбида изме­ няется от 1 до 0,5 микрона).

Преимущество мелкозернистых и особомелкозернис- ' тых сплавов по сравнению с обычными среднезернисты­ ми проявляется тем больше, чем прочнее обрабатывае­ мый материал. Подтверждением могут служить испыта­ ния мелкозернистых и особомелкозернистых твердых сплавов на ряде машиностроительных заводов в процес­ се чистовой обработки некоторых труднообрабатывае­ мых жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, в результате которых было выявлено значительное преиму­ щество этих сплавов по сравнению со среднезернистыми.

Благодаря особомелкозернистой, плотной структуре новых сплавов можно производить'заточку и доводку режущего инструмента с наименьшими радиусами округ­ ления кромок. Это обеспечивает получение более высо­ кой чистоты обработанной поверхности и точности раз­ меров. Применение резцов из особомелкозернистых сплавов позволяет получить точность размеров 1 — 2 классов и шероховатость обработанной поверхности 7—8-го классов.

Широкое применение в отечественной промышленно­ сти твердых сплавов при обработке различных матери­ алов давлением (волочение, высадка, вырубка, вытяжка и т. п.) открывает дополнительные резервы для повы­ шения производительности труда и экономии материаль­ ных ресурсов.

Применение твердых сплавов для изготовления ра­ бочих деталей штампов дает ряд преимуществ по срав­

10

нению со стальными, предназначенными для тех же це­ лей. Стойкость твердосплавных штампов, как правило, в 30—100 раз выше стальных. В результате уменьшает­ ся простой прессового оборудования за счет сокращения переналадок и увеличения стойкости инструментов меж­ ду переточками. Твердосплавные штампы благоприятст­ вуют автоматизации процесса штамповки и, следователь­ но, повышают производительность труда.

Благодаря высокой стойкости твердосплавных штам­ пов появляется возможность высвободить оборудование инструментального цеха и рабочих, а также производст­ венные площади, и тем самым увеличить мощность цехов.

Перечисленные преимущества предопределяют значи­ тельный экономический эффект на предприятиях, ис­ пользующих твердосплавный инструмент. Применение в качестве рабочих элементов штампов и холодновысадоч­ ных автоматов новых высокопрогрессивных крупнозер­ нистых и особокрупнозернистых металлокерамических твердых сплавов ВК.20КС, ВК20К и др. взамен тради­ ционных ВК20, ВК25 позволяет еще больше повысить стойкость инструмента на тяжелых операциях. Эти но­ вые сплавы обладают высоким сопротивлением разру­ шению при ударе, благодаря высокой прочности, и пред­ назначены для работы в условиях ударного нагружения как с малой, так и с большой энергией удара. Стойкость инструмента из этих сплавов, как правило, выше, чем у того же инструмента из ВК20 в 2—3 раза.

- Научно-технический прогресс вызвал широкое при­ менение новых труднообрабатываемых высоколегирован­ ных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, обработка которых существующими марками металло­ керамических твердых сплавов на основе карбида воль­ фрама в ряде случаев це удовлетворяет предъявляемым требованиям.

В отечественной порошковой металлургии был создан новый класс керметов: маловольфрамовые металлорежу-

11

щие сплавы и термообрабатываемые безвольфрамовые сплавы, предназначенные преимущественно для изготов­ ления износостойких деталей и рабочих деталей штампов.

Эти сплавы имеют высокую износостойкость, благо­ даря применению карбида титана и способности послед­ него термообрабатываться.

Одной из основных причин, вызвавших большой ин­ терес к безвольфрамовым сплавам, является способность некоторых из них подвергаться всем видам термиче­ ской обработки (отжигу, закалке и отпуску). Эти мате­ риалы после отжига, снижающего твердость, могут быть подвергнуты механической обработке. Последующая закалка делает их вновь твердыми и износостойкими.

Решение проблемы получения и внедрения в произ­ водство новых прогрессивных инструментальных мате­ риалов и многие другие вопросы были предметом при­ стального внимания участников 2-го Всесоюзного отрас­ левого совещания актива работников промышленности твердых сплавов и тугоплавких металлов, проходившего

встолице Северо-Осетинской АССР г. Орджоникидзе. Перспективным является применение новых металло­

керамических твердых сплавов на металлообрабатываю­ щих предприятиях нашей республики, так как на ее тер­ ритории расположен мощный поставщик этих сплавов — завод «Победит», продукция которого пользуется широ­ ким спросом в нашей стране,и за ее пределами.

Применение перечисленных выше новых металлоке­ рамических твердых сплавов взамен традиционных по­ зволяет реализовать дополнительные резервы повыше­ ния производительности труда. Выявить и использовать их помогут предприятиям республики Орджоникидзевский филиал специального производственно-технологи­ ческого бюро «Оргпримтвердосплав», Всесоюзного Объе­ динения «Союзтвердосплав» и завод «Победит».

12

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ И ОСОБОМЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

Внастоящее время'известно более 30 марок твердых сплавов, предназначенных для обработки резанием.

Втабл. 1 ¡приводятся ореднезернистые металлокера-

мичесікие твердые сплавы и .их основные характеристики.

При обработке высокопрочных жаростойких и других труднообратываемых материалов, например 2X13, 4X13, ШХ15, 1Х18Н9Т, 16ХГСА, 42НХТЮ, ВТ1, ВТ2 и им

13

подобных, среднезернистыми твердыми сплавами встрёчались известные трудности при получении высокого

класса точности и чистоты.

В последние годы Всесоюзный научно-исследователь­ ский институт твердых сплавов (ВНИИТС) разработал новые марки твердых сплавов: мелкозернистые — ВКЗМ, ВК6М, ВК10М, ВК15М и особомелкозернистые—ВК6ОМ. ВКЮОМ, ВКЮОМ, которые предназначены в основном для чистовой, получистовой и черновой обработки нержа­ веющих и жаропрочных сталей и сплавов как при не­ прерывном резании, так и при прерывистом. В отличие от известных марок твердых сплавов группы В К, об­ ладающих средней зернистостью основной фракции карбида вольфрама, новые сплавы обладают плотной мелкозернистой и особомелкозернистой структурой, поэтому им присвоены индексы соответственно «М» и «ОМ». В табл. 2 приведены некоторые физико-механи­ ческие свойства этих сплавов.

ширяет выпуск мелкозернистых сплавов группы «М», которые преимущественно применяются для изготовле­ ния цельнотвердосплавного инструмента, предназна­ ченного для обработки труднообрабатываемых материа­ лов.

14

Применение мелкозернистых сплавов ВКІОМ. и ВК15М позволяет получить более острую режущую кромку (наименьший радиус округления режущей кром­ ки) по сравнению со среднезернистым оплавом ВК8. Ус­ тановлено, что при точении стали 50 мелкозернистые сплавы ВКІОМ и ВК15М имеют практически одинако­ вую стойкость и несколько меньшую прочность по срав­

нению с ВК8.

Поэтому целесообразно применять мелкозернистые сплавы при резании с особенно малыми толщинами среза, например, в приборостроительной промышленно­ сти. Сплавы ВКЗМ и ВК6М целесообразно также при­ менять при обработке пластифицированных заготовок — твердосплавного полуфабриката.

Целынотвердосплавиые спиральные сверла, изготов­ ленные из мелкозернистых твердых сплавов ВКЮМ и ВК15М имеют высокую механическую прочность и обла­ дают повышенной, по сравнению со сплавами группы ТК, износостойкостью на низких скоростях резания. Применение их для сверления отверстий в труднообра­ батываемых материалах дает наибольший эффект. При сверлении отверстий цельнотвердосплавными сверлами из ВК6М, ВКІОМ рекомендуется назначить скорость ре­ зания 4,5—7,5 м/мин при подаче 0,01—0,05 мм/об.

Стойкость цельнотвердоспілавных спиральных сверл в 1,5—15 раз выше по сравнению со сверлами из стали Р18 при обработке сталей и сплавов и в 40 раз для не­ металлических материалов.

Применение мелкозернистых сплавов ВК6М, ВКЮМ для изготовления цельнотвердосплавных разверток по­ зволяет повысить скорость резания и производитель­ ность труда при обработке жаропрочных материалов в

15

Концевые и шпоночные .цельнотвердосплавные фре­ зы, изготовленные из ВК6М, ВКЮМ при обработке ста­ лей 1Х18Н9Т, 30Х10Г10, 40ХНВА и других труднообра­ батываемых материалов, дают повышение стойкости до 25 раз по сравнению со сталью Р18 при увеличении производительности в 2—3 раза.

сталей и титановых сплавов в зависимости от техноло­ гических условий и обрабатываемого материала дают экономическую эффективность для одной фрезы от 10 до 36 рублей. Скорость резания при фрезеровании реко­ мендуется в пределах 15—18 м/мин, а подача — 0,02— 0,08 мм/зуб.

Цельнотвердоеплавиые червяч ные мелкомоаульные фрезы из сплавов ВК6М по стойкости превосходят фре­ зы из Р18 в 10—30 раз. Чистота поверхности зубчатых колес повышается на 1—2 класса. Сокращается время для переналадки станка, и повышается производитель­ ность в 2—3 раза.

Твердосплавной промышленностью освоено изготов­ ление боріфірез из сплавов ВК6, ВКЮМ, ВК15М. Твердо­ сплавные борфрезы, испытанные на различных опера­ циях и материалах, показали высокую эффективность применения вследствие значительного повышения стой­ кости и производительности труда. '

Цельнотвердосплавные метчики из ВК6М, ВКЮМ дают повышение стойкости при нарезании резьбы в труднообрабатываемых материалах по сравнению с мет­ чиками из быстрорежущих сталей в 10—100 раз.

Прочность и износостойкость твердых сплавов зави­ сит прежде всего от химического состава сплавов и зер­ нистости основной карбидной фазы WC. Повышение содержания кобальта (от 2 до 15%) в сплаве сопровож­ дается ростом прочности резцов. С укрупнением зерна основной фазы WC до 3—5 мкм отмечается некоторый

16

рост прочности сплава. Твердые сплавы с большой зер­ нистостью для инструментов, предназначенных для ре­ зания труднообрабатываемых материалов, применять не рекомендуется, так как при этом не только снижается прочность, но и резко уменьшается износостойкость.

При обработке жаропрочных сталей аустенитного и мартенситного класса условия для режущих инструмен­ тов исключительно неблагоприятны, так как они име­ ют высокую прочность и одновременно значительную вязкость: кроме того, они отличаются, по крайней мере, вдвое меньшей, по сравнению с конісгруійционными ста­ лями, теплопроводностью. Все эти свойства увеличива­ ют силы резания почти вдвое, следовательно, возраста­ ют и силы трения. Высокая вязкость обусловливает боль­ шую усадку стружки, большую деформацию, выделение значительного количества тепла, которое при малой теп­ лопроводности порождает па контактных поверхностях высокую температуру, вызывающую разогрев режущей кромки и пластическую деформацию режущей кромки инструмента.

Віз описанных выше явлений следует, что при высо­ ких скоростях резания основной причиной износа инстру­ мента при обработке указанных сталей является ослабле­ ние режущего материала из-за пластических деформа­ ций, вызваиное концентрацией тепла и высоких темпе­ ратур в месте контакта передней и задней поверхностей резца со стружкой и обрабатываемой поверхностью.

Изменение формы р-ежущей кромки вследствие ее деформации под нагрузкой приводит к увеличению из­ носа по задней поверхности и сокращению стойкости (ре­ жущего инструмента. По этой причине стойкость мелко­ зернистых твердых сплавов группы ВК, деформирую­ щихся меньше в процессе резания высокопрочных ста­ лей и сплавов, выше стойкости сплавов группы ТК и

ттк.

Определение режущих свойств резцов проводили

при растачиваний, с постоянной скоростью резания и постоянном диаметре отверстия с затуплением резца до допускаемой величины износа по задней поверхности, без применения охлаждающих жидкостей. При заточке резцов со стороны передней грани снимали слой спла­ ва не менее 0,2 мм.

че S = 0,025 мм/об, глубине резания / = 0,1 мм, диаметре растачиваемого отверстия 10=20 мм и длине 10 мм. Обрабатывалась сталь 1Х18Н9Т. Резцы были изготов­ лены из Т5КЮ, Т15К6, ТТ7К12, ВК8, ВКЗМ, ВК6ОМ. ВКЮОМ.

Значения стойкости и износа по задней поверхности для исследованных сплавов приведены.в табл. 3.

Таблица 3

Выбор оптимальной марки твердого сплава для об­ работки труднообрабатываемых материалов произво­ дится на основании сопоставления различных марок по графикам износа задней поверхности резцов. Резуль­ таты износа резцов из твердого сплава различных ма­ рок при обработке стали марки 1Х18Н9Т (табл. 3) по­ казывают, что наилучший результат по стойкости дает

18