Классификация и разновидности резцов
По конструктивным параметрам:
- Цельные (целиковые). Головка резца изготовлена как единое целое со стержнем (державкой). Как правило, такие резцы изготавливаются из углеродистой инструментальной стали или из быстрорежущих сталей (для небольших резцов).
- С приварными или припаянными пластинами. Головка резца включает приварную или припаянную пластину из быстрорежущей стали или из твердого сплава (Т5К10, Т15К6, ВК8 и пр.). Имеют широкую область применения.
- С механическим креплением пластин. Пластина закрепляется в головке резца механически. Этот способ особенно полезен для пластин из материала на основе минералокерамики.
По направлению подачи:
- Правые . Главная режущая кромка резца, развернутого к поверхности обрабатываемой заготовки, находится с левой стороны.
Левые . Главная режущая кромка резца, развернутого к поверхности обрабатываемой заготовки, находится с правой стороны.
По расположению главной режущей кромки относительно стержня резца:
- Прямые. Ось проекции детали резца в верхнем плане и боковом виде имеет прямую линию.
- Отогнутые. Ось проекции детали резца в верхнем плане имеет изогнутую линию, а в боковом виде - прямую.
- Изогнутые. Ось проекции детали резца в верхнем плане имеет прямую линию, а в боковом виде - изогнутую.
По материалу, из которого изготовлена рабочая часть:
Из твердых сплавов:
- ВК8 - резцы вольфрамовые (предназначены для обработки деталей из чугуна, цветных металлов и их сплавов, а также неметаллических материалов);
- Т15К6, Т5К10, Т14К8, Т30К4 - резцы титановольфрамовые (используются для обработки всех видов сталей);
Из быстрорежущей стали марок:
- Р6М5, Р18, Р12 и Р9 - резцы нормальной производительности;
| Материал | Применение |
| Для обработки материалов резанием | |
| ВК8 | Чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, строгании, чернового фрезерования, сверления, чернового рассверливания, чернового зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов. Обработки нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе сплавов титана |
| Т15К6 | Получернового точения при непрерывном резании, чистового точения при прерывистом резании, нарезания резьбы товарными резцами и вращающимися головками, получистового и чистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания предварительно обработанных отверстий, чистового зенкерования, развертывания и других аналогичных видов обработки углеродистых и легированных сталей |
| Т5К10 | Чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, фасонного точения, отрезки токарными резцами; чистового строгания; чернового фрезерования прерывистых поверхностей и других видов обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине |
| Т30К4 | Чистового точения с малым сечением среза (типа алмазной обработки); нарезания резьбы и развертывания отверстий незакаленных и закаленных углеродистых сталей |
| Т14К8 | Чернового точения при неравномерном сечении среза и непрерывном резании, получистового и чистового точения при прерывистом резании; чернового фрезерования сплошных поверхностей; рассверливания литых и кованых отверстий, чернового зенкерования и других подобных видов обработки углеродистых и легированных сталей |
Твёрдые сплавы стандартных марок выполнены на основе карбидов вольфрама, титана и тантала. В качестве связки используется кобальт.
В зависимости от состава карбидной фазы и связки обозначение твёрдых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы:
- В - вольфрам
- Т - титан
- ТТ - (второе "Т") тантал
- К - кобальт
Массовые доли элементов выражаются в процентном отношении, сумма их составляет 100%. Например, марка ВК8 (однокарбидный сплав) содержит 8% кобальта и 92% карбидов вольфрама; марка Т5К10 (двухкарбидный сплав) содержит 5% карбидов титана, 10% кобальта и 85% карбидов вольфрама; марка ТТ8К6 (трёхкарбидный сплав) содержит 6% кобальта, 8% карбидов титана и тантала, 86% карбидов вольфрама.
Свойства и области применения тврдых сплавов
| Марка сплава | Предел прочности на изгиб, МПа не менее | Плотность г/см3 | HRA*, не менее | Область применения |
|---|---|---|---|---|
Вольфрамовая группа сплавов |
||||
| ВК3 | 1176 | 15,0-15,3 | 89,5 | Чистовая и окончательная обработка (точение, нарезание резьбы, размерная обработка отверстий и др.) серого чугуна, цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов |
| ВК3-М | 1176 | 15,0-15,3 | 91,0 | Чистовая обработка (точение, растачивание, нарезание резьбы, развёртывание) твёрдых, легированных и отбеленных чугунов, цементированных закалённых сталей |
| ВК4 | 1519 | 14,9-15,2 | 89,5 | Черновая обработка при неравномерном сечении среза (точение, фрезерование, растачивание, рассверливание, зенкерование) при обработке чугуна, цветных металлов и сплавов, титана и его сплавов. |
| ВК6 | 1519 | 14,6-15,0 | 88,5 | Черновая и получистовая обработка (точение, нарезание резьбы резцами, фрезерование, рассверливание и растачивание, зенкерование отверстий) серого чугуна, цветных металлов и их сплвов. |
| ВК6-М | 1421 | 14,8-15,1 | 90,0 | Получистовая обработка жаропрочных сталей и сплавов, коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, твёрдых чугунов, закаленных чугунов, твердой бронзы, сплавов легких металлов, обработка закаленных сталей, а также сырых углеродистых легированных сталей при тонких сечениях среза на весьма малых скоростях резания |
| ВК6-ОМ | 1274 | 14,7-15,0 | 90,5 | Чистовая и получистовая обработка твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей, высокопрочных и жаропрочных сталей, сталей и сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена (точение, растачивание, нарезание резьбы, шабровка) |
| ВК8 | 1666 | 14,4-14,8 | 87,5 | Черновая обработка при неравномерном сечении среза и прерывистом резании серого чугуна, цветных металлов и их сплавов, коррозионно-стойких, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, титановых сплавов (точение, строгание, фрезерование, сверление, зенкерование) |
| ВК10-ОМ | 1470 | 14,3-14,6 | 88,5 | Черновая и получистовая обработка твердых, легированных и отбеленных чугунов, коррозионно-стойких, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрана и молибдена. Изготовление монолитного инструмента. |
| ВК10-М | 1617 | 14,3-14,6 | 88,0 | Обработка стали, чугуна, некоторых марок труднообрабатываемых материалов и неметаллов цельнотвердосплавным мелкоразмерным инструментом (сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование и зубофрезерование) |
| ВК10-ХОМ, ВК15-ХОМ | 1500, 1650 | 14,3-14,6, 13,8 | 89,0 87,5 | Получистовая и чистовая обработка жаропрочных сталей и сплавов, преимущественно точением. |
Титаново-вольфрамовая группа сплавов |
||||
| Т30К4 | 980 | 9,5-9,8 | 92,0 | Чистовая обработка незакалённых и закалённых углеродистых сталей (точение, нарезание резьбы, развёртывание) |
| Т15К6 | 1176 | 11,1-11,6 | 90,0 | Получистовое точение (непрерывное резание),чистовое точение (прерывное резание), нарезание резьбы резцами и вращающимися головками, получистовое и чистовое фрезерование сплошных поверхностей, растачивание, чистовое зенкерование, развёртывание при обработке углеродистых и легированных сталей |
| Т14К8 | 1274 | 11,2-11,6 | 89,5 | То же, что и для сплава Т15К6, а так же черновая обработка при неравномерном сечении и непрерывном резании |
| Т5К10 | 1421 | 12,4-13,1 | 88,5 | Черновое точение и фрезерование при неравномерном сечении и прерывистом резании, фасонное точение, отрезка резцами, чистовое строгание и другие виды обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде покровок, штамповок и отливок по корке и окалине |
| Т5К12 | 1666 | 13,1-13,5 | 87,0 | Тяжёлое черновое точение при неравномерном сечении стальных покровок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и др.; все виды строгания, сверления углеродистых легированных сталей |
Титано-тантало-вольфрамовая группа сплавов |
||||
| ТТК12 | 1666 | 13,0-13,3 | 87,0 | То же, что и для сплава Т5К12, за исключением сверления стали. Тяжёлое черновое фрезерование углеродистых и легированных сталей |
| ТТ8К6 | 1323 | 12,8-13,3 | 90,5 | Чистовое и получистовое точение, растачивание, фрезерование и сверление серого, ковкого и отбеленного чугунов. Непрерывное точение с небольшими сечениями срезастального литья, высокопрочных коррозионно-стойких сталей, в том числе и закалённых. Обработка сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малыми и средними сечениями среза |
| ТТ20К9 | 1470 | 12,0-12,5 | 91,0 | Фрезерование стали, особенно глубоких пазов, и другие виды обработки, обусловливающие повышенные требования к сопротивлению сплаватепловым и механическим циклическим нагрузкам |
| ТТ10К8-Б | 1617 | 13,5-13,8 | 89,0 | Черновая и получистовая обработка коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, маломагнитных стале, жаропрочных сталей и сплавов, титановых сплавов |
*HRA - твёрдость по Роквеллу (шкала А)
Твёрдые сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама (WC), титана (TiC) и тантала (ТаС), мельчайшие частицы которых соединены сравнительно мягким и менее тугоплавким кобальтом. Карбиды придают сплаву высокую твёрдость и теплостойкость, кобальт - прочность на изгиб.
Твердые сплавы имеют высокую твердость - 72...76 HRC и теплостойкость до 850... 1000 °С. Это позволяет работать со скоростями резания в 3 - 4 раза большими, чем инструментами из быстрорежущих сталей.
Применяемые в настоящее время твердые сплавы делятся на:
- Вольфрамовые сплавы группы ВК : ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК8 и др. В условном обозначении цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, обозначение ВК8 показывает, что в нем 8 % кобальта и 92 % карбидов вольфрама. Буквами М и ОМ обозначается мелкозернистая и особо мелкозернистая структура;
- Титановольфрамовые сплавы группы ТК : Т5К10, Т15К6, Т14К8, ТЗОК4, Т60К6 и др. В условном обозначении цифра, стоящая после буквы Т, показывает процентное содержание карбидов титана, после буквы К - кобальта, остальное - карбиды вольфрама;
- Титанотанталовольфрамовые сплавы группы ТТК : ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 и др. В условном обозначении цифры, стоящие после буквы Т, показывают процентное содержание карбидов титана и тантала, после буквы К - кобальта, остальное - карбиды вольфрама.
Твердые сплавы выпускаются в виде стандартизованных пластин, которые припаиваются, или крепятся механически к державкам из конструкционной стали.
Правильным выбором марки твердого сплава обеспечивается эффективная эксплуатация режущих инструментов . Для конкретного случая обработки сплав выбирают исходя из оптимального сочетания его теплостойкости и прочности. Например, сплавы группы ТК имеют более высокую теплостойкость, чем сплавы ВК. Инструменты, изготовленные из этих сплавов (ТК), могут использоваться при высоких скоростях резания, поэтому их широко применяют при обработке сталей.
Инструменты из твердых сплавов группы ВК применяют при обработке деталей из конструкционных сталей в условиях низкой жесткости системы СПИД, при прерывистом резании, при работе с ударами, а также при обработке хрупких материалов типа чугуна, что обусловлено повышенной прочностью этой группы твердых сплавов и невысокими температурами в зоне резания.
Такие сплавы используются также при обработке деталей из высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов. Это объясняется тем, что наличие в большинстве этих материалов титана вызывает повышенную адгезию со сплавами группы ТК, также содержащими титан. Кроме того, сплавы группы ТК имеют значительно худшую теплопроводность и более низкую прочность, чем сплавы ВК.
Сплавы группы ТТК занимают промежуточное положение между сплавами ТК и ВК. Сплавы ТТК по применимости - универсальны.
Основная область их применения - резание с очень большими сечениями срезаемого слоя, тяжёлыми ударами и малыми скоростями резания (строгание и долбление).
Сплавы с низким процентным содержанием кобальта (Т30К4, ВК3, ВК4) обладают высокой твёрдостью, малой прочностью на изгиб и меньшей вязкостью. Применяются для чистовых операций. Наоборот, сплавы с большим содержанием кобальта (ВК8, Т14К8, Т5К10) являются более вязкими, обладают высокой прочностью на изгиб и применяются при снятии стружек большого сечения на черновых операциях.
Работоспособность твердых сплавов значительно возрастает при нанесении на них износостойких покрытий.
Как увеличить скорость обработки стали резанием? Над решением этого вопроса инженеры и профессора всего мира трудились и продолжают трудиться со времен совершения промышленной революции. Высокие показатели твердости, теплостойкости, износостойкости - вот неполный перечень задач, стоящих перед учеными. Так, в Германии середины 30х годов активно проводились исследования по поиску материала, отвечающего всем вышеперечисленным требованиям. Тогда и появился первый аналог твердого сплава ВК8. Образцы данного материала по скорости резания превзошли все типы сталей, существующих на тот момент. Что послужило причиной такого успеха? Каков химический состав? Как, в конце концов, выглядит расшифровка ВК8? Обо всем этом по порядку.
Химический состав и способ получения
Согласно ГОСТ 3882-74 твердый сплав ВК8 представляет собой смесь зерен карбида вольфрама и кобальта, выступающего в качестве связующего звена. Кобальт (ГОСТ 123-2008) - металл, по виду схожий с железом, но обладает более темным оттенком. Основное назначение его в ВК8 - это придание тягучести и прочности сплаву. Карбид вольфрама (ГОСТ 28377-89)- соединение углерода с тугоплавким металлом вольфрамом . Твердость - свыше 80 единиц по Роквеллу.
ВК8 является продуктом порошковой металлургии, т. к. вышеперечисленные свойства составных элементов не позволяют проводить механическую обработку ковкой. Получение мелкой фракции карбида и кобальта осуществляется способом восстановления из оксидов и включает следующие операции:
- Дробление шихты структурных составляющих.
- Просеивание через сито с размером ячейки 1-2 мкм.
- Смешивание фракций в пропорции, согласно требуемому химическому составу твердого сплава ВК8.
- Предварительное придание формы прессованием с использованием органического клея.
- Обработка давлением свыше 30 МПа и температурой 1400 ºС.
Вследствие этих процессов расплавившийся кобальт смачивает, а при последующей кристаллизации скрепляет кристаллы карбида. Как результат, образуется прочное и износостойкое соединение.
Физические свойства
ВК8 в отличие от быстрорежущих сталей обладает большей твердостью, которая соответствует 87,5 единиц HRC. Как пример, сталь Р12 имеет всего 60-70 HRC.
Теплостойкость сплава, т. е. температура, при которой материал будет работать, не теряя жесткости, составляет 800-1000 ºС. Благодаря этому и высокому значению теплопроводности (50,2 ВТ/ м С) резец ВК8 может работать со скоростью резания до 200 м/мин, в зависимости от типа обрабатываемого материала. Тогда как в этих же условиях сталь Р12 позволяет достичь значения только в 50 м/мин.
Предел прочности 1660 Н/мм2, плотность 14,5 г/см3, ударная вязкость 35 кДж/м2 - данные механические свойства дают возможность использовать сплав в условиях динамических и вибрационных нагрузок.
Физические свойства определяются не только его химическим составом, но и размером зерна карбида вольфрама. Чем больше зерно, тем выше показания прочности и ниже значение износостойкости. И наоборот, если сплав имеет мелкозернистую структуру.
Расшифровка стали ВК8
Обозначение исходит из наличия в составе карбидной фазы и связки в виде кобальта. В целом, оно схоже с шифровкой легированных сталей. Буква «В» означает вольфрам, «К» - кобальт. Цифра в конце определяет процентное соотношение последнего элемента. Итак, ВК8 состоит на 92% из карбоната вольфрама и 8% кобальта.
Для обозначения зернистости в конце могут ставить букву «М», что значит мелкозернистый, или «В» - крупнозернистый. Отсутствие буквы говорит о наличии среднего по размеру зерна в составе.
Область применения ВК8
ВК8 получил широкое распространение в разных видах производства, начиная с медицины и заканчивая ювелирным делом. Режущие инструменты, сделанные из данного твердого сплава, хорошо сопротивляются воздействию истирания материалом заготовки. Они не изменяют своей физической структуры и сохраняют эксплуатационные характеристики до температуры 1100 ºС, в отличие от инструментальных и быстрорежущих сталей. Из-за этого ВК8 получил наибольшее применение в следующих производственных операциях:
- Механическая обработка деталей. Изготовление токарных резцов, фрез, сверл, зенкеров. Технологические операции, которые выполняют данным инструментом, подходят как для черновых, так и для чистовых работ. ВК8 зарекомендовал себя в обработке материалов с высоким значением коэффициента вязкости: бронзы , латуни, чугуны, жаропрочные стали, коррозионностойкие стали, сплавы титанов. Следует обратить внимание, что для обеспечения лучшей скорости резания и уменьшения износа рабочего инструмента необходимо учитывать зернистость сплава. Крупнозернистый сплав ВК8 применяют в условиях грубого, чернового точения жаростойких сталей и значительной величины подачи резца. Мелкозернистую структуру материала применяют для чистовой обработки стальных (без термообработки), чугунных, фторопластовых, алюминиевых и бронзовых деталей.
- Бесстружковая обработка. Изготавливают валки прокатного оборудования, пуансоны и матрицы для штамповки цветных металлов, калибровки труб и прутков.
- Газотермический напылитель . Нанесение его на поверхность деталей любых типов сталей увеличивает показатели ее износостойкости.
- Быстроизнашивающиеся детали механизмов и машин. Например, как материал обоймы подшипников скольжения. При условии наличия жидкостного трения работает на окружных скоростях шпинделя до 6 м/с.
