Алмазы

Алмаз как инструментальный мате­риал получил в последние годы широкое применение в машиностроении.

В настоящее время выпускается боль­шое количество разнообразного инструмента с использованием алмазов: шли­фовальные круги, инструменты для прав­ки шлифовальных кругов из электро­корунда и карбида кремния, пасты и порошки для доводочных и притирочных операций. Значительные по размерам кристаллы алмазов применяются для изготовления алмазных резцов, фрез, сверл и других режущих инструментов. Область применения алмазного инстру­мента с каждым годом все более расши­ряется.

Алмаз представляет собой одну из мо­дификаций углерода кристаллического строения. Алмаз — самый твердый из всех известных в природе минералов. Твердость алмаза выше твердости кар­бида бора в 2,3 раза, карбида кремния — в 3 раза. Высокая твердость алмаза объясняется своеобразием его кристаллического строения, прочностью связей атомов углерода в кристаллической ре­шетке, расположенных на равных и очень малых расстояниях друг от друга. Однако прочность алмаза невелика и он легко раскалывается по плоскостям спайкости. Поэтому алмаз используется для обработ­ки при относительно малых нагрузках.

Коэффициент теплопроводности алма­за в два и более раза выше, чем у спла­ва ВК8, поэтому тепло от зоны резания отводится сравнительно быстро. Алмаз имеет весьма низкий коэффи­циент линейного расширения и высокий модуль упругости. Следовательно, ин­струменты с кристаллами алмаза имеют малые деформации. В результате можно получать детали высокой точности и поддерживать эту точность в течение длительного времени. Теплостойкость алмаза характеризуется тем, что при температуре около 800° С в обычных условиях он начинает превращаться в графит.

Вместе с тем алмаз обладает наи­более высокой абразивной способнос­тью по сравнению с другими абразив­ными материалами. Так, при заточке и доводке твердого сплава расход алмаза в 100—400 раз меньше, чем при обработ­ке карбидом кремния.

Природный алмаз условно обознача­ется А, а синтетические алмазы — АС.

В природе чаще всего встречаются агрегатные разновидности алмаза: борт, карбонадо и баллас. Находки крупных алмазных кристаллов редки. К борту относятся все зернистые и неправиль­ные сростки кристаллов алмазов, час­то без признаков граней и ребер.

К карбонадо относятся весьма тон­козернистые, плотные или несколько пористые агрегаты буровато-черного цвета. Черная окраска карбонадо обус­ловлена наличием в алмазе высокодис­персного графита. Шлифовальные по­рошки из природных алмазов выпуска­ются одной марки — А.

Возросшие потребности в алмазном инструменте не могут быть полностью удовлетворены за счет природных алма­зов. В настоящее время освоено про­мышленное производство синтетических алмазов из графита при больших дав­лениях и высоких температурах. Синтетические алмазы могут быть раз­личных марок, которые отличаются меж­ду собой по прочности, хрупкости, удельной поверхности и форме зерен.

В порядке возрастания прочности, снижения хрупкости и удельной поверх­ности микропорошки марок АН и АСН, имеющие повышенную абразивную спо­собность, рекомендуются для обработ­ки сверхтвердых, хрупких труднообра­батываемых материалов.

Зернистость алмазных шлифоваль­ных порошков, контролируемая сито­вым методом, колеблется от 630 до 40 мкм, а зернистость микропорошков, определяемая под микроскопом, колеб­лется от 60 до 0 мкм.

Марки шлифовальных порошков из синтетических алмазов располагают­ся так: АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС. Зерна АСО с повышенной хрупкостью и развитой поверхностью хорошо удер­живаются в связке и самозатачиваются в процессе работы. Они рекомендуются для изготовления инструментов на ор­ганической связке, а также для паст и порошков. Зерна АСР предназначены в основном для изготовления различ­ного инструмента на металлической и керамической связках.

Зерна АСВ имеют более гладкую по­верхность по сравнению с зернами АСО и АСР и рекомендуются для изготовле­ния инструмента на металлических связ­ках, работающего при повышенных уде­льных давлениях. Зерна АСК рекоменду­ются для изготовления инструмента на твердых металлических связках, при­меняемого для обработки природного камня и других твердых материалов.

Зерна АСС, имеющие наибольшую проч­ность, предназначены для правки абразив­ных кругов, резки и обработки корунда, ру­бина и других особо твердых материалов.

Микропорошки из природных алма­зов имеют марки AM и АН, а из синтетических АСМ и АСН.

Микропорошки марок AM и АСМ нормальной абразивной способности предназначены для изготовления абра­зивного инструмента, которым обраба­тывают твердые сплавы и другие твердые и хрупкие материалы, а также детали из стали, чугуна, цветных металлов при необходимости получения высокой чистоты поверхности.

Зернистость порошков обозначается дробью, числитель которой соответст­вует наибольшему, а знаменатель — наи­меньшему размеру зерен. Она опреде­ляется размерами сторон ячеек двух контрольных сит, через одно из которых зерна должны проходить, на другом — задерживаться. Поэтому фактически в обозначении зернистости порошка чис­литель и знаменатель указывают не на наибольший и наименьший размеры зер­на, а на размеры ячеек сит.

В последние годы все более широкое развитие получают работы, связанные с синтезом крупных алмазных монокрис­таллов и поликристаллов. Промышленность успешно освоила производство балласов АСБ и карбонадо АСПК. Раз­меры выпускаемых алмазов АСБ дос­тигают по диаметру 5—7 мм, а АСПК — до 5 мм, что позволяет использовать их для изготовления резцов, фрез и дру­гих лезвийных инструментов.

Наряду с совершенствованием спо­собов получения синтетических алмазов ведутся исследования по разработке дру­гих искусственных сверхтвердых материалов. Одним из таких материалов яв­ляется кубический нитрид бора (КНБ) — эльбор или боразон, который имеет кристаллическую решетку, аналогичную решетке алмаза, и состоит из двух эле­ментов — бора и азота. Синтезируется боразон в виде кристаллов размером до 600 мкм. Он не имеет природного двой­ника.

Боразон имеет твердость, близкую к твердости алмаза, такую же прочность и большую теплостойкость и не теряет режущих свойств при нагреве до 1500— 1600° С. Он рекомендуется для изготов­ления абразивных инструментов, предназначенных для шлифования трудно­обрабатываемых сталей, особенно быст­рорежущих сталей нормальной и по­вышенной производительности.

Минералокерамические материалы

Сравнительно недавно для изготовле­ния режущих инструментов стали применять минералокерамические материа­лы. Наиболее широкое распространение получил минералокерамический матери­ал марки ЦМ-332, состоящий в основном из окиси алюминия А12О3 с небольшой добавкой (0,5—1,0%) окиси магния MgO. Окись магния препятствует росту крис­таллов во время спекания и является хорошим связующим средством.

Минералокерамические материалы из­готовляются в форме пластинок и присоединяются к корпусам инструментов механическим путем, приклеиванием или припаиванием.

Минералокерамические материалы бо­лее дешевые, чем твердые сплавы, так как в их состав не входят дефицитные и дорогие элементы кобальт, вольфрам и др. Минералокерамика ЦМ-332 обладает высокой твердостью, ее красностойкость достигает 1200° С. Однако она отлича­ется низкой прочностью при изгибе (350—400 мн/м2) и большой хрупкостью, что приводит к частым выкрашиваниям и поломкам пластинок при работе.

Существенным недостатком минерало­керамики является ее крайне низкое сопротивление циклическому изменению температуры. Вследствие этого даже при небольшом числе перерывов в работе на контактных поверхностях инструмен­та появляются микротрещины, которые приводят к его разрушению даже при небольших усилиях резания. Это обсто­ятельство ограничивает практическое применение минералокерамического ин­струмента.

Минералокерамика успешно может применяться для чистового обтачивания чугуна, сталей, неметаллических мате­риалов и цветных металлов с большими скоростями и ограниченным числом пе­рерывов в работе. Имеются примеры удачного применения минералокерами­ки также и на обдирочных операциях.

Минералокерамические инструменты целесообразно применять только на стан­ках повышенной жесткости, характери­зующихся безвибрационной работой. С целью улучшения свойств минерало­керамики проводятся работы по созда­нию керметов, состоящих из минералоке­рамики и металлических добавок в виде карбидов вольфрама, молибдена и др.

Твёрдые металлокерамические сплавы

В настоящее время для производства режущих инструментов широко исполь­зуются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количест­вом кобальта. Карбиды вольфрама, ти­тана и тантала обладают высокой твер­достью, износостойкостью и теплостой­костью. Инструменты, оснащенные твер­дым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и мате­риалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре на­грева до 750—1100° С.

Недостатком твердых сплавов, по сра­внению с быстрорежущей сталью, явля­ется их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3—4 раза превосходят ско­рости резания инструментами из быстро­режущей стали. Твердосплавные инстру­менты пригодны для обработки закален­ных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п.

Производство металлокерамических твердых сплавов относится к области порошковой металлургии. Порошки кар­бидов смешиваются с порошком ко­бальта. Из этой смеси прессуются изде­лия требуемой формы и затем подверга­ются спеканию при температуре, близ­кой к температуре плавления кобальта. Таким путем изготовляются пластинки твердого сплава различных размеров и форм, которыми оснащаются резцы, фре­зы, сверла, зенкеры, развертки и др.

Пластинки твердого сплава крепятся к державке или корпусу напайкой или механически при помощи винтов и при­жимов. Наряду с этим в машинострои­тельной промышленности применяются мелкоразмерные, монолитные твердо­сплавные инструменты, состоящие из твердых сплавов. Они изготовляются из пластифицированных заготовок. В качест­ве пластификатора в порошок твердого сплава вводят парафин до 7—9%. Из пластифицированных сплавов прессуют­ся простые по форме заготовки, которые легко обрабатываются обычным режу­щим инструментом. После механической обработки заготовки спекаются, а затем шлифуются и затачиваются. Из пластифицированного сплава заго­товки монолитных инструментов Могут быть получены путем мундштучного прессования. В этом случае спрессован­ные твердосплавные брикеты помещают­ся в специальный контейнер с твердо­сплавным профилированным мундшту­ком. При продавливании через отверстие мундштука изделие принимает требуе­мую форму и подвергается спеканию. По такой технологии изготовляются мел­кие сверла, зенкеры, развертки и т. п.

Монолитный твердосплавный инстру­мент может также изготовляться из окончательно спеченных твердосплав­ных цилиндрических заготовок с по­следующим вышлифовыванием профиля алмазными кругами.

В зависимости от химического соста­ва металлокерамические твердые спла­вы, применяемые для производства ре­жущего инструмента, разделяются на три основные группы.

Сплавы первой группы изготовляются на основе карбидов вольфрама и кобаль­та. Они носят название вольфрамо­кобальтовых. Это сплавы группы ВК.

Ко второй группе относятся сплавы, получаемые на основе карбидов воль­фрама и титана и связующего метал­ла кобальта. Это двухкарбидные тита- новольфрамокобальтовые сплавы груп­пы ТК.

Третья группа сплавов состоит из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Это трехкарбидные титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы груп­пы ТТК.

К однокарбидным сплавам группы ВК относятся сплавы: ВК2, ВКЗ, ВК4, ВКб, ВК8, ВК10, ВК15. Эти сплавы состоят из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплавов цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, сплав ВК8 содержит в своем составе 92% кар­бида вольфрама и 8% кобальта. Рассматриваемые сплавы применяют­ся для обработки чугуна, цветных ме­таллов и неметаллических материалов, При выборе марки твердого сплава учи­тывают содержание кобальта, которое предопределяет его прочность. Из спла­вов группы ВК сплавы ВК15, ВК10, ВК8 являются наиболее вязкими и проч­ными, хорошо противостоят ударам и вибрациям, а сплавы ВК2, ВКЗ обла­дают наиболее высокой износостойко­стью и твердостью при малой вязкости, слабо сопротивляются ударам и вибра­циям. Сплав ВК8 применяется для чер­новой обработки при неравномерном се­чении среза и прерывистом резании, а сплав ВК2 — для чистовой отделоч­ной обработки при непрерывном реза­нии с равномерным сечением среза. Для получистовых работ и черновой об­работки с относительно равномерным сечением срезаемого слоя применяются сплавы ВК4, ВК6. Сплавы ВК10 и ВК15 находят применение при обработ­ке резанием специальных труднообраба­тываемых сталей.

Режущие свойства и качество твердо­сплавного инструмента определяются не только химическим составом сплава, но и его структурой, т. е. величиной зерна. С увеличением размера зерен карбида вольфрама прочность сплава возрастает, а износостойкость умень­шается и наоборот.

В зависимости от размеров зерен кар­бидной фазы сплавы могут быть мелко­зернистые, у которых не менее 50% зерен карбидных фаз имеет размер по­рядка 1 мкм, среднезернистые — с ве­личиной зерна 1—2 мкм и крупнозер­нистые, у которых размер зерен колеб­лется от 2 до 5 мкм.

Для обозначения мелкозернистой структуры в конце марки сплава ста­вится буква М, а для крупнозернистой структуры — буква В.

Твердосплавные пластинки одного и того же химического состава, в зависи­мости от технологии их изготовления, могут иметь различную структуру. На­пример, вольфрамокобальтовый сплав ВК6, состоящий из 94% карбида воль­фрама и 6% кобальта, изготовляется трех модификаций: со среднезернистой структурой — ВК6, с мелкозернистой структурой — ВК6М и крупнозернис­той структурой — ВК6В. Крупнозернистые сплавы, в частности сплав ВК8В, применяют при резании с ударами для черновой обработки жаро­прочных и нержавеющих сталей с боль­шими сечениями среза. Мелкозернистые сплавы, такие как сплав ВК6М, исполь­зуют для чистовой обработки при тон­ких сечениях среза стальных, чугун­ных, пластмассовых и других деталей. Из пластифицированных заготовок мел­козернистых сплавов ВК6М, ВК10М, ВК15М получают цельные инструменты. Крупнозернистые сплавы ВК4В, ВК8В, более прочные, чем обычные сплавы, применяют при обработке труднообра­батываемых сталей и сплавов.

При обработке сталей инструментами, оснащенными вольфрамокобальтовыми сплавами, в особенности при повышен­ных скоростях резания, происходит быстрое образование лунки на перед­ней поверхности, приводящее к выкра­шиванию режущей кромки и сравни­тельно быстрому износу инструмента. Для обработки стальных заготовок при­меняют более износостойкие твердые сплавы группы ТК.

Сплавы группы ТК (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В) состоят из зе­рен твердого раствора карбида вольфра­ма в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплава цифра после буквы К показывает процентное содер­жание кобальта, а после буквы Т — процентное содержание карбидов титана. Так, сплав Т30К4 содержит 4% кобаль­та, 30% карбидов титана и остальное — карбиды вольфрама. Буква В в конце марки обозначает, что сплав имеет круп­нозернистую структуру. Сплавы Т5К12В и Т5К10 являются наиболее вязкими и прочными и наименее красностойкими. Поэтому сплав Т5К12В рекомендуется применять при работе с ударными на­грузками для обтачивания стальных поковок и отливок по корке, а сплав Т5К10 — для чернового точения при неравномерном сечении среза и преры­вистом резании. Сплав Т30К4, содержащий большой процент карбидов титана, характеризу­ется высокой красностойкостью и износостойкостью, но является наименее прочным и вязким. Поэтому его приме­няют для чистового точения при не­прерывном резании с малыми сечениями среза. Для обработки сталей наиболее применим сплав Т15К6, сочетающий дос­таточно высокую красностойкость и из­носостойкость с удовлетворительной прочностью.

Сплавы группы ТТК состоят из зерен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама и из­быточных зерен карбида вольфрама, сце­ментированных кобальтом.

К сплавам группы ТТК относятся ТТ7К12, ТТ10К8Б. Сплав ТТ7К12 со­держит 12% кобальта, 3% карбида тантала, 4% карбида титана и 81% кар­бида вольфрама. Введение в состав спла­ва карбидов тантала значительно повы­шает его прочность, но снижает красно­стойкость. Сплав ТТ7К12 рекоменду­ется для тяжелых условий при обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных легирован­ных сталей.

С целью экономии дефицитного воль­фрама разрабатываются безвольфрамовые металлокерамические твердые спла­вы на основе карбидов, а также карбидонитридов переходных металлов, в пер­вую очередь, титана, ванадия, ниобия, тантала. Эти сплавы изготовляются на никелемолибденовой связке. Получен­ные твердые сплавы на основе карбидов титана с содержанием 12—19% никеле­молибденовой связки по своим характе­ристикам примерно равноценны стан­дартным сплавам группы ТК.

Одним из путей повышения эксплуата­ционных характеристик стандартных, твердых сплавов группы ВК является нанесение покрытий из карбида титана на режущую часть. В этом случае на неперетачиваемые пластины из твердых сплавов наносится слой покрытия тол­щиной 0,005—0,02 мм. В результате поверхностный слой получает высокую твердость и повышенную износостойкость, что приводит к значительному росту стойкости инструмента.

Проводятся работы по созданию и уточнению области целесообразного применения дисперсионно-твердых сплавов: В18М7К25, В18МЗК25, В10М5К25. Эти сплавы занимают промежуточное поло­жение между быстрорежущими сталями и металлокерамическими твердыми спла­вами. Дисперсионно-твердеющие спла­вы в зависимости от их марки содержат: W— 10—19%, Со—25—26%, Мо — 3—7%, V —0,45—0,55%, Ti — 0,15— 0,3%, С—до 0,06%, Мп — не более 0,23%, Si — не более 0,28%, осталь­ное Fe.

В отличие от быстрорежущих сталей рассматриваемые сплавы имеют более высокую красностойкость (700—720° С) и твердость (HRC 68—69). Высокая твердость и теплостойкость обусловли­вают их повышенные режущие свойства.


Инструментальные стали

Режущие инструменты, изготовленные из углеродистых инструментальных ста­лей У10А, У11А, У12А, обладают доста­точной твердостью, прочностью и износо­стойкостью при комнатной температуре, однако теплостойкость их невелика. При температуре 200 — 250° их твер­дость резко уменьшается. Поэтому они применяются для изготовления ручных и машинных инструментов, предназна­ченных для обработки мягких метал­лов с низкими скоростями резания, таких как напильники, мелкие сверла, развертки, метчики, плашки и др. Угле­родистые инструментальные стали имеют низкую твердость в состоянии поставки, что обеспечивает их хорошую обрабаты­ваемость резанием и давлением. Однако они плохо закаливаются и требуют при­менения при закалке резких закалоч­ных сред, что усиливает коробление ин­струментов и опасность образования трещин.

Инструменты из углеродистых инстру­ментальных сталей плохо шлифуются из-за сильного нагревания, отпуска и по­тери твердости режущих кромок. Из-за больших деформаций при термической обработке и плохой шлифуемости угле­родистые инструментальные стали не используются при изготовлении фасон­ных инструментов, подлежащих шлифо­ванию по профилю.

С целью улучшения свойств углеро­дистых инструментальных сталей были разработаны низколегированные стали. Они обладают большей прокаливаемостью и закаливаемостью, меньшей чувст­вительностью к перегреву, чем углеро­дистые стали, и в то же время хорошо обрабатываются резанием и давлением. Применение низколегированных сталей уменьшает брак из-за деформации и тре­щин по сравнению с получаемым при термической обработке углеродистых сталей. Примером низколегированных сталей может служить сталь У11X, ко­торая представляет собой углеродис­тую сталь с небольшими добавками хрома.

Низколегированные стали не превос­ходят углеродистые стали по режущим свойствам, так как введение в сталь небольшого количества легирующих эле­ментов не повышает теплостойкость ста­ли. Поэтому область применения для низколегированных сталей рекоменду­ется та же, что и для углеродистых ста­лей.

Легированные инструментальные ста­ли отличаются от углеродистых более высокой прокаливаемостью и закалива­емостью, что позволяет производить за­калку инструментов с охлаждением в горячих средах и получать меньшую деформацию. В производстве режущих инструмен­тов из инструментальных легирован­ных сталей наибольшее применение на­ходят хромокремнистая сталь 9ХС и хромовольфрамомарганцовистая сталь ХВГ.

У стали 9ХС наблюдается равномер­ное распределение карбидов по сечению. Это позволяет использовать ее для резь­бонарезных инструментов с мелким ша­гом резьбы, особенно для круглых плашек.

Вместе с тем сталь 9ХС имеет повы­шенную твердость в отожженном состоя­нии, пониженную обрабатываемость, вы­сокую чувствительность к обезуглерожи­ванию при нагреве.

Сталь ХВГ имеет повышенную карбид­ную неоднородность, что усиливает выкрашивание режущих кромок и не позволяет рекомендовать ее для инстру­ментов, работающих в тяжелых усло­виях. Применяется она для изготовле­ния таких инструментов, как длинные развертки, метчики, протяжки, для ко­торых крайне нежелательна деформа­ция при закалке.

Вместо сталей 9ХС и ХВГ можно при­менять сталь ХГСВФ. Она имеет меньшую твердость после отжига и обезуглерожи­вается значительно меньше, чем сталь 9ХС.

По теплостойкости легированные ин­струментальные стали незначительно пре­восходят углеродистые. Они сохраняют высокую твердость при нагреве до 200—260° С. Поэтому эти стали непригодны для резания с повышенной скорос­тью, а также для обработки твердых материалов.

В настоящее время для изготовления металлорежущих инструментов приме­няются быстрорежущие стали. В зависи­мости от назначения их можно разде­лить на две группы: 1) стали нормальной производительности; 2) стали повышен­ной производительности.

К сталям первой группы относятся Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р6М5, Р9М4; к сталям второй группы — Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2. В обозначении марок буква Р указы­вает, что сталь относится к группе быстрорежущих. Цифра, следующая за ней, показывает среднее содержание вольфрама в процентах. Среднее содер­жание ванадия в стали в процентах обо­значается цифрой, проставляемой за бук­вой Ф, кобальта — цифрой, следующей за буквой К.

Быстрорежущая сталь Р18, содержа­щая 18% вольфрама, долгое время бы­ла наиболее распространенной. Инстру­менты, изготовленные из этой стали, после термической обработки имеют твер­дость HRC 62—65, красностойкость 600° С и достаточно высокую прочность. Сталь Р18 сравнительно хорошо шлифует­ся. Существенным недостатком этой ста­ли является большая карбидная неодно­родность, особенно значительная в прут­ках большого сечения.

При увеличении карбидной неоднород­ности прочность стали снижается и при работе наблюдается выкрашивание ре­жущих кромок инструмента и снижение его стойкости.

Большое количество избыточной кар­бидной фазы делает сталь Р18 более мелкозернистой, менее чувствительной к перегреву при закалке, более износостой­кой. Из стали Р18 могут изготовляться всевозможные инструменты, в том чис­ле такие сложные как шеверы, долбяки, протяжки и др.

Сталь Р9 по красностойкости и режу­щим свойствам почти не уступает стали Р18.

Недостатком стали Р9 является по­ниженная шлифуемость, вызываемая сравнительно высоким содержанием ва­надия и присутствием в структуре очень твердых карбидов. Вместе с тем сталь Р9, по сравнению со сталью Р18, имеет бо­лее равномерное распределение карбидов, несколько большую прочность и плас­тичность, что облегчает ее деформируе­мость в горячем состоянии и имеет важное значение для инструментов, полу­чаемых различными методами пластиче­ской деформации. Из-за пониженной шли- фуемости сталь Р9 применяется в огра­ниченных пределах. Сталь Р12 равноценна по режущим свойствам стали Р18. По сравнению со сталью Р18 сталь Р12 имеет меньшую кар­бидную неоднородность, повышенную пластичность и пригодна для инструмен­тов, изготовляемых методом пластиче­ской деформации.

По сравнению со сталью Р9 сталь Р12 лучше шлифуется, что объясняется более удачным сочетанием легирующих эле­ментов.

Стали марок Р18М и Р9М отличаются от сталей Р18 и Р9 тем, что они в своем составе вместо вольфрама содержат до 0,6—1% молибдена (из расчета, что 1% молибдена заменяет 2% вольфрама). Эти стали имеют равномерно распределен­ные карбиды, но более склонны к обез­углероживанию. Поэтому закалку ин­струментов из этих сталей необходимо проводить в защитной атмосфере. По своим основным свойствам стали Р18М и Р9М не отличаются от сталей Р18 и Р9 и имеют ту же область примене­ния.

Вольфрамомолибденовые стали типа Р6МЗ, Р6М5 являются новыми сталями, значительно повышающими как проч­ность, так и стойкость инструмента. Мо­либден обусловливает меньшую карбид­ную неоднородность, чем вольфрам, вследствие чего замена 6—10% вольфра­ма соответствующим количеством молиб­дена снижает карбидную неоднородность быстрорежущих сталей примерно на 2 балла и соответственно повышает плас­тичность. Недостаток молибденовых ста­лей заключается в том, что они имеют повышенную чувствительность к обез­углероживанию.

Вольфрамомолибденовые стали реко­мендуется применять в промышленности наряду с вольфрамовыми для изготовле­ния инструмента, работающего в тяже­лых условиях, когда необходима повы­шенная износостойкость, пониженная карбидная неоднородность и высокая прочность. Сталь Р18, особенно в крупных сече­ниях (диаметром более 50 мм), с боль­шой карбидной неоднородностью целе­сообразно заменять на стали Р6МЗ и Р12. Сталь Р12 пригодна для протяжек, сверл, особенно в сечениях диаметром менее 60—70 мм. Сталь Р6МЗ целесооб­разно использовать для инструментов, изготовляемых способом пластической деформации, для инструментов, работа­ющих с динамическими нагрузками, и для инструментов больших сечений с ма­лыми углами заострения на режущей части.

Быстрорежущие стали повышенной производительности Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5 используются в основном при обработке жаропрочных сплавов, высо­копрочных и нержавеющих сталей, дру­гих труднообрабатываемых материалов, а также конструкционных сталей с по­вышенными режимами резания. В на­стоящее время применяются кобальто­вые и ванадиевые быстрорежущие стали. Легирование быстрорежущих сталей ко­бальтом и ванадием понижает проч­ность, но повышает красностойкость до 630—670°С. При этом возрастают их ре­жущие свойства, т. е. повышается стой­кость инструмента в 1,5—3,0 раза по сравнению со стойкостью инструментов из стали Р18.

Вместе с тем быстрорежущие стали повышенной производительности, со­держащие кобальт, имеют повышенную чувствительность к обезуглероживанию. Быстрорежущие стали повышенной про­изводительности шлифуются хуже ста­ли Р18 и требуют более точного соблюде­ния температур нагрева при термической обработке. В порядке ухудшения шлифуемости рассматриваемые стали распо­лагаются в такой последовательности: Р18Ф2, Р18К5Ф2, Р9К5, Р9К10, Р14Ф4, Р9Ф5, Р10К5Ф5. Ухудшение шлифуемости выражается в повышении износа абразивных кругов и увеличении толщи­ны поверхностного слоя стали, повреж­даемого при излишне жестком режиме шлифования. Быстрорежущие стали повышенной производительности из-за технологических недостатков не являются сталями универсального назначения. Они имеют относительно узкие границы примене­ния, более пригодны для инструментов, подвергаемых незначительному про­фильному шлифованию.

Штангенинструменты

Типы и назначение

К группе штангенинструментов относят измерительные инструменты, основой которых является линейка-штанга, на которой нанесена основная штриховая шкала с интервалом деления 1 мм, и отсчетное приспособление (дополнительная штри­ховая шкала) нониус (рис. 1).

Рис. 1. Штангенциркули (а-в), штангенглубиномер (г), штангенрейсмас (д):
1 — губки для наружных и внутренних измерений; 2 — губки для наружных измерений и разметки; 3 — рамка; 4 — стопорный винт для зажима рамки; 5 — стопорный винт для зажима рамки микрометрической подачи; 6 — рамка микро­метрической подачи; 7 — штанга; 8 — шкала штанги; 9 — гайка и винт микро­метрической подачи; 10 — нониус; 11 — губки для наружных измерений; 12 — губки для внутренних измерений; 13 — линейка глубиномера; 14 —- основание; 15 — хомутик; 16 — измерительная ножка; 17 — разметочная ножка.

В группу штангенинструментов общего назначения входят штангенциркули (ГОСТ 166—80), штангенглубиномеры (ГОСТ 162—80), штангенрейсмасы (ГОСТ 164—80).

Конструктивно штангенциркули различаются по пределам измерения, форме измерительных губок и подвижной рамки, а также по точности измерения. Губки для измерений внутренних размеров могут быть двух вариантов. В штангенциркулях типов ШЦ-1 они имеют ножевидную форму (рис. 1, в), в результате чего сразу мож­но получить измеряемый размер. В типах ШЦ-II и ШЦ-III (рис. 1, а и б) губки вы­полнены ступенчатыми и имеют определенный суммарный размер, который следует прибавлять к отсчитываемому размеру. Для разметки концы измерительных губок штангенциркулей типов ШЦ- II остро заточены. Штангенциркули модели ШЦ- III для этой цели снабжаются съемным разметочным устройством.

Рис. 2. Примеры отсчета показаний по нони­усам штангенинструментов.
Рис. 3. Положение штангенинструментов при отсчете показаний.

Кроме моделей общего назначения инструментальная промышленность по за­казам выпускает ряд моделей штангенциркулей, имеющих дополнительные возмож­ности, например специальные штангенциркули для выполнения разметочных работ (для разметки плоскостей на разных высотах от базового отверстия, для построения углов). Штангенинструменты изготавливаются с величиной отсчета по нониусу (це­ной деления нониуса), равной 0,1 и 0,05 мм. Пределы измерения шкалы нониуса рав­ны цене деления основной шкалы.

При измерениях по положению нулевого штриха нониуса на шкале штанги от­счетом слева направо определяется целое число миллиметров в измеряемом размере (рис. 2). Дробная часть размера (число десятых и сотых долей миллиметра) опреде­ляется произведением величины отсчета по нониусу на порядковый номер штриха нониуса (не считая нулевого), совпадающего со штрихом штанги (рис. 2, а).

На нониусах с величиной отсчета 0,05 мм имеются цифры 25, 50 и 75, обозначаю­щие сотые доли миллиметра. Для ускорения отсчета к этой цифре прибавляется ре­зультат умножения величины отсчета на порядковый номер короткого штриха нони­уса, совпадающего со штрихом штанги, считая его от предыдущего длинного оцифрованного штриха нониуса (рис. 2, б). Конечный результат измерения получа­ется в виде суммы двух величин: целой (целых миллиметров) и дробной (долей мил­лиметра) частей.

Точность измерения штангенинструментами зависит от величины отсчета по но­ниусу и от того, насколько точно найден штрих шкалы нониуса, действительно совпа­дающий со штрихом основной шкалы. Для повышения точности отсчета необходимо, чтобы взгляд был направлен перпендикулярно к плоскости основной шкалы на штан­ге. Искомый совпадающий штрих должен находиться приблизительно посередине между правым и левым глазом, как показано на рис. 3. В противном случае неизбеж­но искажение показаний.

Порядок измерения штангенциркулем.

Перед началом измерений следует произвести проверку штан­генциркуля. В том случае, если инструмент имеет перекошенные губки, игру рамки, забоины, царапины, следы коррозии на рабочих поверхностях, стертые штрихи штан­ги и нониуса, им пользоваться нельзя. Затем необходимо проверить правильность нулевого показания инструмента. При соприкасающихся измерительных губках нулевые штрихи нониуса и штанги должны совпадать, просвет между измерительными поверхностями губок для наружных измерений у исправного инструмента не должен превышать 0,003 мм при величине отсчета по нониусу 0,05 мм и 0,006 мм при величине отсчета 0,1 мм.

Величина просвета определяется визуально по составленному из концевых мер длины образцу просвета. Ее также можно определить при помощи концевых мер длины, разность размеров которых дает значение допускаемого просвета. Например, концевыми мерами длины 1,005 и 1,020 мм измеряется просвет величиной 0,015 мм. Для этого мера 1,005 мм помещается между измерительными поверхностями губок в той стороне, где просвет не наблюдается, а мерой 1,020 мм измеряется значение просвета. Мера 1,020 мм не должна входить в зазор между губками.

Смещение нулевых штрихов шкалы штанги и нониуса не допускается. С целью его устранения нониус у штангенциркулей типов ШЦ-II и ШЦ-III может переме­щаться вдоль рамки, для чего отверстия под крепежные винты делаются эллипсными.

У штангенциркулей типов ШЦ-I и ШЦТ-I с нерегулируемым нониусом, не бывших в эксплуатации, допускается смещение нулевого штриха нониуса относительно нулевого штриха штанги до +0,05 мм; у находящихся в эксплуатации — до —0,10 мм при условии, что погрешность показаний штангенциркуля при поверке не выходит за пределы допускаемого отклонения.

При смещении нулевого штриха нониуса относительно нулевого штриха штан­ги следует произвести переустановку нониуса, для чего необходимо отпустить винты крепления нониуса к рамке, передвинуть нониус в нулевое положение и закрепить винты. Освободив зажимные винты рамки, проверить плавность ее хода — рамка должна перемещаться по штанге свободно, но без качки.

Для измерения штангенциркуль следует взять правой рукой за штангу и, перемещая рамку большим пальцем правой руки за выступ на рамке, развести губки штангенциркуля на размер, несколько больше размера детали (при измерении на­ружных размеров) или же на размер меньше размера отверстия (при измерении внут­ренних размеров). Далее привести измерительные поверхности инструмента в сопри­косновение с измеряемой поверхностью и проверить правильность положения изме­рительных губок относительно измеряемых поверхностей. Нужно следить за тем, чтобы губки штангенциркуля прилегали к измеряемой поверхности по всей длине и не перекашивались. При правильной установке инструмента линия измерения 1 перпендикулярна к оси детали и про­ходит через ее центр, а линия измере­ния 2 перпендикулярна к плоскостям (рис. 4, а, в). Перекос губок и замер по хорде недопустимы: при измерении на­ружных размеров это приведет к уве­личению, а при измерении внутрен­них — уменьшению размеров (рис. 4, соответственно б и г).

Рис. 4. Правильная (а, в, д) и непра­вильная (б, г, е) установка штангенцир­куля при измерениях.

При измерении незакрепленной де­тали левая рука должна находиться за губками и захватывать деталь недалеко от губок (рис. 5); при измерении за крепленной детали левая рука должна слегка прижимать губку штанги к измеряемой поверхности (рис. 6). Правой ру­кой следует держать штангенциркуль за штангу (примерно в горизонтальном поло­жении) и большим пальцем этой руки перемещать рамку за выступ до соприкоснове­ния с измеряемой поверхностью, не допуская перекоса губок и добиваясь нормального измерительного усилия.

Рис 5. Измерение штангенциркулем наружных (а) и внутренних (б) размеров незакрепленной детали
Рис. 6. Измерение штангенциркулем наружных (а) и внутренних (б) размеров закрепленной детали.

Измерительное усилие определяется на ощупь — измерительные поверхности инструмента должны быть прижаты к измеряемой поверхности плотно, вместе с тем должно быть обеспечено их относительное скольжение с легким трением детали о поверхности губок без качания (рис. 7, а, б). При измерении внутреннего диаметра большого размера измерительное усилие проверяется перемещением губок в верти­кальной плоскости. Во избежание перекоса при проверке следует опираться на сред­ние пальцы рук, расположив их возле гу­бок (рис. 7, в).

Рис. 7. Проверка измерительного усилия.

После окончательной установки штангенциркуля большим и указательным пальцами правой руки закрепляется рамка (при необходимости). При этом штанга поддерживается остальными пальцами этой руки, а губки — левой рукой.

Рис. 8. Отсчёт показаний измерений внутренних размеров.

Отсчет показаний производится по основной шкале и нониусу (см. рис. 2). При измерениях внутренних размеров к показаниям штангенциркуля типов ШЦ-II и ШЦ-III прибавляется толщина губок, указанная на них (рис. 8).

При измерении глубины глухих отверстий, пазов, уступов штангенциркулем типа ШЦ-I штанга торцом устанавливается на плоскость детали у измеряемого отверстия или ус­тупа. Нажимом на рамку линей­ка глубиномера перемещается до упора в дно отверстия или усту­па. Необходимо при этом сле­дить, чтобы линейка глубиноме­ра была перпендикулярна к поверхностям, между которыми измеряется глубина (см. рис. 4, д). При отклонении глубино­мера от этого направления изме­ренный размер будет больше действительного (рис. 4, е). При выполнении разметочных работ для точной установки размера пользуются микрометрической подачей. Для этого приблизительно устанавливается размер пере­мещением рамки, затем закрепляется рамка микрометрической подачи при помощи стопорного винта. При вращении гайки микрометрической подачи большим и указательным пальцами правой руки осуществляется точная установка рамки с нониусом (рис. 9). При этом левой рукой поддерживают губку штанги. После окончательной установки инструмента стопорят рамку.

Рис. 9. Перемещение рамки с помощью микрометрической подачи.

Порядок измерения штангенглубиномером.

Перед выполнением измерений проверяется правильность нулевого показания. При первом способе проверки штангенглубиномер опорной плоскостью основания устанавливается на поверочную плиту, затем торец штанги сопри­касается с плитой (рис. 10, а). При втором — измерительные поверхности основания и штанги соприкасаются с ребром ле­кальной линейки (рис. 10, б). Нуле­вые штрихи основной шкалы и нониу­са должны совпадать. При смещении нулевых штрихов нониуса и штанги следует произвести переустановку но­ниуса (см. измерение штангенцирку­лем).

Рис. 10. Проверка нулевого показания штангенглубиномера (а, б) и измерение штангенглубиномером (в).

Для выполнения измерений опорная плоскость основания устанавливается на базовую плоскость детали и плотно прижимается левой рукой. Затем штан­га правой рукой опускается в отверс­тие или паз, глубину которых требуется измерить, до соприкосновения торцом с дном отверстия (рис. 10, в). Отсчет показаний производился так же, как у штангенциркуля.

Порядок измерения штангенрейсмасом.

К губке рамки при помощи хомута крепится сменная ножка (см. рис. 1): острозаточенная 17, предназначенная для разметочных работ, или из­мерительная 16. Нижняя плоская измерительная поверхность ножки служит для на­ружных измерений, острое ребро.

Правильность нулевой установки штангенрейсмаса проверяется по совпадению нулевых штрихов шкал штанги и нониуса при опускании рамки до соприкосновения изме­рительной или разметочной ножек с поверочной плитой (при пределах измерения 0—250 мм) или с поверхностью установленной на плиту плоскопараллельной конце­вой меры, длина которой соответствует нижнему пределу измерения штангенрейсмаса (рис. 11, а).

Если нулевые штрихи нониуса и штанги не совпадают, то необходимо освободить винты, крепящие нониус, передвинуть нониус в нулевое положение, после чего за­крепить винты. Для измерений с помощью штангенрейсмаса деталь и инструмент устанавлива­ются на поверочной плите, левой рукой основание штангенрейсмаса прижимается к плите, а правой рукой осторожно доводится измерительная ножка до соприкоснове­ния с измеряемой поверхностью (рис. 20, б). После этого рамка закрепляется стопорным винтом. Измеряемый размер определяется по основной шкале и нониусу.

Рис. 11. Проверка нулевого показания штангенрейсмаса (а), измерение (б) и разметка (в) с помощью штангенрейсмаса.

При измерениях внутренних размеров к показаниям шкалы необходимо прибав­лять толщину измерительной ножки (размер маркирован на ножке). Для разметки разметочная ножка устанавливается с помощью микрометриче­ской подачи на заданный размер. Затем при легком прижиме основания штангенрейс­маса к поверочной плите правой рукой перемещается штангенрейсмас вдоль разме­чаемой детали и острием разметочной ножки прочерчивает линию (рис. 11, в).