Конструктивные элементы и геометрические параметры проходных токарных резцов

Из всех видов токарных резцов наиболее распространенными явля­ются проходные резцы. Они предназначены для точения наружных по­верхностей, подрезки торцов, уступов и т.д.

Призматическое тело проходного резца (рис. 1), как и любо го дру­гого, состоит из режущей части (головки) и державки. Головка резца содержит переднюю 1, главную заднюю 2 и вспомогательную заднюю 3 поверхности. Пересечения этих поверхностей образуют главную 4 и вспомогательную 5 режущие кромки.

Рис.1. Конструктивные элементы токарного резца:
1 — передняя поверхность; 2 — главная зад­няя поверхность; 3 — вспомогательная задняя поверхность; 4 — главная режущая кромка; 5 — вспомогательная режущая кромка

По передней поверхности сходит снимаемая резцом стружка. Глав­ная задняя поверхность обращена к поверхности резания, образуемой главной режущей кромкой, а вспомогательная задняя поверхность – к обработанной поверхности детали.

Указанные поверхности и режущие кромки после за­точки располагаются под определенными углами отно­сительно двух координатных плоскостей и направления подачи, выбираемыми с уче­том кинематики станка.

Рис.2. Геометрические параметры проходного токарного резца

За координатные плоско­сти (рис.2) принимают две взаимно перпендикулярные плоскости: 1) плоскость ре­зания, проходящую через главную режущую кромку, и вектор скорости резания, ка­сательный к поверхности резания, и 2) основную плоскость, проходящую че­рез эту же кромку и нормаль к вектору скорости резания.

Есть другое определение основной плоскости: это плоскость, про­ходящая через векторы продольной Sпр и радиальной Sр подач. В частном случае она может совпадать с основанием резца. В этом случае возмож­но измерение углов резца вне станка в его статическом положении.

За вектор скорости резания, применительно к резцам, а также ко многим другим инструментам, принимают вектор окружной скорости детали без учета вектора продольной подачи, который во много раз меньше вектора окружной скорости и не оказывает заметного влияния на величину передних и задних углов. Только в отдельных случаях, применительно, например, к сверлам, в точках режущих кромок, приле­гающих к оси сверла, это влияние становится существенным.

На рис. 2 представлены вид заготовки и резца в плане и геомет­рические параметры, обязательно указываемые на рабочих чертежах резцов: γ, α, α1, λ, φ, φ1. Ниже даны определения и рекомендации по назначению их величин.

Передний и задний углы главной режущей кромки принято изме­рять в главной секущей плоскости N-N, проходящей нормально к про­екции этой кромки на основную плоскость, которая в данном случае совпадает с плоскостью чертежа. Плоскость N-N выбрана в связи с тем, что именно в ней происходит деформация металла при резании.

Передний угол γ — это угол между основной плоскостью и плоско­стью, касательной к передней поверхности. Величина этого угла оказы­вает на процесс резания определяющее влияние, так как от него зависят степень деформации металла при переходе в стружку, силовая и тепло­вая нагрузки на режущий клин, прочность клина и условия отвода тепла из зоны резания. Оптимальное значение переднего угла γ определяется опытным путем в зависимости от физико-механических свойств обраба­тываемого и режущего материалов, факторов режима резания (v, s, t) и других условий обработки. Возможные значения угла γ находятся в пределах 0…300. Для упрочнения режущего клина, особенно изготов­ленного из хрупких режущих материалов, на передней поверхности за­тачивают фаску с нулевым или отрицательным передним углом (γф=0…-5°) , шириной f, зависящей от подачи.

Задний угол α — это угол между плоскостью резания и плоскостью, касательной к задней поверхности. Фактически это угол зазора, препятствующего трению задней поверхности резца о поверхность резания. Он влияет на интенсивность износа резца и в сочетании с углом γ влияет на прочность режущего клина и условия отвода тепла из зоны резания.

Чем меньшую нагрузку испытывает режущий клин и чем он проч­нее, тем больше значение угла α. Его величина зависит, таким образом, от сочетания свойств обрабатываемого и режущего материалов, от ве­личины подачи и других условий резания. Например, для резцов из бы­строрежущей стали при черновой обработке конструкционных сталей α=6…8°, для чистовых операций — α=10.. .12°.

Угол наклона главной режущей кромки λ — это угол между ос­новной плоскостью, проведенной через вершину резца, и режущей кромкой. Он измеряется в плоскости резания и служит для предохране­ния вершины резца А от выкрашивания, особенно при ударной нагрузке, а также для изменения направления сходящей стружки. Угол λ считает­ся положительным, когда вершина резца занижена по сравнению с дру­гими точками главной режущей кромки и в контакт с заготовкой вклю­чается последней. Стружка при этом сходит в направлении обработан­ной поверхности (от точки В к точке А), что может существенно повы­сить ее шероховатость. При черновой обработке это допустимо, так как после нее следует чистовая операция, снимающая эти неровности. Но при чистовых операциях, когда нагрузка на режущий клин невелика, первостепенное значение приобретает задача отвода стружки от обрабо­танной поверхности. С этой целью назначают отрицательные значения угла (- λ ). При этом вершина резца А является наивысшей точкой режу­щей кромки, а стружка сходит в направлении от точки А к точке В.

Наличие угла λ усложняет заточку резцов. Поэтому практические значения этого угла невелики и находятся в пределах λ = +5…-5°.

Углы в плане φ и φ1 (главный и вспомогательный) — это углы между направлением продольной подачи Sпр и, соответственно, проек­циями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плос­кость. Главный угол в плане φ определяет соотношение между толщиной и шириной срезаемого слоя. При уменьшении угла φ стружка становится тоньше, улучшаются условия теплоотвода и тем самым повышается стойкость резца, но при этом возрастает радиальная составляющая силы резания. При обточке длинных заготовок малого диаметра это может привести к их деформации и вибрациям. В этом случае принимается угол φ=90°.

Для других случаев рекомендуется:

  • при чистовой обработке φ=10.. .20°;
  • при черновой обработке валов (l/d = 6…12) φ= 60…75°;
  • при черновой обработке более жестких заготовок φ= 30…45°.

Вспомогательный угол в плане φ1 оказывает влияние на высоту h остаточных гребешков (шероховатости) на обработанной поверхности, величина которых возрастает с увеличением φ1 и подачи s.

У проходных резцов обычно угол φ1=10…15°. С уменьшением угла φ1 до 0° величина h также уменьшается до нуля, что позволяет значи­тельно увеличить подачу, а следовательно, и производительность про­цесса резания.

Вспомогательный задний угол α1, измеряемый в сечении N1N1, перпендикулярном к вспомогательной режущей кромке, принимается примерно равным углу α. Он образует зазор между вспомогательной задней поверхностью и обработанной поверхностью заготовки.

Вспомогательный передний угол γ1 определяется заточкой перед­ней поверхности и на чертеже обычно не указывается.

С целью повышения прочности режущей части резца предусматри­вается также радиус скругления его вершины в плане: r = 0,1…3,0 мм. При этом большее значение радиуса применяется при обработке жест­ких заготовок, так как с увеличением этого радиуса возрастает радиаль­ная составляющая силы резания.

Назначение и основные типы резцов

Одним из наиболее простых и распро­страненных металлорежущих инструментов является резец. Резцы приме­няются на токарных, револьверных, строгальных и других станках. В зависи­мости от вида станка и рода выполняемой работы применяются резцы различ­ных типов. Основные типы токарных резцов изображены на рис. 1. Для об­точки наружных поверхностей враще­ния, т. е. цилиндрических валиков, ко­нических поверхностей большой дли­ны и им подобных деталей, применяют проходные резцы. Проходные резцы бы­вают прямые (рис. 1, а) и отогнутые (рис. 1, б). Отогнутые резцы получили широкое применение из-за их универ­сальности, большей жесткости, возмож­ности вести обработку в менее доступ­ных местах. Отогнутыми резцами можно работать при продольной и поперечной подачах и вести обточку поверху, подрезку торцов, снятие фасок. Проходные рез­цы могут быть черновые и чистовые. Чистовые резцы имеют больший радиус закругления, что обеспечивает получе­ние более чистой обработанной поверх­ности. Если необходимо получить осо­бенно чистую и гладкую поверхность, применяют широкие лопаточные рез­цы. Эти резцы работают с большой по­дачей. Однако при значительной длине контакта режущей кромки с заготовкой они склонны к вибрациям, дро­жанию.

Рис. 1. Токарные резцы.

Проходные упорные резцы (рис. 1, е) имеют угол в плане φ = 90° и применяются при обточке ступенчатых вали­ков и подрезке буртиков, а также при точении нежестких деталей.

Подрезные резцы предназначаются для обточки плоскостей, перпендикуляр­ных оси вращения, подрезки торцов на проход (рис. 1, г). Эти резцы работают с поперечной подачей. Расточные рез­цы служат для обработки отверстий (рис. 1, д, е). Они работают в менее благоприятных условиях, чем проход­ные резцы для наружной обточки. Рас­точные резцы должны иметь меньшие поперечные размеры, чем обрабатыва­емое отверстие. Они получаются длин­ными. Вылет резца должен быть боль­ше длины растачиваемого отверстия. В силу малой жесткости расточные рез­цы склонны к вибрациям, что не дает возможности снимать стружку большо­го сечения.

При расточке длинных отверстий и от­верстий большого диаметра широко применяют державки (оправки) со встав­ными резцами круглого или квадратного сечения малых размеров. Пользуясь дер­жавками, расточку отверстия можно про­изводить при помощи одностороннего резца с одной режущей частью, двухсто­роннего резца, имеющего режущие час­ти с обоих торцов, резцовой головки, состоящей из нескольких резцов.

По сравнению с односторонними рез­цами двухсторонние резцы и резцовые головки позволяют обеспечить более вы­сокую производительность обработки. Однако обработка одним резцом имеет и некоторые преимущества. При чистовой обработке и снятии небольших при­пусков затрудняется установка резцов резцовой головки с требуемой точнос­тью, в результате чего в работе участ­вуют не все резцы. Кроме того при срезании твердых включений ось отверс­тия будет искривленной вследствие от­клонения всей головки, что может по­служить причиной брака. При работе же одним резцом в таких случаях отклоне­ние резца поведет лишь к уменьшению размеров отверстия, что можно испра­вить при дальнейшей обработке.

Соотношение диаметров растачиваемо­го отверстия и оправки должно быть подобрано так, чтобы обеспечить оптималь­ный вылет резца. Большой вылет резца понижает жесткость, способствует возни­кновению колебаний и нарушает устой­чивость процесса. Малые же зазоры между поверхностями отверстия и оправки затрудняют выход стружки. На практике соотношение между диаметром резца и диаметром оправки колеблется в пределах 0,3—0,2. Отношение диамет­ра оправки к диаметру растачиваемого отверстия составляет 0,8—0,5.

При обработке отверстий на токарных, револьверных, расточных станках пользуются державками со вставными рез­цами.

Отрезные резцы служат для отреза­ния материала от прутков сравнитель­но небольшого диаметра (рис. 1, ж). Они выполняются с оттянутой головкой, т. е. ширина головки выполняется мень­ше ширины тела резца. Длина оттянутой головки выбирается из расчета свобод­ной отрезки заготовки. Отрезные резцы работают в весьма тяжелых условиях, так как их рабочая часть имеет малую жесткость, а отвод стружки из зоны ре­зания затруднен. Головка резца имеет относительно малую толщину. Чтобы не ослаблять в значительной степени головку, для отрезных резцов приходит­ся принимать небольшие значения углов (порядка 1—3°) в плане и задних углов аг на вспомогательных боковых режущих кромках. Это приводит к воз­растанию трения, особенно при неточной установке резца или его некачест­венной заточке. Поэтому при работе отрезными резцами, оснащенными твер­дым сплавом, часто происходят выкрашивания и сколы режущей части, а так­же отрывы пластинки от державки рез­ца. Для повышения прочности соединения пластинки с державкой целесооб­разно пластинку, снабженную скоса­ми, напаивать в угловой паз державки (рис. 2, а), что соответственно увеличи­вает площадь прилегания ее к державке. Кроме того, боковые стенки паза препят­ствуют смещению пластинки под дейст­вием боковых усилий, возникающих в процессе работы резца.

Рис. 2. Схемы режущих частей отрезных резцов

С целью повышения прочности и жест­кости головки высота ее делается больше высоты стержня (рис. 2, б). Отрезной резец при работе обычно не срезает весь металл среза, так как в определенный момент отрезаемая заготовка отламывается и в центре остается несрезанный стержень. Если необходимо полностью обработать один из торцов, не оставляя на нем центрального стерж­ня, то главную режущую кромку резца оформляют под углом φ — 75 — 80° (рис. 2, в), в то время как у обычных отрезных резцов угол в плане φ = 90°.

Находят применение также отрезные резцы с симметричной ломаной режущей кромкой (рис. 2, г) с углами в плане φ = 60 — 80°. Такое оформление режущей части резца облегчает его вре­зание в заготовку, улучшает условия схода стружки, снижает возможность увода резца. С этой же целью на отрезных резцах с углом φ = 90° выполняют фаски f с обеих сторон размером 1— 1,5 мм под углом 45°. Наряду с токарными используются резцы на строгальных и долбежных стан­ках с прямолинейно-поступательным движением резания. Строгальные резцы ра­ботают в более тяжелых условиях, чем токарные, так как, врезаясь в обраба­тываемый материал с полным сечением среза, резец испытывает удар, что отрицательно сказывается на его стой­кости.

Рис. 3. Строгальные резцы.

По роду выполняемой работы стро­гальные резцы разделяются на проход­ные (обдирочные и чистовые), отрезные, подрезные, пазовые и специальные (рис. 3). Проходные строгальные резцы (рис. 3, а) предназначены для строга­ния плоскостей с горизонтальной пода­чей, а подрезные резцы (рис. 3, б) — для обработки вертикальных плоскос­тей с вертикальной подачей. Отрезные и прорезные строгальные резцы (рис. 3, в) используются при отрезке и прорезке узких пазов. Чистовые широкие лопа­точные резцы (рис. 3, г) применяются для чистовой обработки плоскостей с большой подачей. Для обеспечения плав­ного врезания и выхода инструмента целесообразно применять строгальные резцы с углом наклона режущей кром­ки λ который в зависимости от условий обработки может колебаться от 10 до 60° . Строгальные резцы бывают прямые и изогнутые. Прямые резцы просты в из­готовлении, но менее виброустойчивы по сравнению с изогнутыми. Поэтому они применяются при малых величинах вы­лета. В случае работы с большими выле­тами рекомендуется пользоваться изог­нутыми резцами, которые получили ши­рокое распространение в промышлен­ности. В процессе строгания резец под воздействием усилий резания изгиба­ется. При изгибе прямого резца его режущая часть будет углубляться в ма­териал заготовки и резец будет работать с заеданием, что снижает качество обра­ботки и дополнительно нагружает инст­румент. При изгибе же изогнутого резца его режущая часть будет отходить от заготовки и срезать меньший слой ме­талла. Это обеспечивает более спокой­ное протекание процесса резания, осо­бенно при резких колебаниях усилий резания, вызываемых изменениями сече­ния срезаемого слоя, локальными изменениями свойств обрабатываемого ма­териала и т. п.

Рис. 4. Долбёжные резцы.

Долбежные резцы применяются при обработке внутренних линейчатых поверхностей на долбежных станках в еди­ничном и мелкосерийном производстве. В зависимости от характера выполняе­мой работы находят применение проход­ной двухсторонний шпоночный или про­резной резцы (рис. 4).

Следует подчеркнуть, что резцы явля­ются наиболее распространенными, универсальными и простыми инструментами. Приведенный обзор основных типов рез­цов не исчерпывает всего многообра­зия их, используемого в машиностроении.

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.