Быстрорежущие стали

1.1 Классификация быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали широко применяют для изготовления режущего инструмента, работающего в условиях значительного силового нагружения и нагрева (до 600–640 °С) режущих кромок. К этой группе сталей относятся высоколегированные вольфрамом совместно с другими карбидообразующими элементами (молибден, хром, ванадий) стали, приобретающие высокие твердость, прочность, тепло- и износоустойчивость в результате двойного упрочнения: а) мартенситного при закалке; б) дисперсионного твердения при относительно высоком отпуске (500–620 °С), вызывающего выделение упрочняющих фаз.

1.2 Свойства и марки быстрорежущих сталей

Наиболее высокую теплостойкость (до 700–720 °С) имеют высоколегированные сплавы системы Fe—Co—W—Mo с интерметаллидным упрочнением (марки В4М12К23 и В11М7К23). После окончательной термообработки структура этих сплавов состоит из безуглеродистого (или малоуглеродистого) мартенсита с невысокой твердостью (30–40 HRCЭ) и мелкодисперсных интерметаллидов (Fe,Co)7(W,Mo)6, Fe3W2(Fe3Mo2), (Fe,Co,Ni)7 (W,Mo)6.

Таблица 1.1 - Марки и химический состав быстрорежущих сталей (ГОСТ 19265–73)

Примечания:

1. В марках стали буквы и цифры означают: Р — быстрорежущая; цифра, следующая за буквой, — среднюю массовую долю вольфрама, М — молибден, Ф — ванадий, К — кобальт, А — азот; цифры следующие за буквами, означают соответственно массовую долю молибдена, ванадия и кобальта.

В обозначениях марок стали не указывают массовую долю: хрома — при любой массовой доле; молибдена — до 1 % включительно; ванадия — в стали марок Р18, Р9, Р6М5, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8 и Р2АМ9К5; азота — в стали марок 11Р3АМ3Ф2 и Р2АМ9К5.

2. По требованию потребителя допускается изготовление стали марок Р6М5 и Р6М5Ф3 с легированием азотом (массовая доля азота 0,05–0,10 %). В этом случае наименование марок — Р6АМ5 и Р6АМ5Ф3.

* Состав указан по ТУ.

Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразующим и легирующим элементам: Р - вольфрам, М - молибден, Ф - ванадий, А - азот, К - кобальт, Т - титан, Ц - цирконий). За буквой следует цифра, обозначающая среднее массовое содержание элемента в процентах (содержание хрома около 4 процентов в обозначении марок не указывается).

Цифра, стоящая в начале обозначения стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента (например, сталь 11Р3АМ3Ф2 содержит около 1,1 % С; 3 % W; 3 % Мо и 2 % V). Режущие свойства быстрорежущих сталей определяются объемом основных карбидообразующих элементов: вольфрама, молибдена, ванадия и легирующих элементов- кобальта, азота. Ванадий в связи с малым массовым содержанием (до 3 % ) обычно не учитывается, и режущие свойства сталей определяются, как правило, вольфрамовым эквивалентом, равным (W+2Mo)%. В прейскурантах на быстрорежущие стали выделяют три группы сталей: стали 1-й группы с вольфрамовым эквивалентом до 16 % без кобальта, стали 2-й группы- до 18 % и содержанием кобальта около 5 %,  2ста 0ли 3-й группы- до 20 % и содержанием кобальта 5-10 %. Соответственно, различаются и режущие свойства этих групп сталей.

1.3 Область применения быстрорежущих сталей

Область применения быстрорежущих сталей показана в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Рекомендуемые области применения основных марок быстрорежущих сталей

Примечание. Выделены наиболее предпочтительные марки стали.

*1 При работе на повышенных скоростях резания.

*2 Для инструментов простой формы.

Кроме стандартных, применяются и специальные быстрорежущие стали, содержащие, например, карбонитриды титана. Однако высокая твердость заготовок этих сталей, сложность механической обработки не способствующих широкому распространению. При обработке труднообрабатываемых материалов находят применение порошковые быстрорежущие стали Р6М5-П и Р6М5К5-П. Высокие режущие свойства этих сталей определяются особой мелкозернистой структурой, способствующей повышению прочности, уменьшению радиуса скругления режущей кромки, улучшенной обрабатываемости резанием и в особенности шлифованием. В настоящие время проходят промышленные испытания безвольфрамовые быстрорежущие стали с повышенным содержанием различных легирующих элементов, в том числе алюминия, малибдена, никеля и других

Один из существенных недостатков быстрорежущих сталей связан с карбидной неоднородностью, т.е. с неравномерным распределением карбидов по сечению заготовки, что приводит, в свою очередь, к неравномерной твердости режущего лезвия инструмента и его износа. Этот недостаток отсутствует у порошковых и мартенситно-стареющих (с содержанием углерода менее 0,03%) быстрорежущих сталей.

2 Развертки

Развертки предназначены для изготовления точных отверстий и обеспечивают высокое качество обработанной поверхности. Различают развертки машинные и ручные, а по форме обрабатываемого отверстия - цилиндрические и конические. Развертки имеют 6-16 зубьев, распределяемых по окружности, как правило, неравномерно, что обеспечивает более высокое качество обработанной поверхности. Развертки могут быть с цилиндрическим или коническим хвостовиком.

Развертки:

Рисунок 2.1

а) - ручная с цилиндрическим хвостовиком, б) - машинная цельная с коническим хвостовиком, в) - машинная цельная насадная, г) - машинная сборная со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава

Ручная цельная развертка с цилиндрическим хвостовиком (смотри рисунок) состоит из рабочей части, шейки и хвостовика. Рабочая часть включает в себя направляющий конус с углом при вершине 90 градусов, режущую, калибрующую часть и обратный конус. Режущая часть выполняет основную работу резания. У ручных разверток длину режущей части делают значительно большей, чем у машинных. Угол режущей части развертки составляет 2φ. При обработке сквозных отверстий φ=0,5-1,5 градуса У ручных разверток, φ=12-15 градусов у машинных разверток и разверток, оснащенных пластинами из твердых сплавов, φ=30-45 градусов. При обработке глухих отверстий φ=45 градусов у ручных разверток, φ=60 градусов у машинных разверток и φ=75 градусов у твердосплавных разверток. Калибрующая часть служит для направления развертки при резании и калибровании отверстия. Обратный конус уменьшает трение развертки об обработанную поверхность и снижает величину разбивки отверстия. У ручных разверток диаметр около шейки меньше калибрующего на 0,005-0,008 мм, у машинных - на 0,04-0,08 мм. Передний угол γ=0 градусов у чистовых разверток из быстрорежущих сталей, γ=5-10 градусов у черновых разверток из быстрорежущих сталей и γ=0-5 градусов у твердосплавных разверток. Задний угол на режущей и калибрующей частях разверток γ=6-10 градусов.

Для уменьшения разбивки обрабатываемого отверстия развертку

рекомендуется закреплять в плавающем патроне.

При резании развертка снимает очень маленькие припуски: порядка 0,4-

0,6 мм. Поэтому сила резания невелика и зубья развертки испытывают весьма

малые нагрузки. Тепловыделения в зоне резания также незначительны. Однако,

применять СОЖ необходимо для уменьшения износа режущей и калибрующей частей

развертки.

Развертки работают с малыми толщинами среза и на относительно низких

скоростях резания, поэтому они изнашиваются в основном по задней

поверхности и уголку; захватывается при этом и ленточка. Развертка является

чистовым (отделочным) инструментом, а потому за критерий ее износа

принимается технологический износ. Максимально допустимая величина износа

по задней поверхности для разверток из инструментальных сталей h3 = 0,5-0,8

мм; для разверток с пластинками из твердых сплавов h3 = 0,4-0,7 мм.

При работе изношенной разверткой отверстие может быть меньше или

больше номинального размера развертки. Последнее объясняется тем, что зубья

развертки изнашиваются неравномерно. Мелкая стружка и металлическая пыль,

образующиеся при развертывании, заклиниваясь между стенкой отверстия и

изношенным в большей степени зубом, отжимают развертку на некоторую

величину. Противоположный зуб начинает срезать слой большей глубины,

увеличивая диаметр отверстия. Заклиненная мелкая стружка царапает при этом

обработанную поверхность, увеличивая ее шероховатость.

3 Шпоночные протяжки

Протягивание является одним из наиболее высокопроизводительных процессов обработки деталей резанием. Высокая производительность процесса протягивания объясняется тем, что одновременно находится в работе несколько зубьев инструмента с большой суммарной длиной режущих кромок.

Протяжка - многозубый инструмент, которому в отличие от резца, придается определенное движение подачи на глубину резания; у протяжки эта подача осуществляется в самой конструкции, так как каждый последующий зуб выше предыдущего. Движение резания прямолинейное.

Протяжки позволяют получать поверхности высокой точности (7-8 квалитет) и низкой шероховатости.

При правильной эксплуатации протяжки имеют высокую стойкость и долговечность. Однако протяжки - это сложный и дорогостоящий многолезвийный инструмент. Он узко специализирован для обработки одной или группы деталей с определенным контуром обрабатываемой поверхности, поэтому его применяют главным образом в массовом и крупносерийном производстве. В мелкосерийном производстве протяжки используют лишь тогда, когда другим способом нельзя получить необходимую точность обработанной поверхности детали, например, многошпоночных и многошлицевых отверстий. Другой случай рентабельного применения протяжек в мелкосерийном производстве, когда формы обрабатываемых поверхностей и их размеры нормализованы.

Для некоторых видов поверхностей, таких как эвольвентные, шлицевые, винтовые отверстия, протягивание является единственным методом их формообразования. Протягивание инструментами из быстрорежущей стали производится при сравнительно низких скоростях резания 3-8 м/мин, получаемых в результате поступательного или вращательного движения протяжки. Исключением является обработка деталей тел вращения, когда окружная скорость вращения деталей 25-35 м/мин.

Протяжка обычно закрепляется в ползуне станка и перемещается вместе с ним. При работе круглой протяжкой это перемещение осуществляется вдоль оси отверстия. Постепенно увеличивающиеся в размерах зубья протяжки срезают слои металла, увеличивая при этом размеры отверстия.

По конструкции протяжки бывают цельные и сборные. По схемам резания они различаются на одинарные (обычные) и групповые (протяжки переменного резания). Протяжки чаще всего делают комбинированными, выполняющими черновую и чистовую окончательную обработку. Однако в некоторых случаях протяжки изготовляют только с режущими или только с калибрующими зубьями. Первые удаляют основной припуск под протягивание. Вторые имеют несколько чистовых и калибрующих зубьев, которые окончательно обрабатывают отверстие.

Рисунок 3.1

Протяжка (рисунок 3.1) состоит из следующих частей:

1. Хвостовик, служит для закрепления протяжки в патроне станка.

2. Шейка, является вспомогательным элементом, связывающий хвостовик с направляющей и рабочей частями протяжки.

3. Переходный конус, облегчает направление детали или протяжки в момент входа направляющей части в отверстие.

4. Направляющая часть, служит для центрирования обрабатываемого отверстия относительно оси протяжки, а также исключает перекос детали на протяжке.

5. Режущая часть, является основной, которая срезает необходимый металл в заготовке.

6. Калибрующая часть, доводит поверхность обрабатываемой детали до нужной чистоты и размеров.

7. Задняя часть, служит для крепления суппорта станка.

Библиографический список

1. Иноземцев Г.Г. //Проектирование металлорежущих инструментов// Учеб. пособие для втузов по специальности « Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты». – М.: Машиностроение, 1984. – 272 с., ил.

2. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Кокарев в,и,, Схиртладзе А.Г. //Режущий инструмент// Учебник для вузов [Текст] / Под редакцией С.В. Кирсанова. – М.: Машиностроение, 2004. 512 с., ил.

3. Справочник конструктора-инструментальщика// Под общ. Редакцией В.И. Баранчикова. – М.: Машиностроение, 1994. – 560 с., ил. – (Библиотека конструктора)

4. Резание металлов и режущий инструмент. – В.А.Аршинов, Г.А.Алексеев. - М.: Машиностроение, 19

1. Обработка стали. Материаловедение. Элементы теории термической обработки стали

   Конспект >> Промышленность, производство
   ... штампов для холодного деформирования используют быстрорежущие стали. Стали для штампов горячего деформирования. Такие ... Превращения в этих сталях при термообработке сходны с превращениями в быстрорежущих сталях. Штамповые стали часто подвергают азотированию ...

2. Марки стали

   Реферат >> Промышленность, производство
   ... и в марках легированных сталей. Важнейшими компонентами быстрорежущих сталей являются вольфрам, молибден, хром и ванадий. Быстрорежущие стали в зависимости ...

3. Получение структура свойства и маркировка высокопрочных и ковких чугунов и легированных сталей

   Контрольная работа >> Промышленность, производство
   ... легирующего элемента данных сталей – вольфрама (W), в целых процентах. Быстрорежущие стали содержат 0,7ч0,9 ... C, ~4% Cr, ~2% V, 18% W. P9K5 – 0,7-0,8%C, ~4% Cr, ~2% V, 9% W, 5% Co. Быстрорежущие стали обладают теплостойкостью – сохраняют высокую твердость ...

4. Инструментальные стали и сплавы

   Реферат >> Промышленность, производство
   ... это содержание больше 1...2%. В состав всех быстрорежущих сталей непременно входят углерод (0,8...1,25%), хром ... в марке не указывается. Фазовый состав быстрорежущих сталей в отожженном состоянии представлен легированным ферритом ...

5. Углеродистые и легированные стали

   Реферат >> Промышленность, производство
   ... высокой скоростью резания). Благодаря применению быстрорежущей стали повышается стойкость инструмента и увеличивается производительность ... (1-2%), хром (не менее 4%). Кроме того, в быстрорежущей стали могут находиться молибден, кобальт и в небольшом ...

Хочу больше похожих работ...