Краткие рекомендации по выбору твердых сплавов

Твердые сплавы на основе WC-Co рекомендуют для обработки серых, модифицированных и отбеленных чугунов, цветных металлов и их сплавов, стеклопластиков и других подобных материалов, дающих короткую сыпучую стружку надлома
Обладая высокой прочностью, сплавы WC-Co лучше сопротивляются пульсирующей высокой нагрузке, имеющей место в данных условиях обработки. Превалирующим видом изнашивания в этом случае является адгезионно-усталостное, а при обработке белых чугунов и стеклопластиков - абразивное, при которых важным фактором, определяющим стойкость инструмента, является не только содержание кобальта в сплаве, но и размеры зерен фазы WC. И чем выше твердость обрабатываемого материала, тем существеннее влияние зернистости твердого сплава на стойкость инструмента.
Сплавы WC-Co рекомендуются также для обработки труднообрабатываемых высокопрочных и жаропрочных материалов, особенно сплавов на основе никеля и титана.
Сплавы на основе Ni, обладающие высокой прочностью и значительным сопротивлением ползучести при высоких температурах, а также низкой теплопроводностью, с большим трудом обрабатываются резанием. На поверхности резания инструмент – заготовка генерируются очень высокие температуры и напряжения, происходят схватывание и последующий отрыв частиц твердого сплава. Лучшую стойкость в этих условиях показывают особомелкозернистые высококобальтовые сплавы.

Твердые сплавы на основе WC-TiC-Co рекомендуют в случае обработки стали при высоких скоростях резания, когда образуется сливная стружка. Стружка постоянно контактирует с передней поверхностью инструмента в условиях значительных температуры и давления, что приводит к интенсивному образованию лунки износа на передней поверхности резца. В этом случае превалирует диффузионное изнашивание. Раствор карбида вольфрама в карбиде титана растворяется в стали при более высокой температуре и гораздо медленнее, чем карбид вольфрама. Кроме того, присутствие фазы WC-TiC-Co способствует уменьшению скорости растворения зерен карбида вольфрама в стали, и тем самым снижает интенсивность изнашивания.
При диффузионном характере изнашивания его скорость, определяемая скоростью растворения карбидных зерен в стали, в большей степени зависит от химических свойств сплава, чем от его твердости, связанной с зернистостью. В таких условиях значительно большей стойкостью обладают безвольфрамовые сплавы, основой которых является карбид или карбонитрид титана. Они взаимодействуют со сталью менее интенсивно, чем сложный карбид WC-TiC.

Твердые сплавы на основе WC-TiC-TaC-Co рекомендуют при прерывистом резании, например фрезеровании, когда на рабочих поверхностях инструмента появляются многочисленные короткие трещины, перпендикулярные к режущей кромке. Эти трещины вызваны периодическим расширением при нагреве в процессе резания и сжатием при охлаждении поверхностных слоев твердого сплава. При дальнейшем развитии трещины приводят к выкрашиваниям и сколам и становятся главной причиной выхода инструмента из строя.
Поэтому, для оснащения фрезерного инструмента применяют твердые сплавы, наименее чувствительные к термической усталости и динамическим циклическим нагрузкам, сплавы содержащие в своем составе карбид тантала, т.е. сплавы на основе WC-TiC-TaC-Co.

Классификация современных твердых сплавов по международному стандарту ИСО513 и определение условий их эффективного использования.
При определении областей применения твердых сплавов обычно используют рекомендации международной организации стандартов ИСО (ISO), которые предусматривают их использование с учетом обрабатываемых материалов и типа стружки, типа обработки (чистовая, получистовая, легкая черновая и черновая), условий обработки (хорошие, нормальные и тяжелые), а также видов обработки (точение, растачивание, фрезерование и др.).
По (ISO) предусматривается деление всех обрабатываемых материалов на три группы: Р (обозначаются синим цветом), М (желтым) и К (красным). В группу Р входят стали и стальное литье, при обработке которых получают сливную стружку. В группу М входят нержавеющие стали, титановые и жаропрочные сплавы, при обработке которых получают стружку надлома и сливную. В группу К входят чугуны, цветные металлы и их сплавы, материалы с высокой поверхностной твердостью, при обработке которых получают стружку надлома и элементную (табл. 1).

Табл. 1.

Классификация обрабатываемых материалов по группам резания

 

Группапо ISO

Обрабатываемыйматериал

Пример материала

Р

Стали:
Углеродистые

 

08кп, 10, А12, Ст3, Ст45, А40Г, 60, У7А

легированные

20Х, 12ХН13А, 38Х2Н2МА,ШХ15ГС

высоколегированные и инструментальные

7ХФ, 9ХС, ХВГ, Р6М5

Стальное литье

20Л, У8Л, 35ХГСЛ, 5Х14НДЛ,
Г13

М

Нержавеющие стали

12Х13, 12Х18Н10Т,11Х11Н2В2МФ

Титановые сплавы

ВТ1-00, ВТ5, ВТ14

Жаропрочные

ХН32Т, ХН67ВТМЮЛ

К

Чугуны

СЧ10, СЧ45, ВЧ35, ВЧ100, КЧ37-12, КЧ50-5

Цветные металлы

АМГ2, Д16,АЛ3, ЛС63-1, Л96, ЛО70-1, М00к

Материалы с высокой поверхностной твердостью

Закаленная сталь HRC 45-60,ЧХ16

Каждая группа применения делится на подгруппы, причем с увеличением индекса подгруппы от 01 до 40 (50), условия обработки становятся более жесткими, начиная от чистового резания и заканчивая черновым с ударами. Такое рассмотрение удобно для подбора рекомендуемых марок твердых сплавов по свойствам. Чем больше индекс подгруппы применения, тем ниже требуется износостойкость твердого сплава и допустимая скорость резания, но выше прочность (ударная вязкость) и допустимая подача и глубина резания (табл. 2).

Табл. 2.

Подгруппы применения твердых сплавов


 Обозна-
чение

Обрабатываемый материал. Тип снимаемой стружки

Вид обработки. Условия применения

 

Группа резания Р

Р01

Сталь. Сливная стружка

Чистовое точение, растачивание, развертывание (высокие точность обработки и качество поверхности изделия)

Р10

Сталь. Сливная стружка

Точение, в том числе по копиру, нарезание резьбы, фрезерование, рассверливание, растачивание

Р20

Сталь, ковкий чугун и цветные металлы. Сливная стружка

Точение, в том числе по копиру, фрезерование, чистовое строгание

Р25

Сталь нелегированная, низко и среднелегированная

Фрезерование, в том числе глубоких пазов, другие виды обработки, при которых у сплава должно быть высокое сопротивление тепловым и механическим нагрузкам

Р30

Сталь, ковкий чугун. Сливная стружка

Черновое точение, фрезерование, строгание. Работа в неблагоприятных условиях*

Р40

Сталь с включениями песка и раковинами. Сливная стружка и стружка надлома

Черновое точение, строгание.работа в особо неблагоприятных условиях*

Р50

Сталь со средней или низкой прочностью, с включениями песка и раковинами. Сливная стружка и стружка надлома

Точение, строгание, долбление при особо высоких требованиях к прочности твердого сплава в связи с неблагоприятными условиями резания*. Для инструмента
сложной формы

 

Группа резания М

М10

Сталь, в том числе аустенитная, жаропрочная, труднообрабатываемая, сплавы, серый, ковкий и легированный чугуны. Сливная стружка и стружка надлома

Точение, фрезерование

М20

Сталь, в том числе жаропрочная труднообрабатываемая, сплавы, серый и ковкий чугуны. Сливная стружка и стружка надлома

Точение, фрезерование

М30

Аустенитная сталь, жаропрочные труднообрабатываемые стали и сплавы, серый и ковкий чугуны. Сливная стружка и стружка надлома

Точение, фрезерование, строгание, работа в неблагоприятных условиях

М40

Низкоуглеродистая сталь с низкой прочностью, автоматная сталь и другие металлы и сплавы. Сливная стружка и стружка надлома

Точение, фасонное точение, отрезка
преимущественно на станках-автоматах

 

Группа резания К

К01

Серый чугун, преимущественно высокой твердости, алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния, закаленная сталь, абразивные пластмассы, керамика, стекло. Стружка надлома

Чистовое точение, растачивание, фрезерование, шабрение

К05

Легированные чугуны, закаленные стали, коррозионно-стойкие, высокопрочные и жаропрочные стали и сплавы. Стружканадлома

Чистовое и получистовое точение, растачивание, развертывание, нарезание резьбы

К10

серый и ковкий чугуны преимущественно повышенной твердости, закаленная сталь, алюминиевые и медные сплавы, пластмассы, стекло, керамика. Стружканадлома

Точение, растачивание, фрезерование, сверление, шабрение

К20

Серый чугун, цветные металлы, абразивная прессованная древесина, пластмассы. Стружка надлома

Точение, фрезерование, строгание, сверление, растачивание

К30

Серый чугун низкой твердости и прочности, сталь низкой прочности, древесина, цветные металлы, пластмасса, плотная древесина. Стружка надлома

Точение, фрезерование, строгание, сверление, работа в неблагоприятных условиях*. Допустимы большие передние
углы заточки инструмента

К40

Цветные металлы, древесина, пластмассы. Стружка надлома

Точение, фрезерование, строгание. Допустимы большие передние углы заточки инструмента

* Работа с переменной глубиной резания, с прерывистой подачей, с ударами, вибрациями, с наличием литейной корки и абразивных включений в обрабатываемом материале

Таким образом, малые индексы соответствуют чистовым операциям, когда от твердых сплавов требуется высокая износостойкость и теплостойкость, а большие индексы соответствуют черновым операциям, т.е. когда твердый сплав должен обладать высокой прочностью. В связи с этим каждая марка имеет свою предпочтительную область применения, в которой она обеспечивает максимальные работоспособность сплава и производительность обработки.
Скорость резания, непрерывность обработки, жесткость системы СПИД (станок-приспособление- инструмент-деталь), способ получения заготовки (состояние обрабатываемой поверхности) позволяет определить условие обработки и сформулировать требования к основным свойствам твердого сплава. Условия обработки могут быть хорошие, нормальные и тяжелые.
ХОРОШИЕ – Высокие скорости. Непрерывное резание. Предварительно обработанные заготовки. Высокая жесткость технологической системы СПИД.
Требования к твердому сплаву – высокая износостойкость.
НОРМАЛЬНЫЕ – Умеренные скорости резания. Контурное точение.поковки и отливки. Достаточно жесткая система СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь)
Требования к твердому сплаву – хорошая прочность в сочетании с достаточно высокой износостойкостью.
ТЯЖЕЛЫЕ – Невысокие скорости. Прерывистое резание. Толстая корка на литье или поковках. Нежесткая система СПИД. (станок-приспособление-инструмент-деталь)
Требования к твердому сплаву – высокая прочность.
Кроме подгрупп применения необходимо знать тип обработки (чистовая, получистовая, легкая и черновая), который позволяет ориентироваться в величинах глубины резания (t, мм) и подачи (S0, мм/об). Тип обработки приведен в табл.3.
Табл. 3.
Тип обработки


Параметры режимарезания

Тип обработки

Чистовая

Получистовая

Легкая черновая

Черновая

Глубина t, мм

0,25-2,0

0,5-3,0

2,0-6,0

5,0-10,0

Подача S0, мм/об

0,05-0,15

0,1-0,3

0,2-0,5

0,4-1,8

Область применения твердых сплавов можно представить сводной табл. 4.

Табл. 4.

Определение области применения твердого сплава


Условия
обработки

ISO

Тип обработки

Чистовая

Получистовая

Легкая черновая

Черновая

Хорошие

Р

Р01-Р10

Р10-Р25

Р25-Р30

Р30-Р35

М

М10-М15

М15-М20

М20-М25

М25-М30

К

К01-К05

К05-К10

К10-К15

К15-К20

Нормальные

Р

Р10-Р25

Р25-Р30

Р30-Р40

Р40-Р50

М

М15-М20

М20-М25

М25-М30

М30-М35

К

К05-К10

К10-К15

К15-К20

К20-К25

Тяжелые

Р

Р30-Р35

Р35-Р40

Р40-Р45

Р45-Р50

М

М20-М25

М25-М30

М30-М35

М35-М40

К

К10-К15

К15-К20

К20-К25

К25-К30

 

Из табл. 4 видно, что область использования марки твердого сплава будет зависеть от обрабатываемого материала, условий и типа обработки. Области рационального применения твердых сплавов отечественного производства приведены в табл.