Материал из которого делают фрезы. Фреза по металлу: принцип работы, виды и выбор инструмента

19.07.2023

Возможности достижения высокой производительности фрезерной обработки при интенсификации режимов резания в большой степени определяются качеством инструментальных материалов.

Быстрорежущие стали

При фрезеровании давно применяют быстрорежущие вольфрамовые и вольфрамомолибденовые стали нормальной стойкости марок Р9, Р12 и Р18. Разработка новых марок быстрорежущих сталей ведется по пути уменьшения содержания вольфрама и создания многокомпонентных композиций, содержащих значительный процент углерода. Высокая стойкость сталей с пониженным содержанием вольфрама достигается легированием их молибденом, кобальтом, а в некоторых марках также ванадием при значительном содержании углерода.

Твердые сплавы

Углеродистая сталь

Углеродистую инструментальную сталь (например, марки У12А) при фрезеровании применяют редко, так как такими фрезами можно работать только на низких скоростях резания. Из углеродистой стали изготовляют только мелкие фрезы, в том числе зуборезные мелкомодульные.

Легированные стали

Легированные инструментальные стали (9ХС, ХГ, ХВГ и др.) используют в основном для изготовления фасонных фрез, работающих на малых скоростях резания при небольшой глубине резания и подаче.

Области применения быстрорежущей стали

Быстрорежущие стали имеют следующие основные области применения.

P18 и Р9 - давно известные и широко распространенные марки быстрорежущих сталей. Обладая довольно высокой красностойкостью (600-650° С) и твердостью (до HRC 64), они пригодны для всех видов лезвийных инструментов. Сталь Р9 примерно вдвое дешевле стали Р18 вследствие меньшего содержания вольфрама, но обладает меньшей прочностью. Стали Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5, Р10Ф5К5 имеют повышенное содержание ванадия или кобальта (или обоих легирующих элементов), что благоприятно сказывается на их красностойкости и износостойкости. Эти стали можно применять при обработке материалов повышенной твердости и прочности, в том числе жаропрочных. С повышением содержания кобальта более 5% возрастает теплостойкость, но вместе с тем и хрупкость стали, поэтому такие стали нецелесообразно использовать при фрезеровании со значительной ударной нагрузкой на инструмент. Высокованадиевые стали отличаются особо высокой износостойкостью, но ограниченной прочностью. Их целесообразно применять при чистовой обработке высокоуглеродистых и высокохромистых сталей.

Стали Р6МЗ, Р9М, Р6М5, Р18Ф2К8М характерны повышенным содержанием молибдена, способствующего значительному увеличению теплостойкости, износостойкости; эти стали отличаются также повышенной прочностью и находят применение для фрезерования жаропрочных и высокопрочных сплавов и сталей.

Стали Р9К5, Р9КЮ с невысоким содержанием вольфрама, легированные кобальтом, целесообразно использовать при обработке конструкционных сталей средней прочности при значительных скоростях резания (50-70 м/мин). Эти стали также применяют при фрезеровании жаропрочных сплавов. В этом случае по сравнению со сталью Р18 обеспечивается повышение стойкости фрез в 2-2,5 раза.

Рациональность применения

На основании обобщения результатов исследований и опыта отечественной промышленности можно сделать следующие выводы о наиболее рациональном применении инструментальных сталей.

При обработке конструкционных сталей средней прочности, серого и ковкого чугуна, алюминиевых сплавов при скоростях резания 50-70 м/мин торцовыми, цилиндрическими, концевыми и дисковыми острозаточенными фрезами наиболее целесообразно применять стали Р6М5, Р18, Р6М5К5 и Р9М4К8.
При фрезеровании тех же материалов фасонными затылованными фрезами рекомендуется использовать стали Р6М5, Р18, Р18К5Ф и Р9К10.
Для фрезерования жаропрочных, нержавеющих сталей и сплавов, сталей повышенной прочности с аустенитной структурой наиболее успешно применяют стали Р14Ф4, Р8МЗК6С, Р9К10, Р9М4К8, Р6М5К5, Р9Ф5, Р10Ф5К5, а также Р12Ф2К8МЗ, Р18Ф2М Р6ФК8М5 и им подобные.

22.05.2015

В зависимости от требований, предъявляемых к дереворежущему инструменту, для его изготовления используются углеродистые и легированные инструментальные стали, быстрорежущие стали, металлокерамические и минералокерамические твердые сплавы.
Углеродистые инструментальные стали. Инструментальной углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 0,7-2%. В состав стали, помимо железа и углерода, входят следующие элементы: кремния до 0,4%, марганца до 0,8%, серы до 0,06% и фосфора до 0,07%, которые влияют на свойства стали.
Углерод С является основной примесью стали, придающей ей свойство закаливаемости и определяющей ее физико-механические свойства. С повышением содержания углерода в стали возрастет твердость, износостойкость, но одновременно понижается сопротивление ударной нагрузке.
Марганец Mn и кремний Si - полезные примеси, увеличивающие твердость, прочность и упругость стали, но снижающие при этом ее пластичность.
Сера S и фосфор P являются вредными примесями. Сера делает сталь хрупкой в нагретом состоянии, а фосфор - в холодном. Поэтому содержание серы и фосфора в углеродистых сталях должно быть минимальным.
Углеродистая инструментальная сталь делится на качественную и высококачественную, которая от первой отличается меньшим содержанием серы и фосфора. Качественная углеродистая сталь выпускается следующих марок: У7, У8, У9, У10, У11, У12, и У13; высококачественная - У7А, У8А, У9А, У10А, У11А, У12А и У13А. Буква У обозначает, что сталь углеродистая, цифры показывают содержание углерода в десятых долях процента, буква А - что сталь высококачественная. Углеродистые инструментальные стали пригодны для изготовления ряда станочного и ручного дереворежущего инструмента. Хорошие режущие свойства инструмента из этих сталей сохраняются до температуры нагрева 200-250° С, поэтому их следует использовать для инструмента, режущего мягкие породы древесины на малых скоростях, и ручного инструмента.
Легированные инструментальные стали. Легированными называются стали, содержащие специальные легирующие элементы: хром, вольфрам, никель, кобальт, молибден и др. Легирующие элементы оказывают значительное влияние на свойства стали.
Хром Cr повышает твердость, износоустойчивость стали. Кроме того, он препятствует росту зерна, что снижает чувствительность стали к нагреву, а твердые карбиды, образованные хромом, повышают ее режущие свойства. Однако, как к углерод, хром снижает пластичность стали, поэтому в пиловых сталях содержание хрома не превышает 1%, в то время как стали фрез и ножей содержат его до 12%.
Вольфрам W даже в малых количествах повышает твердость, прочность, не уменьшая пластичности, способствует получению мелкозернистой структуры и улучшению режущих свойств дереворежущих инструментов. Вольфрам - дорогой элемент, и его содержание в малолегированной стали колеблется в пределах I-2%.
Никель Ni повышает пластичность, несколько снижая твердость. Добавляется к сталям (например, пиловым) в количестве 1-1,5% для повышения их пластичности.
Ванадий V - одна из лучших легированных присадок, повышающая прочность, упругость, твердость и пластичность стали. Ванадий рафинирует металл, содержание его не превышает 0,3%.
Молибден Mo уже в небольших количествах повышает твердость, красностойкость, пластичность стали и является равноценным заменителем ванадия.
Кобальт Co повышает пластичность, износостойкость и режущие свойства сталей. Однако кобальтовые стали чувствительны к перегреву при термической обработке.
Титан Ti повышает прочность и плотность стали и способствует образованию мелкозернистой структуры.
Маркируют легированные инструментальные стали по буквенно-цифровой системе. Первая цифра перед буквенным выражением указывает содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более 1% перед буквенным обозначением цифра отсутствует. Затем следуют буквы, обозначающие наличие в стали легированных элементов, а цифры, следующие после букв, указывают содержание данного элемента в целых процентах. Если содержание легирующего элемента менее 1%, цифра после букв не ставится. ГОСТ предусмотрены следующие обозначения легирующих элементов: H - Никель, X - хром, T - титан, Г - марганец, В - вольфрам, Ф - ванадий, К - кобальт, С - кремний. Например, сталь марки 9Х5ВФ - хромовольфрамованадиевая с содержанием углерода 0,9%, хрома 5%, вольфрама и ванадия до 1%.
Режущий инструмент из легированной стали может работать при нагреве режущих элементов до 350° С. Это позволяет работать таким инструментом на более высоких скоростях резания, чем инструментом из углеродистой стали. Наличие легирующих присадок обеспечивает инструменту лучшую обрабатываемость, затачиваемость и термическую обработку. Легированные стали можно использовать для изготовления инструментов сложной формы и инструментов, применяемых на высокопроизводительных станках.
Быстрорежущие стали. Легированные стали с большим содержанием (12-20%) вольфрама называются быстрорежущими. Режущий инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали, может работать при температуре режущих элементов до 500-550° С, не теряя твердости и режущих свойств. Стойкость такого инструмента в 2-3 раза превосходит стойкость инструмента из углеродистых сталей. Быстрорежущую сталь целесообразно применять для инструмента, подверженного интенсивному нагреву (резцы токарно-катушечных автоматов, ножи ножевых головок строгальных станков). Для экономии быстрорежущую сталь следует применять в виде наварной (приклеенной) пластинки или вставных зубьев. В деревообработке наиболее широкое применение получили быстрорежущие стали Р9 и P18.
Литые твердые сплавы. В деревообработке наиболее распространены твердые сплавы двух типов: стеллиты и сормайты. Стеллиты представляют собой сплав на кобальтовой основе, в состав которого входят в основном хром и кобальт. Содержание хрома колеблется в пределах 25-35%, а кобальта - 45- 60%. Стеллиты выпускаются двух марок - ВК2 и ВКЗ. Сормайты - сплав на железистой основе с содержанием железа в пределах 55-80% и хрома 15-30%. Их выпускают тоже двух марок: сормайт № 1 и сормайт № 2.
Применяют литые твердые сплавы в виде прутков диаметром 5-7 мм, длиной 200-300 мм для наплавки режущих элементов инструмента, работающего в тяжелых условиях, где требуются повышенная твердость и стойкость.
Порошкообразные твердые сплавы. Эти сплавы изготовляют из порошков вольфрама, ферромарганца, феррохрома и чугунной стружки. Наиболее распространены вокар и сталинит, применяемые для наплавки инструментов, выполняющих грубую обработку.
Металлокерамические твердые сплавы. Представляют собой сплавы карбидов тугоплавких металлов (вольфрама, титана) с кобальтом. Они изготовляются путем прессования порошкообразных смесей карбидов вольфрама, титана и связывающего металла - кобальта под давлением 500-2000 атм и последующего их спекания при температуре 1500° С. Металлокерамические сплавы могут работать, не теряя режущих свойств, при температуре 800-1000° С. Их твердость достигает HRA 85-88, а стойкость в десятки раз выше стойкости таких же инструментов, изготовленных из лучших легированных инструментальных сталей. В деревообработке оснащение инструмента твердым сплавом диктуется увеличением выпуска новых материалов: ДСП, ДВП, фиброцементных плит и прочих, вызывающих быстрое затупление инструмента. Отечественная промышленность выпускает две группы металлокерамических сплавов: вольфрамокобальтовые и титановольфрамокобальтовые. Вольфрамокобальтовые сплавы состоят из карбидов вольфрама и кобальта. Обозначаются они буквами BK и последующей цифрой, указывающей процентное содержание кобальта. Например, сплав BK11 содержит 11% кобальта и 89% карбида вольфрама WC. Выпускаются сплавы марок: ВК6, ВК6Н, ВК8, ВК8М, BK11, ВК15, ВК20. Титановольфрамкобальтовые сплавы состоят из карбидов вольфрама и титана и кобальта. Они обозначаются буквами TK и последующими цифрами, указывающими содержание карбида титана и кобальта. Например, сплав Т14К8 содержит 8% кобальта, 14% карбида титана TiC, 78% карбида вольфрама. Выпускаются твердые сплавы марок: Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4. Чем выше содержание кобальта в твердых сплавах, тем выше его пластичность и ниже твердость.
Для оснащения дереворежущих инструментов наиболее эффективны вольфрамокобальтовые сплавы марок: ВК8, BK11, ВК15, БК20. Последние две марки выпускаются, главным образом, для оснащения дереворежущего инструмента в форме пластинок А и Б. Пластинки Б имеют задний угол, равный 30°. Размеры пластинок А: толщина 1,8 и 2 мм, ширина 10 и 15 мм, длина от 3,5 до 50 мм, пластинок Б: толщина 3 и 5 мм, ширина 10 и 15 мм, длина от 3,5 до 200 мм.
Минералокерамические твердые сплавы. Изготовляются из технического глинозема, представляющего собой окись алюминия Аl2О3, путем спекания его при температуре 1700-1750° С. Твердость их достигает по HRA 91÷93 единиц, а потери режущих свойств не наблюдаются до температуры 1250-1300° С. Выпускаются минералокерамические твердые сплавы в виде пластинок, наиболее распространенная марка ЦМ332. В деревообработке эти сплавы не нашли широкого распространения из-за высокой хрупкости.

Материалы, применяемые для изготовления фрез, должны обладать следующими свойствами: высокой твердостью, превышающей твердость обрабатываемого материала, высокой износостойкостью и теплостойкостью, высокой механической прочностью.
Для изготовления режущих инструментов и, в частности, фрез применяют углеродистые легированные инструментальные стали, быстрорежущие инструментальные стали, твердые сплавы, минералокерамику, эльборы, синтетические и естественные алмазы.
Для изготовления режущего инструмента применяют инструментальные углеродистые стали следующих марок: У7, У8, УО, У10, У11, У12, У13 (буква У указывает на то, что сталь углеродистая, а цифры показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента). Инструментальные стали повышенного качества, имеющие минимальное количество вредных примесей, отмечают буквой А: У10А, У8А и т. д.
Углеродистая инструментальная сталь обладает низкими режущими свойствами. Режущие инструменты, изготовленные из такой стали, позволяют вести обработку при температуре в зоне резания до 200 - 250°С и при скоростях резания в пределах 10 - 15м/мин.
Легированная инструментальная сталь по химическому составу отличается от углеродистой инструментальной стали лишь наличием одного или нескольких легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, ванадия.
Чаще всего для изготовления прорезных, фасонных и концевых фрез малых диаметров применяют следующие марки стали: ХГ, ХВ5, ОХС и ХВГ.
Легированная инструментальная сталь обладает более высокими режущими свойствами, чем углеродистая инструментальная сталь (температура в зоне резания 300 - 350°С, скорости резания 20 - 25 м/мин).
Быстрорежущая инструментальная сталь в отличие от углеродистой и легированной инструментальной стали обладает большим сопротивлением износу и большей теплостойкостью. Она обладает красностойкостью, т. е. не теряет своих свойств при температуре красного каления (550 - 600°С).
Быстрорежущие стали делятся на стали нормальной производительности (Р18, Р12, РО, Р18М, РОМ, Р6М5, Р18Ф2) и стали повышенной производительности (Р18Ф2К5, РОФ2К5, РОФ2К5, РОФ2К10, РОФ5, Р14Ф4, Р6МЗ, Р10Ф5К5 и др), легированные кобальтом (К), ванадием (Ф) и молибденом (М).
Из быстрорежущих сталей нормальной производительности лучшей является сталь Р18, которая легко обрабатывается шлифованием и малочувствительна к прижогам.
Стали повышенной производительности обладают более высокими красно- стойкостью и режущими свойствами. Быстрорежущая сталь нормальной производительности может работать при скоростях резания до 60 м/мин и выше, а повышенной производительности до 100 м/мин и выше.
Термическая обработка быстрорежущей стали . Закалка применяется для повышения твердости и сопровождается уменьшением вязкости.
Оптимальная температура при закалке быстрорежущей стали Р18 для тонких изделий (5 - 8 мм) - 1260°, для изделий толщиной более 10 - 15 мм - 1280°. Быстрорежущая сталь медленно прогревается, высокий нагрев приводит к обезуглероживанию и образованию трещин, поэтому изделия из быстрорежущей стали медленно нагревают при закалке до температуры 820 - 850°. Окончательный нагрев лучше всего производить в соляных ваннах, так как это позволяет избежать обезуглероживания стали. Выдержка при температуре закалки измеряется долями минуты. Быстрорежущая сталь после закалки обязательно должна быть подвергнута многократному отпуску. Оптимальная температура отпуска для стали Р18 - 580°, а для стали P9 - 560°.
Быстрорежущие стали повышенной производительности требуют тщательного соблюдения режимов термообработки. Отступление от рекомендуемых режимов (особенно при обработке кобальтовых сталей) может привести к понижению твердости и сильному обезуглероживанию).
Твердые сплавы допускают работу со скоростями резания, превышающими в 5 - 10 раз скорости обработки быстрорежущими инструментальными сталями, и не теряют режущих свойств при температуре до 850°С и выше.
Металлокерамические твердые сплавы состоят из карбидов вольфрама, титана или тантала и кобальта, связывающего эти вещества. Различают вольфрамо-кобальтовые металлокерамические сплавы (ВК2, ВКЗ, ВК6, ВК4В, ВК6В, ВК6М, ВК8, ВК10, ВК10М, ВК15М и др.) и титано-вольфрамо-кобальтовые (Т5К10, Т14К8, Т15К6, ТЗОК4, Т60К6 и др.). Цифры после буквы К указывают процентное содержание в сплаве кобальта, после буквы Т - карбидов титана; остальное составляют карбиды вольфрама. Например, сплав Т14К8 состоит из 14% карбида титана, 8% кобальта и 78% карбида вольфрама.
В настоящее время выпускают трех-карбидные твердые сплавы марок Т5К12В, ТТ7К12, ТТ7К5, ТТ10К8Б и др., состоящие из карбидов вольфрама, титана, тантала, кобальта. Эти сплавы характеризуются высокой прочностью. Твердый сплав марки ТТ7К12 допускает работу с 1,5 - 2 раза большими.
подачами на зуб, чем сплав Т5К10. Твердые сплавы выпускаются в виде пластинок стандартных форм и размеров
Вольфрамо-кобальтовые сплавы применяют для обработки хрупких материалов: чугуна, бронзы, закаленной стали, пластмасс, фарфора и т. п. Твердые сплавы титано-вольфрамовой группы предназначены главным образом для обработки сталей. При выборке марок твердого сплава можно руководствоваться данными табл. 24.

В настоящее время фрезы все чаще оснащают пластинками твердого сплава. Выпускаются также цельные твердосплавные фрезы.
Минералокерамические сплавы приготовляют на основе окиси алюминия (А120а) = корунда путем тонкого размола, прессования и спекания. Выпускают их, как и твердые сплавы, в виде пластинок стандартных форм и размеров.
Минералокерамические пластинки марок ЦМ-332 (микролит), ЦВ-13 и ЦВ-18 (термокорунд) обладают большей теплостойкостью и износостойкостью, чем некоторые твердые сплавы. Однако они имеют пониженную по сравнению с твердыми сплавами прочность и повышенную хрупкость. Минеральная керамика находит применение при чистовом и тонком фрезеровании торцовыми фрезами (головками).

Дисковая отрезная фреза (ДОФ) изготавливается в форме "блина", торцевая часть которого оснащается зубцами. Она применяется для создания канавок заданной глубины и толщины, а также для отпиливания заготовок из черных металлов и стальных сплавов.

1

Указанный ГОСТ подразделяет все дисковые отрезные фрезы на два класса - для отрезных работ и для выполнения шлицев, и на три типа – с мелким, средним и крупным зубом. Маркировка таких фрез – 2254-0698–2254-1556. К основным их характеристикам ГОСТ относит следующие величины (в миллиметрах):

ширина – 0,2–6;
диаметр – 20–315;
сечение посадочного отверстия – 5–40;
сечение ступицы – 10–80;
шаг – 0,8–25.

Количество зубьев ДОФ по металлу варьируется в пределах 18–200.

ГОСТ 2679 разрешает изготавливать фрезы:

с шириной ступицы больше на 0,2 мм по сравнению с величиной режущей части инструмента;
без ступицы.

Исходным материалом для производства отрезных фрез является . Она должна отвечать требованиям ГОСТ 19265.

Шероховатость готового инструмента для фрезерования должна быть не более:

8 мкм (передняя поверхность зубцов);
1,25 мкм (торцовые боковые части);
10 мкм (спинка зубцов);
6,3 мкм (задняя часть зубцов и посадочное отверстие).

Дисковой инструмент для фрезерования

62–66 HRC (для изделий шириной более 1 мм);
61–65 (ширина до 1 мм).

Обратите внимание! Твердость замеряется на торцах инструмента на дистанции до 5 мм от его рабочих кромок. Если фрезы выпускаются из сплавов с большим содержанием кобальта и ванадия (5 и 3 % соответственно), показатели их твердости следует увеличить на несколько единиц.

Торцовое биение фрез имеет допуск от 0,04 до 0,4 мм, радиальное – 0,05–0,1 мм (для смежных зубцов) и 0,08–0,16 (для зубцов, расположенных в противоположных направлениях). Эти допуски замеряются на предмет их соответствия ГОСТу посредством специальной оправки.

Период стойкости отрезного инструмента измеряется в минутах. Он должен отвечать таким требованиям:

140 мин (фрезы сечением более 160 мм);
110 мин (110–160 мм);
70 мин (63–100 мм);
55 мин (до 63 мм).

Затупление отрезных фрез определяется по особому критерию. Под ним понимают износ (допустимый), который составляет 0,4 мм для инструмента сечением более 63 мм и 0,2 мм для фрез до 63 мм.

2

Проверка ДОФ на стойкость и работоспособность осуществляется на образцах, изготовленных из стали 45, на скорости резания от 20 до 100 м/мин. Испытания выполняются с использованием проставочных колец и спецоправки на . Длина (общая) фрезерования каждого проверяемого инструмента по металлу при этом составляет 25–50 см.

Проверочную фрезерную обработку производят с обязательной подачей охлаждающей жидкости. В качестве таковой ГОСТ требует использовать водный раствор эмульсола (содержание по массе – 5 %).

После завершения испытаний на режущих частях ДОФ должны отсутствовать явления выкрашивания. Если фреза после проверочного фрезерования готова к дальнейшему применению, она считается прошедшей проверку на работоспособность.

Проверка работоспособности дисковой отрезной фрезы

Внешний вид изделий анализируется по ГОСТу визуально. Осмотр осуществляется при помощи лупы с четырехкратным увеличением. Твердость ДОФ проверяют по стандарту 9013, шероховатость – по ГОСТ 9378.

Важный момент. При анализе характеристик отрезных фрез по металлу допускается применять средства измерения со следующими максимальными погрешностями:

35 % величины допуска при замере углов;
25 % при анализе расположения поверхностей и контроле форм инструмента.

Правила перевозки фрез, а также их хранения подробно описаны в ГОСТ 18088.

3

Как было сказано, интересующий нас дисковый инструмент делают из быстрорежущих сплавов. К таким принято относить высоколегированные стали с повышенной теплостойкостью. Эта их отличительная особенность достигается за счет введения в сплав ванадия, хрома, молибдена (карбидообразующие добавки) в сочетании с вольфрамом.

Чаще всего для производства отрезных фрез используют сталь следующих марок – Р18, Р12, Р6М5.

На заводы, где изготавливается режущий инструмент, эти сплавы поступают в поковках (так принято называть стальные заготовки). Их структура – карбиды плюс перлит сорбитообразного вида.

Когда фрезы нагревают под закалку, в сплавах формируется аустенит. Он имеет небольшое (относительно) содержание углерода и весьма активно легируется. После закалочной процедуры режущий инструмент получает особую структуру. Она состоит из остаточного аустенита, различных карбидов и мартенсита с мелкими иглами.

Дисковые отрезные фрезы

Главными легирующими добавками для сталей быстрорежущей группы являются кобальт, молибден, вольфрам и ванадий. Эти элементы обеспечивают требуемую красностойкость материала. Обязательно в подобные сплавы добавляют и хром. Особое внимание при этом обращают на количество углерода в стали. Его должно быть столько, чтобы в сплаве смогли сформироваться карбиды вводимых добавок. Если, например, углерода в стали будет менее 0,7 %, готовые фрезы не будут обладать необходимой твердостью.

Влияние легирующих элементов на свойства сплавов, применяемых для выпуска дисковых фрез:

Кобальт увеличивает красностойкость, но при этом удаляет из стали углерод, а также снижает ее вязкость и прочность.
Хром придает металлу повышенную прокаливаемость. Его вводят в количестве не более 3,5–4 %.
Молибден и вольфрам – главные легирующие добавки. Они обеспечивают высокую степень красно- и эксплуатационной износостойкости стали.
Негативное влияние на характеристики быстрорежущих стальных композиций (а значит, и на продукцию, получаемую из них) оказывает сера и фосфор. Эти элементы должны содержаться в сплавах в количествах до 0,015 и 0,03 % соответственно.

В большинстве случаев отрезной дисковый инструмент сейчас изготавливается из стали Р6М5. Фрезы из нее получаются менее износостойкими, чем из сплавов Р12 и Р18. Но зато стоимость Р6М5 ощутимо ниже.

Максимальной износостойкостью характеризуются фрезы из стали Р18. По цене они самые дорогие, так как содержат наибольшее количество дорогостоящего вольфрама. А вот инструмент из стали Р12 считается самым лучшим по показателю теплостойкости.

4

Качественная термическая обработка дискового инструмента гарантирует его высокие эксплуатационные характеристики. Фрезы подвергаются разным вариантам закалки. Это существенно увеличивает их износостойкость. Закалка выполняется по таким методикам:

Ступенчатая. Операция предполагает охлаждение заготовок в горячей (около +600 °С) атмосфере, а после этого на открытом воздухе.
Непрерывная. Этот вид закалки применяется редко, так как он выполняется с ускоренным охлаждением, что нередко приводит к появлению трещин на инструменте.
Прерывистая. Популярная технология, исключающая риск появления трещин в готовых изделиях.
Светлая. Разновидность ступенчатой термической обработки. Для ее осуществления нужно охлаждать сталь специальными соединениями (чаще всего – смеси воды и расплавленных щелочей).

В редких случаях используются методики изотермической закалки (полной и неполной), а также индукционного нагрева.

Методика изотермической закалки стали

Нагрев заготовок при термообработке производится:

высокочастотными токами;
в защитной среде в электрических и газовых агрегатах;
в специальных соляных ваннах.

Отпуск фрез из быстрорежущих сплавов выполняют так, чтобы содержание аустенита (остаточного) было снижено до минимума. Добиться этого несложно. Используется технология многократного отпуска. Количество операций определяется техусловиями осуществления процедуры и типом применяемой стали. Оптимальными вариантами отпуска принято считать следующие схемы:

2–3-кратная операция при температуре 600° с обязательной выдержкой заготовок между этапами отпуска в течение 15–30 мин.
Стандартная процедура при температуре 560°. В этом случае инструмент выдерживается в течение 60 минут после каждой стадии его термической обработки.

Важно! Отрезной инструмент всегда подвергается тщательной очистке и последующей мойке после выполнения операций термообработки.

5

Процедура изготовления интересующего нас отрезного инструмента в целом выглядит следующим образом:

Анализ быстрорежущих сплавов на чистоту, показатель твердости и химсостав. Последний определяется по ГОСТ 19265.
Штамповка заготовок. Эта операция выполняется на кузнечном участке предприятия.
Шлифовка боковых торцов инструмента и зачистка заусенцев по всей их поверхности.
Анализ деталей на наличие поверхностных изъянов и на соответствие их геометрических параметров и конфигурации.
Просушивание фрез. Процедура осуществляется при температуре не выше 200° на протяжении получаса (максимум).
Закалка по одной из методик, описанной выше.
Двойной либо тройной отпуск, нужный для обеспечения требуемых технологических характеристик фрез.
Анализ готового режущего инструмента на наличие волосовин и трещин, а также на величину твердости.

Анализ режущего инструмента на наличие волосовин и трещин

Финал работ – финишная обработка (механическими способами) отрезных фрез. Под таковой понимают заточку их режущих частей и окончательной тонкое шлифование этих участков инструмента.

В последнее время процесс изготовления ДОФ на отечественных предприятиях был существенно модернизирован. Производители интенсифицируют все операции посредством таких современных методик:

Применение магнитных полей и ультразвуковых волн на этапах отпуска, очистки загрязнений на поверхности фрез и их закалки.
Проведение дополнительных спецмероприятий при термообработке инструмента (отжиг, нормализация, охлаждение в изотермической горячей атмосфере, а также в особых по конфигурации валках и штампах).
Использование высокоскоростных технологий нагрева заготовок и новейших методов термомеханической высокотемпературной обработки инструмента из сплавов быстрорежущей группы.

Благодаря новым технологиям готовые фрезы, о которых мы говорили в статье, получаются по-настоящему тепло- и износостойкими.

Материалы, применяемые для изготовления фрез, должны обладать следующими свойствами: высокой твердостью, повышающей твердость обрабатываемого материала, высокой износостойкостью и теплостойкостью, высокой механической прочностью.

Для изготовления режущих инструментов и, в частности, фрез применяют углеродистые легированные инструментальные стали, быстрорежущие инструментальные стали, твердые сплавы, минералокерамику, эльборы, синтетические и естественные алмазы.

Для изготовления режущего инструмента применяют инструментальные углеродистые стали следующих марок: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13 (буква У указывает на то, что сталь углеродистая, а цифры показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента). Инструментальные стали повышенного качества, имеющие минимальное количество вредных примесей, отмечают буквой А: У10А, У8А и т. д.

Углеродистая инструментальная сталь обладает низкими режущими свойствами. Режущие инструменты, изготовленные из такой стали, позволяют вести обработку при температуре в зоне резания до 200-250°С и при скоростях резания в пределах 10-15 м/мин.

Легированная инструментальная сталь по химическому составу отличается от углеродистой инструментальной стали лишь наличием одного или нескольких легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, ванадия.

Чаще всего для изготовления прорезных, фасонных и концевых фрез малых диаметров применяют следующие марки стали: ХГ, ХВ5, 9ХС и ХВГ.

Легированная инструментальная сталь обладает более высокими режущими свойствами, чем углеродистая инструментальная сталь (температура в зоне резания 300-350°С, скорости резания 20-25 м/мин).

Быстрорежущая инструментальная сталь в отличие от углеродистой и легированной инструментальной стали обладает большим сопротивлением износу и большей теплостойкостью. Она обладает красностойкостью, т. е. не теряет своих свойств при температуре красного каления (550-600°С).

Быстрорежущие стали делятся на стали нормальной производительности (Р18, Р12, Р9, Р18М, Р9М, Р6М5, Р18Ф2) и стали повышенной производительности (Р18Ф2К5, Р9Ф2К5, Р9Ф2К10, Р9Ф5, Р14Ф4, Р6МЗ, Р10Ф5К5 и др.), легированные кобальтом (К), ванадием (Ф) и молибденом (М).

Из быстрорежущих сталей нормальной производительности лучшей является сталь Р18, которая легко обрабатывается шлифованием и малочувствительная к прижогам.

Стали повышенной производительности обладают более высокими красностойкостью и режущими свойствами. Быстрорежущая сталь нормальной производительности может работать при скоростях резания до 60 м/мин и выше, а повышенной производительности - до 100 м/мин и выше.

Термическая обработка быстрорежущей стали . Закалка применяется для повышения твердости и сопровождается уменьшением вязкости. Нагрев при закалке инструмента из стали 6РМ5 и 6РМ5К5 производят в соляных электродных ваннах, обычно применяемых для термической обработки инструмента из стандартных быстрорежущих сталей. Нагрев трехступенчатый: первый подогрев (400-500°С) в воздушной среде; второй подогрев (840-680 или 1050°С) в соляной электродной ванне. Окончательный нагрев - в соляной электродной ванне. Основной интервал температур закалки составляет 1200-1300°С. Быстрорежущую сталь после закалки обязательно подвергают многократному отпуску. Для получения стабильных свойств отпуск инструмента из указанных выше сталей следует производить в жидкой среде в условиях регулирования температуры с точностью до ± 5°С. Оптимальная температура отпуска для стали 6РМ5 - 560°С, а для стали 6РМ5К5 - 570°С.

Быстрорежущие стали повышенной производительности требуют тщательного соблюдения режимов термообработки. Отступление от рекомендуемых режимов (особенно при термообработке кобальтовых сталей) может привести к понижению твердости и сильному обезуглероживанию.

Твердые сплавы допускают работу со скоростями резания, превышающими в 5-10 раз скорости обработки быстрорежущими инструментальными сталями, и не теряют режущих свойств при температуре до 850°С и выше.

Металлокерамические твердые сплавы состоят из карбидов вольфрама, титана или тантала и кобальта, связывающего эти вещества. Различают вольфрамо-кобальтовые металлокерамические сплавы (ВК2, ВКЗ, ВКЗМ, ВК6, ВК6М, ВК6Н, ВК10, ВК10М, ВК15М, ВК8, ВК6-ОМ, ВК8-ОМ, ВКЮ-ОМ, ВК 15-ОМ и другие и титаново-вольфрамо-кобальтовые Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4, Т60К6 и др.). Цифры после буквы К указывают процентное содержание в сплаве кобальта, после буквы Т - карбидов титана; остальное составляют карбиды вольфрама. Например, сплав Т14К8 состоит из 14% карбида титана, 8% кобальта и 78% карбида вольфрама.

В настоящее время выпускают трехкарбидные твердые сплавы, состоящие из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Эти сплавы характеризуются высокой прочностью. Твердый сплав марки ТТ7К12 допускает работу с 1,5-2 раза большими подачами на зуб, чем сплав Т5К10. Твердые сплавы выпускаются в виде пластинок стандартных форм и размеров.

Вольфрамо-кобальтовые сплавы применяют для обработки хрупких материалов: чугуна, бронзы, закаленной стали, пластмасс, фарфора и т. п. Твердые сплавы титано-вольфрамовой группы предназначены главным образом для обработки сталей. Сплав ТТ20К9 специально предназначен для фрезерования стали (например, для фрезерования глубоких пазов); отличается повышенным сопротивлением тепловым и механическим циклическим нагрузкам. Наиболее прочными сплавами при черновой обработке стали являются сплавы марок ТТ7К12 и Т5К12Б.

С уменьшением размера зерен карбидов вольфрама износостойкость и твердость сплава увеличивается. Эту закономерность используют при создании сплавов различного назначения с требуемыми свойствами. Первыми мелкозернистыми сплавами были сплавы марок - ВКЗМ и ВК6М. В последнее время разработаны твердые сплавы с особо мелкозернистой (ОМ) структурой - ВК6-ОМ, ВКЮ-ОМ и ВК15-ОМ.

Стойкость твердосплавного инструмента повышается при нанесений на его поверхность износостойких слоев (5-15 мкм) карбидов (титана, ниобия), боридов, нитридов и др.

Минералокерамические сплавы приготовляют на основе окиси алюминия (А1203) - корунда путем тонкого размола, прессования и спекания. Выпускают их, как и твердые сплавы, в виде пластинок стандартных форм и размеров.

В настоящее время промышленное применение имеют две марки минеральной керамики: ЦМ-332 и ВЗ. Минеральная керамика марки ВЗ обладает большей (в 1,5-2 раза) прочностъю по сравнению с керамикой марки ЦМ-332. В состав керамики марки ВЗ помимо окиси алюминия входят сложные карбиды тугоплавких металлов.

Минералокерамические пластинки обладают большей теплостойкостью и износостойкостью, чем некоторые твердые сплавы. Однако они имеют пониженную по сравнению с твердыми сплавами прочность и повышенную хрупкость. Минеральная керамика находит применение при чистовом и тонком фрезеровании торцовыми фрезами (головками) с неперетачиваемыми пластинками.

Эльбор (композит) - является поликристаллическим образованием на основе кубического нитрида бора, синтезированным при высоких давлениях. Этот инструментальный материал значительно превосходит минеральную керамику и твердые сплавы по термоусталостной прочности, что способствует эффективной обработке закаленных сталей с применением СОЖ. Из эльбора изготовляют круги для шлифования и заточки режущего инструмента. Резцы из эльбора применяются для тонкого чистового точения закаленных деталей (НRC=45-60), хромоникелевых чугунов высокой твердости.

В настоящее время в промышленности начали применяться торцовые фрезы, оснащенные эльбором. Опыт внедрения инструмента (в частности, торцовых фрез) показывает, что этот инструментальный материал является весьма перспективным при чистовой обработке закаленных сталей, чугунов, никеля, цветных сплавов на основе меди и алюминия, ряда стеклопластиков и др.

Чистовое фрезерование закаленной стали торцовыми фрезами, оснащенными эльбором, производят с глубиной резания в пределах 0,2-0,8 мм, при этом достигается шероховатость поверхности в пределах седьмого класса.

Синтетические алмазы (типа «карбонадо» и «баласс») выпускаются в виде порошков и кристаллов. Из синтетических алмазных порошков изготовляют алмазно-абразивные инструменты. Алмазные круги из синтетических алмазов успешно применяются при заточке и доводке твердосплавных режущих инструментов (в том числе и фрезы).