Современные материалы для режущих инструментов имеют более чем 100-летнюю историю развития: от углеродистой инструментальной стали до быстрорежущей инструментальной стали.цементированный карбид, керамический инструментисверхтвердые инструментальные материалыВо второй половине XVIII века основным инструментальным материалом была углеродистая инструментальная сталь. В то время она использовалась как самый твёрдый материал, пригодный для обработки режущих инструментов. Однако из-за очень низкой температуры жаростойкости (ниже 200 °C) углеродистые инструментальные стали обладают недостатком: они мгновенно и полностью затупляются под воздействием тепла, выделяющегося при резке на высоких скоростях, что ограничивает область применения. Поэтому мы с нетерпением ждём появления инструментальных материалов, способных обрабатываться на высоких скоростях. Материал, отвечающий этим ожиданиям, – быстрорежущая сталь.
Быстрорежущая сталь, также известная как торцевая сталь, была разработана американскими учёными в 1898 году. Дело не столько в том, что она содержит меньше углерода, чем углеродистая инструментальная сталь, сколько в том, что в неё добавлен вольфрам. Благодаря роли твёрдого карбида вольфрама её твёрдость не снижается при высоких температурах, а поскольку она может резать со скоростью, значительно превышающей скорость резания углеродистой инструментальной стали, её называют быстрорежущей сталью. В 1900–1920 годах появились быстрорежущие стали с ванадием и кобальтом, а их жаростойкость была повышена до 500–600 °C. Скорость резания режущей стали достигает 30–40 м/мин, что почти в 6 раз больше. С тех пор, благодаря серийному производству её компонентов, были созданы быстрорежущие стали на основе вольфрама и молибдена. Они широко используются и по сей день. Появление быстрорежущей стали вызвало…
Революция в обработке резанием, значительно повысившая производительность обработки металла и потребовавшая полного изменения конструкции станка для адаптации к требованиям к режущим свойствам нового инструментального материала. Появление и дальнейшее развитие новых станков, в свою очередь, привело к разработке более совершенных инструментальных материалов, что стимулировало и усовершенствовало сам инструмент. В условиях новых технологий производства, инструмент из быстрорежущей стали также сталкивается с проблемой ограничения стойкости инструмента из-за нагрева при резке с высокой скоростью. При скорости резания 700 °C быстрорежущая сталь
Кончик инструмента полностью затупляется, и при скорости резания выше этого значения резка становится совершенно невозможной. В результате появились твердосплавные инструментальные материалы, сохраняющие достаточную твердость при более высоких температурах резания, чем указанные выше, и способные обрабатываться при более высоких температурах резания.
Мягкие материалы можно резать твёрдыми, а для резки твёрдых материалов необходимо использовать материалы, которые твёрже их. Самым твёрдым веществом на Земле в настоящее время является алмаз. Хотя природные алмазы давно обнаружены в природе и имеют долгую историю использования в качестве режущего инструмента, синтетические алмазы также были успешно синтезированы ещё в начале 50-х годов XX века, но реальное применение алмазов для широкого производства…промышленные режущие инструментывсе еще является делом последних десятилетий.
С одной стороны, с развитием современной космической техники и аэрокосмической техники все более широкое применение находят современные конструкционные материалы, хотя улучшенные быстрорежущие стали, твердые сплавы и т.д.новые керамические инструментальные материалыПри обработке заготовок традиционными инструментами скорость и производительность резания увеличиваются вдвое, а то и в десятки раз, однако при обработке вышеуказанных материалов стойкость инструмента и эффективность резания остаются весьма низкими, а качество реза гарантировать трудно, а порой и вовсе невозможно, что обуславливает необходимость применения более острых и износостойких инструментальных материалов.
С другой стороны, с быстрым развитием современныхмашиностроениеВ обрабатывающей промышленности, в связи с широким применением автоматических станков, обрабатывающих центров с ЧПУ и автоматизированных цехов, для дальнейшего повышения точности обработки, сокращения времени смены инструмента и повышения эффективности, всё более актуальными становятся требования к более прочным и стабильным инструментальным материалам. В этом отношении алмазный инструмент получил стремительное развитие, и одновременно с этим, развитиеалмазные инструментальные материалытакже получил значительное развитие.
Материалы для алмазного инструментаОбладают рядом превосходных свойств, включая высокую точность обработки, высокую скорость резания и длительный срок службы. Например, использование инструментов Compax (композитный лист из поликристаллического алмаза) позволяет обрабатывать десятки тысяч деталей поршневых колец из кремний-алюминиевого сплава, сохраняя при этом практически неизменными режущие кромки инструментов. Обработка лонжеронов авиационного алюминия фрезами Compax большого диаметра может достигать скорости резания до 3660 м/мин. Это несравнимо с твердосплавными инструментами.
Мало того, использованиеалмазные инструментальные материалыТакже можно расширить область обработки и изменить традиционную технологию. Раньше для обработки зеркал использовались только шлифовка и полировка, но теперь можно использовать не только инструменты из природных монокристаллических алмазов, но и, в некоторых случаях, сверхтвёрдый композитный инструмент PDC для сверхточной обработки, позволяя выполнять точение вместо шлифования. С применениемсверхтвердые инструментыВ области механической обработки появились новые концепции, такие как использование инструментов PDC, ограничение скорости вращения теперь определяется не инструментом, а станком, а при превышении определённой скорости вращения заготовка и инструмент не нагреваются. Эти новаторские концепции имеют глубокие последствия и открывают безграничные перспективы для современной машиностроительной отрасли.
Время публикации: 02 ноября 2022 г.
