Выбор подходящего инструментального материала в зависимости от типа обработки и материала заготовки, обеспечивающий соответствие между инструментом и материалами заготовки, является общеизвестным явлением в обрабатывающей промышленности. Однако точные условия, необходимые для этого сопоставления, не являются общепризнанными. Ниже мы обсудим, как материалы инструмента и заготовки достигают соответствия с точки зрения механических, физических и химических свойств.
Согласование механических свойств материалов инструмента и заготовки
Механические свойства в первую очередь включают в себя такие параметры проектирования, как прочность, ударная вязкость и твердость как инструмента, так и заготовки. Различные инструментальные материалы расположены в порядке убывания прочности на изгиб: быстрорежущая-сталь, твердый сплав, керамические инструменты, алмазные инструменты и инструменты из кубического нитрида бора; в порядке убывания прочности: быстрорежущая-стали, твердый сплав, кубический нитрид бора, алмазные и керамические инструменты; и в порядке убывания твердости: алмазные инструменты, инструменты из кубического нитрида бора, керамические инструменты, твердый сплав и быстрорежущая-сталь.
Различия в механических свойствах позволяют инструментам адаптироваться к потребностям обработки различных материалов заготовок. Твердость режущего инструмента должна быть выше, чем твердость обрабатываемой детали. Поэтому для обработки материалов высокой-твёрдости требуются режущие инструменты ещё более высокой твёрдости. Как правило, чем выше твердость материала режущего инструмента, тем лучше его износостойкость, но это влияет на прочность и ударную вязкость. Инструменты с высокой-твёрдостью и высокой-изнашиваемостью-обычно используются для черновой обработки, тогда как инструменты с несколько меньшей твердостью обычно используются для чистовой обработки.
Кроме того, режущие инструменты с превосходными-механическими свойствами при высоких температурах – отличный выбор для высокоскоростной-резки. Например, керамические режущие инструменты обладают вышеупомянутыми преимуществами и могут резать на очень высоких скоростях. Их допустимая скорость резания может быть от 2 до 10 раз выше, чем у твердосплавных режущих инструментов.
Соответствие физических свойств материала режущего инструмента и заготовки Физические свойства, упомянутые здесь, в основном включают такие параметры, как теплопроводность материала, температура плавления и коэффициент теплового расширения. Теплопроводность режущего инструмента должна дополнять теплопроводность заготовки. При обработке заготовок с плохой теплопроводностью необходимо использовать режущий инструмент с высокой теплопроводностью для своевременного отвода тепла резания и сохранения точности размеров как инструмента, так и заготовки.
Различные материалы режущего инструмента расположены в порядке убывания термостойкости: кубический нитрид бора, керамика, цементированный карбид на основе карбида титана-, ультрамелкозернистый-цементированный карбид на основе WC-, алмаз и быстрорежущая сталь; в порядке убывания теплопроводности: PCD, кубический нитрид бора, цементированный карбид на основе WC-, цементированный карбид на основе карбида титана-, HSS, керамика на основе Si3N4- и керамика на основе Al2O3-; в порядке убывания коэффициента теплового расширения: HSS, цементированный карбид на основе WC-, цементированный карбид на основе карбида титана-, керамика на основе Al2O3, PCBN, керамика на основе Si3N4 и PCD; и в порядке убывания термостойкости: HSS, цементированный карбид на основе WC, керамика на основе Si3N4, кубический нитрид бора, PCD, цементированный карбид на основе карбида титана и керамика на основе Al2O3.
Согласование химических свойств инструментальных материалов и заготовок.
Химические свойства включают в себя наличие химического сродства инструмента и заготовки, способность вступать в химические реакции и такие явления, как диффузия и растворение. Если такие явления возникают, это свидетельствует о несоответствии инструмента и материала.
Различные инструментальные материалы расположены в порядке убывания их температуры анти-адгезии со сталью: кубический нитрид бора, керамика, твердый сплав и быстрорежущая сталь; в порядке убывания температуры стойкости к окислению: керамика, кубический нитрид бора, твердый сплав, алмаз и быстрорежущая сталь; в порядке убывания интенсивности диффузии в сталь: алмаз, керамика на основе Si3N4, кубический нитрид бора и керамика на основе Al2O3; и в порядке убывания интенсивности диффузии к титану: керамика на основе Al2O3, кубический нитрид бора, SiC, Si3N4 и алмаз.