Теплостойкость легированных инструментальных сталей достигает 250-260°С и поэтому допустимые скорости резания для них в 1,2-1,5 раза выше, чем для углеродистых сталей.
Быстрорежущие (высоколегированные) стали применяют для изготовления различных инструментов, но чаще сверл, зенкеров, метчиков.
Быстрорежущие стали обозначают буквами и цифрами, например Р9, Р6М3 и др. Первая Р (рапид) означает, что сталь быстрорежущая. Цифры после нее указывают среднее содержание вольфрама в процентах. Остальные буквы и цифры обозначают то же, что и в марках легированных сталей.
Эти группы быстрорежущих сталей отличаются по свойствам и областям применения. Стали нормальной производительности, имеющие твердость до HRC65, теплостойкость до 620°С и прочность на изгиб 3000-4000 Мпа, предназначены для обработки углеродистых и низколегированных сталей с пределом прочности до 1000 Мпа, серого чугуна и цветных металлов. К сталям нормальной производительности относят вольфрамовые марок Р18, Р12, Р9, Р9Ф5 и вольфрамо-молибденовые марок Р6М3, Р6М5, сохраняющие твердость не ниже HRC 62 до температуры 620°С.
Быстрорежущие стали повышенной производительности, легированные кобальтом или ванадием, с твердостью до YRC 73-70 при теплостойкости 730-650°С и с прочностью на изгиб 250-280 Мпа предназначены для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов с пределом прочности свыше 1000 Мпа, титановых сплавов и др. Улучшение режущих свойств стали достигается повышением содержания в ней углерода с 0,8 до 1%, а также дополнительным легированием цирконием, азотом, ванадием, кремнием и другими элементами. К быстрорежущим сталям повышенной производительности относят 10Р6М5К5, Р2М6Ф2К8АЕ, Р18Ф2, Р14Ф4, Р6М5К5, Р9М4ЕВ, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2, сохраняющие твердость HRC 64 до температуры 630-640°С.
Твердые сплавы делят на металлокерамические и минералокерамические, их выпускаю в виде пластинок разной формы. Инструменты, оснащенные пластинками из твердых сплавов, позволяют применять более высокие скорости резания, чем инструменты из быстрорежущей стали.
Металлокерамические твердые сплавы разделяют на вольфрамовые, титановольфрамовые, титанотантало-вольфрамовые.
Вольфрамовые сплавы группы ВК состоят из карбидов вольфрама и кобальта. Применяют сплавы марок ВК3, ВК3М, ВК4, ВК6, ВК60М, ВК8, ВК10М. Буква В означает карбид вольфрама, К – кобальт, цифра – процентное содержание кобальта (остальное – карбид вольфрама). Буква М, приведенная в конце некоторых марок, означает, что сплав мелкозернистый. Такая структура сплава повышает износостойкость инструмента, но снижает сопротивляемость ударам. Применяются вольфрамовые сплавы для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов (резины, пластмассы, фибры, стекла и др.).
Титановольфрамовые сплавы группы ТК состоят из карбидов вольфрама, титана и кобальта. К этой группе относят сплавы марок Т5К10, Т5К12, Т14К8, Т15К6, Т30К4. Буква Т и цифра ней указывают на процентное содержание карбида титана, буква К и цифра за ней – процентное содержание карбида кобальта, остальное в данном сплаве – карбид вольфрама. Применяются эти сплавы для обработки всех видов сталей.
Титанотанталовольфрамовые сплавы группы ТТК состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. К этой группе относят сплавы марок ТТ7К12 и ТТ10КВ-Б, содержащие соответственно 7 и 10% карбидов титана и тантала, 12 и 8% кобальта, остальное – карбид вольфрама. Эти сплавы работают в особо тяжелых условиях обработки, когда применение других инструментальных материалов не эффективно.
Сплавы, имеющие меньшее процентное содержание кобальта, марок ВК3, ВК4 обладают меньшей вязкостью; применяют для обработки со снятием тонкой стружки на чистовых операциях. Сплавы, имеющее большее содержание кобальта марокВК8, Т14К8, Т5К10 обладают большей вязкостью, их применяют для обработки со снятием толстой стружки на черновых операциях.
Мелкозернистые твердые сплавы марок ВК3М, ВК6М, ВК10М и крупнозернистые сплавы марок ВК4 и Т5К12 применяют в условиях пульсирующих нагрузок и при обработке труднообрабатываемых нержавеющих, жаропрочных и титановых сплавов.
Твердые сплавы обладают высокой теплостойкостью. Вольфрамовые и титановольфрамовые твердые сплавы сохраняют твердость при температуре в зоне обработки 800-950°С, что позволяет работать при высоких скоростях резания (до 500м/мин при обработке сталей и 2700м/мин при обработке алюминия).
Для обработки деталей из нержавеющих, жаропрочных и других труднообрабатываемых сталей и сплавов предназначены особо мелкозернистые вольфрамокобальтовые сплавы группы ОМ: ВК60ОМ – для чистовой обработки, а сплавы ВК10-ОМ и ВК15-ОМ – для получистовой и черновой обработки. Дальнейшее развитие и совершенствование сплавов для обработки труднообрабатываемых материалов вызвало появление сплавов марок ВК10-ХОМ и ВК15-ХОМ, в которых карбид тантала заменен карбидом хрома. Легирование сплавов карбидом хрома увеличивает их твердость и прочность при повышенных температурах.
Для повышения прочности пластинок из твердого сплава применяют плакирование их защитными пленками. Широко применяют износостойкие покрытия из карбидов титана нанесенные на поверхность твердосплавных в виде тонкого слоя толщиной 5-10 мм. При этом на поверхности твердосплавных пластин образуется мелкозернистый слой карбида титана, обладающий высокой твердостью, изностостойкостью и химической устойчивостью при высоких температурах. Стойкость твердосплавных пластин с покрытием в среднем в 1,5-3 раза выше стойкости обычных пластин, скорость резания ими может быть увеличена на 25-80%. В тяжелых условиях резания, когда наблюдаются выкрашивание и сколы у обычных пластин, эффективность пластин с покрытием снижается.
Промышленностью освоены экономичные безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбида титана и ниобия, карбонитридов титана на никелемолибденовой связке. Применяют безвольфрамовые твердые сплавы марок ТМ1, ТМ3, ТН-20, ТН-30, КНТ-16. Они обладают высокой окалиностойкостью, превышающей стойкость сплавов на основе карбида титана (Т15К6, Т15К10) более чем в 5-10 раз. При обработке на высоких скоростях резания на поверхности сплава образуется тонкая оксидная пленка, выполняющая роль твердой смазки, что обеспечивает повышение износостойкости и снижение шероховатости обработанной поверхности. Вместе с тем безвольфрамовые твердые сплавы имеют более низкие ударную вязкость и теплопроводимость, а также стойкость к ударным нагрузкам, чем сплавы группы ТК. Это позволяет применять их при чистовой и получистовой обработке конструкционных и низколегированных сталей и цветных металлов.
Из минералокерамических материалов, основной частью которых является оксид алюминия с добавкой относительно редких элементов: вольфрама, титана, тантала и кобальта распространена оксидная (белая) керамика марок ЦМ-332, ВО13 и ВШ-75. Она отличается высокой теплостойкостью (до 1200°С) и износостойкостью, что позволяет обрабатывать металл на высоких скоростях резания (при чистовом обтачивании чугуна – до 3700 м/мин), которые в 2 раза выше, чем для твердых сплавов. В настоящее время для изготовления режущих инструментов применяют режущую (черную) керамику марок В3, ВОК-60, ВОК-63, ВОК-71.
Режущая керамика (кермет) представляет собой оксидно-карбидное соединение из оксидов алюминия и 30-40% карбидов вольфрама и молибдена или молибдена и хрома и тугоплавких связок. Введение в состав минералокерамики металлов или карбидов металлов улучшает ее физико-механические свойства, а также снижает хрупкость. Это позволяет увеличить производительность обработки за счет повышения скорости резания. Получистовая и чистовая обработка деталей из серых, ковких чугунов, труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных металлов сплавов производится со скоростью резания 435-1000 м/мин без смазочно-охлаждающей жидкости. Режущая керамика отличается высоко теплостойкостью.
Оксидно-нитридная керамика состоит из нитридов кремния и тугоплавких материалов с включением оксида алюминия и других компонентов (силинит-Р и кортинит ОНТ-20).
Силинит-Р по прочности не уступает оксидно-карбидной минералокерамике, но обладает большей твердостью (HRA 94-96) и стабильностью свойств при высокой температуре.
Закаленные и цементированные стали (HRC 40-67), высокопрочные чугуны, твердые сплавы типа ВК25 и ВК15, стеклопластики и другие материалы обрабатывают инструментом, режущая часть которого изготовлена из крупных поликристаллов диаметром 3-6 мм и длиной 4-5 мм на основе кубического нитрида бора (эльбор-Р, кубонит-Р, гексанит-Р). По твердости эльбор-Р приближается к алмазу (86000 Мпа), а его теплостойкость в 2 раза выше теплостойкости алмаза. Эльбор-Р химически инертен к материалам на основе железа. Прочность поликристаллов на сжатие достигает 4000-5000 Мпа, на изгиб 700 Мпа, теплостойкость – 1350-1450°С.
К абразивным материалам относят электрокорунд нормальный марок 14А, 15А и 16А, электрокорунд белый марок 23А, 24А и 25А, монокорунд марок 43А, 44А и 45А. Карбид кремния зеленый марок 63С и 64С и черный марок 53С и 54С, карбид бора, эльбор, синтетический алмаз и др.
Из абразивных материалов изготовляют порошки, которые предназначены для обработки резанием в свободном и в связанном состоянии в виде абразивного инструмента (Шлифовальных кругов, брусков, шкурок, лент и др.) и паст.
На машиностроительных предприятиях инструмент, как правило, затачивают централизованно. Вместе с тем иногда необходимо затачивать инструмент вручную.
Для ручной заточки инструмента применяют точильно-шлифовальные станки, например станок модели 3Б633, состоящий из шлифовальной головки и станины. В шлифовальную головку встроен двухскоростной электродвигатель. На выходящих концах вала ротора крепятся шлифовальные круги, которые закрываются кожухами с защитными экранами. Станок оснащается поворотным столиком или подручником для установки резца. В станине размещаются электрошкаф и панель управления.