Твердосплавные зуборезные инструменты
Мойсеенко О.И. и др.
Машиностроение, 1977 г.
НАЗНАЧЕНИЕ ЗУБОРЕЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ И ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ ДЛЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Твердосплавные зуборезные инструменты предназначены для высокоскоростного нарезания зубьев зубчатых колес из конструкционных и труднообрабатываемых сталей и сплавов, чугуна, цветных металлов и различных неметаллических материалов, обладающих повышенной абразивной способностью, например, таких, как текстолит, полиамидные смолы, капрон и др.
Твердосплавные инструменты используют для обработки зубчатых колес в приборостроении, автомобильном и тракторном машиностроении, станкостроении и других отраслях промышленности. Твердосплавным инструментом обрабатывают зубчатые колеса модулей 0,2—10 мм. Наряду с обработкой зубчатых колес из стали низкой и средней твердости твердосплавные инструменты можно применять и для обработки колес из стали твердостью HRC до 56.
Твердосплавные зуборезные инструменты рационально применять в крупносерийном и массовом производстве зубчатых колес с установившимся технологическим процессом. Применение твердосплавного зуборезного инструмента в мелкосерийном и единичном производстве оправдывается лишь в том случае, если инструмент из инструментальной стали применять вообще нельзя.
Инструментальный материал должен обладать высокими режущими свойствами. Наилучшим материалом, отвечающим указанным требованиям, является металлокерамический твердый сплав различных марок [42]. Твердые сплавы, применяемые для оснащения зуборезного инструмента, работающего при прерывистом резании с циклическими, динамическими и тепловыми нагрузками, кроме того, должны обладать высоким пределом выносливости, не разрушаться под действием напряжений. Область применения твердых сплавов приведена в табл. 1.
Твердый сплав для изготовления зуборезных инструментов
ТВЕРДЫЙ СПЛАВ | ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА | ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ |
ВК3М | Высокая износостойкость, умеренные эксплуатационная прочность, сопротивляемость ударам, вибрациям и выкрашиванию | Чистовая и получистовая обработка зубчатых деталей из серого чугуна, закаленных сталей, твердых чугунов, цветных металлов и их сплавов, пластмасс и т. п. |
ВК6М | Износостойкость выше, чем износостойкость сплава ВК6, при несколько меньших эксплуатационной прочности и сопротивляемости ударам, вибрациям и выкрашиванию | Зубофрезерование мелкомодульными фрезами деталей из углеродистых и легированных сталей, жаропрочных сталей и сплавов, нержавеющих сталей аустенитного класса, специальных твердых чугунов, закаленного чугуна, твердой бронзы, сплавов легких металлов. Шевингование стальных закаленных зубчатых колес твердостью до HRC 40—45, нарезание конических колес с круговыми зубьями |
ВК8
| Высокие эксплуатационные прочность и сопротивляемость ударам, вибрациям и выкрашиванию по сравнению с эксплуатационными свойствами сплава ВК6 при меньших износостойкости и допусти- мой скорости резания | Черновое зубофрезерование дета- лей из чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов, специальных трудно- обрабатываемых жаропрочных ста- лей и сплавов, шевингование закаленных зубчатых колес и зубчатых колес из труднообрабатываемых сталей и сплавов |
ВК10
| Высокая эксплуатационная прочность, хорошая сопротивляемость ударам, вибрациям, выкрашиванию | Черновая и чистовая обработка зубчатых колес из чугуна, цветных металлов и закаленных сталей фрезерованием и шевингованием |
ВК15
| Высокая эксплуатационная прочность и ударная вязкость | Черновая и чистовая обработка зубчатых колес из чугуна при прерывистом ударном резании (в основном при зубодолблении) |
Т30К4
| Наивысшие для титано-вольфрамовых сплавов износостойкость и допустимая скорость резания при пониженных эксплуатационной прочности и сопротивляемости ударам, вибрациям и выкрашиванию | Чистовое зубофрезерование с малыми сечениямисреза деталей из незакаленных и закаленных углеродистых и легированных сталей |
Т15К6 | Высокая износостойкость и допустимая скорость резания при большей эксплуатационной прочности и сопротивляемости ударам, вибрациям и выкрашиванию | Черновое, получистовое и чисто- вое зубофрезерование деталей из углеродистых и легированных сталей |
Т14К8
| Эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам, вибрациям и выкрашиванию выше, чем эксплуатационные свойства сплава Т15К6 при меньшей износостойко- сти и допустимой скорости резания | Черновое и получистовое зубофрезерование деталей из углеродистых и легированных конструкционных сталей, из пластмасс |
Т5К10 | Эксплуатационная прочность и сопротивление ударам, вибрациям и выкрашиванию выше, чем экс- плуатационные свойства сплава Т14К8, при меньшей износостойко- сти и допустимой скорости резания | Черновое фрезерование крупно- модульных зубчатых колес из угле- родистых и легированных сталей |
Т5К12В | Эксплуатационная прочность и сопротивление удару, вибрациям и выкрашиванию выше, чем эксплу- атационные свойства сплава Т5КЮ, при меньшей износостойкости и допустимой скорости резания | Предварительное зубофрезерова- ние и долбление деталей из угле- родистых и легированных сталей |
ТТ7К12
| Эксплуатационная прочность и сопротивляемость удару, вибрациям и выкрашиванию значительно выше, чем эксплуатационные свой- ства сплава Т5КЮ, при меньшей износостойкости и допустимой скорости резания. По сравнению со сплавом Т5К12В имеет несколько большую эксплуатационную прочность | Черновое зубофрезерование и долбление деталей из углеродистых и легированных сталей |
ТТ10К8Б | Высокая эксплуатационная прочность и сопротивление ударам и вибрациям при умеренной износостойкости | Черновое и получистое фрезерование деталей из труднообрабатываемых материалов, включая жаропрочные стали и сплавы |
ТТ20К9 | При тех же свойствах, что и свойства сплава Т14К8, имеет более высокую сопротивляемость ударам, вибрациям и выкрашиванию (сколам), допускает увеличенную подачу при той же скорости резания | Черновое, получистовое зубофрезерование деталей из конструкционных сталей и сплавов цветных металлов |
Физико-механические, а следовательно, и эксплуатационные свойства различных твердых сплавов зависят от химического состава и размеров зерен. Сплавы с меньшим содержанием кобальта имеют большие твердость и теплостойкость, а следовательно, и износостойкость и позволяют использовать высокие скорости резания.
Но уменьшение содержания кобальта повышает хрупкость сплавов и снижает прочность, поэтому различные группы сплавов применяют в зависимости от условий работы инструмента.
С уменьшением размера зерен карбида вольфрама возрастает твердость сплава, а прочность снижается. Так, сплавы ВК6 (размер зерен карбида вольфрама 1—2 мкм) и ВК6М (размер зерен карбида вольфрама до 1 мкм) имеют одинаковый химический состав, но твердость сплава ВК6М HRA90, а твердость сплава ВК6 HRA 88,5; предел прочности при изгибе сплава ВК6 составляет не менее 150 кгс/мм2, а сплава ВК6М 135 кгс/мм2.
Сплавы группы ОМ (особо мелкозернистые) марок ВК6-ОМ, ВК10-ОМ и ВК15-ОМ, у которых размер зерен карбида вольфрама не превышает 0,5 мкм [18], предназначены для обработки деталей из нержавеющих, жаропрочных и других труднообрабатываемых сталей и сплавов.
ВЫБОР МАТЕРИАЛА СБОРНОГО И СОСТАВНОГО ЗУБОРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА
При выборе материала сборного и составного инструмента следует учитывать его назначение и условия нагружения в процессе работы. Кроме того, принятый материал должен обеспечивать определенные технические условия. Особенно необходимо обеспечить заданную твердость.
Для составного инструмента, в котором твердосплавные режущие элементы припаивают к корпусу, материал корпуса должен иметь коэффициент линейного расширения, близкий коэффициенту линейного расширения твердого сплава, и сохранять твердость при напаивании. В качестве материала для корпусов сборных зуборезных инструментов используют легированные конструкционные и инструментальные стали 40Х, 45Х, 40ХНМА или 12ХНЗА, 20Х с применением цементации и последующей закалки. Опорные сухари сборных червячных фрез изготовляют из углеродистых сталей У10А и У12А или легированных инструментальных сталей 6ХС, 9ХС и ХВГ. Клиновые сухари фрез, клинья зуборезных головок и другие зажимные элементы изготовляют из сталей 40Х и 40ХНМА. Различные подкладки под твердосплавные режущие элементы (регулировочные, опорные и др.) необходимо выполнять из высокоуглеродистых сталей У12А или ХВГ с высокой твердостью или даже из твердого сплава.
Материал инструмента и его термическая обработка должны гарантировать надежную работу инструмента, безвибрационное крепление режущих элементов, отсутствие деформаций при старении (в процессе продолжительной эксплуатации) и обеспечивать одинаковый срок службы.