ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДГОТОВКЕ ИНСТРУМЕНТА
Подготовка режущего инструмента к работе — это комплекс технологических процессов, обеспечивающих оптимальные рабочие параметры инструмента при минимальных трудозатратах. Состав технологических операций и процессов подготовки конкретного типа режущего инструмента к работе определяется его конструкцией и условиями работы. Он включает операции заточки, балансирования, правки, выверки, установки в станок и т.д.
Технологические режимы содержат сведения о составе технических средств (об оборудовании, приспособлениях, контрольно-измерительных инструментах) и режимах выполнения операций. Кроме того, на предприятиях должны быть описания и инструкции по эксплуатации всех технических средств подготовки режущего инструмента.
В понятие «эксплуатация инструмента» входят: обеспечение инструментом рабочих мест (своевременное приобретение, поддержание фондов инструмента, доставка на производственные участки и возврат в инструментально-раздаточную кладовую и др.) и технический надзор за его эксплуатацией. Технический надзор заключается в систематическом контроле качества подготовки режущего инструмента, выявлении и устранении причин чрезмерного износа инструмента, во внедрении экономически выгодной системы смены режущего инструмента. Важным разделом технического надзора является контроль правильности эксплуатации и режимов работы инструмента на рабочих местах.
Режимы работы дереворежущего инструмента должны соответствовать Руководящим техническим материалам и технологическим режимам.
Инструментальные стали. Дереворежущие инструменты работают в условиях совместного механического, химического и абразивного изнашивания. Высокие скорости резания (до 100 м/с), малые углы заточки (20... 60°) резцов, их высокая острота, наличие в древесине влаги, а в древесных материалах — частиц связующего определяют сложную картину износа и комплекс довольно жестких требований к инструментальным материалам. Они должны обладать прочностью, пластичностью, твердостью, теплостойкостью и устойчивостью против коррозии.
Твердость материала является важнейшим показателем его свойств. В дереворежущих инструментах она характеризуется числом твердости по методу Роквелла НRСд. По этому методу в поверхность инструмента на специальном приборе — твердомере ТР — вдавливается алмазный конус, и глубина внедрения отсчитывается по индикатору прибора. Обычно при испытаниях общая нагрузка на конус составляет 1500 Н. Показания отсчитываются по шкале Су поэтому рядом с числом твердости указывается метод измерения НRСэ (ГОСТ 9013-59, ГОСТ 23677-79).
Для изготовления современного станочного дереворежущего» инструмента применяют углеродистые, легированные и быстрорежущие стали и твердые сплавы.
Углеродистые инструментальные стали представляют собой сплав железа с углеродом. Чем выше содержание углерода, тем выше предел прочности стали, ее твердость, но ниже пластичность, способность сопротивляться ударной нагрузке. Для изготовления режущих инструментов применяют высокоуглеродистые высококачественные стали с содержанием углерода от 0,9 до, 1,3 %: У8А, У9А, У10А (ГОСТ 380—71); из них изготавливают инструменты для обработки древесины мягких пород или работающие на малых скоростях резания, например ручные.
Легированные инструментальные стали кроме! железа и углерода содержат специальные легирующие добавки, введение которых позволяет повысить износостойкость и прокаливаемость стали. Большинство станочных инструментов для обработки натуральной древесины изготавливают из этих сталей (9ХФ 9Х5ВФ, Х6ВФ, Р4 по ГОСТ 5950-73).
Быстрорежущие инструментальные стали содержат те же легирующие добавки, но в значительно больших количествах. Основная легирующая добавка — вольфрам (до 10... 25 %) обеспечивающий сохранение твердости и режущей способности инструмента при нагреве до 500...550 °С.
Из быстрорежущих сталей Р6МЗ, Р9, Р18 (ГОСТ 9374—77 целесообразно изготовлять только режущий элемент в виде навар ной пластинки или вставного зуба для инструментов, интенсивно нагревающихся при резании, например при обработке клееных деталей, ДСтП.
Все положительные свойства легированных и быстрорежущих сталей в полной мере могут проявиться лишь при условии их правильной термической обработки. Ее цель — измельчение строения (структуры) металла путем нагрева до определенной температуры с последующим охлаждением.
Твердые сплавы. В деревообработке нашли применение литые и вольфрамокобальтовые металлокерамические твердые сплавы.
Из литых твердых сплавов наиболее распространены стеллиты и сормайты. Стеллиты (В2К, ВЗК) представляют собой сплав на кобальтовой, а сормайты (№ 1, 2) — на железистой основе (табл. 42). Износостойкость литых твердых сплавов в З...4разавыше износостойкости легированных сталей.
Литые твердые сплавы применяют в основном для наплавки зубьев ленточных и рамных пил, а также тонких круглых пил. Эти сплавы можно наплавлять электродугой или газовой сваркой.
Таблица 42 Химический состав литых твердых сплавов, %
Металлокерамические твердые сплавы получают при спекании прессованных порошков карбидов вольфрама (WС). В качестве цементирующей связки служит металлический кобальт (Со). Этот тип твердого сплава обозначают буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта (%). Например, сплав ВК15 содержит 85 % WС и 15 % Со. Если после цифры, обозначающей процент содержания кобальта, стоит буква М, сплав мелкозернистый, если буква В — сплав крупнозернистый.
Инструменты, оснащенные твердым сплавом группы ВК, имеют твердость НRСд 85... 90 и не теряют режущей способности при нагревании до 800...900°С, что обеспечивает повышение периода стойкости в 20... 50 раз даже по сравнению с быстрорежущей сталью. При этом эффективность твердого сплава тем выше, чем труднее материал поддается обработке резанием. Применять в деревообработке титановольфрамокобальтовые, минералокерамические и безвольфрамовые твердые сплавы нецелесообразно ввиду их хрупкости.
При проектировании инструментов, оснащенных твердым сплавом, следует помнить о его высокой хрупкости: во избежание аварийного износа угол заточки β должен быть не меньше 40... 50°. В деревообработке наиболее часто используют следующие марки твердых сплавов: ВК15 для обработки древесины хвойных пород; ВК10 для обработки ДСП и ДВП; ВК8, ВК6М для обработки тверд олиственных пород древесины и ДСтП.