Materiály pro frézy na kov

V tomto článku si rozebereme, z jakého materiálu jsou frézy vyrobeny. A čím se řídit při výběru a nákupu nástroje pro frézku.

Hlavní materiály pro řezačky kovů Používají se rychlořezné oceli a tvrdé slitiny s vysokou řeznou schopností.

Rychlořezné oceli jsou slitiny železa a uhlíku, legované převážně wolframem (až 18 %) a chromem (až 4 %). Po tepelném zpracování tyto oceli získávají vysokou žáruvzdornost (tvrdost za červena) až do 600°, tvrdost HRC 62-65 a odolnost proti opotřebení, což umožňuje zpracování kovů při výrazně vyšších řezných rychlostech ve srovnání s jinými nástrojovými ocelemi.

Pokud se ptáte sami sebe: z jakých materiálů se vyrábějí frézy? Pak byste měli věnovat pozornost GOST. Podle GOST 19265-73 je stanoveno čtrnáct jakostí rychlořezných ocelí, z nichž pro zpracování konstrukčních ocelí se doporučují jakosti P18, P12, P9, P6M6, P5MXNUMX.

Pro materiály se zvýšenou pevností a viskozitou, nerezové a žáruvzdorné oceli a slitiny jsou k dispozici rychlořezné oceli legované vanadem a kobaltem, které mají zvýšené řezné vlastnosti. Patří sem oceli jakosti: P18F2, P14F4, P9F5, P1805F2, P1005F5, P9K5, P6M5K5, P9K10, P9M4K8.

Rychlořezné oceli se označují písmeny a číslicemi. První písmeno P označuje rychlořeznou ocel; další jsou: F – vanad, M – molybden, K – kobalt. Čísla udávají průměrný obsah legujících prvků v procentech: první číslo je wolfram, ostatní – prvek označený písmenem před nimi. Například ocel P18K5F2 obsahuje 18 % wolframu, 5 % kobaltu a 2 % vanadu.

Rychlořezné oceli získávají vysoké řezné vlastnosti po tepelném zpracování – kalení při teplotě 1260-1280° a vysokém dvoj- nebo trojnásobném popouštění s teplotou ohřevu až 560° a dobou trvání jedné hodiny.

Tvrdé slitiny jsou nejběžnějšími nástrojovými materiály pro výrobu fréz, které výrazně převyšují rychlořezné oceli tvrdostí, odolností proti opotřebení, tvrdostí za červeně (až 1000°), ale jsou jim horší v rázové houževnatosti a tepelné vodivosti. Tvrdé slitiny se vyrábějí ve formě desek různých tvarů a velikostí, získaných práškovou metalurgií (lisováním a spékáním). Jejich základem jsou tvrdá zrna karbidů žáruvzdorných kovů – wolframu, titanu, tantanu, vázaná kobaltem.

Materiál řezačky pro zpracování oceli

Pro řezání kovů podle GOST 3882-74 vyrábí průmysl tři skupiny tvrdých slitin:

• Wolfram: VK2, VKZ-M, VK4, VK6-M, VK6-OM, VK6, VK8, VK10-OM.
• Titan-wolfram: T30K4, T15K6, T14K8, T5K10, T5K12.
• Titan-tantal-wolfram: TT7K12, TT1008-B, TT8K6, TT20K9.

Označení jakostí tvrdých slitin používá následující písmena: B – karbid wolframu, K – kobalt, první písmeno T – karbid titanu, druhé písmeno T – karbid tantalu. Čísla udávají přibližný procentuální obsah složky označené písmenem před nimi. U trikarbidových slitin odpovídá první číslo celkovému obsahu karbidů titanu a tantalu. Zbytek slitiny (do 100 %) tvoří karbid wolframu. Písmena na konci označení znamenají: B – hrubozrnnou strukturu, M – jemnozrnnou, OM – extra jemnozrnnou. Například slitina T5K12 obsahuje 5 % karbidu titanu, 12 % kobaltu a 83 % karbidu wolframu.

Při výběru jakostí materiálu frézy pro zpracování oceli se musíte řídit následujícím:

• Wolframové slitiny mají ve srovnání se slitinami titanu a wolframu nižší teplotu svařitelnosti s ocelí, proto se používají hlavně pro zpracování litiny, neželezných kovů a nekovových materiálů. Kromě toho se slitiny značek VK6-OM, VK6-M, VK8, BK10-OM doporučují pro použití při frézování obtížně obrobitelných žáruvzdorných, nerezových a kalených ocelí.
• Slitiny titanu a wolframu a titanu, tantalu a wolframu jsou určeny pro zpracování ocelí.
• Řezné vlastnosti tvrdé slitiny jsou určeny obsahem karbidů, pojiva a strukturou. Vyšší obsah kobaltu (pojiva) a hrubozrnná struktura přispívají ke zvýšení viskozity, snižují tvrdost a odolnost slitiny proti opotřebení. Naopak slitiny s nižším obsahem kobaltu a jemnozrnné mají opačné vlastnosti – nižší viskozitu, vyšší tvrdost a odolnost proti opotřebení. V důsledku toho by pro jemné a dokončovací frézování s malým průřezem třísek a vysokou řeznou rychlostí měly být vybrány slitiny s nižším obsahem kobaltu a jemnozrnné (VK3, VKZ-M, VK6-OM, T30K4).

Hrubovací a polodokončovací obrábění se provádí převážně se slitinami se středním obsahem kobaltu (VK4, VK6, VK6-M, T15K6, T14K8, TT10K8-B).

Pro těžké řezné podmínky při hrubém obrábění vysokopevnostních kovů s velkým přídavkem, odlitků a výkovků s tvrdou krustou se doporučuje používat slitiny s vysokým obsahem kobaltu (VK8, T5K10, T5K12, TT7K12).

V současné době probíhá rozsáhlá práce na zavedení nových supertvrdých nástrojových materiálů pro řezačky kovů, získaných slinováním mikroprášků kubického nitridu boru (sloučeniny boru s dusíkem) za vysokých tlaků a teplot. Takové materiály se vyrábějí s velikostmi polotovarů 4-8 mm pod obecným názvem kompozity, kam patří zejména domácí supertvrdý materiál značky elbor-R. Kompozity se tvrdostí blíží diamantu, jsou přibližně dvakrát tepelně odolnější (až do 1500°), a proto jsou schopny řezat nejen surovou ocel, ale i ocel kalené na vysokou tvrdost.

Materiál řezné části frézy

Rozhodujícím faktorem určujícím řezné podmínky při frézování je materiál řezné části frézy. Frézy z rychlořezné oceli umožňují vyšší řezné rychlosti a vyšší posuvy než frézy vyrobené z uhlíkových a legovaných ocelí, proto mají oproti frézám vyrobeným z uhlíkové oceli výhody.

Uhlíková ocel ztrácí své řezné vlastnosti při teplotě 250 °C a rychlořezná ocel při 600 °C. Pro vysokorychlostní frézování se jako materiál pro břitové destičky široce používají tvrdé slitiny, protože si zachovávají své řezné vlastnosti při teplotách okolo 1000 °C. Vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení nástroje opatřeného tvrdou slitinou, stejně jako jeho schopnost zachovat si řezné vlastnosti při vysokých teplotách, které se vyskytují při vysokorychlostním řezání, poskytují produktivnější zpracování ve srovnání s zpracováním nástrojem vyrobeným z rychlořezné oceli.

Použití fréz s destičkami z tvrdé slitiny umožňuje 2-3krát zvýšit režim frézování ve srovnání s frézami vyrobenými z rychlořezné oceli. Je vhodné používat frézy z tvrdé slitiny téměř ve všech typech frézovacích operací; překážkou jejich racionálního použití může být nedostatečný výkon zařízení nebo specifické vlastnosti materiálu zpracovávaného obrobku.

V řadě případů je však použití uhlíkových a legovaných nástrojových a rychlořezných ocelí jako řezné části frézy racionální, zejména když je třída čistoty obráběného povrchu a přesnost výsledného profilu součásti důležitější než rychlost práce.

Pro frézy malého průměru při tvarovém obrábění (tvarové podřezávací frézy s nebroušeným profilem) a malých modulů (do m=12) při obrábění ozubení lze doporučit uhlíkovou nástrojovou ocel jakosti U1A. Pro všechny tvarové podřezávací frézy, stejně jako pro frézy na obrábění ozubení, lze doporučit legované nástrojové oceli jakosti KhG, 9KhS, KhV9, protože tato ocel si dobře zachovává ostrost břitu při nízkých řezných rychlostech (do 20 m/min) v zóně nízkého posuvu až do 0,05 mm/zub při malé hloubce frézování a ocel XB5 se doporučuje pro frézy, které obrábějí tvrdé materiály nízkými rychlostmi.

Z rychlořezných ocelí jakostí P18 a P9 se nejlepších výsledků dosahuje použitím oceli P18, protože ocel P9 vyžaduje pečlivé tepelné zpracování s úzkým rozsahem teplot ohřevu. Frézy se vyrábějí z oceli P18, ale po dohodě se spotřebitelem GOST povoluje použití oceli P9.

Pro zpracování žáruvzdorných ocelí a ocelí se sníženou obrobitelností se doporučuje používat rychlořezné oceli legované kobaltem (jakosti P9K5 a P9K10) nebo vanadem (jakosti P9F5 a P18F2) dle GOST 9373-60.

Frézy vyrobené z oceli po tepelném zpracování musí mít tvrdost v rozmezí HRC 62-65.

Tvrdé slitiny používané pro řezání kovů jsou definovány v GOST 3882-61.

Pro hrubovací frézování uhlíkových a legovaných konstrukčních ocelí a ocelových odlitků s nerovnoměrným přídavkem a velkým průřezem třísky, s přerušovaným řezáním na krustu, s rázovým zatížením nástroje, se doporučují slitiny jakosti T5K10. Pro polodokončovací a dokončovací frézování uhlíkových a legovaných konstrukčních ocelí a ocelových odlitků s plynulým řezáním a malými přídavky se doporučují slitiny jakosti T15K6, T15K6T a T14K8. Pro dokončovací a jemné frézování ocelí s malým průřezem třísky a vysokými řeznými rychlostmi se doporučuje jakost T30K4.

Pro hrubé frézování nerezových a žáruvzdorných ocelí používejte slitiny jakostí VK6V, VK6M a BK8 a pro lehké práce jakost T5K10. Pro zpracování titanových slitin se doporučují slitiny jakostí VK4, T5K10, T1506 a T14K8. Pro hrubé frézování litiny a neželezných slitin s přerušovaným řezem a s nerovnoměrným přídavkem se doporučují slitiny jakostí VK6B, BK8, BK10. Pro hrubé a jemné frézování litiny, neželezných slitin a nekovových materiálů s nepřetržitým řezem jsou určeny slitiny jakostí BK4V, VK6 a VK8. Pro polodokončování, jemné a jemné frézování litiny, neželezných slitin a nekovových materiálů se doporučují slitiny jakostí VK2 a VKXNUMX.

V Sovětském svazu se používal nekovový řezný materiál – minerální keramika, jejíž řezné vlastnosti nejsou horší než řezné vlastnosti moderních tvrdých slitin. Při zpracování litiny, bronzu a odlitků z lehkých slitin umožňují minerální keramické frézy řezné rychlosti 1,5-2krát větší než při řezání frézami vyrobenými z tvrdých slitin.

Minerální keramika pro řezné nástroje se vyrábí ve formě desek podobných deskám z tvrdých slitin. Minerální keramické desky mají vysokou tvrdost, schopnost udržet si řezné vlastnosti při teplotě okolo 1200 °C, což umožňuje zpracování při vysokých řezných rychlostech. Nevýhodou těchto desek je jejich vysoká křehkost, která omezuje jejich použití v případě hrubovacího obrábění s nerovnoměrným přídavkem a přerušovaným řezáním.

Nejlepší řezné vlastnosti té doby měly minerálně-keramické desky značky CM-332, což umožňovalo jejich použití při frézování litiny a neželezných slitin. Frézy s deskami vyrobenými z CM-332 byly úspěšně používány v řadě závodů.