Глава 9.2. Материалы для изготовления режущего инструмента / 9.2.6. Обрабатываемость резанием конструкционных материалов. Выбор инструментальных материалов / 9.2.6.9. Применение сверхтвердых материалов
Основными отличиями СТМ от прочих инструментальных материалов являются:
- самая высокая твердость — в 5—10 раз больше, чем у прочих инструментальных материалов;
- самый высокий модуль упругости;
- самый низкий коэффициент линейного расширения;
- наибольшая теплопроводность;
- минимальные прочностные характеристики.
Эти особенности определяют основные области применения СТМ. Высокая твердость дает возможность выполнения лезвийной обработки очень твердых материалов: твердых сплавов, закаленных быстрорежущих сталей и т. д.
Использование СТМ позволяет исключить операции шлифования, заменив их более производительной лезвийной обработкой (точение, растачивание, фрезерование). Высокий модуль упругости обеспечивает малые отжатия инструмента в процессе резания и, как следствие, высокую точность обработки (до 1 класса) и малую шероховатость поверхности.
Низкие прочностные характеристики СТМ не позволяют проводить обработку с большими подачами и глубинами резания. Так, для СТМ на основе КНБ глубина резания ограничивается 3 мм при резании серого чугуна твердостью 150 НВ и 0,8 мм при обработке закаленной стали твердостью свыше 60 HRC. Большей прочностью обладают композиты с большим индексом (аналогично классификации твердых сплавов по ISO). Для тонкого точения применяют композиты марок 01, 02, для чистовой — 01, 02, 05, для получистовой — 05, 10.
При использовании СТМ на основе алмаза глубины резания составляют до 2,5 мм при обработке пластмасс и до 0,5 мм при обработке твердых материалов. Большей прочностью обладают природные, а не синтетические алмазы.
Применение инструмента из СТМ открывает новые технологические возможности. Так, например, появляется возможность обработки весьма нетехнологичных тонкостенных деталей (например, точение деталей с толщиной стенки 0,2 мм).
Сверхтвердые материалы на основе алмаза и КНБ не взаимозаменяемы, они имеют свои собственные области рационального применения. Материалы на основе алмаза применяют для обработки цветных металлов и сплавов (в частности, твердых сплавов). Их нерационально использовать для обработки сталей и чугунов вследствие диффузии алмаза в сплавы на основе железа при высоких температурах. Инертность к этим материалам КНБ определяет применение этого инструмента для обработки стали и чугуна.
Следует отметить некоторое совпадение областей применения композитов (СТМ на основе КНБ) и режущей керамики — это использование лезвийной обработки вместо шлифования стальных и чугунных деталей.
При обработке закаленных сталей с высокой твердостью (свыше 60 HRC) наиболее рационально применение композитов. Композит 01 имеет большую стойкость, чем режущая керамика во всем диапазоне скоростей резания. Напротив, при чистовой обработке материалов низкой твердости и прочности, например незакаленных сталей, чугунов и т.п., следует использовать керамику, а не СТМ. При этом достигается более высокая производительность — скорость резания более 250...300 м/мин, при > которой композиты всех марок практически неработоспособны.