Инструментальные и быстрорежущие стали: применение в режущем и штамповом инструменте
Инструментальная сталь работает в условиях контакта, износа и локальных нагрузок, поэтому её выбирают по механизму отказа инструмента. У сверла режущая кромка нагревается и периодически испытывает меняющуюся нагрузку; у вырубного пуансона важны давление, состояние кромки и сопротивление сколам; у горячего штампа добавляются температурные циклы. Одинаковая твёрдость после обработки не означает одинаковой стойкости в этих задачах.
Резание и штамповка требуют разных компромиссов
| Инструмент | Что определяет выбор | Что нельзя оценить одной твёрдостью |
|---|---|---|
| Сверло, метчик, протяжка | Износ, устойчивость кромки, сохранение свойств при нагреве | Риск скола, переточка и поведение при прерывистом резании |
| Вырубной пуансон и матрица | Абразивный и адгезионный износ, сжатие, вязкость | Влияние зазора, перекоса и толщины листа |
| Холодный формующий инструмент | Контактная нагрузка и качество поверхности | Прилипание материала и устойчивость размеров |
| Горячий штамп | Тепловые циклы и прочность при нагреве | Термические трещины и стойкость в конкретном процессе |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Быстрорежущие стали относятся к инструментальным и востребованы там, где существенна горячая твёрдость режущей части. Но слово «быстрорежущая» не задаёт скорость резания для любого материала. Скорость, подача, геометрия и охлаждение относятся к конкретной операции. Кроме того, быстрорежущие стали могут использоваться в отдельных штамповых задачах, поэтому граница применения не совпадает с названием группы.
В качестве примеров производитель BÖHLER указывает для S600 сверла, метчики, протяжки и специальный режущий инструмент, а также некоторые операции холодной штамповки. Для K110 приведены холодное формование, вырубка и промышленные ножи. Карточки рассматривают несколько характеристик: износостойкость, вязкость, устойчивость кромки или размеров. Эти сведения помогают составить перечень кандидатов, но не заменяют испытание на собственном материале и оборудовании.
Условное сравнение стоимости рабочей кромки
Пусть инструмент А стоит 6000 ₽, допускает четыре переточки по 900 ₽ и после каждой, включая исходное состояние, обеспечивает условно одинаковые 2000 годных деталей. Число рабочих периодов равно пяти. Расходы на инструмент и переточки Cₐ = 6000 + 4 × 900 = 9600 ₽; выпуск Nₐ = 5 × 2000 = 10000 деталей. Удельные расходы составят 0,96 ₽ на годную деталь.
Для инструмента Б примем цену 9000 ₽, две переточки по 1200 ₽ и 3500 годных деталей в каждом из трёх периодов. Тогда Cб = 11400 ₽, Nб = 10500 деталей, а Cб/Nб = 1,086 ₽ на деталь. При этих условных исходных данных вариант А дешевле по выбранной статье затрат. Числа не характеризуют S600, K110 или какую-либо реальную марку и не доказывают преимущество одной стали.
Модель предполагает одинаковую стойкость после всех переточек, отсутствие случайных поломок и выпуск только годных деталей. На практике размер инструмента ограничивает число восстановлений, а покрытие, геометрия и качество заточки могут меняться. Если учитывать простой, настройку, брак и скорость цикла, итог сравнения способен измениться. Именно поэтому полезно записывать стоимость каждого рабочего периода, причины снятия и фактический выпуск, а не сравнивать только покупную цену.
Как подтверждают выбор
В техническом задании фиксируют обрабатываемый материал, характер контакта, температуру, размеры инструмента и критерий окончания службы. Проверяют марку, состояние поставки, доступность изготовления, переточки и контроля. Для тонкой кромки особенно важны сколы, для длительного контакта — износ и налипание. Режимы термообработки определяют по документации конкретного материала и оснащению исполнителя; общего рецепта для всех инструментальных сталей нет.
Источники
- BÖHLER: S600 — Горячая твёрдость и перечень режущих и отдельных штамповых применений.
- BÖHLER: K110 — Холодное формование, вырубка, ножи и несколько показателей работоспособности.