Резание металлов — одна из самых старых отраслей техники.
Как же шла и идет борьба за скорость резания?
Металл режут металлом. Резец — клин, врезаясь в металл, снимает стружку. Он «вгрызается» в металл, разрывает силы сцепления его частиц и скалывает кусочки с поверхности металла.
Резец может это делать потому, что он тверже обрабатываемого металла. И чем он тверже, тем быстрее можно резать. Но тем больше будет и трение, а следовательно, — нагрев резца.
Уже давно началось соревнование между инструментом и материалом, между металлом, которым обрабатывают, и металлом, который обрабатывают. Резцы должны быть тверже и прочнее.
Быстрорежущей назвали сталь для резцов, в которой есть вольфрам, хром, марганец и другие добавки. И действительно, с такой сталью скорость резания возросла в 6-10 раз, с 5-10 до 50–60 метров в минуту. Резец из простой углеродистой стали «садится», теряет твердость при 200–250°. Быстрорез — лишь при 550–600°. Его стойкость в два с лишним раза больше. Быстрорежущая сталь «самозакаливается», становится прочнее в работе.
Электросварка.
Сталь-быстрорез появилась в технике в начале этого века. С тех пор и до сегодняшнего дня служит она человеку. И не один быстрорез, а целое семейство быстрорезов обрабатывает металл.
Вольфрам, которого много в быстрорежущей стали, дорог. Так же, как в дорогих высоколегированных марках стали стремятся ввести более дешевые присадки, так находят заменители и быстрорезу.
Но легированные стали становились прочнее и тверже. Росли скорости резания. Тогда и появились твердые сплавы, которые дала металлокерамика, порошковая металлургия. Они не теряют своей твердости до 900°. Недаром их и назвали твердыми.
Твердые сплавы — новый вклад в борьбу за скорость резания. С ними стало возможным довести ее до 100–150 метров в минуту, а советские токари-скоростники далеко превзошли и эту цифру.
Советский твердый сплав «победит» был победой советской техники. Наши металлурги на этом не остановились, создав отличные твердые сплавы, превосходящие лучшие иностранные образцы.
В последнее время появились еще более твердые и стойкие материалы для резцов.
Как и легированная сталь, твердые сплавы содержат дорогие дефицитные металлы — вольфрам, кобальт, титан. Как и для легированной стали, им находят заменители.
Оказалось, что резец можно сделать и не из металлов.
Такие резцы впервые были созданы в нашей стране.
Новые — керамические — резцы, приготовленные из минерального сырья, значительно дешевле твердосплавных, а режут металл лучше, чем быстрорежущая сталь, и не хуже, чем твердые сплавы. Они сохраняют твердость до температуры свыше 1200°.
«Таким резцом я обтачивал детали из чугуна, — рассказывает токарь-скоростник лауреат Сталинской премии Павел Быков. — Результат превзошел самые смелые ожидания. При резце из твердого сплава скорость резания чугуна в 200–250 метров в минуту считается выдающейся. А работая керамическим резцом, я поднял скорость резания до 1 845 метров в минуту! По нормам мне на обработку четырнадцати деталей полагалось 8 часов 10 минут — целый рабочий день. Я же закончил всю эту работу за полчаса».
Павел Быков, применяя керамику, достиг скорости резания в 3 200 метров в минуту. Вот какие возможности открывают новые керамические резцы! Дешевым, твердым, стойким керамическим резцам, очевидно, принадлежит будущее в металлообработке. Наши ученые продолжают работать над совершенствованием керамических материалов, и есть уже сведения о том, что созданы новые, сверхтвердые тугоплавкие резцы из керамики, соперничающие по твердости с алмазом — самым твердым веществом на Земле.
Электродолбежка.
Техническая мысль уже давно работала над тем, чтобы повысить скорость резания.
Облегчить работу резца. Сделать металл с поверхности более мягким, а для этого его нагреть.
Нагретый металл легче поддается обработке, так рассуждали некоторые исследователи.
Они нагревали металл и резали — его. Они призвали на помощь токи высокой частоты — те самые, которые нагревают металл лишь с поверхности, не трогая сердцевины.
Нагретый слой снимали резцом.
И действительно нагрев ломал упрямство металла. Резец входил в него, как в масло. Почти втрое меньше требовалось усилий, чтобы снимать стружку.
Все было бы хорошо, если бы не приходилось металл нагревать.
Не очень-то просто обращаться с горячей деталью. И нагрев для нее может даром не пройти. Того и гляди, что перешагнешь за опасную температуру — и все кончено. Тепло ведь, как мы знаем, перестраивает структуру металла. Наконец сам резец режет не холодный, а горячий металл, и от этого ему лучше не становится. Он быстрее нагреется и «сядет».