Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Из какого материала делают державки токарных резцов — вопрос не столько о марке металла, сколько о сочетании жёсткости, виброустойчивости и точности посадки режущей пластины. Державку (корпус, хвостовик) резца изготавливают из конструкционных легированных и качественных углеродистых сталей: чаще всего это сталь 40Х, а также стали 45 и 50; для сборного инструмента применяют хромованадиевые и рессорно-пружинные марки, для тонкого точения сверхтвёрдыми пластинами — инструментальные легированные стали.
Ниже разобрано, какие марки закреплены действующими техническими условиями, зачем нужна термообработка (улучшение и закалка с отпуском), как связаны материал, сечение и виброгашение, и какие требования предъявляются к опорным поверхностям под пластину.
Державка — несущая часть резца, которая закрепляется в резцедержателе станка и удерживает режущую часть: напаянную твёрдосплавную пластину, сменную многогранную пластину (СМП) на механическом креплении либо пластину из сверхтвёрдого материала. Через державку замыкается силовой поток от режущей кромки к суппорту, поэтому материал корпуса должен обеспечивать несколько свойств одновременно.
Марку стали для державки выбирают не по «максимальной прочности», а по типу крепления пластины и требуемой твёрдости корпуса — это и закреплено в технических условиях на резцы.
Марки материала державок нормируются не общими справочниками, а стандартами на конкретные типы резцов. Ниже — положения действующих технических условий.
Для токарных, строгальных и расточных резцов с напаянными пластинами материал державки поставлен в зависимость от высоты сечения: державки с высотой до 12 мм включительно изготавливают из стали 40Х (легированная конструкционная), а с высотой свыше 12 мм — из сталей 45 или 50 (углеродистые качественные). Такое разделение связано с тем, что у малых сечений выше требования к прокаливаемости и стойкости к смятию, которые лучше обеспечивает хромистая сталь.
Для резцов со сменными многогранными пластинами технические условия расширяют перечень: державки изготавливают из сталей 40Х, 40ХФА или рессорно-пружинной 50ХФА. Детали механизма крепления пластин (прихваты, клинья, штифты, винты) выполняют из легированных сталей 40Х, 40ХФА, 40ХН2МА, 40ХНМА. Допускается применение сталей других марок, физико-механические свойства которых не ниже указанных.
Для резцов со сменными пластинами из сверхтвёрдых материалов (для тонкого и чистового точения закалённых сталей и чугунов) технические условия задают материал державки как сталь 40Х, а также инструментальные легированные стали ХВГ, 9ХС и ряд специальных марок. Здесь корпус несёт малую по площади, но высоконапряжённую пластину, поэтому к твёрдости державки предъявляются повышенные требования.
Для конкретной операции перечень допустимых марок определяют технические условия на данный тип резца, а не «универсальный» список. Замена марки на равнопрочную возможна, но должна подтверждаться физико-механическими свойствами не ниже нормируемых.
Разница между «хромистой» 40Х и углеродистыми 45/50 объясняет их распределение по типам резцов. Хром повышает прокаливаемость и позволяет получить сорбитную структуру по всему сечению даже у тонких державок; углеродистые стали проще и дешевле, но прокаливаются на меньшую глубину.
Углерод (C) — определяет получаемую твёрдость и прочность после закалки; при доле около 0,4–0,5 % сталь хорошо упрочняется при сохранении вязкости. Хром (Cr) в 40Х повышает прокаливаемость и износостойкость, обеспечивая равномерную структуру в объёме державки. Марганец (Mn) улучшает прокаливаемость и связывает серу, кремний (Si) участвует в раскислении и слегка повышает прочность. В хромованадиевых и рессорно-пружинных марках (40ХФА, 50ХФА) добавка ванадия (V) измельчает зерно и повышает предел упругости, что полезно для нагруженных корпусов сборных резцов.
Сера и фосфор в этих сталях ограничиваются как вредные примеси: они снижают пластичность и ударную вязкость, поэтому нормируются по верхнему пределу.
Сталь 40Х относится к улучшаемым. Улучшение — это закалка с последующим высоким отпуском; в результате формируется структура сорбита отпуска, дающая оптимальное сочетание прочности и вязкости. Для 40Х закалку ведут при температуре порядка 840–860 °C с охлаждением в масле, высокий отпуск — в диапазоне примерно 500–600 °C. Именно улучшение обеспечивает несущему телу державки прочность без хрупкости.
Однако у резцовых державок опорная зона под пластиной и гнездо должны быть жёстче, чем даёт классическое улучшение конструкционной детали. Поэтому технические условия на резцы задают повышенную твёрдость корпуса, достигаемую закалкой с более низким отпуском.
Сталь 40Х склонна к отпускной хрупкости и трудносвариваема, а её прокаливаемость ограничена по сечению. Для крупных сечений это учитывают при назначении режима: сердцевина массивной державки может не прокаливаться насквозь, и её свойства определяются нормализованной структурой.
Важный для практики вывод: жёсткость державки почти не зависит от марки стали. Модуль упругости у всех конструкционных и легированных сталей практически одинаков (около 2·105 МПа, порядка 200–210 ГПа), поэтому упругое отжатие корпуса определяется геометрией сечения и вылетом, а не тем, 40Х это или 45. Марка влияет на прочность, твёрдость и предел упругости, но не на жёсткость.
b
h
I = b·h³/12
L
F
f = F·L³ / (3·E·I)
E
Отсюда практическое правило по вылету, закреплённое в технических условиях на сборные резцы: вылет режущей части из резцедержателя принимают не более 1,2–1,3 высоты державки при наружном точении и не более 2,5 диаметра для державки круглого сечения при растачивании. Превышение вылета быстро снижает жёсткость и провоцирует вибрацию.
Когда сечение и вылет исчерпаны (глубокое растачивание, большой свес), в ход идут конструктивные методы виброгашения, а не смена марки стали корпуса. Для длинных расточных оправок применяют стержни из твёрдого сплава: модуль упругости твёрдого сплава (карбида вольфрама) примерно в 2–3 раза выше, чем у стали (порядка 600 ГПа против 200–210 ГПа), поэтому при равном сечении такой стержень отжимается заметно меньше и допускает больший вылет. Дополнительно используют антивибрационные оправки с настроенным демпфером — инерционной массой на упругом подвесе, поглощающей энергию автоколебаний; массу демпфера нередко выполняют из тяжёлых сплавов на основе вольфрама благодаря их высокой плотности. Стальная державка при этом отвечает за прочность и посадку пластины, а твёрдосплавный сердечник или демпфер — за подавление колебаний.
Ресурс сборного резца во многом определяется точностью гнезда под пластину и состоянием опорных поверхностей державки. Мягкий или деформированный корпус приводит к смятию опоры, перекосу пластины и потере точности, поэтому опорная зона нормируется отдельно.
Для резцов с механическим креплением СМП задаются допуск плоскостности опорной поверхности державки (в сторону вогнутости, порядка 0,05 мм), допуск перпендикулярности боковой опорной поверхности к нижней, а также предельные зазоры между пластиной и контактирующими деталями — для точных классов пластин зазор ограничивают величиной около 0,03 мм. Под вершиной резца зазор между гнездом и опорной пластиной не допускается. Шероховатость опорных поверхностей нормируется в пределах Ra 1,25–2,5 мкм.
У напайных резцов роль «посадки» выполняет паяный шов: глубину паза под пластину назначают в пределах 0,5–0,75 толщины пластины, а прочность и сплошность шва контролируют, поскольку отрыв или разрывы припоя недопустимы под главной режущей кромкой.
Наиболее частые причины преждевременного отказа связаны не с маркой стали, а с нарушением геометрии и режима работы державки:
Из конструкционных сталей: чаще всего из легированной 40Х, а также из углеродистых качественных 45 и 50. Для сборных резцов со сменными пластинами применяют 40ХФА и рессорно-пружинную 50ХФА, для резцов со сверхтвёрдыми пластинами — инструментальные легированные ХВГ и 9ХС. Конкретную марку задают технические условия на тип резца.
40Х — улучшаемая хромистая сталь с хорошей прокаливаемостью и износостойкостью. Она даёт равномерную структуру даже в тонких сечениях и после закалки с отпуском обеспечивает нужную твёрдость корпуса при сохранении вязкости.
Это разные по назначению материалы. Пластина (твёрдый сплав, керамика, сверхтвёрдый материал или быстрорежущая сталь) режет и должна быть очень твёрдой и теплостойкой. Державка — несущий корпус из конструкционной стали, её задачи: жёсткость, прочность, виброустойчивость и точная посадка пластины.
Зависит от типа резца и марки стали. Для державок сборных резцов из 40Х технические условия задают порядка 37–47 HRC, из 40ХФА и 50ХФА — 46–51 HRC. Для резцов со сверхтвёрдыми пластинами твёрдость державки из 40Х составляет 42–52 HRC, из ХВГ и 9ХС — 51–56 HRC.
Практически нет. Жёсткость и склонность к вибрации определяются сечением, вылетом и конструкцией, а не маркой, поскольку модуль упругости у сталей близок. Для тяжёлых условий применяют антивибрационные державки с демпфером или оправки с твёрдосплавным стержнем.
Основной приём — закалка (около 840–860 °C, охлаждение в масле) с последующим отпуском. Высокий отпуск (около 500–600 °C) — это улучшение, дающее вязкую сорбитную структуру; для повышенной твёрдости опорной зоны применяют более низкий отпуск в пределах, установленных техническими условиями.
Технические условия предписывают для державок высотой до 12 мм включительно сталь 40Х, а свыше 12 мм — 45 или 50. У малых сечений выше требования к прокаливаемости и стойкости к смятию, которые лучше обеспечивает хромистая сталь.
Замена допускается, если физико-механические свойства новой марки не ниже нормируемых техническими условиями. Произвольная замена без подтверждения свойств недопустима, особенно для нагруженных сборных корпусов и опорных зон.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.