Инструментальные материалы

 

 

Министерство  науки и высшего образования Российской Федерации 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Оренбургский государственный университет» 

 
 

С.И. Богодухов, Е.С. Козик, Е В. Свиденко 

 
 

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ 

МАТЕРИАЛЫ 

 
 

Учебно-методическое пособие 

 
 
 
 
Рекомендовано ученым советом федерального государственного бюджетного 
образовательного 
учреждения 
высшего 
образования 
«Оренбургский 

государственный  университет» для обучающихся по образовательным 
программам высшего образования по направлениям подготовки 15.03.01 
Машиностроение, 22.03.01 Материаловедение и технологии материалов  
 
 
 
 
 

 

 

Оренбург 

2020 

УДК 621:620.22(075.8) 
ББК 34.43я73 
 Б74 

Рецензент  – доктор технических наук, профессор А. Н. Поляков 

Богодухов, С.И. 
Б74 Инструментальные материалы: учебно-методическое 
пособие / С.И. Богодухов, Е.С. Козик, Е.В. Свиденко; 
Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2020. – 171 с. 
ISBN 978-5-7410-2536-9

    В учебно-методическом пособии содержится  9 лабораторных работ. В лабораторных работах даны краткие сведения о резании и металлорежущем инструменте, приведены инструментальные углеродистые и низколегированные стали, штамповые стали, их характеристика, режимы термической обработки, приведены марки, состав, свойства и режимы термической обработки быстрорежущей стали, рассмотрена технология производства твердых сплавов, состав, свойства и применение, рассмотрены вопросы повышения стойкости металлорежущего инструмента,  приведены 
основные свойства абразивных материалов, состав и свойства, рассмотрены вопросы изготовления и применения  сверхтвердых материалов. 
Учебно-методическое пособие рекомендовано для самостоятельной 
работы  обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлению подготовки 15.03.01 Машиностроение, по профилю 
«Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановление деталей машин и аппаратов» и 22.03.01 Материаловедение и технологии материалов, общий профиль. 

  УДК 621:620.22(075.8) 
    ББК 34.43я73 

ISBN 978-5-7410-2536-9 

©  Богодухов С.И., 

 Козик Е.С., 
 Свиденко E.В., 2020 

 © ОГУ, 2020 

Содержание 

 

Введение .................................................................................................. 5 
1 Работа № 1. Виды режущего инструмента и .................................... 7 
основные понятия о резании ................................................................. 7 
2 Работа № 2. Технологический процесс изготовления 
металлорежущего инструмента на примере резца ............................ 19 
Приложение А (реком.) Резец токарный проходной ........................ 32 
Приложение Б (реком.) Резец токарный проходной со сменной 
пластинкой ............................................................................................ 33 
3 Работа №  3. Углеродистые и легированные .................................. 34 
инструментальные стали ..................................................................... 34 
Приложение С (справ.)Теплостойкость инструментальных сталей 42 
Приложение Д (справ.)Термическая обработка инструментальных 
сталей ..................................................................................................... 43 
4   Работа №  4. Штамповые стали ...................................................... 44 
Приложение Е (реком.) Индивидуальные задания ........................... 57 
Приложение Ж (реком.) Индивидуальные задания .......................... 60 
5 Работа № 5. Термическая обработка ............................................... 60 
инструментальной быстрорежущей стали ......................................... 60 
Приложение З (реком.)Обозначение быстрорежущих сталей ......... 79 
6  Работа № 6, Твердосплавный инструмент ..................................... 82 
Приложение И (реком.) Индивидуальные задания ........................... 98 
Приложение К (реком.) Основные марки твердых сплавов .......... 100 
Приложение Л (справ.) Марки сталей для корпусов 
твердосплавного инструмента .......................................................... 102 
Приложение М (справ.)Применяемые припои при пайке .............. 103 
Приложение Н (справ.)Марки сталей для корпусов твердосплавного 
инструмента ........................................................................................ 104 
7  Работа №  7. Методы повышения стойкости инструмента ........ 105 
8  Работа №  8. Обработка заготовок на шлифовальных станках . 128 
Приложение О (справ.)Рекомендации по выбору режимов плоского 
шлифования (периферией круга) заготовок  из закалённой стали 148 
Приложение П (справ.) Маркировка кругов .................................... 149 
Приложение Р (справ.) Маркировка абразивных кругов ............... 150 

Приложение С (справ.) Круги алмазные полировальные чашечные
 .............................................................................................................. 151 
9  Работа № 9. Сверхтвердые материалы ......................................... 152 
Список использованных источников ............................................... 170 
 
 

Введение 

 

Учебно-методическое пособие по курсу «Инструментальные 

материалы» предназначено для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлению подготовки 15.03.01 
Машиностроение, по профилю «Оборудование и технология 
повышения износостойкости и восстановление деталей машин и 
аппаратов» и 22.03.01 Материаловедение и технологии материалов, 
общий профиль.  

Пособие содержит 9 лабораторных работ. В лабораторной 

работе № 1 и № 2 даны краткие сведения о резании   и 
металлорежущем инструменте. В третьей лабораторной работе 
приведены инструментальные углеродистые и низколегированные 
стали. Применение этих сталей, как правило, связано с работой на 
малых 
скоростях 
резания 
и 
изготовления 
инструмента, 

работающего по дереву. Штамповые стали, их характеристика, 
режимы термической обработки. В лабораторной работе № 5 
«Термическая обработка инструментальной быстрорежущей стали» 
приведены марки, состав, свойства и режимы термической 
обработки. В лабораторной работе № 6 «Твердосплавный 
инструмент» 
рассмотрена 
технология 
производства 
твердых 

сплавов, состав, свойства и применение. 

В 7 работе рассмотрены вопросы повышения стойкости 

металлорежущего инструмента, начиная с объемной термической 
обработки, заканчивая лазерной термической обработкой. В 
лабораторной работе № 8 «Абразивный инструмент»  приведены 
основные свойства абразивных материалов, состав и свойства. В 
лабораторной работе № 9 «Сверхтвердые материалы» рассмотрены 
вопросы изготовления и применения  сверхтвердых материалов. 

Авторы 
пособия 
не 
претендуют 
на 
всеобъемлющее 

представление 
всех 
видов 
новейших 
тенденций 
создания 

металлообрабатывающего инструмента в мире. Лабораторные 
работы будут дополнены рабочими моментами по получению и 
упрочнению, 
термической и химико-термической обработке, 

инструментальных материалов, которые помогут понять этапы 

становления и развития, функции, структуру, задачи и методы 
освоения по разделу «Инструментальные материалы». 

1 Работа № 1. Виды режущего инструмента и 

 основные понятия о резании 

 

 

1.1 Цель работы 
 
 
1.1 Ознакомиться с основными видами инструмента. 
1.2 Приобрести понятия о процессах резания. 
1.3  Изучить элементы режимов резания при точении. 
 
 
1.2 Основные виды инструмента 
 
 
На рисунке 1.1 представлен виды инструмента из инструмен
тальных материалов, а также абразивный инструмент. На рисунке 
2.2 основные способы обработки металлов резанием. 

 

 

                          а)                                                б) 
а – 1 – резец; 2 – сверло; 3 – зенкер; 4 – торцевая насадная 

фреза; 5 – машинная развёртка с твердосплавными пластинками; 6 – 
плашка; 7 – винторезная головка с круглыми гребёнками; 8 – червячная фреза; 9 – шлицевая протяжка; 10 – резцовая головка для обработки конических колёс; 11 – метчик; 12 – зуборезный круг; б –  
абразивные круги. 

 
Рисунок 1.1 – Станочный металлорежущий инструмент 

a    
)    
б    
)    
в    
)    

г    
)    
д    
)    
е    
)    

з    
)    
ж    
)    

D    
r    

D    
s    
п    
р    

D    
s    
n    

D    
r    

D    
r    
D    
r    

D    
s    
х    
х    

D    
r    
р     

D    
s    
п    
р    
D    
s    
n    

D    
s    
n    

D    
r    

D    
r    

D    
s    
п    
р    

D    
s    
в    

D    
s    
х    
х    
D    
r    
р    

D    
s    
п    
р    

D    
s    
к    
р    

D    
s    
п    
р    

Р    

 

а – точение; б – фрезерование; в – сверление; г – строгание; д 

- долбление; е – круглое шлифование; ж – плоское шлифование; з – 

протягивание. 

Рисунок 1.2 – Основные способы обработки резанием 

 
 

Точность, достигаемая при изготовлении деталей машин резанием, 
существенно зависит от используемого метода, режущего инструмента, оборудования и многих других конкретных условий (таблица 1.1). Квалитеты точности и шероховатость следует рассматривать как ориентировочные. 
 
 
 

Таблица 1.1 – Средние экономические точность и шероховатость 
при различных методах обработки 

Метод обработки
Квалитет
Шероховатость поверхности, мкм

Точение, растачивание, строгание: 

черновое
чистовое
тонкое

Нарезание резьбы:

метчиками и плашками
резцом и гребенкой
фрезой

Накатывание роликами
Шлифование
Фрезерование:

черновое
чистовое

Сверление без кондуктора:

> 15
< 15

Сверление по кондуктору
Зенкерование:

черновое
чистовое

Развертывание

однократное
двукратное

Протягивание

обычное
точное

Шлифование:

предварительное
чистовое
прецизионное

Притирка, доводка, алмазная обработка
Хонингование:

предварительное
прецизионное

Суперфиниширование

13-12
10-8
7-6

8-6
8-6
8
8-7
6-4

11
10-8

13-12

12

11-10

11-10
11-10

9-8
7-6

8-7
7-6

9-8
8-6
6-5
6-5

7-6
6-5

50-12,5
12,5-2,5
1,25-0,32

6,3-3,2
6,3-1,25
6,3-1,6

1,25-0,63
1,25-0,32

12,5-6,3
2,5-0,63

25-12,5
12,5-6,3
6,3-3,2

6,3-3,2
6,3-2,5

2,5-1,25
1,25-0,63

2,5-1,25
1,25-0,63

2,5-1,25
1,25-0,32
0,32-0,16

0,16

0,16-0,04
0,08-0,02
0,16-0,02

 
Режущая часть любого инструмента имеет форму клина, зато
ченного под определенным углом. Рассмотрим геометрические параметры режущих частей инструмента на примере резца. 

Резец (рисунок 1.3) состоит из рабочей части А и крепежной 

части Б, закрепляемой в резцедержателе. Режущая часть образуется 
при специальной заточке резца и имеет следующие элементы: переднюю поверхность лезвия 1, по которой сходит стружка; заднюю 
поверхность лезвия 2, обращенную к поверхности резания заготовки; вспомогательную заднюю поверхность 5, обращенную к обработанной поверхности заготовки; режущую кромку резца.  

Взаимное расположение указанных поверхностей и кромок в 

пространстве определяется угламиα,β,γ,δ.ε, φ, φ1совокупность которых создает геометрическую форму резца (см. работу № 2).  

Для определения углов резца исходными служат плоскости 

резания и основная плоскость. Первой из них является плоскость, 
касательная к поверхности резания и проходящая через главную 
режущую кромку резца, второй – плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач. 

Подавляющее число деталей машин приобретают форму и 

размеры только после механической обработки – обработки металлов резанием, которая подразделяется на лезвийную (точение, строгание, фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание и др.) и алмазно-абразивную (шлифование, хонингование, полирование, суперфиниш и др.). 

 

В    
А    

6    5    
4    
3    
2    
1    
 

 

1 – передняя поверхность лезвия, 2 – задняя поверхность лез
вия, 3 – главная режущая кромка, 4 – вершина резца, 5 – вспомогательная задняя поверхность, 6 – вспомогательная режущая кромка, 

А – передняя поверхность, В – стержень. 

Рисунок 1.3 – Резец и его элементы 

 
Инструмент затачивают по передней и задним поверхностям. 

Режущая кромка выполняет основную работу – резание. 

Точение – операция обработки наружных и внутренних ци
линдрических, конических, сферических и фасонных поверхностей, 
а также их плоских торцовых поверхностей резанием при помощи 
резцов на станках токарной группы. При точении (рисунок 1.2 а) заготовки сообщается вращательное движение (главное движение), а 
режущему инструменту (резцу) – медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движении 
подачи). 

1.3 Понятия о процессе резания 
 
 
Под резанием понимается механическая обработка, заключа
ющаяся в образовании новых поверхностей отделением поверхностных слоев материала с образованием стружки. 

В процессе снятия стружки и формирования поверхностного 

слоя обрабатываемого изделия самыми различными инструментами 
наблюдается общие закономерности, имеющие принципиальное 
значение и определяющиеся эффективностью обработки, качеством 
обработанной поверхности и точностью размеров изделия, стойкостью режущего инструмента, производительностью и себестоимостью обработки. 

Сущность процесса резания является разрушение (нарушение 

сплошности) обрабатываемого материала под действием инструментов и приложенных внешних сил. Но это разрушение должно 
быть управляемым. Разрушение – это разрыв сил взаимодействия 
атомов, связей кристаллической решетки. С позиции механики деформируемых тел разрушению предшествует упругая пластическая 
деформация материала в процессе внедрения в него инструментов. 

Процесс резания (стружкообразование) сопровождается упру
гими и пластическими деформациями, упрочнением, большим трением, тепловыделением, наростообразованием, завиванием и усадкой стружки и износом режущего инструмента. Профиль (микрогеометрия) обработанной поверхности представляет собой след режущих кромок инструмента. 

На вид образующейся стружки влияют физико-механические 

свойства обрабатываемого металла, режимы резания, геометрия инструмента, смазывающе-охлаждающие жидкости и.т.д. 

Стружка разделяется на сливную, скалывания и надлома (ри
сунок 1.4). Сливная стружка получается при обработке вязких и 
пластичных материалов при определенных режимах резания. 
Наружная прирезцовая сторона сливной стружки гладкая, блестящая, внутренняя – матовая, с множеством мелких зазубрин (следов 
сдвига) (рисунок 1.4 а). 

Стружка скалывания получается при обработке материалов 

средней твердости и твердых металлов при определенных режимах