Вот это резачок!

Недавно в Ленинграде по случаю 50-летия Государственного оптического института (ГОИ) им. С. И. Вавилова была устроена выставка, посвященная достижениям этого научного учреждения. Среди многочисленных экспонатов внимание посетителей привлекал щит, на котором сияла  радуга. Она светилась на стеклянных пластинках. Чуть отойдешь в сторону — зеленый свет сменялся синим или красным. На щите были укреплены дифракционные решетки — стеклянные пластинки с прочерченными на них тысячами тончайших штрихов. Такие пластинки применяются в приборах спектрального анализа вместо оптических линз.

Причина радужного сияния стеклянных пластинок выяснилась, как только одну из них поместили под объектив микроскопа. Глаз увидел любопытную картину: стекло было исчерчено тончайшими параллельными линиями, настолько тесно прилегавшими одна к другой, что промежуток между ними составлял всего лишь 0,5 микрона, а глубина канавки — вдвое меньше. На стеклянной пластинке размером в крышку папиросной коробки нанесено 200 тысяч штрихов. Если сложить все линии в одну, то она вытянется на 60 километров. При освещении такой решетки возникает радужный ореол.

Кто же нарисовал на стекле эту сверхтончайшую и чрезвычайно густую сетку штрихов?

Алмаз. Это он, вставленный в державку, на особоточном станочке нанес штрихи, порождающие чудесную радугу.

То, что алмаз способен работать в качестве резца, известно давным-давно. Еще римский писатель и историк Плиний Старший (23—79 год до нашей эры) оставил нам ценное свидетельство: «Вырезыватели на камнях стараются приобрести тонкие пластинки алмаза и оправляют их в железо. Посредством их весьма легко продалбливается твердейшее вещество».

Отрежьте от буханки ломоть хлеба. Уступая нажиму лезвия, хлеб вынужден расступиться, от него отделяется кусок. Что произошло при этом? Лезвие более твердого, чем хлеб, стального ножа вошло в корку, а потом и в мякиш буханки и разрезало ее. Поскоблите ножом мыло, произойдет то же самое, но в этом случае часть разрезаемого материала превратится в стружку. Казалось бы, все просто, но за этой простотой скрываются весьма сложные процессы. Даже при разрезании хлеба стальной нож в конце концов затупляется: износ, возникающий при резании, превращает острое стальное лезвие в тупую пластинку.

Но что же тогда сказать о резце токаря? Ведь этим инструментом режут не хлеб, а твердую сталь или сплавы, обладающие высокой твердостью и вязкостью. Режущая грань резца, вгрызаясь в обрабатываемый металл, подвергается тяжелым силовым и тепловым испытаниям. Прежде всего, стружка, отделяющаяся от металла при резании, беспощадно изнашивает переднюю грань инструмента. Идет непрерывная борьба твердого резца с менее твердым, но безостановочно истирающим его металлом. В этой борьбе резец постепенно терпит поражение — его режущие свойства снижаются. Но и он не остается в долгу: прежде, чем его режущая грань окончательно затупится, будет обработано определенное количество деталей. И чем «упрямее» резец, чем он тверже и острее, тем большее число изделий он сможет обработать до полного своего затупления.

Одной атакой стружки на режущую грань резца дело не ограничивается. При резании выделяется много тепла. Резец порой до того сильно раскаляется, что в его материале происходят серьезные структурные изменения, ускоряющие износ инструмента.

В этом споре «кто—кого?» решающую роль играет стойкость резца к истиранию, к температурным воздействиям, к ударным нагрузкам. Вот почему для изготовления резцов применяют быстрорежущую сталь, а также различные твердые сплавы. При обработке многих материалов такие резцы вполне пригодны. Но в наше время проявляется все больше и больше твердых и вязких металлов, сплавов, а также стеклокерамических материалов, перед которыми обычные резцы пасуют. Для обработки таких новых материалов наилучшими оказались резцы алмазные.

Техника выработала определенные жесткие требования к физико-механическим свойствам инструментальных материалов. К числу этих требований относятся: микротвердость, упругость (модуль упругости — чрезвычайно важный показатель; он характеризует способность материала деформироваться в зависимости от нагрузки); теплопроводность. Сравним по этим показателям такие инструментальные материалы, как алмаз, твердые сплавы и быстрорежущая сталь.