דרישות בסיסיות לחומרי כלי עבודה- נוכחות של קשיות, עמידות בפני בלאי, חום וכו'. עמידה בקריטריונים אלו מאפשרת חיתוך. כדי לבצע את ההקדמה לשכבות פני השטח של המוצר המעובד, הלהבים לחיתוך החלק העובד חייבים להיות עשויים מסגסוגות חזקות. קשיות יכולה להיות טבעית או נרכשת.
לדוגמה, פלדות כלי עבודה מתוצרת המפעלקל לחתוך את הייצור. לאחר עיבוד מכני ותרמי, כמו גם השחזה והשחזה, רמת החוזק והקשיחות שלהם עולה.
כיצד נקבעת קשיות?
ניתן להגדיר את המאפיין בדרכים שונות.לפלדות כלי עבודה יש קשיות Rockwell, לקשיות יש ייעוד מספרי, כמו גם האות HR עם סולם של A, B או C (לדוגמה, HRC). בחירת חומר הכלי תלויה בסוג המתכת המעובדת.
רמת התפקוד היציבה ביותר ובלאי נמוך של להבים שעברו טיפול בחום ניתן להשיג עם HRC של 63 או 64. בערך נמוך יותר, המאפיינים של חומרי הכלים אינם כל כך גבוהים, ובקשיות גבוהה הם מתחילים להתפורר בגלל שבירות.
מתכות עם קשיות HRC 30-35,מעובד בצורה מושלמת עם כלי ברזל שעברו טיפול בחום בשיעור HRC של 63-64. לפיכך, היחס בין אינדיקטורים לקשיות הוא 1: 2.
לעיבוד מתכות עם HRC 45-55,להשתמש במתקנים המבוססים על סגסוגות קשות. האינדיקטור שלהם הוא HRA 87-93. ניתן להשתמש בחומרים על בסיס סינתטי בעת עיבוד פלדות מוקשות.
חוזק חומר הכלי
במהלך תהליך החיתוך, חלק העבודה מושפע מכוח של 10kN ויותר. זה יוצר מתחים גבוהים שיכולים להרוס את המכשיר. כדי למנוע את זה, חומרי החיתוך חייבים להיות בעלי מקדם חוזק גבוה.
השילוב הטוב ביותר של מאפייני חוזק ישפלדות כלי עבודה. חלק העבודה העשוי מהם עומד בצורה מושלמת בעומסים כבדים ויכול לתפקד תחת דחיסה, פיתול, כיפוף ומתח.
השפעה של טמפרטורת חימום קריטית על להבי הכלים
כאשר חום נוצר בעת חיתוך מתכותהלהבים שלהם נתונים לחימום, במידה רבה יותר - המשטחים שלהם. כאשר הטמפרטורה מתחת לסימן הקריטי (לכל חומר יש לו), המבנה והקשיות אינם משתנים. אם טמפרטורת החימום הופכת גבוהה מהנורמה המותרת, אזי רמת הקשיות יורדת. הטמפרטורה הקריטית נקראת יציבות אדומה.
מה פירוש המושג "יציבות אדומה"?
אדמומיות היא תכונה של מתכת כאשרכאשר מחומם לטמפרטורה של 600 מעלות צלזיוס, הוא זורח בצבע אדום כהה. המונח מרמז שהמתכת שומרת על קשיותה ועמידותה בפני שחיקה. בבסיסו, זוהי היכולת לעמוד בטמפרטורות גבוהות. לחומרים שונים יש מגבלה, מ-220 עד 1800 מעלות צלזיוס.
כיצד ניתן להגביר את היעילות של כלי החיתוך?
חומרי כלי חיתוךהם נבדלים על ידי פונקציונליות מוגברת תוך הגברת ההתנגדות לטמפרטורה ושיפור הסרת החום שנוצר על הלהב במהלך החיתוך. חום מגביר את הטמפרטורה.
ככל שמוציאים יותר חום מהלהב לעומק המכשיר, כך הטמפרטורה על משטח המגע שלו יורדת. רמת המוליכות התרמית תלויה בהרכב ובחימום.
למשל, תכולת יסודות כמו טונגסטן ונדיום בפלדה גורמת לירידה ברמת המוליכות התרמית שלה, ותערובת של טיטניום, קובלט ומוליבדן גורמת לעלייתה.
במה תלוי מקדם החיכוך ההחלקה?
מקדם חיכוך הזזהתלוי בהרכב ובמאפיינים הפיזיקליים של זוגות החומרים המתקשרים, כמו גם בערך הלחץ על משטחים הנתונים לחיכוך והחלקה. המקדם משפיע על עמידות הבלאי של החומר.
האינטראקציה של הכלי עם החומר המעובד מתרחשת עם מגע נע מתמיד.
כיצד מתנהגים חומרים אינסטרומנטליים במקרה זה? הטיפוסים שלהם נשחקים באותה מידה.
הם מאופיינים ב:
- היכולת למחוק את המתכת איתה היא באה במגע;
- היכולת להראות עמידות בפני שחיקה, כלומר, להתנגד לשחיקה של חומר אחר.
להבים נשחקים כל הזמן. כתוצאה מכך, המכשירים מאבדים את תכונותיהם, וגם צורת משטח העבודה שלהם משתנה.
מדד ההתנגדות לבלאי יכול להשתנות בהתאם לתנאים שבהם מתבצע החיתוך.
לאילו קבוצות מתחלקים פלדות כלי עבודה?
ניתן לסווג את החומרים האינסטרומנטליים העיקריים לקטגוריות הבאות:
- cermets (סגסוגות קשות);
- cermets, או קרמיקה מינרלית;
- בורון ניטריד על בסיס חומר סינטטי;
- יהלומים על בסיס סינתטי;
- פלדות כלי עבודה על בסיס פחמן.
ברזל כלי יכול להיות פחמן, סגסוגת ומהירות גבוהה.
חומרים פחמיים החלו לשמש לייצור כלים. מהירות החיתוך שלהם נמוכה.
כיצד מסומנים פלדות כלי עבודה?חומרים מסומנים באות (לדוגמה, "U" פירושו פחמן), כמו גם מספר (אינדיקטורים של עשיריות האחוז מתכולת הפחמן). הימצאות האות "A" בסוף הסימון מעידה על איכות הפלדה הגבוהה (תכולת החומרים כגון גופרית וזרחן אינה עולה על 0.03%).
לחומר הפחמני קשיות של 62-65 HRC ורמה נמוכה של עמידות בטמפרטורה.
דרגות של חומרי כלי U9 ו-U10A משמשים לייצור מסורים, וסדרות U11, U11A ו-U12 מיועדות לברזים ידניים ולכלים אחרים.
רמת ההתנגדות לטמפרטורה של פלדות מסדרת U10A, U13A היא 220 מעלות צלזיוס, לכן מומלץ להשתמש בכלים העשויים מחומרים כאלה במהירות חיתוך של 8-10 מ'/דקה.
סגסוגת ברזל
חומר כלי סגסוגת יכול להיותכרום, כרום-סיליקון, טונגסטן וכרום-טונגסטן, עם תערובת של מנגן. סדרות כאלה מסומנות במספרים, ויש להן גם סימון אותיות. הספרה השמאלית הראשונה מציינת את גורם תכולת הפחמן בעשיריות אם תכולת היסודות נמוכה מ-1%. המספרים מימין מייצגים את אחוז הסגסוג הממוצע.
חומר כלי עבודה בדרגה X מתאים לייצור ברזים וקוביות. פלדה B1 ישימה לייצור מקדחות קטנות, ברזים וחורצים.
רמת ההתנגדות לטמפרטורה בחומרים סגסוגים היא 350-400 מעלות צלזיוס, כך שמהירות החיתוך גבוהה פי אחד וחצי מאשר בסגסוגת פחמן.
למה משמשות פלדות סגסוגת גבוהה?
חומרי כלים שונים במהירותחותכים משמשים לייצור מקדחות, שקעים וברזים. הם מסומנים באותיות וגם במספרים. המרכיבים החשובים של החומרים הם טונגסטן, מוליבדן, כרום ונדיום.
פלדות במהירות גבוהה מתחלקות לשתי קטגוריות: רגילות וביצועים גבוהים.
לקטגוריית ברזל עם רמה נורמליתהפרודוקטיביות כוללת דרגות P18, P9, P9F5 וסגסוגות טונגסטן עם תערובת של מוליבדן מסדרת P6MZ, P6M5, השומרות על קשיותן לא נמוכה מ-HRC 58 ב-620 מעלות צלזיוס. החומר מתאים לעיבוד פלדות פחמן וסגסוגת נמוכה, ברזל יצוק אפור וסגסוגות לא ברזליות.
פלדה עם פרודוקטיביות מוגברת
קטגוריה זו כוללת את המותגים R18F2,R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. הם מסוגלים לשמור על HRC של 64 בטמפרטורות שבין 630 ל-640 מעלות צלזיוס. קטגוריה זו כוללת חומרי כלי עבודה סופר קשיחים. הוא מתאים לברזל וסגסוגות שקשה לעבוד איתם וגם לטיטניום.
סגסוגות קשות
חומרים כאלה הם:
- מתכת-קרמיקה;
- קרמיקה מינרלית.
צורת הלוחות תלויה בתכונות המכניקה. כלים אלה פועלים במהירויות חיתוך גבוהות בהשוואה לחומר במהירות גבוהה.
מתכת מרוסנת
סגסוגות קשות מ-cermets הן:
- ווֹלפרָם;
- טונגסטן עם תכולת טיטניום;
- טונגסטן עם הכללת טיטניום וטנטלום.
סדרת VK כוללת טונגסטן וטיטניום.לכלים המבוססים על רכיבים אלו יש עמידות בפני שחיקה מוגברת, אך רמת העמידות בפני פגיעה נמוכה. מכשירים על בסיס זה משמשים לעיבוד ברזל יצוק.
הסגסוגת של טונגסטן, טיטניום וקובלט מתאימה לכל סוגי הברזל.
הסינתזה של טונגסטן, טיטניום, טנטלום וקובלט משמשת במקרים מיוחדים כאשר חומרים אחרים אינם יעילים.
סגסוגות קרביד מאופיינות ברמה גבוהה שלעמידות לטמפרטורה. חומרי טונגסטן יכולים לשמור על תכונותיהם עם HRC של 83-90, וטונגסטן עם טיטניום - עם HRC של 87-92 בטמפרטורות שבין 800 ל-950 מעלות צלזיוס, מה שמאפשר לפעול במהירות חיתוך גבוהה (מ-500 מ' / דקה עד 2700 מ' / דקה בעת עיבוד אלומיניום).
לעיבוד חלקים עם התנגדותלחלודה וטמפרטורות גבוהות, נעשה שימוש בכלים מסדרת OM של סגסוגות עדינות. דרגת VK6-OM מתאימה לגימור, ו-VK10-OM ו-VK15-OM מתאימות לחצי גימור וחספוס.
אפילו יותר יעיל בעבודה עםחלקים "קשים" מחזיקים בחומרי כלים סופר-קשים מסדרות BK10-XOM ו-BK15-XOM. הם מחליפים את טנטלום קרביד בכרום קרביד, מה שהופך אותם לעמידות יותר גם כאשר הם נחשפים לטמפרטורות גבוהות.
כדי להגביר את רמת החוזק של הצלחת עשויהחומר מוצק, פנה לכסות אותו בסרט מגן. משתמשים בטיטניום קרביד, ניטריד וקרבוניט, המיושמים בשכבה דקה מאוד. העובי נע בין 5 ל-10 מיקרון. כתוצאה מכך נוצרת שכבת טיטניום קרביד עדינה. לתוספות אלה יש עד פי שלושה חיי כלי ארוכים יותר מאשר לתוספות לא מצופים, מה שמגדיל את מהירות החיתוך ב-30%.
במקרים מסוימים משתמשים בחומרי cermet, המתקבלים מתחמוצת אלומיניום בתוספת טונגסטן, טיטניום, טנטלום וקובלט.
קרמיקה מינרלית
עבור כלי חיתוך, השתמש במינרלקרמיקה TsM-332. זה מטבעו עמיד לטמפרטורות גבוהות. מדד הקשיות HRC נע בין 89 ל-95 ב-1200 מעלות צלזיוס. כמו כן, החומר מאופיין בעמידות בפני שחיקה, המאפשרת עיבוד פלדה, ברזל יצוק וסגסוגות לא ברזליות במהירויות חיתוך גבוהות.
גם ליצירת כלי חיתוךהשתמש בסרמט מסדרה B. הוא מבוסס על תחמוצת וקרביד. הכנסת קרביד מתכת, כמו גם מוליבדן וכרום להרכב הקרמיקה המינרלית, מסייעת לייעל את התכונות הפיזיקו-מכאניות של הצרמט ומבטלת את שבריריותו. מהירות החיתוך מוגברת. חצי גימור וגימור עם מתקן מבוסס cermet משמש לברזל רקיע אפור, פלדה קשה לחיתוך ומספר מתכות לא ברזליות. התהליך מתבצע במהירות של 435-1000 מ'/דקה. חיתוך קרמיקה עמיד בטמפרטורה. הקשיות שלו בסולם היא HRC 90-95 ב-950-1100 מעלות צלזיוס.
לעיבוד ברזל מוקשה,ברזל יצוק עמיד, כמו גם פיברגלס, נעשה שימוש בכלי שחלקו החיתוך עשוי מחומרים מוצקים המכילים בורון ניטריד ויהלומים. מדד הקשיות של אלבור (בורון ניטריד) זהה בערך לזה של יהלום. התנגדות הטמפרטורה שלו היא פי שניים מזו של האחרון. אלבור בולט באדישות שלו לחומרי ברזל. רמת החוזק האולטימטיבית של הפולי-גבישים שלו בדחיסה היא 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), ובעת כיפוף - 0.7 GPa (70 kgf / mm2). התנגדות הטמפרטורה היא עד הגבול של 1350-1450 מעלות צלזיוס.
ראוי לציין גם את היהלום על הסינטטימבוסס על בלאס מסדרת ASB וקרבונדו מסדרת ASPK. התגובתיות של האחרונים כלפי חומרים המכילים פחמן גבוהה יותר. לכן הוא משמש לחידוד חלקים העשויים ממתכות לא ברזליות, סגסוגות עם תכולת סיליקון גבוהה, חומרים קשים VK10, VK30, כמו גם משטחים לא מתכתיים.
מדד ההתנגדות של חותכי קרבונד גבוה פי 20-50 מרמת ההתנגדות של סגסוגות קשות.
אילו סגסוגות נמצאות בשימוש נרחב בתעשייה?
מוֹעִילחומרים. המינים המשמשים ברוסיה, ארה"ב ואירופה הם לרוב נקיים מטונגסטן. הם שייכים לסדרות KNT016 ו-TH020. דגמים אלו הפכו לתחליף לדרגות T15K6, T14K8 ו-VK8. הם משמשים לעיבוד פלדות מבניות, נירוסטה וחומרי כלי עבודה.
דרישות חדשות לחומרי כלי עבודהעקב מחסור בטונגסטן וקובלט. זה עם גורם זה כי שיטות חלופיות להשגת סגסוגות קשות חדשות ללא טונגסטן מפותחות ללא הרף בארה"ב, מדינות אירופה ורוסיה.
לדוגמה, חומרים אינסטרומנטלייםמיוצר על ידי החברה האמריקאית Adamas Carbide Co מסדרת Titan 50, 60, 80, 100 מכילים קרביד, טיטניום ומוליבדן. עלייה במספר מעידה על מידת החוזק של החומר. הביצועים של חומרי הכלים של מהדורה זו מרמזים על רמה גבוהה של חוזק. לדוגמה, לסדרת Titan100 חוזק מתיחה של 1000 MPa. זה מתחרה לקרמיקה.
