Podstawowe wymagania dotyczące materiałów narzędziowych- obecność twardości, odporność na ścieranie, ciepło itp. Zgodność z tymi kryteriami umożliwia cięcie. Aby przeprowadzić wprowadzenie do warstw powierzchniowych obrabianego produktu, ostrza do cięcia części roboczej muszą być wykonane z mocnych stopów. Twardość może być naturalna lub nabyta.
Na przykład stal narzędziowa produkowana fabrycznieprodukcja jest łatwa do cięcia. Po obróbce mechanicznej i termicznej oraz szlifowaniu i ostrzeniu zwiększa się ich wytrzymałość i twardość.
Jak określa się twardość?
Cechę można zdefiniować na różne sposoby.Stale narzędziowe mają twardość Rockwella, twardość ma oznaczenie numeryczne, a także literę HR ze skalą A, B lub C (na przykład HRC). Wybór materiału narzędziowego zależy od rodzaju obrabianego metalu.
Najbardziej stabilny poziom funkcjonowania iniskie zużycie ostrzy poddanych obróbce cieplnej można osiągnąć przy HRC 63 lub 64. Przy niższej wartości właściwości materiałów narzędziowych nie są tak wysokie, a przy dużej twardości zaczynają się kruszyć z powodu kruchości.
Metale o twardości HRC 30-35,doskonale obrabiane za pomocą narzędzi żelaznych, które zostały poddane obróbce cieplnej o współczynniku HRC 63-64. Zatem stosunek wskaźników twardości wynosi 1: 2.
Do obróbki metali HRC 45-55,stosować mocowania na bazie twardych stopów. Ich wskaźnik to HRA 87-93. Do obróbki stali hartowanych można używać materiałów na bazie syntetycznej.
Wytrzymałość materiałów narzędziowych
Podczas procesu cięcia na część roboczą ma wpływsiła 10 kN i więcej. Prowokuje wysokie napięcia, które mogą zniszczyć instrument. Aby temu zapobiec, materiały skrawające muszą mieć wysoki współczynnik wytrzymałości.
Najlepsze połączenie cech wytrzymałościowychstale narzędziowe. Wykonana z nich część robocza doskonale wytrzymuje duże obciążenia i może działać pod wpływem ściskania, skręcania, zginania i rozciągania.
Wpływ krytycznej temperatury nagrzewania na ostrza narzędzi
Kiedy powstaje ciepło podczas cięcia metaliich ostrza w większym stopniu ulegają nagrzewaniu - ich powierzchnie. Kiedy temperatura jest poniżej krytycznej wartości (dla każdego materiału ma swój własny), struktura i twardość nie zmieniają się. Jeśli temperatura ogrzewania stanie się wyższa niż dopuszczalna norma, poziom twardości maleje. Temperatura krytyczna nazywana jest odpornością na czerwień.
Co oznacza termin „warownia czerwona”?
Zaczerwienienie jest właściwością metalu, gdypo podgrzaniu do temperatury 600 ° C świeci na ciemnoczerwony kolor. Termin oznacza, że metal zachowuje swoją twardość i odporność na zużycie. U jej podstaw leży odporność na wysokie temperatury. W przypadku różnych materiałów obowiązuje limit od 220 do 1800 ° C.
Jak można zwiększyć wydajność narzędzia skrawającego?
Materiały narzędzi skrawającychWyróżniają się zwiększoną funkcjonalnością przy jednoczesnym zwiększeniu odporności na temperaturę oraz poprawie odprowadzania ciepła powstającego na ostrzu podczas cięcia. Ciepło podnosi temperaturę.
Im więcej ciepła jest odprowadzane z ostrza w głąb urządzenia, tym niższa temperatura na jego powierzchni styku. Poziom przewodności cieplnej zależy od składu i ogrzewania.
Przykładowo zawartość w stali pierwiastków takich jak wolfram i wanad powoduje obniżenie poziomu jej przewodnictwa cieplnego, a domieszka tytanu, kobaltu i molibdenu powoduje jego wzrost.
Od czego zależy współczynnik tarcia ślizgowego?
Ślizgowy współczynnik tarciazależy od składu i właściwości fizycznych stykających się par materiałów, a także od naprężeń na powierzchniach narażonych na tarcie i poślizg. Współczynnik wpływa na odporność materiału na zużycie.
Interakcja narzędzia z obrabianym materiałem przebiega przy stałym, ruchomym kontakcie.
Jak zachowują się w tym przypadku materiały instrumentalne? Ich typy zużywają się jednakowo.
Charakteryzują się:
- możliwość usunięcia metalu, z którym się styka;
- zdolność do wykazywania odporności na zużycie, to znaczy do odporności na ścieranie innego materiału.
Zużycie ostrza występuje stale. W efekcie urządzenia tracą swoje właściwości, zmienia się też kształt ich powierzchni roboczej.
Wskaźnik odporności na zużycie może się zmieniać w zależności od warunków, w jakich odbywa się skrawanie.
Na jakie grupy są podzielone stale narzędziowe?
Główne materiały narzędziowe można podzielić na następujące kategorie:
- cermetale (stopy twarde);
- cermetale lub ceramika mineralna;
- azotek boru na bazie materiału syntetycznego;
- diamenty na bazie syntetycznej;
- stale narzędziowe na bazie węgla.
Żelazko narzędziowe może być węglem, stopem i dużą prędkością.
Do produkcji narzędzi zaczęto stosować substancje węglowe. Ich prędkość cięcia jest niska.
Jak oznaczane są stale narzędziowe?Materiały są oznaczone literą (na przykład „U” oznacza węgiel), a także liczbą (wskaźniki dziesiątych części procenta zawartości węgla). Obecność litery „A” na końcu oznaczenia wskazuje na wysoką jakość stali (zawartość substancji takich jak siarka i fosfor nie przekracza 0,03%).
Materiał węglowy ma twardość 62–65 HRC i niski poziom odporności na temperaturę.
Do produkcji pił stosowane są materiały narzędziowe w gatunkach U9 i U10A, a serie U11, U11A i U12 przeznaczone są do gwintowników ręcznych i innych narzędzi.
Stopień odporności na temperaturę stali serii U10A, U13A wynosi 220 ° C, dlatego zaleca się stosowanie narzędzi wykonanych z takich materiałów przy prędkości skrawania 8-10 m / min.
Żelazo stopowe
Może to być materiał stopowychrom, chrom-krzem, wolfram i chrom-wolfram z domieszką manganu. Takie serie są oznaczone cyframi, a także mają oznaczenia literowe. Pierwsza lewa cyfra wskazuje współczynnik zawartości węgla w dziesiątych częściach, jeśli zawartość pierwiastka jest mniejsza niż 1%. Liczby po prawej stronie przedstawiają średni procent stopu.
Materiał narzędziowy klasy X nadaje się do wykonywania gwintowników i narzynek. Stal B1 ma zastosowanie do produkcji małych wierteł, gwintowników i rozwiertaków.
Poziom odporności na temperaturę w substancjach stopowych wynosi 350-400 ° C, a więc prędkość skrawania jest półtora raza większa niż w przypadku stopu węglowego.
Do czego służą stale wysokostopowe?
Różne materiały narzędziowe szybkofrezy są używane do produkcji wierteł, pogłębiaczy i gwintowników. Oznaczone są literami i cyframi. Ważnymi składnikami materiałów są wolfram, molibden, chrom i wanad.
Stale szybkotnące dzielą się na dwie kategorie: normalne i wysokowydajne.
Do kategorii żelaza o normalnym poziomieproduktywność obejmuje gatunki P18, P9, P9F5 oraz stopy wolframu z domieszką molibdenu, serie P6MZ, P6M5, które zachowują twardość nie mniejszą niż HRC 58 w 620 ° C. Materiał nadaje się do obróbki stali węglowych i niskostopowych, żeliwa szarego i stopów nieżelaznych.
Stal o podwyższonej wydajności
Ta kategoria obejmuje marki R18F2,R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Są w stanie utrzymać HRC 64 w temperaturach od 630 do 640 ° C. Ta kategoria obejmuje supertwarde materiały narzędziowe. Nadaje się do żelaza i trudnych w obróbce stopów, a także tytanu.
Stopy twarde
Takie materiały to:
- metalowo-ceramiczne;
- ceramika mineralna.
Kształt płytek zależy od właściwości mechaniki. Narzędzia te działają z dużą prędkością skrawania w porównaniu z materiałem o dużej szybkości.
Spiekany metal
Twarde stopy z cermetali to:
- wolfram;
- wolfram z zawartością tytanu;
- wolfram z dodatkiem tytanu i tantalu.
Seria VK obejmuje wolfram i tytan.Narzędzia oparte na tych komponentach mają zwiększoną odporność na zużycie, ale poziom odporności na uderzenia jest niski. Urządzenia na tej podstawie służą do obróbki żeliwa.
Stop wolframu, tytanu i kobaltu ma zastosowanie do wszystkich rodzajów żelaza.
Synteza wolframu, tytanu, tantalu i kobaltu jest stosowana w szczególnych przypadkach, gdy inne materiały są nieskuteczne.
Stopy węglikowe charakteryzują się wysokim poziomemodporność na temperaturę. Materiały wolframowe mogą zachować swoje właściwości przy HRC 83-90, a wolfram z tytanem - przy HRC 87-92 w temperaturach od 800 do 950 ° C, co umożliwia pracę z dużą prędkością skrawania (od 500 m / min do 2700 m / min przy obróbce aluminium).
Do obróbki części z oporemna rdzewienie i podwyższone temperatury stosowane są narzędzia z serii OM ze stopów drobnoziarnistych. Gatunek VK6-OM nadaje się do obróbki wykańczającej, a VK10-OM i VK15-OM nadaje się do obróbki półwykańczającej i zgrubnej.
Jeszcze wydajniejszy podczas pracy zSupertwarde materiały narzędziowe serii BK10-XOM i BK15-HOM mają „trudne” szczegóły. Zastępują węglik tantalu węglikiem chromu, dzięki czemu są trwalsze nawet przy wystawieniu na działanie wysokich temperatur.
Aby zwiększyć wytrzymałość wykonanej płytysubstancję stałą, należy pokryć ją folią ochronną. Stosuje się węglik tytanu, azotek i karbonit, które nakłada się bardzo cienką warstwą. Grubość waha się od 5 do 10 mikronów. W rezultacie powstaje warstwa drobnoziarnistego węglika tytanu. Płytki te mają nawet trzykrotnie dłuższą żywotność niż płytki niepowlekane, co zwiększa prędkość skrawania o 30%.
W niektórych przypadkach stosowane są materiały cermetalowe, które są otrzymywane z tlenku glinu z dodatkiem wolframu, tytanu, tantalu i kobaltu.
Ceramika mineralna
Do narzędzi tnących użyj minerałuceramika TsM-332. Charakteryzuje się odpornością na podwyższone temperatury. Indeks twardości HRC waha się od 89 do 95 przy 1200 ° C. Ponadto materiał charakteryzuje się odpornością na ścieranie, co pozwala na obróbkę stali, żeliwa i stopów metali nieżelaznych przy dużych prędkościach skrawania.
Do tworzenia również narzędzi skrawającychużyj cermetalu serii B. Oparty jest na tlenku i węgliku. Wprowadzenie do składu ceramiki mineralnej węglika metalu, a także molibdenu i chromu sprzyja optymalizacji właściwości fizyko-mechanicznych cermetalu i eliminuje jego kruchość. Zwiększa się prędkość skrawania. Półwykańczanie i wykańczanie narzędziem z cermetalu jest stosowane do szarego żeliwa sferoidalnego, trudno skrawalnej stali i wielu metali nieżelaznych. Proces prowadzony jest z prędkością 435-1000 m / min. Ceramika do cięcia jest odporna na temperaturę. Jego twardość na skali wynosi HRC 90-95 przy 950-1100 ° C.
Do obróbki żeliwa hartowanego,Trwałe żeliwo, a także włókno szklane, stosuje się narzędzie, którego część tnąca wykonana jest z substancji stałych zawierających azotek boru i diamenty. Wskaźnik twardości Elbor (azotek boru) jest w przybliżeniu taki sam jak diamentu. Jego odporność na temperaturę jest dwukrotnie większa od tej ostatniej. Elbor wyróżnia się obojętnością na materiały żelazne. Ostateczny poziom wytrzymałości jego polikryształów po ściskaniu wynosi 4-5 GPa (400-500 kgf / mm2), a przy zginaniu - 0,7 GPa (70 kgf / mm2). Odporność na temperaturę do granicy 1350-1450 ° C.
Na uwagę zasługuje również diament na syntetycznymna bazie ballas serii ASB i carbonado serii ASPK. Reaktywność tego ostatniego w stosunku do materiałów zawierających węgiel jest wyższa. Dlatego służy do ostrzenia części wykonanych z metali nieżelaznych, stopów z dużą zawartością krzemu, materiałów twardych VK10, VK30, a także powierzchni niemetalowych.
Wskaźnik odporności frezów karbonadowych jest 20-50 razy wyższy niż poziom odporności twardych stopów.
Jakie stopy są szeroko stosowane w przemyśle?
Instrumenty instrumentalne są produkowane na całym świeciemateriały. Gatunki używane w Rosji, Stanach Zjednoczonych i Europie są w większości wolne od wolframu. Należą do serii KNT016 i TH020. Modele te stały się zamiennikiem marek T15K6, T14K8 i VK8. Stosowane są do obróbki stali konstrukcyjnych, stali nierdzewnej oraz materiałów narzędziowych.
Nowe wymagania dotyczące materiałów narzędziowychz powodu niedoboru wolframu i kobaltu. Właśnie z tym czynnikiem nieustannie rozwijane są alternatywne metody wytwarzania nowych, niezawierających wolframu twardych stopów w USA, krajach europejskich i Rosji.
Na przykład materiały instrumentalneprodukowane przez amerykańską firmę Adamas Carbide Co z serii Titan 50, 60, 80, 100 zawierają węglik, tytan i molibden. Wzrost liczby wskazuje na stopień wytrzymałości materiału. Wydajność materiałów narzędziowych w tym wydaniu oznacza wysoki poziom wytrzymałości. Na przykład seria Titan100 ma wytrzymałość na rozciąganie 1000 MPa. Konkuruje z ceramiką.
