Tärkeimmät vaatimukset työkalumateriaaleille ovat kovuus, kulutuskestävyys, lämpö jne. Näiden kriteerien noudattaminen mahdollistaa leikkaamisen. Jotta työstettävän tuotteen pintakerrokset tunkeutuisivat, työosan leikkaamiseen tarkoitettujen terien on oltava vahvoja metalliseoksia. Kovuus voi olla luonnollista tai hankittua.
Esimerkiksi tehdasvalmisteiset työkaluteräkset on helppo leikata. Mekaanisen ja lämpökäsittelyn sekä hionnan ja teroituksen jälkeen niiden lujuus ja kovuus kasvavat.
Miten kovuus määritetään?
Ominaisuus voidaan määritellä eri tavoin. Työkaluteräksillä on Rockwell-kovuus, kovuudella on numeromerkintä sekä kirjain HR asteikolla A, B tai C (esim. HRC). Työkalun materiaalin valinta riippuu käsiteltävän metallin tyypistä.
Vakain suorituskyky ja vähän kuluvat teräton lämpökäsitelty, voidaan saavuttaa HRC:llä 63 tai 64. Pienemmillä arvoilla työkalumateriaalien ominaisuudet eivät ole niin korkeat, ja korkealla kovuudella ne alkavat murentua haurauden takia.
Metallit, joiden kovuus on HRC 30-35, työstetään täydellisesti rautatyökaluilla, jotka on lämpökäsitelty HRC-arvolla 63-64. Siten kovuusindikaattoreiden suhde on 1:2.
HRC 45-55 -metallien käsittelyyn tulee käyttää koviin metalliseoksiin perustuvia työkaluja. Niiden indeksi on HRA 87-93. Synteettisiä materiaaleja voidaan käyttää karkaistuissa teräksissä.
Työkalumateriaalien lujuus
Leikkausprosessin aikana työosaan kohdistetaan vähintään 10 kN:n voima. Se aiheuttaa korkean jännitteen, mikä voi johtaa työkalun tuhoutumiseen. Tämän välttämiseksi leikkausmateriaalilla on oltava korkea turvallisuustekijä.
Parhaalla lujuusominaisuuksien yhdistelmällä on työkaluteräkset. Niistä valmistettu työosa kestää täydellisesti raskaita kuormituksia ja voi toimia puristuksessa, vääntössä, taivutuksessa ja venyttämisessä.
Kriittisen kuumennuslämpötilan vaikutus työkalun teriin
Kun lämpöä vapautuu metallien leikkaamisen aikana, niiden terät kuumenevat, suuremmassa määrin - pinnat. Kun lämpötila on kriittisen merkin alapuolella (jokaisella materiaalilla on omat)rakenne ja kovuus eivät muutu. Jos lämmityslämpötila nousee sallittua normia korkeammaksi, kovuustaso laskee. Kriittistä lämpötilaa kutsutaan punaiseksi kovuudeksi.
Mitä termi "punainen kovuus" tarkoittaa?
Punainen kovuus on metallin ominaisuus hehkua tummanpunaisena kuumennettaessa 600 °C:n lämpötilaan. Termi tarkoittaa, että metalli säilyttää kovuutensa ja kulutuskestävyytensä. Sen ytimessä on kyky kestää korkeita lämpötiloja. Eri materiaaleille on raja, 220 - 1800 °C.
Miten leikkaustyökalun suorituskykyä voidaan parantaa?
Leikkuutyökalun työkalumateriaaleille on ominaista lisääntynyt toimivuus, samalla kun ne lisäävät lämpötilankestoa ja parantavat terästä leikkauksen aikana syntyneen lämmön poistumista. Kuumuus nostaa lämpötilaa.
Mitä enemmän lämpöä poistuu terästä syvälle laitteeseen, sitä alhaisempi on sen kosketuspinnan lämpötila. Lämmönjohtavuuden taso riippuu koostumuksesta ja lämmityksestä.
Esimerkiksi alkuaineiden, kuten volframin ja vanadiinin pitoisuus teräksessä laskee sen lämmönjohtavuutta, ja titaanin, koboltin ja molybdeenin sekoitus lisää sen.
Mikä määrittää liukukitkakertoimen?
Liukukitkakerroin riippuu kosketuksissa olevien materiaaliparien koostumuksesta ja fysikaalisista ominaisuuksista sekä pintojen jännitysarvosta, altistunut kitkalle ja liukumiselle. Kerroin vaikuttaa materiaalin kulutuskestävyyteen.
Työkalun vuorovaikutus käsitellyn materiaalin kanssa etenee jatkuvassa liikkuvassa kosketuksessa.
Miten instrumentaalimateriaalit käyttäytyvät tässä tapauksessa? Ne kuluvat yhtä lailla.
Niille on ominaista:
- kyky pyyhkiä metallin, jonka kanssa se joutuu kosketuksiin;
- kyky osoittaa kulutuskestävyyttä eli kestää toisen materiaalin hankausta.
Terä kuluu jatkuvasti. Tämän seurauksena laitteet menettävät ominaisuuksiaan ja myös niiden työpinnan muoto muuttuu.
Kulutuskestävyys voi vaihdella leikkausolosuhteiden mukaan.
Mihin ryhmiin työkaluteräkset jaetaan?
Tärkeimmät instrumentaalimateriaalit voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:
- kermetti (kovametalliseokset);
- kermetit tai mineraalikeramiikka;
- synteettiseen materiaaliin perustuva boorinitridi;
- synteettiset timantit;
- Hiilipohjaiset työkaluteräkset.
Työkalurauta voi olla hiiltä, metalliseosta ja nopeaa.
Hiilipohjaiset työkaluteräkset
Hiilipitoisia materiaaleja alettiin käyttää työkalujen valmistukseen. Niiden leikkausnopeus on hidas.
Miten työkaluteräkset merkitään? Materiaalit on merkitty kirjaimella (esimerkiksi "U" tarkoittaa hiiltä) sekä numerolla (hiilipitoisuuden prosentin kymmenesosien osoittimet). Kirjaimen "A" läsnäolo merkinnän lopussa osoittaa teräksen korkeaa laatua (aineiden, kuten rikin ja fosforin, pitoisuus ei ylitä 0,03 %).
Hiilimateriaalin kovuus on 62-65 HRC ja se kestää alhaisia lämpötiloja.
U9- ja U10A-luokan työkalumateriaaleja käytetään sahojen valmistuksessa, ja U11-, U11A- ja U12-sarjat on suunniteltu käsihanoihin ja muihin työkaluihin.
U10A, U13A sarjan terästen lämmönkestävyystaso on 220 °C, joten on suositeltavaa käyttää tällaisista materiaaleista valmistettuja työkaluja leikkausnopeudella 8-10 m/min.
Seosrauta
Seostettu työkalumateriaali voi olla kromi, kromi-pii, volframi ja kromi-volframi, johon on lisätty mangaania. Tällaiset sarjat on merkitty numeroilla, ja niissä on myös kirjainmerkinnät. Ensimmäinen vasen kuva osoittaa hiilipitoisuuden kertoimen kymmenyksinä, jos alkuaineen pitoisuus on alle 1 %. Oikealla olevat numerot edustavat keskimääräistä seosainepitoisuutta prosentteina.
Työkalun materiaaliluokka X soveltuu hanojen ja meistien valmistukseen. B1-teräs soveltuu pienten porakoneiden, hanojen ja kalvinten valmistukseen.
Seostettujen aineiden lämpötilankesto on 350-400 °C, joten leikkausnopeus on puolitoista kertaa nopeampi kuinhiiliseos.
Mihin korkeaseosteisia teräksiä käytetään?
Porien, upotusten ja hanojen valmistuksessa käytetään erilaisia nopeita leikkaustyökalumateriaaleja. Ne on merkitty sekä kirjaimilla että numeroilla. Materiaalien tärkeitä ainesosia ovat volframi, molybdeeni, kromi ja vanadiini.
HSS on jaettu kahteen luokkaan: normaali ja korkea suorituskyky.
Normaalin suorituskyvyn teräkset
Normaalin suorituskyvyn omaavan raudan luokkaan kuuluvat R18-, R9-, R9F5- ja molybdeeniseokset volframiseokset R6MZ- ja R6M5-sarjoista, joiden kovuus on vähintään HRC 58 620 °C:ssa. Soveltuu hiili- ja niukkaseosteisille teräksille, harmaalle valuraudalle ja ei-rautametalliseoksille.
Suorituskykyiset teräkset
Tämä luokka sisältää luokat R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Ne pystyvät ylläpitämään HRC 64:n lämpötiloissa 630 - 640 °C. Tämä luokka sisältää erittäin kovat työkalumateriaalit. Se on suunniteltu raudalle ja vaikeasti työstettäville metalliseoksille sekä titaanille.
Kovametallit
Tällaisia materiaaleja ovat:
- kermetti;
- mineraalikeramiikka.
Levyn muoto riippuu mekaniikan ominaisuuksista. Nämä työkalut toimivat suurella leikkausnopeudella verrattuna nopeaan materiaaliin.
Metallikeramiikka
Kermettikarbidit ovat:
- volframi;
- volframititaani;
- volframi, jossa on titaania ja tantaalia.
VK-sarja sisältää volframia ja titaania. Näihin komponentteihin perustuvilla työkaluilla on lisääntynyt kulutuskestävyys, mutta niiden iskunkestävyys on alhainen. Tällä perusteella laitteita käytetään valuraudan käsittelyyn.
Volframi-titaani-kobolttiseos soveltuu kaikenlaiseen rautaan.
Volframin, titaanin, tantaalin ja koboltin synteesiä käytetään erikoistapauksissa, kun muut materiaalit ovat tehottomia.
Karbidilaaduille on ominaista korkea lämpötilankesto. Volframista valmistetut materiaalit voivat säilyttää ominaisuutensa HRC 83-90:lla ja volframi titaanilla - HRC 87-92:lla lämpötilassa 800 - 950 °C, mikä mahdollistaa käytön suurilla leikkausnopeuksilla (alkaen 500 m/min). 2700 m/min alumiinin työstyksessä).
Ruostetta ja korkeita lämpötiloja kestävien osien työstöön käytetään OM-hienoraemetalliseossarjan työkaluja. Laatu VK6-OM soveltuu viimeistelyyn, kun taas VK10-OM ja VK15-OM sopivat puoliviimeistelyyn ja rouhintaan.
Vielä tehokkaampia "vaikeiden" osien kanssa työskenneltäessä ovat BK10-XOM- ja BK15-XOM-sarjojen superkovat työkalumateriaalit. Ne korvaavat tantaalikarbidin kromikarbidilla, mikä tekee niistä kestävämpiä jopa korkeissa lämpötiloissa.
Kiinteän levyn lujuustason lisäämiseksi he turvautuvat sen pinnoittamiseen suojakalvolla. Käytetään titaanikarbidia, nitridiä ja karboniittia, jotka levitetään erittäin ohuena kerroksena. Paksuus on 5-10 mikronia. Tämän seurauksena muodostuu kerros hienojakoista titaanikarbidia. Näillä teräillä on kolminkertainen työkalun käyttöikä pinnoittamattomiin teräihin verrattuna, mikä lisää leikkausnopeutta 30 %.
Joissakin tapauksissa käytetään kermettimateriaaleja, jotka saadaan alumiinioksidista lisäämällä volframia, titaania, tantaalia ja kobolttia.
Mineraalikeramiikka
Mineraalikeramiikkaa TsM-332 käytetään leikkaustyökaluissa. Sillä on korkean lämpötilan kestävyys. Kovuusindeksi HRC on 89 - 95 1200 °C:ssa. Materiaalille on ominaista myös kulutuskestävyys, mikä mahdollistaa teräksen, valuraudan ja ei-rautametalliseosten työstön suurilla leikkausnopeuksilla.
Leikkaustyökalujen valmistukseen käytetään myös B-sarjan kermettiä, joka perustuu oksidiin ja kovametalliin. Metallikarbidin sekä molybdeenin ja kromin lisääminen mineraalikeramiikan koostumukseen auttaa optimoimaan kermetin fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia ja eliminoi sen haurautta. Leikkausnopeus kasvaa. Puoliviimeistely ja viimeistely kermettipohjaisella työkalulla soveltuu harmaalle pallografiittivaluraudalle, vaikeasti työstettävälle teräkselle ja useille ei-rautametallille. Prosessi suoritetaan nopeudella 435-1000 m/min. Leikkauskeramiikka kestää lämpötilaa. Sen kovuus on HRC90-95 950-1100 °С.
Karkaistun raudan, kestävän valuraudan sekä lasikuidun käsittelyyn käytetään työkalua, jonka leikkausosa on valmistettu kiinteistä boorinitridiä ja timantteja sisältävistä aineista. Elborin (boorinitridin) kovuusindeksi on suunnilleen sama kuin timantin. Sen lämmönkestävyys on kaksinkertainen jälkimmäiseen verrattuna. Elbor erottuu sen inertistä rautamateriaaleja kohtaan. Sen monikiteiden lujuusraja puristuksessa on 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2) ja taivutuksessa - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2).). Lämpötilankestävyys on jopa 1350-1450 °C.
Myös huomionarvoisia ovat ASB-sarjan synteettiset timanttiballat ja ASPK-sarjan carbonado. Jälkimmäisten kemiallinen aktiivisuus hiiltä sisältäviä materiaaleja kohtaan on suurempi. Siksi sitä käytetään ei-rautametallien, korkean piipitoisuuden omaavien metalliseosten, kovien materiaalien VK10, VK30 sekä ei-metallisten pintojen teroittamiseen.
Karbonaattileikkurien työkalun käyttöikä on 20–50 kertaa kovien metalliseosten käyttöikä.
Mitä metalliseoksia teollisuudessa käytetään?
Instrumentaalista materiaalia julkaistaan kaikkialla maailmassa. Venäjällä, USA:ssa ja Euroopassa käytetyt lajikkeet eivät enimmäkseen sisällä volframia. Ne kuuluvat KNT016- ja TN020-sarjoihin. Näistä malleista on tullut korvaavia tuotemerkkejä T15K6, T14K8 ja VK8. Niitä käytetään rakenteiden terästen, ruostumattoman teräksen ja työkalumateriaalien käsittelyyn.
Uudet vaatimukset työkalumateriaaleille volframipulan jakoboltti. Juuri tämän tekijän avulla Yhdysvalloissa, Euroopan maissa ja Venäjällä kehitetään jatkuvasti vaihtoehtoisia menetelmiä uusien kovien metalliseosten saamiseksi, jotka eivät sisällä volframia.
Esimerkiksi amerikkalaisen Adamas Carbide Co:n valmistamat Titan 50, 60, 80, 100 -sarjan työkalumateriaalit sisältävät kovametallia, titaania ja molybdeeniä. Numeron kasvattaminen osoittaa materiaalin lujuusasteen. Tämän julkaisun työkalumateriaalien ominaisuus viittaa korkeaan lujuuteen. Esimerkiksi Titan100-sarjan vahvuus on 1000 MPa. Hän on keramiikan kilpailija.
