De vigtigste krav til værktøjsmaterialer er hårdhed, modstandsdygtighed over for slid, varme osv. Overholdelse af disse kriterier tillader skæring. For at trænge ind i overfladelagene af det produkt, der behandles, skal knivene til skæring af arbejdsdelen være lavet af stærke legeringer. Hårdhed kan være naturlig eller erhvervet.
For eksempel er fabriksfremstillede værktøjsstål nemme at skære. Efter mekanisk og termisk bearbejdning samt slibning og slibning øges deres styrke- og hårdhedsniveau.
Hvordan bestemmes hårdheden?
Karakteristik kan defineres på forskellige måder. Værktøjsstål har Rockwell hårdhed, hårdhed har en numerisk betegnelse, samt bogstavet HR med en skala på A, B eller C (for eksempel HRC). Valget af værktøjsmateriale afhænger af den type metal, der behandles.
Den mest stabile ydeevne og klinger med lavt slider blevet varmebehandlet, kan opnås med en HRC på 63 eller 64. Ved en lavere værdi er egenskaberne af værktøjsmaterialer ikke så høje, og ved høj hårdhed begynder de at smuldre på grund af skørhed.
Metaler med en hårdhed på HRC 30-35 er perfekt bearbejdet med jernværktøj, der er blevet varmebehandlet med en HRC på 63-64. Forholdet mellem hårdhedsindikatorer er således 1:2.
For at bearbejde metaller med HRC 45-55 skal der bruges værktøj, som er baseret på hårde legeringer. Deres indeks er HRA 87-93. Syntetisk-baserede materialer kan bruges på hærdet stål.
Styrke af værktøjsmaterialer
Under skæreprocessen påføres en kraft på 10 kN eller mere på den arbejdende del. Det fremkalder højspænding, hvilket kan føre til ødelæggelse af værktøjet. For at undgå dette skal skærematerialer have en høj sikkerhedsfaktor.
Den bedste kombination af styrkeegenskaber har værktøjsstål. Arbejdsdelen, der er lavet af dem, modstår perfekt tunge belastninger og kan fungere i kompression, vridning, bøjning og strækning.
Effekt af kritisk opvarmningstemperatur på værktøjsblade
Når der frigives varme ved skæring af metaller, bliver deres klinger i højere grad opvarmet - overflader. Når temperaturen er under det kritiske mærke (for hvert materiale har det sit eget)struktur og hårdhed ændres ikke. Hvis opvarmningstemperaturen bliver højere end den tilladte norm, falder hårdhedsniveauet. Den kritiske temperatur kaldes rød hårdhed.
Hvad betyder udtrykket "rød hårdhed"?
Rød hårdhed er et metals egenskab til at lyse mørkerødt, når det opvarmes til en temperatur på 600 °C. Udtrykket indebærer, at metallet bevarer sin hårdhed og slidstyrke. I sin kerne er det evnen til at modstå høje temperaturer. For forskellige materialer er der en grænse, fra 220 til 1800 °C.
Hvordan kan skæreværktøjets ydeevne øges?
Værktøjsmaterialerne i skæreværktøjet er kendetegnet ved øget funktionalitet, samtidig med at den øger temperaturmodstanden og forbedrer fjernelse af varme, der genereres på klingen under skæring. Varme hæver temperaturen.
Jo mere varme der fjernes fra bladet dybt ind i enheden, jo lavere er temperaturen på dens kontaktflade. Niveauet af termisk ledningsevne afhænger af sammensætningen og opvarmningen.
For eksempel forårsager indholdet af grundstoffer som wolfram og vanadium i stål et fald i dets varmeledningsevne, og en blanding af titanium, kobolt og molybdæn får det til at stige.
Hvad bestemmer glidefriktionskoefficienten?
Glidefriktionskoefficienten afhænger af sammensætningen og fysiske egenskaber af de kontaktende materialer, såvel som af spændingsværdien på overfladerne,udsat for friktion og glidning. Koefficienten påvirker materialets slidstyrke.
Værktøjets interaktion med det materiale, der er blevet behandlet, fortsætter med konstant bevægelig kontakt.
Hvordan opfører instrumentelle materialer sig i dette tilfælde? Slags af dem slides lige meget.
De er kendetegnet ved:
- evnen til at slette det metal, det kommer i kontakt med;
- evne til at udvise modstandsdygtighed over for slid, det vil sige at modstå slid fra et andet materiale.
Slid på knive sker hele tiden. Som et resultat af dette mister enhederne deres egenskaber, og formen på deres arbejdsflade ændrer sig også.
Slidstyrke kan variere afhængigt af skæreforholdene.
Hvilke grupper er værktøjsstål opdelt i?
De vigtigste instrumentale materialer kan opdeles i følgende kategorier:
- cermet (hårde legeringer);
- cermets eller mineralkeramik;
- bornitrid baseret på syntetisk materiale;
- syntetiske diamanter;
- Kulstofbaserede værktøjsstål.
Værktøjsjern kan være kulstof, legeret og højhastigheds.
Kulstofbaserede værktøjsstål
Kulholdige materialer begyndte at blive brugt til at lave værktøj. Deres skærehastighed er langsom.
Hvordan mærkes værktøjsstål? Materialer er betegnet med et bogstav (for eksempel betyder "U" kulstof) såvel som et tal (indikatorer for tiendedele af en procent af kulstofindholdet). Tilstedeværelsen af bogstavet "A" i slutningen af markeringen indikerer stålets høje kvalitet (indholdet af stoffer som svovl og fosfor overstiger ikke 0,03%).
Carbonmateriale har en hårdhed på 62-65 HRC og lav temperaturbestandighed.
U9 og U10A kvaliteter af værktøjsmaterialer bruges til fremstilling af save, og U11, U11A og U12 serierne er designet til håndtag og andet værktøj.
Niveauet af temperaturbestandighed for stål i U10A, U13A-serien er 220 °C, så det anbefales at bruge værktøj lavet af sådanne materialer med en skærehastighed på 8-10 m/min.
legeret jern
Legeret værktøjsmateriale kan være chrom, chrom-silicium, wolfram og chrom-wolfram, med en blanding af mangan. Sådanne serier er angivet med tal, og de har også bogstaver. Den første venstre figur angiver kulstofindholdet i tiendedele, hvis indholdet af grundstoffet er mindre end 1 %. Tallene til højre repræsenterer det gennemsnitlige legeringsindhold i procent.
Værktøjsmaterialet klasse X er velegnet til fremstilling af haner og matricer. B1 stål er velegnet til fremstilling af små bor, haner og oprømmere.
Temperaturmodstandsniveauet for legerede stoffer er 350-400 °C, så skærehastigheden er halvanden gang hurtigere end forkulstoflegering.
Hvad bruges højlegeret stål til?
Forskellige materialer til hurtig skærende værktøj bruges til fremstilling af bor, undersænke og haner. De er mærket med bogstaver såvel som tal. Vigtige bestanddele af materialerne er wolfram, molybdæn, krom og vanadium.
HSS er opdelt i to kategorier: normal og høj ydeevne.
Stål med normal ydeevne
Jernkategorien med norm alt ydeevne inkluderer kvaliteterne R18, R9, R9F5 og wolframlegeringer med en blanding af molybdæn fra R6MZ, R6M5-serien, som bevarer en hårdhed på mindst HRC 58 ved 620 °C. Velegnet til kulstof- og lavlegerede stål, gråt støbejern og ikke-jernholdige legeringer.
Stål med høj ydeevne
Denne kategori inkluderer kvaliteterne R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. De er i stand til at opretholde HRC 64 ved temperaturer fra 630 til 640 °C. Denne kategori omfatter superhårde værktøjsmaterialer. Den er designet til jern og legeringer, der er svære at bearbejde, samt titanium.
Hardmetaller
Sådanne materialer er:
- cermet;
- mineralkeramik.
Pladernes form afhænger af mekanikkens egenskaber. Disse værktøjer arbejder ved høj skærehastighed sammenlignet med højhastighedsmaterialer.
Metalkeramik
Cermet-karbider er:
- wolfram;
- wolfram titanium;
- wolfram med inklusion af titanium og tantal.
VK-serien inkluderer wolfram og titanium. Værktøjer baseret på disse komponenter har øget slidstyrke, men deres slagfasthed er lav. Enheder på dette grundlag bruges til forarbejdning af støbejern.
Tungsten-titanium-cob alt-legering kan anvendes til alle slags jern.
Syntesen af wolfram, titanium, tantal og kobolt bruges i særlige tilfælde, hvor andre materialer er ineffektive.
Carbidkvaliteter er kendetegnet ved et højt niveau af temperaturmodstand. Materialer lavet af wolfram kan bevare deres egenskaber med HRC 83-90 og wolfram med titanium - med HRC 87-92 ved en temperatur på 800 til 950 ° C, hvilket gør det muligt at arbejde ved høje skærehastigheder (fra 500 m/min. til 2700 m/min ved bearbejdning af aluminium).
Til bearbejdning af dele, der er modstandsdygtige over for rust og høje temperaturer, anvendes værktøj fra OM-finkornslegeringsserien. Kvaliteten VK6-OM er velegnet til efterbearbejdning, mens VK10-OM og VK15-OM er velegnet til halv- og skrubbearbejdning.
Endnu mere effektivt, når du arbejder med "svære" dele, er superhårde værktøjsmaterialer fra BK10-XOM- og BK15-XOM-serien. De erstatter tantalcarbid med chromcarbid, hvilket gør dem mere holdbare, selv når de udsættes for høje temperaturer.
For at øge den faste plades styrkeniveau, tyr de til at belægge den med en beskyttende film. Der anvendes titancarbid, nitrid og carbonit, som påføres i et meget tyndt lag. Tykkelsen er fra 5 til 10 mikron. Som et resultat dannes et lag af finkornet titaniumcarbid. Disse skær har tre gange længere værktøjslevetid end ubelagte skær, hvilket øger skærehastigheden med 30%.
I nogle tilfælde anvendes cermetmaterialer, som er fremstillet af aluminiumoxid med tilsætning af wolfram, titanium, tantal og kobolt.
Mineralkeramik
Mineralkeramik TsM-332 bruges til skærende værktøjer. Den har høj temperaturbestandighed. Hårdhedsindekset HRC er fra 89 til 95 ved 1200 °C. Materialet er desuden kendetegnet ved slidstyrke, som tillader bearbejdning af stål, støbejern og ikke-jernholdige legeringer ved høje skærehastigheder.
Til fremstilling af skæreværktøj anvendes også cermet i B-serien, som er baseret på oxid og hårdmetal. Introduktionen af metalcarbid samt molybdæn og krom i sammensætningen af mineralkeramik hjælper med at optimere de fysiske og mekaniske egenskaber af cermet og eliminerer dets skørhed. Skærehastigheden øges. Halvbearbejdning og efterbehandling med et cermetbaseret værktøj er velegnet til gråt duktilt jern, hårdt bearbejdeligt stål og en række ikke-jernholdige metaller. Processen udføres med en hastighed på 435-1000 m/min. Skærekeramik er temperaturbestandig. Dens hårdhed er HRC90-95 ved 950-1100 °С.
Til forarbejdning af hærdet jern, slidstærkt støbejern samt glasfiber anvendes et værktøj, hvis skærende del er lavet af faste stoffer indeholdende bornitrid og diamanter. Hårdhedsindekset for elbor (bornitrid) er omtrent det samme som for diamant. Dens modstandsdygtighed over for temperatur er dobbelt så stor som sidstnævnte. Elbor er kendetegnet ved sin træghed over for jernmaterialer. Styrkegrænsen for dets polykrystaller i kompression er 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), og i bøjning - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2)). Temperaturmodstand er op til 1350-1450 °C.
De syntetisk-baserede diamantballaer fra ASB-serien og carbonado fra ASPK-serien er også bemærkelsesværdige. Sidstnævntes kemiske aktivitet over for kulstofholdige materialer er højere. Derfor bruges den til slibning af dele lavet af ikke-jernholdige metaller, legeringer med et højt siliciumindhold, hårde materialer VK10, VK30 samt ikke-metalliske overflader.
Værktøjslevetiden for carbonadeskærere er 20-50 gange længere end hårde legeringer.
Hvilke legeringer bruges i industrien?
Instrumentelle materialer udgives over hele verden. De typer, der bruges i Rusland, USA og i Europa, indeholder for det meste ikke wolfram. De tilhører serierne KNT016 og TN020. Disse modeller er blevet en erstatning for mærkerne T15K6, T14K8 og VK8. De bruges til forarbejdning af stål til strukturer, rustfrit stål og værktøjsmaterialer.
Nye krav til værktøjsmaterialer på grund af mangel på wolfram ogkobolt. Det er netop med denne faktor, at alternative metoder til at opnå nye hårde legeringer, der ikke indeholder wolfram, konstant udvikles i USA, europæiske lande og Rusland.
For eksempel indeholder Titan 50, 60, 80, 100-seriens værktøjsmaterialer fremstillet af det amerikanske firma Adamas Carbide Co carbid, titanium og molybdæn. Forøgelse af tallet indikerer graden af materialets styrke. Egenskaben ved værktøjsmaterialer i denne udgivelse indebærer et højt niveau af styrke. For eksempel har Titan100-serien en styrke på 1000 MPa. Hun er en konkurrent til keramik.
