Glavne zahteve za materiale orodja so trdota, odpornost proti obrabi, vročini itd. Skladnost s temi merili omogoča rezanje. Da bi prodrli v površinske plasti izdelka, ki se obdeluje, morajo biti rezila za rezanje delovnega dela izdelana iz močnih zlitin. Trdota je lahko naravna ali pridobljena.
Na primer, tovarniško izdelana orodna jekla je enostavno rezati. Po mehanski in termični obdelavi ter brušenju in ostrenju se njihova raven trdnosti in trdote poveča.
Kako se določi trdota?
Značilnost je mogoče definirati na različne načine. Orodna jekla imajo trdoto po Rockwellu, trdota ima številčno oznako, pa tudi črko HR z lestvico A, B ali C (na primer HRC). Izbira materiala orodja je odvisna od vrste kovine, ki se obdeluje.
Najbolj stabilna rezila z nizko obraboso bili toplotno obdelani, je mogoče doseči s HRC 63 ali 64. Pri nižji vrednosti lastnosti orodnih materialov niso tako visoke, pri visoki trdoti pa se zaradi krhkosti začnejo drobiti.
Kovine s trdoto HRC 30-35 so odlično obdelane z železnimi orodji, ki so bili toplotno obdelani s HRC 63-64. Tako je razmerje kazalnikov trdote 1:2.
Za obdelavo kovin s HRC 45-55 je potrebno uporabiti orodja, ki so na osnovi trdih zlitin. Njihov indeks je HRA 87-93. Materiali na sintetični osnovi se lahko uporabljajo na kaljenih jeklih.
Trdnost orodnih materialov
Med postopkom rezanja na delovni del deluje sila 10 kN ali več. Izzove visoko napetost, kar lahko privede do uničenja orodja. Da bi se temu izognili, morajo rezalni materiali imeti visok varnostni faktor.
Najboljšo kombinacijo lastnosti trdnosti imajo orodna jekla. Delovni del, izdelan iz njih, odlično prenese velike obremenitve in lahko deluje pri stiskanju, torziji, upogibanju in raztezanju.
Učinek kritične temperature segrevanja na rezila orodja
Ko se pri rezanju kovin sprosti toplota, so njihova rezila podvržena segrevanju, v večji meri - površin. Ko je temperatura pod kritično oznako (za vsak material ima svojo)struktura in trdota se ne spremenita. Če temperatura ogrevanja postane višja od dovoljene norme, se raven trdote zmanjša. Kritična temperatura se imenuje rdeča trdota.
Kaj pomeni izraz "rdeča trdota"?
Rdeča trdota je lastnost kovine, da ob segrevanju na temperaturo 600 °C sveti temno rdeče. Izraz pomeni, da kovina ohrani svojo trdoto in odpornost proti obrabi. V svojem bistvu je sposobnost, da prenese visoke temperature. Za različne materiale obstaja omejitev, od 220 do 1800 ° C.
Kako je mogoče povečati zmogljivost rezalnega orodja?
Za orodne materiale rezalnega orodja je značilna povečana funkcionalnost, hkrati pa povečana temperaturna odpornost in izboljšano odvajanje toplote, ki nastane na rezilu med rezanjem. Toplota dvigne temperaturo.
Več toplote se odstrani iz rezila globoko v napravo, nižja je temperatura na njegovi kontaktni površini. Stopnja toplotne prevodnosti je odvisna od sestave in ogrevanja.
Na primer vsebnost elementov, kot sta volfram in vanadij v jeklu, povzroči zmanjšanje njegove toplotne prevodnosti, primesi titana, kob alta in molibdena pa povzroči povečanje.
Kaj določa koeficient drsnega trenja?
Koeficient drsnega trenja je odvisen od sestave in fizikalnih lastnosti kontaktnih parov materialov, pa tudi od vrednosti napetosti na površinah,izpostavljen trenju in zdrsu. Koeficient vpliva na odpornost materiala proti obrabi.
Interakcija orodja z obdelanim materialom poteka s stalnim gibljivim stikom.
Kako se v tem primeru obnašajo instrumentalni materiali? Njihove vrste se enako obrabijo.
Zanje je značilno:
- zmožnost brisanja kovine, s katero pride v stik;
- zmožnost pokazati odpornost proti obrabi, to je odpornost proti odrgnjenju drugega materiala.
Obraba rezila se dogaja ves čas. Zaradi tega naprave izgubijo svoje lastnosti, spremeni pa se tudi oblika njihove delovne površine.
Odpornost proti obrabi se lahko razlikuje glede na pogoje rezanja.
Na katere skupine so orodna jekla razdeljena?
Glavne instrumentalne materiale lahko razdelimo v naslednje kategorije:
- kermet (trde zlitine);
- kermeti ali mineralna keramika;
- borov nitrid na osnovi sintetičnega materiala;
- sintetični diamanti;
- Orodna jekla na osnovi ogljika.
Orodno železo je lahko ogljik, zlitina in visoka hitrost.
orodna jekla na osnovi ogljika
Ogljikovi materiali so se začeli uporabljati za izdelavo orodij. Njihova hitrost rezanja je počasna.
Kako so označena orodna jekla? Materiali so označeni s črko (na primer "U" pomeni ogljik), pa tudi s številko (indikatorji desetin odstotka vsebnosti ogljika). Prisotnost črke "A" na koncu oznake označuje visoko kakovost jekla (vsebnost snovi, kot sta žveplo in fosfor, ne presega 0,03%).
Ogljikov material ima trdoto 62-65 HRC in odpornost na nizke temperature.
U9 in U10A razredi orodnih materialov se uporabljajo pri izdelavi žag, serije U11, U11A in U12 pa so zasnovane za ročne pipe in druga orodja.
Stopnja temperaturne odpornosti jekel serije U10A, U13A je 220 °C, zato je priporočljiva uporaba orodja iz takšnih materialov pri hitrosti rezanja 8-10 m/min.
legirano železo
Legirani material orodja je lahko krom, krom-silicij, volfram in krom-volfram, s primesjo mangana. Takšne serije so označene s številkami, imajo pa tudi črkovne oznake. Prva slika na levi označuje koeficient vsebnosti ogljika v desetinah, če je vsebnost elementa manjša od 1%. Številke na desni predstavljajo povprečno vsebnost zlitin v odstotkih.
Razred materiala orodja X je primeren za izdelavo pip in matric. B1 jeklo je primerno za izdelavo majhnih svedrov, pip in povrtal.
Temperaturna odpornost legiranih snovi je 350-400 °C, zato je hitrost rezanja pol krat hitrejša kot priogljikova zlitina.
Za kaj se uporabljajo visokolegirana jekla?
Pri izdelavi svedrov, umivalnikov in nastavkov se uporabljajo različni materiali za hitro rezanje. Označeni so s črkami in številkami. Pomembne sestavine materialov so volfram, molibden, krom in vanadij.
HSS so razdeljeni v dve kategoriji: normalno in visoko zmogljivo.
Jekla z normalno zmogljivostjo
Kategorija železa z normalno stopnjo zmogljivosti vključuje razrede R18, R9, R9F5 in volframove zlitine s primesjo molibdena serije R6MZ, R6M5, ki ohranjajo trdoto najmanj HRC 58 pri 620 ° C. Primerno za ogljikova in nizko legirana jekla, sivo lito železo in neželezove zlitine.
visokozmogljiva jekla
Ta kategorija vključuje razrede R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Sposobni so vzdrževati HRC 64 pri temperaturah od 630 do 640 °C. Ta kategorija vključuje supertrde materiale za orodja. Zasnovan je za železo in zlitine, ki jih je težko obdelati, pa tudi za titan.
Trde kovine
Takšni materiali so:
- kermet;
- mineralna keramika.
Oblika plošč je odvisna od lastnosti mehanike. Ta orodja delujejo pri visoki hitrosti rezanja v primerjavi z visokohitrostnim materialom.
kovinska keramika
Kermet karbidi so:
- volfram;
- volframov titan;
- volfram z vključitvijo titana in tantala.
VK serija vključuje volfram in titan. Orodja na osnovi teh komponent imajo povečano odpornost proti obrabi, vendar je njihova stopnja odpornosti na udarce nizka. Naprave na tej osnovi se uporabljajo za obdelavo litega železa.
Zlitina volfram-titan-kob alt je uporabna za vse vrste železa.
Sinteza volframa, titana, tantala in kob alta se uporablja v posebnih primerih, ko so drugi materiali neučinkoviti.
Za razrede karbida je značilna visoka temperaturna odpornost. Materiali iz volframa lahko ohranijo svoje lastnosti s HRC 83-90, volfram s titanom - s HRC 87-92 pri temperaturi od 800 do 950 ° C, kar omogoča delovanje pri visokih hitrostih rezanja (od 500 m/min). do 2700 m/min pri obdelavi aluminija).
Za obdelavo delov, ki so odporni na rjo in visoke temperature, se uporabljajo orodja iz serije drobnozrnatih zlitin OM. Razred VK6-OM je primeren za končno obdelavo, medtem ko sta VK10-OM in VK15-OM primerna za delno obdelavo in grobo obdelavo.
Še učinkovitejši pri delu s "težkimi" deli so supertrdi orodni materiali serij BK10-XOM in BK15-XOM. Tantalov karbid zamenjajo s kromovim karbidom, zaradi česar so bolj trpežni, tudi če so izpostavljeni visokim temperaturam.
Za povečanje trdnosti trdne plošče se zatečejo k prevleki z zaščitno folijo. Uporabljajo se titanov karbid, nitrid in karbonit, ki se nanašajo v zelo tankem sloju. Debelina je od 5 do 10 mikronov. Posledično nastane plast drobnozrnatega titanovega karbida. Ti ploščici imajo trikratno življenjsko dobo orodja kot neprevlečeni ploščici, kar poveča hitrost rezanja za 30%.
V nekaterih primerih se uporabljajo kermet materiali, ki so pridobljeni iz aluminijevega oksida z dodatkom volframa, titana, tantala in kob alta.
mineralna keramika
Mineralna keramika TsM-332 se uporablja za rezalno orodje. Ima visoko temperaturno odpornost. Indeks trdote HRC je od 89 do 95 pri 1200 °C. Za material je značilna tudi odpornost proti obrabi, ki omogoča obdelavo jekla, litega železa in barvnih zlitin pri visokih rezalnih hitrostih.
Za izdelavo rezalnih orodij se uporablja tudi kermet serije B. Temelji na oksidu in karbidu. Uvedba kovinskega karbida, pa tudi molibdena in kroma v sestavo mineralne keramike, pripomore k optimizaciji fizikalnih in mehanskih lastnosti kermeta ter odpravlja njegovo krhkost. Hitrost rezanja se poveča. Polfinalna obdelava in končna obdelava z orodjem na osnovi kermeta je primerna za sivo nodularno lito, jeklo, ki je težko obdelovati in številne neželezne kovine. Postopek poteka s hitrostjo 435-1000 m/min. Rezna keramika je temperaturno odporna. Njegova trdota je HRC90-95 pri 950-1100 °C.
Za obdelavo kaljenega železa, trpežnega litega železa, pa tudi steklenih vlaken se uporablja orodje, katerega rezalni del je izdelan iz trdnih snovi, ki vsebujejo borov nitrid in diamante. Indeks trdote elbora (borovega nitrida) je približno enak kot pri diamantu. Njegova temperaturna odpornost je dvakrat večja od slednje. Elbor odlikuje inertnost na železne materiale. Meja trdnosti njegovih polikristalov pri stiskanju je 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), pri upogibanju pa 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). Temperaturna odpornost je do 1350-1450 °C.
Omembe vredne so tudi diamantne bale na sintetični osnovi serije ASB in karbonado serije ASPK. Kemična aktivnost slednjih proti materialom, ki vsebujejo ogljik, je večja. Zato se uporablja za ostrenje delov iz neželeznih kovin, zlitin z visoko vsebnostjo silicija, trdih materialov VK10, VK30, pa tudi nekovinskih površin.
Življenjska doba orodja karbonadnih rezalnikov je 20-50-krat večja kot pri trdih zlitinah.
Katere zlitine se uporabljajo v industriji?
Instrumentalni materiali so izdani po vsem svetu. Vrste, ki se uporabljajo v Rusiji, ZDA in Evropi, večinoma ne vsebujejo volframa. Spadajo v serije KNT016 in TN020. Ti modeli so postali zamenjava za blagovne znamke T15K6, T14K8 in VK8. Uporabljajo se za obdelavo jekel za konstrukcije, nerjavnega jekla in orodnih materialov.
Nove zahteve za materiale orodja zaradi pomanjkanja volframa inkob alt. Ravno s tem dejavnikom se v ZDA, evropskih državah in Rusiji nenehno razvijajo alternativne metode za pridobivanje novih trdih zlitin, ki ne vsebujejo volframa.
Na primer, materiali za orodja serije Titan 50, 60, 80, 100, ki jih proizvaja ameriško podjetje Adamas Carbide Co, vsebujejo karbid, titan in molibden. Povečanje števila kaže na stopnjo trdnosti materiala. Značilnost orodnih materialov tega izpusta pomeni visoko stopnjo trdnosti. Na primer, serija Titan100 ima moč 1000 MPa. Je konkurenca keramiki.
