Οι κύριες απαιτήσεις για τα υλικά εργαλείων είναι η σκληρότητα, η αντοχή στη φθορά, η θερμότητα κ.λπ. Η συμμόρφωση με αυτά τα κριτήρια επιτρέπει την κοπή. Για να διεισδύσει στα επιφανειακά στρώματα του υπό επεξεργασία προϊόντος, οι λεπίδες για την κοπή του τμήματος εργασίας πρέπει να είναι κατασκευασμένες από ισχυρά κράματα. Η σκληρότητα μπορεί να είναι φυσική ή επίκτητη.
Για παράδειγμα, οι εργοστασιακά κατασκευασμένοι χάλυβες εργαλείων κόβονται εύκολα. Μετά από μηχανική και θερμική επεξεργασία, καθώς και λείανση και ακόνισμα, το επίπεδο αντοχής και σκληρότητάς τους αυξάνεται.
Πώς προσδιορίζεται η σκληρότητα;
Το Το χαρακτηριστικό μπορεί να οριστεί με διαφορετικούς τρόπους. Οι χάλυβες εργαλείων έχουν σκληρότητα Rockwell, η σκληρότητα έχει αριθμητικό προσδιορισμό, καθώς και το γράμμα HR με κλίμακα A, B ή C (για παράδειγμα, HRC). Η επιλογή του υλικού εργαλείου εξαρτάται από τον τύπο του μετάλλου που επεξεργάζεται.
Οι πιο σταθερές λεπίδες απόδοσης και χαμηλής φθοράς πουέχουν υποστεί θερμική επεξεργασία, μπορεί να επιτευχθεί με HRC 63 ή 64. Σε χαμηλότερη τιμή, οι ιδιότητες των υλικών εργαλείων δεν είναι τόσο υψηλές και σε υψηλή σκληρότητα αρχίζουν να θρυμματίζονται λόγω ευθραυστότητας.
Μέταλλα με σκληρότητα HRC 30-35 κατασκευάζονται τέλεια με σιδερένια εργαλεία που έχουν υποστεί θερμική επεξεργασία με HRC 63-64. Έτσι, η αναλογία των δεικτών σκληρότητας είναι 1:2.
Για την επεξεργασία μετάλλων με HRC 45-55, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται εργαλεία, τα οποία βασίζονται σε σκληρά κράματα. Ο δείκτης τους είναι HRA 87-93. Συνθετικά υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε σκληρυμένους χάλυβες.
Αντοχή υλικών εργαλείων
Κατά τη διαδικασία κοπής, ασκείται δύναμη 10 kN ή μεγαλύτερη στο τμήμα εργασίας. Προκαλεί υψηλή τάση, η οποία μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή του εργαλείου. Για να αποφευχθεί αυτό, τα υλικά κοπής πρέπει να έχουν υψηλό συντελεστή ασφάλειας.
Ο καλύτερος συνδυασμός χαρακτηριστικών αντοχής έχει τους χάλυβες εργαλείων. Το τμήμα εργασίας που είναι κατασκευασμένο από αυτά αντέχει τέλεια τα μεγάλα φορτία και μπορεί να λειτουργήσει σε συμπίεση, στρέψη, κάμψη και τέντωμα.
Επίδραση της κρίσιμης θερμοκρασίας θέρμανσης στις λεπίδες εργαλείων
Όταν απελευθερώνεται θερμότητα κατά την κοπή μετάλλων, οι λεπίδες τους υπόκεινται σε θέρμανση, σε μεγαλύτερο βαθμό - επιφάνειες. Όταν η θερμοκρασία είναι κάτω από το κρίσιμο σημάδι (για κάθε υλικό έχει το δικό του)η δομή και η σκληρότητα δεν αλλάζουν. Εάν η θερμοκρασία θέρμανσης γίνει υψηλότερη από την επιτρεπόμενη τιμή, τότε το επίπεδο σκληρότητας πέφτει. Η κρίσιμη θερμοκρασία ονομάζεται κόκκινη σκληρότητα.
Τι σημαίνει ο όρος "κόκκινη σκληρότητα";
Κόκκινη σκληρότητα είναι η ιδιότητα ενός μετάλλου να ανάβει σκούρο κόκκινο όταν θερμαίνεται σε θερμοκρασία 600 °C. Ο όρος υποδηλώνει ότι το μέταλλο διατηρεί τη σκληρότητά του και την αντίσταση στη φθορά. Στον πυρήνα του, είναι η ικανότητα να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες. Για διαφορετικά υλικά υπάρχει όριο, από 220 έως 1800 ° C.
Πώς μπορεί να αυξηθεί η απόδοση του κοπτικού εργαλείου;
Τα υλικά εργαλείων του κοπτικού εργαλείου χαρακτηρίζονται από αυξημένη λειτουργικότητα ενώ αυξάνουν την αντίσταση στη θερμοκρασία και βελτιώνουν την απομάκρυνση της θερμότητας που παράγεται στη λεπίδα κατά την κοπή. Η ζέστη ανεβάζει τη θερμοκρασία.
Όσο περισσότερη θερμότητα αφαιρείται από τη λεπίδα βαθιά μέσα στη συσκευή, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία στην επιφάνεια επαφής της. Το επίπεδο θερμικής αγωγιμότητας εξαρτάται από τη σύνθεση και τη θέρμανση.
Για παράδειγμα, η περιεκτικότητα σε στοιχεία όπως το βολφράμιο και το βανάδιο στον χάλυβα προκαλεί μείωση της θερμικής αγωγιμότητάς του και η ανάμειξη τιτανίου, κοβαλτίου και μολυβδαινίου προκαλεί αύξηση.
Τι καθορίζει τον συντελεστή τριβής ολίσθησης;
Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης εξαρτάται από τη σύνθεση και τις φυσικές ιδιότητες των ζευγών υλικών που έρχονται σε επαφή, καθώς και από την τιμή τάσης στις επιφάνειες,υποβάλλονται σε τριβή και ολίσθηση. Ο συντελεστής επηρεάζει την αντίσταση στη φθορά του υλικού.
Η αλληλεπίδραση του εργαλείου με το υλικό που έχει υποστεί επεξεργασία προχωρά με συνεχή κινούμενη επαφή.
Πώς συμπεριφέρονται τα οργανικά υλικά σε αυτήν την περίπτωση; Τα είδη τους φθείρονται εξίσου.
Χαρακτηρίζονται από:
- η ικανότητα να σβήνει το μέταλλο με το οποίο έρχεται σε επαφή;
- ικανότητα να δείχνει αντοχή στη φθορά, δηλαδή να αντιστέκεται στην τριβή άλλου υλικού.
Η φθορά της λεπίδας συμβαίνει συνεχώς. Ως αποτέλεσμα αυτού, οι συσκευές χάνουν τις ιδιότητές τους και αλλάζει και το σχήμα της επιφάνειας εργασίας τους.
Η αντίσταση στη φθορά μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τις συνθήκες κοπής.
Σε ποιες ομάδες χωρίζονται οι χάλυβες εργαλείων;
Κύρια οργανικά υλικά μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες κατηγορίες:
- κερμέτο (σκληρά κράματα);
- κεραμικά ή ορυκτά κεραμικά;
- νιτρίδιο βορίου με βάση συνθετικό υλικό;
- συνθετικά διαμάντια;
- Χάλυβες εργαλείων με βάση τον άνθρακα.
Ο σίδηρος εργαλείων μπορεί να είναι άνθρακας, κράμα και υψηλή ταχύτητα.
Χάλυβες εργαλείων με βάση τον άνθρακα
Αρχισαν να χρησιμοποιούνται ανθρακούχα υλικά για την κατασκευή εργαλείων. Η ταχύτητα κοπής τους είναι αργή.
Πώς επισημαίνονται οι χάλυβες εργαλείων; Τα υλικά χαρακτηρίζονται με ένα γράμμα (για παράδειγμα, "U" σημαίνει άνθρακας), καθώς και με έναν αριθμό (δείκτες των δέκατων του ποσοστού της περιεκτικότητας σε άνθρακα). Η παρουσία του γράμματος "A" στο τέλος της σήμανσης υποδηλώνει την υψηλή ποιότητα του χάλυβα (η περιεκτικότητα σε ουσίες όπως το θείο και ο φώσφορος δεν υπερβαίνει το 0,03%).
Το υλικό άνθρακα έχει σκληρότητα 62-65 HRC και αντοχή σε χαμηλή θερμοκρασία.
U9 και U10A ποιότητες υλικών εργαλείων χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πριονιών και οι σειρές U11, U11A και U12 έχουν σχεδιαστεί για χειροκίνητες βρύσες και άλλα εργαλεία.
Το επίπεδο αντοχής στη θερμοκρασία των χάλυβων της σειράς U10A, U13A είναι 220 °C, επομένως συνιστάται η χρήση εργαλείων από τέτοια υλικά με ταχύτητα κοπής 8-10 m/min.
Κραματοποιημένος σίδηρος
Το κραματοποιημένο υλικό εργαλείου μπορεί να είναι χρώμιο, χρώμιο-πυρίτιο, βολφράμιο και χρώμιο-βολφράμιο, με πρόσμιξη μαγγανίου. Τέτοιες σειρές υποδεικνύονται με αριθμούς και έχουν επίσης γράμματα. Το πρώτο αριστερό σχήμα δείχνει τον συντελεστή περιεκτικότητας σε άνθρακα σε δέκατα εάν η περιεκτικότητα του στοιχείου είναι μικρότερη από 1%. Οι αριθμοί στα δεξιά αντιπροσωπεύουν τη μέση περιεκτικότητα σε κράμα ως ποσοστό.
Το υλικό εργαλείου βαθμού X είναι κατάλληλο για την κατασκευή κρουνών και μήτρων. Ο χάλυβας B1 είναι κατάλληλος για την κατασκευή μικρών τρυπανιών, κρουνών και κοπτικών.
Το επίπεδο αντοχής στη θερμοκρασία των κραματοποιημένων ουσιών είναι 350-400 °C, επομένως η ταχύτητα κοπής είναι μιάμιση φορά μεγαλύτερη από ό,τι γιακράμα άνθρακα.
Σε τι χρησιμοποιούνται οι χάλυβες υψηλής κραματοποίησης;
Διαφορετικά υλικά εργαλείων γρήγορης κοπής χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τρυπανιών, νεροχύτες και βρύσες. Έχουν ετικέτα με γράμματα καθώς και αριθμούς. Σημαντικά συστατικά των υλικών είναι το βολφράμιο, το μολυβδαίνιο, το χρώμιο και το βανάδιο.
Το HSS χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: κανονική και υψηλή απόδοση.
Χάλυβες κανονικής απόδοσης
Η κατηγορία σιδήρου με κανονικό επίπεδο απόδοσης περιλαμβάνει ποιότητες R18, R9, R9F5 και κράματα βολφραμίου με πρόσμιξη μολυβδαινίου της σειράς R6MZ, R6M5, τα οποία διατηρούν σκληρότητα τουλάχιστον HRC 58 στους 620 ° C. Κατάλληλο για χάλυβες άνθρακα και χαμηλού κράματος, γκρίζο χυτοσίδηρο και μη σιδηρούχα κράματα.
Χάλυβες υψηλής απόδοσης
Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει βαθμούς R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Είναι σε θέση να διατηρήσουν το HRC 64 σε θερμοκρασίες από 630 έως 640 °C. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει υπερσκληρά υλικά εργαλείων. Είναι σχεδιασμένο για σίδηρο και κράματα που είναι δύσκολο να επεξεργαστούν, καθώς και για τιτάνιο.
Σκληρά μέταλλα
Τέτοια υλικά είναι:
- cermet;
- μεταλλικό κεραμικό.
Το σχήμα των πλακών εξαρτάται από τις ιδιότητες της μηχανικής. Αυτά τα εργαλεία λειτουργούν με υψηλή ταχύτητα κοπής σε σύγκριση με υλικό υψηλής ταχύτητας.
Μεταλλικά κεραμικά
Οι καρβίδια κεραμιδιού είναι:
- βολφράμιο;
- τιτάνιο βολφραμίου;
- βολφράμιο με τη συμπερίληψη τιτανίου και τανταλίου.
Η σειρά VK περιλαμβάνει βολφράμιο και τιτάνιο. Τα εργαλεία που βασίζονται σε αυτά τα εξαρτήματα έχουν αυξημένη αντοχή στη φθορά, αλλά το επίπεδο αντοχής τους στην κρούση είναι χαμηλό. Οι συσκευές σε αυτή τη βάση χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία χυτοσιδήρου.
Το κράμα βολφραμίου-τιτανίου-κοβαλτίου μπορεί να εφαρμοστεί σε όλα τα είδη σιδήρου.
Η σύνθεση βολφραμίου, τιτανίου, τανταλίου και κοβαλτίου χρησιμοποιείται σε ειδικές περιπτώσεις όταν άλλα υλικά είναι αναποτελεσματικά.
Οι ποιότητες καρβιδίου χαρακτηρίζονται από υψηλό επίπεδο αντοχής στη θερμοκρασία. Τα υλικά από βολφράμιο μπορούν να διατηρήσουν τις ιδιότητές τους με HRC 83-90 και βολφράμιο με τιτάνιο - με HRC 87-92 σε θερμοκρασία 800 έως 950 ° C, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λειτουργία σε υψηλές ταχύτητες κοπής (από 500 m/min έως 2700 m /min κατά την κατεργασία αλουμινίου).
Για μηχανουργική κατεργασία εξαρτημάτων που είναι ανθεκτικά στη σκουριά και τις υψηλές θερμοκρασίες, χρησιμοποιούνται εργαλεία από τη σειρά κράματος λεπτόκοκκων OM. Ο βαθμός VK6-OM είναι κατάλληλος για φινίρισμα, ενώ οι VK10-OM και VK15-OM είναι κατάλληλοι για ημι-φινίρισμα και τραχύτητα.
Ακόμη πιο αποτελεσματικά όταν εργάζεστε με "δύσκολα" εξαρτήματα είναι τα υπερσκληρά υλικά εργαλείων των σειρών BK10-XOM και BK15-XOM. Αντικαθιστούν το καρβίδιο του τανταλίου με καρβίδιο χρωμίου, καθιστώντας τα πιο ανθεκτικά ακόμα και όταν εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες.
Για να αυξήσουν το επίπεδο αντοχής της συμπαγούς πλάκας, καταφεύγουν στην επικάλυψη της με προστατευτική μεμβράνη. Χρησιμοποιούνται καρβίδιο, νιτρίδιο και καρβονίτης τιτανίου, τα οποία εφαρμόζονται σε πολύ λεπτή στρώση. Το πάχος είναι από 5 έως 10 μικρά. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα στρώμα από λεπτόκοκκο καρβίδιο του τιτανίου. Αυτά τα ένθετα έχουν τριπλάσια διάρκεια ζωής εργαλείου από τα μη επικαλυμμένα ένθετα, αυξάνοντας την ταχύτητα κοπής κατά 30%.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται κεραμομεταλλικά υλικά, τα οποία λαμβάνονται από οξείδιο του αργιλίου με την προσθήκη βολφραμίου, τιτανίου, τανταλίου και κοβαλτίου.
Ορυκτά κεραμικά
Τα ορυκτά κεραμικά TsM-332 χρησιμοποιούνται για εργαλεία κοπής. Έχει αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο δείκτης σκληρότητας HRC είναι από 89 έως 95 στους 1200 °C. Επίσης, το υλικό χαρακτηρίζεται από αντοχή στη φθορά, η οποία επιτρέπει την επεξεργασία χάλυβα, χυτοσιδήρου και μη σιδηρούχων κραμάτων σε υψηλές ταχύτητες κοπής.
Για την κατασκευή κοπτικών εργαλείων χρησιμοποιείται επίσης κεραμομετάλλωμα της σειράς Β. Βασίζεται σε οξείδιο και καρβίδιο. Η εισαγωγή καρβιδίου μετάλλου, καθώς και μολυβδαινίου και χρωμίου στη σύνθεση ορυκτών κεραμικών, βοηθά στη βελτιστοποίηση των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων του κεραμομετάλλου και εξαλείφει την ευθραυστότητά του. Η ταχύτητα κοπής αυξάνεται. Το ημιτελές και το φινίρισμα με ένα εργαλείο με βάση το κεραμομεταλλικό είναι κατάλληλο για γκρι όλκιμο σίδηρο, σκληρό στη μηχανή χάλυβα και μια σειρά από μη σιδηρούχα μέταλλα. Η διαδικασία πραγματοποιείται με ταχύτητα 435-1000 m/min. Τα κεραμικά κοπής είναι ανθεκτικά στη θερμοκρασία. Η σκληρότητά του είναι HRC90-95 στους 950-1100 °C.
Για την επεξεργασία σκληρυμένου σιδήρου, ανθεκτικού χυτοσιδήρου, καθώς και υαλοβάμβακα, χρησιμοποιείται ένα εργαλείο, το κοπτικό τμήμα του οποίου είναι κατασκευασμένο από στερεές ουσίες που περιέχουν νιτρίδιο του βορίου και διαμάντια. Ο δείκτης σκληρότητας του elbor (νιτρίδιο βορίου) είναι περίπου ίδιος με αυτόν του διαμαντιού. Η αντοχή του στη θερμοκρασία είναι διπλάσια από αυτή της τελευταίας. Το Elbor διακρίνεται για την αδράνειά του στα σιδερένια υλικά. Το όριο αντοχής των πολυκρυστάλλων του στη συμπίεση είναι 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), και στην κάμψη - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). Η αντοχή στη θερμοκρασία είναι έως 1350-1450 °C.
Αξιοσημείωτα είναι επίσης οι μπάλες διαμαντιών με συνθετική βάση της σειράς ASB και το carbonado της σειράς ASPK. Η χημική δραστηριότητα των τελευταίων προς τα υλικά που περιέχουν άνθρακα είναι υψηλότερη. Γι' αυτό χρησιμοποιείται όταν ακονίζει μέρη από μη σιδηρούχα μέταλλα, κράματα με υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο, σκληρά υλικά VK10, VK30, καθώς και μη μεταλλικές επιφάνειες.
Η διάρκεια ζωής του εργαλείου των κοπτικών ανθρακικών είναι 20-50 φορές μεγαλύτερη από εκείνη των σκληρών κραμάτων.
Ποια κράματα χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία;
Τα οργανικά υλικά κυκλοφορούν σε όλο τον κόσμο. Τα είδη που χρησιμοποιούνται στη Ρωσία, στις ΗΠΑ και στην Ευρώπη, ως επί το πλείστον, δεν περιέχουν βολφράμιο. Ανήκουν στις σειρές KNT016 και TN020. Αυτά τα μοντέλα έχουν αντικαταστήσει τις μάρκες T15K6, T14K8 και VK8. Χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία χάλυβα για κατασκευές, ανοξείδωτο χάλυβα και υλικά εργαλείων.
Νέες απαιτήσεις για υλικά εργαλείων λόγω έλλειψης βολφραμίου καικοβάλτιο. Ακριβώς με αυτόν τον παράγοντα αναπτύσσονται συνεχώς εναλλακτικές μέθοδοι για την απόκτηση νέων σκληρών κραμάτων που δεν περιέχουν βολφράμιο στις ΗΠΑ, τις ευρωπαϊκές χώρες και τη Ρωσία.
Για παράδειγμα, τα υλικά εργαλείων της σειράς Titan 50, 60, 80, 100 που κατασκευάζονται από την αμερικανική εταιρεία Adamas Carbide Co περιέχουν καρβίδιο, τιτάνιο και μολυβδαίνιο. Η αύξηση του αριθμού δείχνει τον βαθμό αντοχής του υλικού. Το χαρακτηριστικό των υλικών εργαλείων αυτής της έκδοσης συνεπάγεται υψηλό επίπεδο αντοχής. Για παράδειγμα, η σειρά Titan100 έχει ισχύ 1000 MPa. Είναι ανταγωνίστρια κεραμικών.
