Glavni zahtjevi za materijale alata su tvrdoća, otpornost na habanje, toplinu, itd. Usklađenost s ovim kriterijima omogućuje rezanje. Kako bi prodrli u površinske slojeve proizvoda koji se obrađuje, oštrice za rezanje radnog dijela moraju biti izrađene od jakih legura. Tvrdoća može biti prirodna ili stečena.
Na primjer, tvornički izrađeni alatni čelici lako se režu. Nakon mehaničke i termičke obrade, kao i brušenja i oštrenja, njihova se razina čvrstoće i tvrdoće povećava.
Kako se određuje tvrdoća?
Obilježje se može definirati na različite načine. Alatni čelici imaju tvrdoću po Rockwellu, tvrdoća ima numeričku oznaku, kao i slovo HR s ljestvicom A, B ili C (na primjer, HRC). Izbor materijala alata ovisi o vrsti metala koji se obrađuje.
Najstabilnije performanse i oštrice s niskim trošenjemtermički obrađeni, može se postići s HRC od 63 ili 64. Pri nižoj vrijednosti svojstva alatnih materijala nisu tako visoka, a pri velikoj tvrdoći počinju se mrviti zbog krhkosti.
Metali tvrdoće HRC 30-35 savršeno su obrađeni željeznim alatima koji su toplinski obrađeni s HRC od 63-64. Dakle, omjer pokazatelja tvrdoće je 1:2.
Za obradu metala s HRC 45-55 potrebno je koristiti alate koji su na bazi tvrdih legura. Indeks im je HRA 87-93. Materijali na bazi sintetike mogu se koristiti na kaljenim čelicima.
Čvrstoća materijala alata
Tijekom procesa rezanja, na radni dio se primjenjuje sila od 10 kN ili više. Izaziva visoki napon, što može dovesti do uništenja alata. Kako bi se to izbjeglo, materijali za rezanje moraju imati visok sigurnosni faktor.
Najbolju kombinaciju karakteristika čvrstoće imaju alatni čelici. Radni dio izrađen od njih savršeno podnosi velika opterećenja i može funkcionirati kod kompresije, torzije, savijanja i istezanja.
Utjecaj kritične temperature zagrijavanja na oštrice alata
Kada se toplina oslobađa pri rezanju metala, njihove oštrice su podložne zagrijavanju, u većoj mjeri - površina. Kada je temperatura ispod kritične oznake (za svaki materijal ima svoju)struktura i tvrdoća se ne mijenjaju. Ako temperatura grijanja postane viša od dopuštene norme, tada razina tvrdoće pada. Kritična temperatura naziva se crvena tvrdoća.
Što znači izraz "crvena tvrdoća"?
Crvena tvrdoća je svojstvo metala da svijetli tamnocrveno kada se zagrije na temperaturu od 600 °C. Pojam podrazumijeva da metal zadržava svoju tvrdoću i otpornost na habanje. U svojoj srži, to je sposobnost da izdrži visoke temperature. Za različite materijale postoji ograničenje, od 220 do 1800 °C.
Kako se mogu povećati performanse reznog alata?
Materijal alata reznog alata karakterizira povećana funkcionalnost uz povećanje otpornosti na temperaturu i poboljšanje odvođenja topline koja nastaje na oštrici tijekom rezanja. Toplina podiže temperaturu.
Što se više topline uklanja iz oštrice duboko u uređaj, to je niža temperatura na njegovoj kontaktnoj površini. Razina toplinske vodljivosti ovisi o sastavu i zagrijavanju.
Na primjer, sadržaj elemenata poput volframa i vanadija u čeliku uzrokuje smanjenje njegove toplinske vodljivosti, a primjesa titana, kob alta i molibdena uzrokuje povećanje.
Što određuje koeficijent trenja klizanja?
Koeficijent trenja klizanja ovisi o sastavu i fizičkim svojstvima dodirnih parova materijala, kao i o vrijednosti naprezanja na površinama,podvrgnut trenju i klizanju. Koeficijent utječe na otpornost materijala na habanje.
Interakcija alata s materijalom koji je obrađen odvija se stalnim pokretnim kontaktom.
Kako se instrumentalni materijali ponašaju u ovom slučaju? Vrste se jednako troše.
Karakteriziraju ih:
- sposobnost brisanja metala s kojim dolazi u dodir;
- sposobnost pokazivanja otpornosti na habanje, odnosno otpornosti na habanje drugog materijala.
Hošenje oštrice događa se cijelo vrijeme. Zbog toga uređaji gube svojstva, a mijenja se i oblik njihove radne površine.
Otpor na habanje može varirati ovisno o uvjetima rezanja.
U koje se grupe dijele alatni čelici?
Glavni instrumentalni materijali mogu se podijeliti u sljedeće kategorije:
- kermet (tvrde legure);
- kermeti ili mineralna keramika;
- bor nitrid na bazi sintetičkog materijala;
- sintetski dijamanti;
- Alatni čelici na bazi ugljika.
Alatno željezo može biti od ugljika, legure i velike brzine.
Alatni čelici na bazi ugljika
Ugljični materijali počeli su se koristiti za izradu alata. Njihova brzina rezanja je spora.
Kako se označavaju alatni čelici? Materijali su označeni slovom (na primjer, "U" znači ugljik), kao i brojem (indikatori desetinki postotka sadržaja ugljika). Prisutnost slova "A" na kraju oznake označava visoku kvalitetu čelika (sadržaj tvari kao što su sumpor i fosfor ne prelazi 0,03%).
Ugljični materijal ima tvrdoću od 62-65 HRC i otpornost na niske temperature.
U9 i U10A razredi alatnih materijala koriste se u proizvodnji pila, a serije U11, U11A i U12 dizajnirane su za ručne slavine i druge alate.
Razina temperaturne otpornosti čelika serije U10A, U13A je 220 °C, pa se preporučuje korištenje alata od takvih materijala pri brzini rezanja od 8-10 m/min.
Legirano željezo
Legirani materijal alata može biti krom, krom-silicij, volfram i krom-volfram, s primjesom mangana. Takve serije označene su brojevima, a imaju i slovne oznake. Prva lijeva slika označava koeficijent sadržaja ugljika u desetinama ako je sadržaj elementa manji od 1%. Brojevi s desne strane predstavljaju prosječan sadržaj legure u postocima.
Razred materijala alata X je pogodan za izradu slavina i kalupa. B1 čelik je pogodan za izradu malih svrdla, slavina i razvrtača.
Razina temperaturne otpornosti legiranih tvari je 350-400 °C, tako da je brzina rezanja jedan i pol puta veća nego zaugljična legura.
Za što se koriste visokolegirani čelici?
Različiti materijali za brzo rezanje koriste se u proizvodnji svrdla, upuštača i slavina. Označeni su slovima kao i brojevima. Važni sastojci materijala su volfram, molibden, krom i vanadij.
HSS su podijeljeni u dvije kategorije: normalne i visoke performanse.
Čelici normalnih performansi
Kategorija željeza s normalnom razinom performansi uključuje razrede R18, R9, R9F5 i legure volframa s primjesom molibdena serije R6MZ, R6M5, koje zadržavaju tvrdoću od najmanje HRC 58 na 620 °C. Prikladno za ugljične i niskolegirane čelike, sivi ljevak i obojene legure.
Čelici visokih performansi
Ova kategorija uključuje razrede R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Oni su u stanju održavati HRC 64 na temperaturama od 630 do 640 °C. Ova kategorija uključuje supertvrde materijale za alat. Dizajniran je za željezo i legure koje se teško obrađuju, kao i za titan.
Tvrdi metali
Takvi materijali su:
- kermet;
- mineralna keramika.
Oblik ploča ovisi o svojstvima mehanike. Ovi alati rade velikom brzinom rezanja u usporedbi s materijalom velike brzine.
Metalna keramika
Kermet karbidi su:
- volfram;
- volfram titan;
- volfram s uključenjem titana i tantala.
VK serija uključuje volfram i titan. Alati na bazi ovih komponenti imaju povećanu otpornost na habanje, ali je njihova razina otpornosti na udarce niska. Uređaji na ovoj osnovi koriste se za obradu lijevanog željeza.
Legura volfram-titan-kob alt primjenjiva je na sve vrste željeza.
Sinteza volframa, titana, tantala i kob alta koristi se u posebnim slučajevima kada su drugi materijali neučinkoviti.
Karbida karakterizira visoka temperaturna otpornost. Materijali od volframa mogu zadržati svoja svojstva s HRC 83-90, a volfram s titanom - s HRC 87-92 na temperaturi od 800 do 950 °C, što omogućuje rad pri velikim brzinama rezanja (od 500 m/min do 2700 m /min pri obradi aluminija).
Za obradu dijelova koji su otporni na hrđu i visoke temperature koriste se alati iz OM serije sitnozrnatih legura. Razred VK6-OM prikladan je za doradu, dok su VK10-OM i VK15-OM prikladni za poluzavršnu i grubu obradu.
Još učinkovitiji pri radu s "teškim" dijelovima su supertvrdi alatni materijali iz serije BK10-XOM i BK15-XOM. Zamjenjuju tantal karbid krom karbidom, čineći ih izdržljivijim čak i kada su izloženi visokim temperaturama.
Kako bi se povećala razina čvrstoće čvrste ploče, pribjegavaju je premazivanju zaštitnim filmom. Koriste se titanijev karbid, nitrid i karbonit koji se nanose u vrlo tankom sloju. Debljina je od 5 do 10 mikrona. Kao rezultat, nastaje sloj sitnozrnatog titanovog karbida. Ovi umetci imaju tri puta duži vijek trajanja od neobloženih pločica, povećavajući brzinu rezanja za 30%.
U nekim slučajevima koriste se kermet materijali koji se dobivaju od aluminijevog oksida uz dodatak volframa, titana, tantala i kob alta.
Mineralna keramika
Mineralna keramika TsM-332 se koristi za rezne alate. Ima visoku temperaturnu otpornost. Indeks tvrdoće HRC je od 89 do 95 na 1200 °C. Također, materijal karakterizira otpornost na habanje, što omogućuje obradu čelika, lijevanog željeza i obojenih legura pri visokim brzinama rezanja.
Za izradu reznih alata također se koristi kermet serije B. Temelji se na oksidu i karbidu. Uvođenje metalnog karbida, kao i molibdena i kroma u sastav mineralne keramike, pomaže u optimizaciji fizikalnih i mehaničkih svojstava kermeta i eliminira njegovu krhkost. Povećava se brzina rezanja. Poluzavršna obrada i završna obrada alatom na bazi kermeta prikladna je za sivo nodularno željezo, čelik koji se teško obrađuje i niz obojenih metala. Proces se provodi brzinom od 435-1000 m/min. Rezna keramika je otporna na temperaturu. Tvrdoća mu je HRC90-95 na 950-1100 °S.
Za obradu kaljenog željeza, izdržljivog lijevanog željeza, kao i stakloplastike koristi se alat čiji je rezni dio izrađen od čvrstih tvari koje sadrže bor nitrid i dijamante. Indeks tvrdoće elbora (borovog nitrida) je otprilike isti kao i dijamanta. Njegova otpornost na temperaturu dvostruko je veća od potonje. Elbor se odlikuje inertnošću na željezne materijale. Granica čvrstoće njegovih polikristala pri kompresiji je 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), a pri savijanju - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). Temperaturna otpornost je do 1350-1450 °C.
Također su vrijedne pažnje dijamantne bale na sintetičkoj osnovi iz serije ASB i carbonado iz serije ASPK. Kemijska aktivnost potonjeg prema materijalima koji sadrže ugljik je veća. Zato se koristi za oštrenje dijelova od obojenih metala, legura s visokim sadržajem silicija, tvrdih materijala VK10, VK30, kao i nemetalnih površina.
Vek trajanja alata karbonadnih rezača je 20-50 puta veći od tvrdih legura.
Koje se legure koriste u industriji?
Instrumentalni materijali objavljuju se diljem svijeta. Vrste koje se koriste u Rusiji, SAD-u i Europi uglavnom ne sadrže volfram. Pripadaju seriji KNT016 i TN020. Ovi modeli postali su zamjena za marke T15K6, T14K8 i VK8. Koriste se za obradu čelika za konstrukcije, nehrđajućeg čelika i alatnih materijala.
Novi zahtjevi za materijale alata zbog nedostatka volframa ikob alt. Upravo s tim faktorom se u SAD-u, europskim zemljama i Rusiji neprestano razvijaju alternativni načini dobivanja novih tvrdih legura koje ne sadrže volfram.
Na primjer, alatni materijali serije Titan 50, 60, 80, 100 koje proizvodi američka tvrtka Adamas Carbide Co sadrže karbid, titan i molibden. Povećanje broja označava stupanj čvrstoće materijala. Karakteristika alatnih materijala ovog izdanja podrazumijeva visoku razinu čvrstoće. Na primjer, serija Titan100 ima snagu od 1000 MPa. Ona je konkurent keramici.
