Основните изисквания към инструменталните материали са твърдост, устойчивост на износване, топлина и др. Спазването на тези критерии позволява рязане. За да проникнат в повърхностните слоеве на обработвания продукт, остриетата за рязане на работната част трябва да бъдат изработени от здрави сплави. Твърдостта може да бъде естествена или придобита.
Например, фабрично изработените инструментални стомани са лесни за рязане. След механична и термична обработка, както и шлайфане и заточване, нивото им на здравина и твърдост се повишава.
Как се определя твърдостта?
Характеристика може да бъде дефинирана по различни начини. Инструменталните стомани имат твърдост по Рокуел, твърдостта има цифрово обозначение, както и буквата HR със скала от A, B или C (например HRC). Изборът на материал за инструмента зависи от типа метал, който се обработва.
Остриетата с най-стабилна производителност и ниско износванеса били термично обработени, може да се постигне с HRC от 63 или 64. При по-ниска стойност свойствата на инструменталните материали не са толкова високи, а при висока твърдост те започват да се рушат поради чупливост.
Металите с твърдост HRC 30-35 са перфектно обработени с железни инструменти, които са термично обработени с HRC 63-64. По този начин съотношението на показателите за твърдост е 1:2.
За обработка на метали с HRC 45-55 трябва да се използват инструменти, които са на основата на твърди сплави. Индексът им е HRA 87-93. Материали на синтетична основа могат да се използват върху закалена стомана.
Сила на инструменталните материали
По време на процеса на рязане към работната част се прилага сила от 10 kN или повече. Той провокира високо напрежение, което може да доведе до разрушаване на инструмента. За да се избегне това, режещите материали трябва да имат висок коефициент на безопасност.
Най-добрата комбинация от якостни характеристики имат инструменталните стомани. Работната част, изработена от тях, перфектно издържа на тежки натоварвания и може да функционира при компресия, усукване, огъване и разтягане.
Влияние на критичната температура на нагряване върху остриетата на инструмента
При отделяне на топлина при рязане на метали, техните остриета подлежат на нагряване, в по-голяма степен - повърхности. Когато температурата е под критичната марка (за всеки материал тя има своя собствена)структурата и твърдостта не се променят. Ако температурата на нагряване стане по-висока от допустимата норма, тогава нивото на твърдост спада. Критичната температура се нарича червена твърдост.
Какво означава терминът "червена твърдост"?
Червената твърдост е свойството на метала да свети тъмно червено при нагряване до температура от 600 °C. Терминът означава, че металът запазва своята твърдост и устойчивост на износване. В основата си това е способността да издържа на високи температури. За различните материали има ограничение, от 220 до 1800 ° C.
Как може да се увеличи производителността на режещия инструмент?
Инструменталните материали на режещия инструмент се характеризират с повишена функционалност, като същевременно повишават температурната устойчивост и подобряват отвеждането на топлината, генерирана върху острието по време на рязане. Топлината повишава температурата.
Колкото повече топлина се отстранява от острието дълбоко в устройството, толкова по-ниска е температурата на контактната му повърхност. Нивото на топлопроводимост зависи от състава и нагряването.
Например, съдържанието на елементи като волфрам и ванадий в стоманата води до намаляване на нейната топлопроводимост, а примес на титан, кобалт и молибден я кара да се увеличава.
Какво определя коефициента на триене при плъзгане?
Коефициентът на триене при плъзгане зависи от състава и физичните свойства на контактните двойки материали, както и от стойността на напрежението върху повърхностите,подложени на триене и приплъзване. Коефициентът влияе върху устойчивостта на износване на материала.
Взаимодействието на инструмента с обработения материал протича с постоянен движещ се контакт.
Как се държат инструменталните материали в този случай? Видове от тях се износват еднакво.
Те се характеризират с:
- способността за изтриване на метала, с който влиза в контакт;
- способност да показва устойчивост на износване, т.е. да устои на абразия на друг материал.
Износването на острието се случва постоянно. В резултат на това устройствата губят своите свойства, а формата на работната им повърхност също се променя.
Устойчивостта на износване може да варира в зависимост от условията на рязане.
На какви групи се разделят инструменталните стомани?
Основните инструментални материали могат да бъдат разделени в следните категории:
- кермет (твърди сплави);
- кермети или минерална керамика;
- борен нитрид на базата на синтетичен материал;
- синтетични диаманти;
- Инструментални стомани на основата на въглерод.
Ютията за инструменти може да бъде въглерод, сплав и висока скорост.
Инструментални стомани на основата на въглерод
Въглеродните материали започват да се използват за направата на инструменти. Скоростта им на рязане е бавна.
Как се маркират инструменталните стомани? Материалите се обозначават с буква (например "U" означава въглерод), както и с число (индикатори за десети от процента на съдържанието на въглерод). Наличието на буквата "А" в края на маркировката показва високото качество на стоманата (съдържанието на вещества като сяра и фосфор не надвишава 0,03%).
Въглеродният материал има твърдост 62-65 HRC и устойчивост на ниска температура.
U9 и U10A класове инструментални материали се използват при производството на триони, а сериите U11, U11A и U12 са предназначени за ръчни кранове и други инструменти.
Нивото на температурна устойчивост на стоманите от серията U10A, U13A е 220 °C, така че се препоръчва използването на инструменти, изработени от такива материали при скорост на рязане 8-10 m/min.
легирано желязо
Сплавният материал за инструмент може да бъде хром, хром-силиций, волфрам и хром-волфрам, с примес на манган. Такива серии са обозначени с цифри и имат буквени маркировки. Първата лява цифра показва коефициента на въглеродно съдържание в десети, ако съдържанието на елемента е по-малко от 1%. Числата вдясно представляват средното съдържание на легиране като процент.
Инструментът от клас X е подходящ за изработка на метчици и матрици. Стомана B1 е подходяща за изработване на малки бормашини, метчици и райбери.
Нивото на температурна устойчивост на легираните вещества е 350-400 °C, така че скоростта на рязане е един и половина пъти по-бърза, отколкото завъглеродна сплав.
За какво се използват високолегирани стомани?
Различни материали за бързо режещи инструменти се използват при производството на свредла, зенкери и кранчета. Те са обозначени с букви, както и с цифри. Важни съставки на материалите са волфрам, молибден, хром и ванадий.
HSS са разделени на две категории: нормална и висока производителност.
Стомани с нормални характеристики
Категорията желязо с нормално ниво на производителност включва класове R18, R9, R9F5 и волфрамови сплави с примес на молибден от серия R6MZ, R6M5, които запазват твърдост най-малко HRC 58 при 620 ° C. Подходящ за въглеродни и нисколегирани стомани, сив чугун и цветни сплави.
Високопроизводителни стомани
Тази категория включва класове R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Те са в състояние да поддържат HRC 64 при температури от 630 до 640 °C. Тази категория включва свръхтвърди материали за инструменти. Той е предназначен за желязо и сплави, които са трудни за обработка, както и за титан.
Твърди метали
Такива материали са:
- кермет;
- минерална керамика.
Формата на плочите зависи от свойствата на механиката. Тези инструменти работят с висока скорост на рязане в сравнение с високоскоростен материал.
Метална керамика
Керметичните карбиди са:
- волфрам;
- волфрамов титан;
- волфрам с включване на титан и тантал.
Серията VK включва волфрам и титан. Инструментите, базирани на тези компоненти, имат повишена устойчивост на износване, но нивото им на удароустойчивост е ниско. Устройствата на тази основа се използват за обработка на чугун.
Волфрам-титаниево-кобалтова сплав е приложима за всички видове желязо.
Синтезът на волфрам, титан, тантал и кобалт се използва в специални случаи, когато други материали са неефективни.
Карбидните марки се характеризират с високо ниво на устойчивост на температура. Материалите, изработени от волфрам, могат да поддържат свойствата си с HRC 83-90, а волфрам с титан - с HRC 87-92 при температура от 800 до 950 ° C, което прави възможно работа при високи скорости на рязане (от 500 m/min до 2700 m /min при обработка на алуминий).
За механична обработка на части, които са устойчиви на ръжда и високи температури, се използват инструменти от серията финозърнести сплави OM. Степента VK6-OM е подходяща за довършителни работи, докато VK10-OM и VK15-OM са подходящи за полузавършена и груба обработка.
Още по-ефективни при работа с "трудни" части са свръхтвърдите инструменти от серията BK10-XOM и BK15-XOM. Те заместват танталовия карбид с хромов карбид, което ги прави по-издръжливи дори когато са подложени на високи температури.
За да увеличат нивото на здравина на твърдата плоча, те прибягват до покриването й със защитен филм. Използват се титанов карбид, нитрид и карбонит, които се нанасят на много тънък слой. Дебелината е от 5 до 10 микрона. В резултат на това се образува слой от финозърнест титанов карбид. Тези пластини имат три пъти по-дълъг живот на инструмента от пластините без покритие, увеличавайки скоростта на рязане с 30%.
В някои случаи се използват металокерамични материали, които се получават от алуминиев оксид с добавка на волфрам, титан, тантал и кобалт.
Минерална керамика
Минералната керамика TsM-332 се използва за режещи инструменти. Има висока температурна устойчивост. Индексът на твърдост HRC е от 89 до 95 при 1200 °C. Също така, материалът се характеризира с устойчивост на износване, което позволява обработката на стомана, чугун и цветни сплави при високи скорости на рязане.
За направата на режещи инструменти се използва и металокерамика от серия B. Тя е на базата на оксид и карбид. Въвеждането на метален карбид, както и молибден и хром в състава на минералната керамика, спомага за оптимизиране на физико-механичните свойства на металокерамиката и елиминира нейната крехкост. Скоростта на рязане се увеличава. Полудовършителните и довършителни работи с металокерамичен инструмент са подходящи за сив ковък чугун, твърда за обработка стомана и редица цветни метали. Процесът се извършва при скорост 435-1000 m/min. Режещата керамика е устойчива на температури. Твърдостта му е HRC90-95 при 950-1100 °С.
За обработката на закалено желязо, издръжлив чугун, както и фибростъкло се използва инструмент, чиято режеща част е изработена от твърди вещества, съдържащи борен нитрид и диаманти. Индексът на твърдост на елбор (борен нитрид) е приблизително същият като този на диаманта. Устойчивостта му на температура е два пъти по-голяма от тази на последната. Elbor се отличава със своята инертност към железни материали. Границата на якост на неговите поликристали при компресия е 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), а при огъване - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). Температурна устойчивост е до 1350-1450 °C.
Заслужава да се отбележи и диамантните бали на синтетична основа от серията ASB и карбонадо от серията ASPK. Химическата активност на последните спрямо въглерод-съдържащи материали е по-висока. Ето защо се използва при заточване на детайли от цветни метали, сплави с високо съдържание на силиций, твърди материали VK10, VK30, както и неметални повърхности.
Издръжливостта на инструмента на карбоновите фрези е 20-50 пъти по-голяма от тази на твърдите сплави.
Кои сплави се използват в индустрията?
Инструменталните материали се издават по целия свят. Видовете, използвани в Русия, САЩ и в Европа, в по-голямата си част не съдържат волфрам. Принадлежат към серията KNT016 и TN020. Тези модели се превърнаха в заместител на марките T15K6, T14K8 и VK8. Използват се за обработка на стомани за конструкции, неръждаема стомана и инструментални материали.
Нови изисквания към инструменталните материали поради недостиг на волфрам икобалт. Именно с този фактор в САЩ, европейските страни и Русия непрекъснато се разработват алтернативни методи за получаване на нови твърди сплави, които не съдържат волфрам.
Например инструменталните материали от серията Titan 50, 60, 80, 100, произведени от американската компания Adamas Carbide Co, съдържат карбид, титан и молибден. Увеличаването на броя показва степента на якост на материала. Характеристиката на инструменталните материали от това издание предполага високо ниво на якост. Например, серията Titan100 има якост от 1000 MPa. Тя е конкурент на керамиката.
