Hlavní požadavky na nástrojové materiály jsou tvrdost, odolnost proti opotřebení, teplu atd. Splnění těchto kritérií umožňuje řezání. Aby pronikly do povrchových vrstev zpracovávaného výrobku, musí být čepele pro řezání pracovní části vyrobeny ze silných slitin. Tvrdost může být přirozená nebo získaná.
Například továrně vyrobené nástrojové oceli lze snadno řezat. Po mechanickém a tepelném zpracování, jakož i broušení a ostření se jejich úroveň pevnosti a tvrdosti zvyšuje.
Jak se určuje tvrdost?
Charakteristiku lze definovat různými způsoby. Nástrojové oceli mají tvrdost Rockwell, tvrdost má číselné označení, stejně jako písmeno HR se stupnicí A, B nebo C (například HRC). Výběr materiálu nástroje závisí na typu zpracovávaného kovu.
Nejstabilnější výkon a nízké opotřebení břitů, kterébyly tepelně zpracovány, lze dosáhnout s HRC 63 nebo 64. Při nižší hodnotě nejsou vlastnosti nástrojových materiálů tak vysoké a při vysoké tvrdosti se začnou drolit kvůli křehkosti.
Kovy s tvrdostí HRC 30-35 jsou dokonale opracovány železnými nástroji, které byly tepelně zpracovány s HRC 63-64. Poměr indikátorů tvrdosti je tedy 1:2.
Pro zpracování kovů s HRC 45-55 by se měly používat nástroje na bázi tvrdých slitin. Jejich index je HRA 87-93. Na kalené oceli lze použít materiály na syntetické bázi.
Síla materiálů nástrojů
Během procesu řezání působí na pracovní část síla 10 kN nebo více. Vyvolává vysoké napětí, které může vést ke zničení nástroje. Aby se tomu zabránilo, řezné materiály musí mít vysoký bezpečnostní faktor.
Nejlepší kombinaci pevnostních charakteristik mají nástrojové oceli. Pracovní část z nich vyrobená dokonale odolává velkému zatížení a může fungovat v kompresi, torzi, ohýbání a natahování.
Vliv kritické teploty ohřevu na čepele nástroje
Když se při řezání kovů uvolňuje teplo, jejich čepele se zahřívají, ve větší míře - povrchy. Když je teplota pod kritickou značkou (pro každý materiál má svou vlastní)struktura a tvrdost se nemění. Pokud je teplota ohřevu vyšší než přípustná norma, úroveň tvrdosti klesá. Kritická teplota se nazývá červená tvrdost.
Co znamená výraz "červená tvrdost"?
Červená tvrdost je vlastnost kovu, že při zahřátí na teplotu 600 °C září tmavě červeně. Termín znamená, že kov si zachovává svou tvrdost a odolnost proti opotřebení. V jádru je to schopnost odolávat vysokým teplotám. Pro různé materiály existuje limit, od 220 do 1800 °C.
Jak lze zvýšit výkon řezného nástroje?
Nástrojové materiály řezného nástroje se vyznačují zvýšenou funkčností při zvýšení teplotní odolnosti a zlepšení odvodu tepla vznikajícího na čepeli při řezání. Teplo zvyšuje teplotu.
Čím více tepla je odváděno z čepele hluboko do zařízení, tím nižší je teplota na jejím kontaktním povrchu. Úroveň tepelné vodivosti závisí na složení a ohřevu.
Například obsah prvků jako wolfram a vanad v oceli způsobuje pokles její tepelné vodivosti a příměs titanu, kob altu a molybdenu způsobuje její zvýšení.
Co určuje koeficient kluzného tření?
Koeficient kluzného tření závisí na složení a fyzikálních vlastnostech kontaktních dvojic materiálů a také na hodnotě napětí na površích,vystavené tření a skluzu. Koeficient ovlivňuje odolnost materiálu proti opotřebení.
Interakce nástroje s materiálem, který byl zpracován, probíhá neustálým pohyblivým kontaktem.
Jak se v tomto případě chovají instrumentální materiály? Některé druhy se opotřebovávají stejně.
Vyznačují se:
- schopnost vymazat kov, se kterým přijde do kontaktu;
- schopnost vykazovat odolnost proti opotřebení, tedy odolat oděru jiného materiálu.
K opotřebení čepele dochází neustále. V důsledku toho zařízení ztrácejí své vlastnosti a mění se i tvar jejich pracovní plochy.
Odolnost proti opotřebení se může lišit v závislosti na řezných podmínkách.
Na jaké skupiny se dělí nástrojové oceli?
Hlavní instrumentální materiály lze rozdělit do následujících kategorií:
- cermet (tvrdé slitiny);
- cermety nebo minerální keramika;
- nitrid boru na syntetickém materiálu;
- syntetické diamanty;
- Nástrojové oceli na bázi uhlíku.
Nástrojové železo může být uhlíkové, slitinové a vysokorychlostní.
Nástrojové oceli na bázi uhlíku
K výrobě nástrojů se začaly používat uhlíkaté materiály. Jejich řezná rychlost je pomalá.
Jak se označují nástrojové oceli? Materiály jsou označeny písmenem (například „U“znamená uhlík) a také číslem (ukazatele desetin procenta obsahu uhlíku). Přítomnost písmene „A“na konci označení označuje vysokou kvalitu oceli (obsah látek jako je síra a fosfor nepřesahuje 0,03 %).
Uhlíkový materiál má tvrdost 62-65 HRC a odolnost vůči nízkým teplotám.
Nástrojové materiály jakosti U9 a U10A se používají při výrobě pil a řady U11, U11A a U12 jsou určeny pro ruční závitníky a další nástroje.
Úroveň teplotní odolnosti ocelí řady U10A, U13A je 220 °C, proto se doporučuje používat nástroje z takových materiálů při řezné rychlosti 8-10 m/min.
legované železo
Lehovaný nástrojový materiál může být chrom, chrom-křemík, wolfram a chrom-wolfram s příměsí manganu. Takové série jsou označeny čísly a mají také písmenná označení. První levý obrázek udává koeficient obsahu uhlíku v desetinách, pokud je obsah prvku menší než 1 %. Čísla napravo představují průměrný obsah legování v procentech.
Nástrojový materiál třídy X je vhodný pro výrobu závitníků a zápustek. Ocel B1 je vhodná pro výrobu malých vrtáků, závitníků a výstružníků.
Úroveň teplotní odolnosti legovaných látek je 350-400 °C, takže řezná rychlost je jedenapůlkrát rychlejší než uuhlíková slitina.
K čemu se používají vysoce legované oceli?
Při výrobě vrtáků, záhlubníků a závitníků se používají různé materiály pro rychlé řezné nástroje. Jsou označeny písmeny i čísly. Důležitými složkami materiálů jsou wolfram, molybden, chrom a vanad.
HSS se dělí do dvou kategorií: normální a vysoce výkonné.
Normální výkonné oceli
Kategorie železa s běžnou úrovní výkonu zahrnuje jakosti R18, R9, R9F5 a slitiny wolframu s příměsí molybdenu řady R6MZ, R6M5, které si zachovávají tvrdost minimálně 58 HRC při 620 °C. Vhodné pro uhlíkové a nízkolegované oceli, šedou litinu a neželezné slitiny.
Vysoce výkonné oceli
Tato kategorie zahrnuje třídy R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Jsou schopny udržet HRC 64 při teplotách od 630 do 640 °C. Tato kategorie zahrnuje supertvrdé nástrojové materiály. Je určen pro obtížně obrobitelné železo a slitiny a také pro titan.
Hardmetals
Takové materiály jsou:
- cermet;
- minerální keramika.
Tvar desek závisí na vlastnostech mechaniky. Tyto nástroje pracují při vysoké řezné rychlosti ve srovnání s vysokorychlostním materiálem.
Kovová keramika
Cermetové karbidy jsou:
- tungsten;
- wolfram titan;
- wolfram s obsahem titanu a tantalu.
Série VK zahrnuje wolfram a titan. Nástroje založené na těchto součástech mají zvýšenou odolnost proti opotřebení, ale jejich úroveň odolnosti proti nárazu je nízká. Zařízení na tomto základě se používají pro zpracování litiny.
Slitina wolfram-titan-kob alt je použitelná pro všechny druhy železa.
Syntéza wolframu, titanu, tantalu a kob altu se používá ve speciálních případech, kdy jsou jiné materiály neúčinné.
Karbidové třídy se vyznačují vysokou úrovní teplotní odolnosti. Materiály vyrobené z wolframu si mohou zachovat své vlastnosti s HRC 83-90 a wolframu s titanem - s HRC 87-92 při teplotě 800 až 950 °C, což umožňuje pracovat při vysokých řezných rychlostech (od 500 m/min. až 2700 m/min při obrábění hliníku).
Pro obrábění dílů, které jsou odolné vůči korozi a vysokým teplotám, se používají nástroje z řady jemnozrnných slitin OM. Třída VK6-OM je vhodná pro dokončovací práce, zatímco VK10-OM a VK15-OM jsou vhodné pro polodokončování a hrubování.
Ještě efektivnější při práci s "obtížnými" díly jsou supertvrdé nástrojové materiály řady BK10-XOM a BK15-XOM. Nahrazují karbid tantalu karbidem chrómu, díky čemuž jsou odolnější, i když jsou vystaveny vysokým teplotám.
Za účelem zvýšení úrovně pevnosti pevné desky se uchýlí k jejímu potažení ochranným filmem. Používá se karbid titanu, nitrid a karbonit, které se nanášejí ve velmi tenké vrstvě. Tloušťka je od 5 do 10 mikronů. V důsledku toho se vytvoří vrstva jemnozrnného karbidu titanu. Tyto břitové destičky mají trojnásobnou životnost nástroje než břitové destičky bez povlaku a zvyšují řeznou rychlost o 30 %.
V některých případech se používají cermetové materiály, které se získávají z oxidu hlinitého s přídavkem wolframu, titanu, tantalu a kob altu.
Minerální keramika
Minerální keramika TsM-332 se používá pro řezné nástroje. Má vysokou teplotní odolnost. Index tvrdosti HRC je od 89 do 95 při 1200 °C. Materiál se také vyznačuje odolností proti opotřebení, což umožňuje zpracování oceli, litiny a neželezných slitin při vysokých řezných rychlostech.
K výrobě řezných nástrojů se také používá cermet řady B. Je založen na oxidu a karbidu. Zavedení karbidu kovu, stejně jako molybdenu a chrómu do složení minerální keramiky, pomáhá optimalizovat fyzikální a mechanické vlastnosti cermetu a eliminuje jeho křehkost. Řezná rychlost se zvýší. Polodokončování a dokončování nástrojem na bázi cermetu je vhodné pro šedou tvárnou litinu, těžkoobrobitelnou ocel a řadu barevných kovů. Proces se provádí rychlostí 435-1000 m/min. Řezná keramika je odolná vůči teplotám. Jeho tvrdost je HRC90-95 při 950-1100 °С.
Pro zpracování tvrzeného železa, odolné litiny, ale i sklolaminátu se používá nástroj, jehož řezná část je vyrobena z pevných látek obsahujících nitrid boru a diamanty. Index tvrdosti elboru (nitridu boru) je přibližně stejný jako u diamantu. Jeho teplotní odolnost je dvakrát vyšší než u druhého. Elbor se vyznačuje inertností vůči železným materiálům. Mez pevnosti jeho polykrystalů v tlaku je 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2) a v ohybu - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). Teplotní odolnost je až 1350-1450 °C.
Za zmínku stojí také diamantové balasky na syntetické bázi řady ASB a carbonado řady ASPK. Chemická aktivita těchto látek vůči materiálům obsahujícím uhlík je vyšší. Proto se používá při ostření dílů z neželezných kovů, slitin s vysokým obsahem křemíku, tvrdých materiálů VK10, VK30, ale i nekovových povrchů.
Životnost karbonádových fréz je 20-50krát delší než u tvrdých slitin.
Jaké slitiny se používají v průmyslu?
Instrumentální materiály jsou vydávány po celém světě. Druhy používané v Rusku, USA a Evropě většinou neobsahují wolfram. Patří do řady KNT016 a TN020. Tyto modely se staly náhradou za značky T15K6, T14K8 a VK8. Používají se pro zpracování ocelí na konstrukce, nerezové oceli a nástrojových materiálů.
Nové požadavky na materiály nástrojů kvůli nedostatku wolframu akob alt. Právě s tímto faktorem se v USA, evropských zemích a Rusku neustále vyvíjejí alternativní metody pro získávání nových tvrdých slitin, které neobsahují wolfram.
Například nástrojové materiály řady Titan 50, 60, 80, 100 vyráběné americkou společností Adamas Carbide Co obsahují karbid, titan a molybden. Zvýšení čísla udává stupeň pevnosti materiálu. Charakteristiky nástrojových materiálů tohoto uvolnění implikují vysokou úroveň pevnosti. Například řada Titan100 má pevnost 1000 MPa. Je konkurentkou keramiky.
