I requisiti principali per i materiali degli utensili sono durezza, resistenza all'usura, al calore, ecc. Il rispetto di questi criteri consente il taglio. Per poter penetrare negli strati superficiali del prodotto in lavorazione, le lame per il taglio della parte in lavorazione devono essere realizzate in leghe resistenti. La durezza può essere naturale o acquisita.
Ad esempio, gli acciai per utensili realizzati in fabbrica sono facili da tagliare. Dopo la lavorazione meccanica e termica, nonché la molatura e l'affilatura, il loro livello di resistenza e durezza aumenta.
Come viene determinata la durezza?
Le caratteristiche possono essere definite in diversi modi. Gli acciai per utensili hanno durezza Rockwell, la durezza ha una designazione numerica, così come la lettera HR con una scala di A, B o C (ad esempio, HRC). La scelta del materiale dell'utensile dipende dal tipo di metallo da lavorare.
Le prestazioni più stabili e lame a bassa usura chesono stati trattati termicamente, possono essere ottenuti con un HRC di 63 o 64. A un valore inferiore, le proprietà dei materiali degli utensili non sono così elevate e, a una durezza elevata, iniziano a sgretolarsi a causa della fragilità.
I metalli con una durezza di HRC 30-35 sono perfettamente lavorati con utensili in ferro che sono stati trattati termicamente con un HRC di 63-64. Pertanto, il rapporto degli indicatori di durezza è 1:2.
Per lavorare i metalli con HRC 45-55, è necessario utilizzare strumenti basati su leghe dure. Il loro indice è HRA 87-93. I materiali a base sintetica possono essere utilizzati su acciai temprati.
Resistenza dei materiali degli utensili
Durante il processo di taglio, viene applicata una forza di 10 kN o più alla parte in lavorazione. Provoca alta tensione, che può portare alla distruzione dello strumento. Per evitare ciò, i materiali da taglio devono avere un elevato fattore di sicurezza.
La migliore combinazione di caratteristiche di resistenza ha gli acciai per utensili. La parte di lavoro che ne è composta resiste perfettamente a carichi pesanti e può funzionare in compressione, torsione, flessione e allungamento.
Effetto della temperatura critica di riscaldamento sulle lame degli utensili
Quando il calore viene rilasciato durante il taglio dei metalli, le loro lame sono soggette a riscaldamento, in misura maggiore - superfici. Quando la temperatura è al di sotto della soglia critica (per ogni materiale ha il suo)struttura e durezza non cambiano. Se la temperatura di riscaldamento diventa superiore alla norma consentita, il livello di durezza diminuisce. La temperatura critica è chiamata durezza rossa.
Cosa significa il termine "durezza rossa"?
La durezza del rosso è la proprietà di un metallo di brillare di rosso scuro se riscaldato a una temperatura di 600 °C. Il termine implica che il metallo mantenga la sua durezza e resistenza all'usura. Al centro, è la capacità di resistere alle alte temperature. Per materiali diversi c'è un limite, da 220 a 1800 °C.
Come si possono aumentare le prestazioni dell'utensile da taglio?
I materiali dell'utensile da taglio sono caratterizzati da una maggiore funzionalità, aumentando la resistenza alla temperatura e migliorando la rimozione del calore generato sulla lama durante il taglio. Il calore aumenta la temperatura.
Più calore viene rimosso dalla lama in profondità nel dispositivo, minore è la temperatura sulla sua superficie di contatto. Il livello di conducibilità termica dipende dalla composizione e dal riscaldamento.
Ad esempio, il contenuto di elementi come tungsteno e vanadio nell'acciaio provoca una diminuzione della sua conduttività termica e una miscela di titanio, cob alto e molibdeno ne provoca un aumento.
Cosa determina il coefficiente di attrito radente?
Il coefficiente di attrito radente dipende dalla composizione e dalle proprietà fisiche delle coppie di materiali a contatto, nonché dal valore della sollecitazione sulle superfici,soggetto ad attrito e scivolamento. Il coefficiente influisce sulla resistenza all'usura del materiale.
L'interazione dell'utensile con il materiale lavorato procede con un contatto mobile costante.
Come si comportano i materiali strumentali in questo caso? Tipi di loro si consumano allo stesso modo.
Sono caratterizzati da:
- la capacità di cancellare il metallo con cui entra in contatto;
- capacità di mostrare resistenza all'usura, ovvero resistere all'abrasione di un altro materiale.
L'usura delle lame avviene sempre. Di conseguenza, i dispositivi perdono le loro proprietà e cambia anche la forma della loro superficie di lavoro.
La resistenza all'usura può variare a seconda delle condizioni di taglio.
In quali gruppi sono suddivisi gli acciai per utensili?
I principali materiali strumentali possono essere suddivisi nelle seguenti categorie:
- cermet (leghe dure);
- cermet, o ceramica minerale;
- nitruro di boro a base di materiale sintetico;
- diamanti sintetici;
- Acciai per utensili a base di carbonio.
Il ferro per utensili può essere in carbonio, lega e ad alta velocità.
Acciai per utensili a base di carbonio
I materiali carboniosi cominciarono ad essere usati per fare utensili. La loro velocità di taglio è lenta.
Come vengono contrassegnati gli acciai per utensili? I materiali sono indicati da una lettera (ad esempio, "U" significa carbonio), nonché da un numero (indicatori di decimi di percentuale del contenuto di carbonio). La presenza della lettera "A" alla fine della marcatura indica l'elevata qualità dell'acciaio (il contenuto di sostanze come zolfo e fosforo non supera lo 0,03%).
Il materiale in carbonio ha una durezza di 62-65 HRC e una resistenza alle basse temperature.
I gradi di materiali per utensili U9 e U10A vengono utilizzati nella produzione di seghe e le serie U11, U11A e U12 sono progettate per maschi manuali e altri strumenti.
Il livello di resistenza alla temperatura degli acciai della serie U10A, U13A è di 220 °C, quindi si consiglia di utilizzare utensili realizzati con tali materiali a una velocità di taglio di 8-10 m/min.
Ferro legato
Il materiale per utensili legato può essere cromo, cromo-silicio, tungsteno e cromo-tungsteno, con una miscela di manganese. Tali serie sono indicate da numeri e hanno anche segni di lettere. La prima cifra a sinistra indica il coefficiente di contenuto di carbonio in decimi se il contenuto dell'elemento è inferiore all'1%. I numeri a destra rappresentano il contenuto medio di lega in percentuale.
Il materiale per utensili di grado X è adatto per la realizzazione di maschi e filiere. L'acciaio B1 è adatto per la realizzazione di piccoli trapani, maschi e alesatori.
Il livello di resistenza alla temperatura delle sostanze legate è 350-400 °C, quindi la velocità di taglio è una volta e mezza più veloce di quella perlega di carbonio.
A cosa servono gli acciai altolegati?
Nella produzione di trapani, svasatori e maschi vengono utilizzati diversi materiali per utensili da taglio rapido. Sono etichettati con lettere e numeri. I costituenti importanti dei materiali sono tungsteno, molibdeno, cromo e vanadio.
HSS sono divisi in due categorie: normale e ad alte prestazioni.
Acciai a prestazioni normali
La categoria del ferro con un livello di prestazione normale comprende i gradi R18, R9, R9F5 e le leghe di tungsteno con una miscela di molibdeno della serie R6MZ, R6M5, che mantengono una durezza di almeno HRC 58 a 620 ° C. Adatto per acciai al carbonio e bassolegati, ghisa grigia e leghe non ferrose.
Acciai ad alte prestazioni
Questa categoria comprende i gradi R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Sono in grado di mantenere HRC 64 a temperature da 630 a 640 °C. Questa categoria include materiali per utensili superduri. È progettato per ferro e leghe difficili da lavorare, oltre al titanio.
Metalli duri
Tali materiali sono:
- cermet;
- ceramica minerale.
La forma delle piastre dipende dalle proprietà della meccanica. Questi strumenti funzionano ad alta velocità di taglio rispetto al materiale ad alta velocità.
Ceramica metallica
I carburi di cermet sono:
- tungsteno;
- titanio di tungsteno;
- tungsteno con inclusione di titanio e tantalio.
La serie VK include tungsteno e titanio. Gli strumenti basati su questi componenti hanno una maggiore resistenza all'usura, ma il loro livello di resistenza agli urti è basso. I dispositivi su questa base vengono utilizzati per la lavorazione della ghisa.
La lega tungsteno-titanio-cob alto è applicabile a tutti i tipi di ferro.
La sintesi di tungsteno, titanio, tantalio e cob alto viene utilizzata in casi speciali quando altri materiali sono inefficaci.
Le qualità in metallo duro sono caratterizzate da un'elevata resistenza alla temperatura. I materiali in tungsteno possono mantenere le loro proprietà con HRC 83-90 e tungsteno con titanio - con HRC 87-92 a una temperatura da 800 a 950 ° C, che consente di operare a velocità di taglio elevate (da 500 m/min a 2700 m /min durante la lavorazione dell'alluminio).
Per la lavorazione di parti resistenti alla ruggine e alle alte temperature, vengono utilizzati utensili della serie OM in leghe a grana fine. La qualità VK6-OM è adatta per la finitura, mentre VK10-OM e VK15-OM sono adatte per la semifinitura e la sgrossatura.
Ancora più efficienti quando si lavora con parti "difficili" sono i materiali per utensili superduri delle serie BK10-XOM e BK15-XOM. Sostituiscono il carburo di tantalio con il carburo di cromo, rendendoli più durevoli anche se sottoposti a temperature elevate.
Per aumentare il livello di resistenza della piastra solida, ricorrono a rivestirla con una pellicola protettiva. Vengono utilizzati carburo di titanio, nitruro e carbonite, che vengono applicati in uno strato molto sottile. Lo spessore va da 5 a 10 micron. Di conseguenza, si forma uno strato di carburo di titanio a grana fine. Questi inserti hanno una durata utensile tre volte superiore a quella degli inserti non rivestiti, aumentando la velocità di taglio del 30%.
In alcuni casi vengono utilizzati materiali cermet, ottenuti da ossido di alluminio con l'aggiunta di tungsteno, titanio, tantalio e cob alto.
Ceramica minerale
La ceramica minerale TsM-332 viene utilizzata per gli utensili da taglio. Ha resistenza alle alte temperature. L'indice di durezza HRC va da 89 a 95 a 1200 °C. Inoltre, il materiale è caratterizzato da resistenza all'usura, che consente la lavorazione di acciaio, ghisa e leghe non ferrose ad elevate velocità di taglio.
Per realizzare utensili da taglio viene utilizzato anche il cermet della serie B. È a base di ossido e carburo. L'introduzione di carburo metallico, nonché di molibdeno e cromo nella composizione della ceramica minerale, aiuta a ottimizzare le proprietà fisiche e meccaniche del cermet ed elimina la sua fragilità. La velocità di taglio viene aumentata. La semifinitura e la finitura con un utensile a base di cermet sono adatte per ghisa sferoidale grigia, acciai difficili da lavorare e una serie di metalli non ferrosi. Il processo viene eseguito ad una velocità di 435-1000 m/min. La ceramica da taglio è resistente alla temperatura. La sua durezza è HRC90-95 a 950-1100 °С.
Per la lavorazione del ferro temprato, della ghisa durevole e della fibra di vetro, viene utilizzato uno strumento la cui parte tagliente è composta da sostanze solide contenenti nitruro di boro e diamanti. L'indice di durezza dell'elbor (nitruro di boro) è più o meno lo stesso di quello del diamante. La sua resistenza alla temperatura è doppia rispetto a quella di quest'ultimo. Elbor si distingue per la sua inerzia ai materiali di ferro. Il limite di resistenza dei suoi policristalli in compressione è 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), e in flessione - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). La resistenza alla temperatura è fino a 1350-1450 °C.
Degno di nota sono anche le balle diamantate a base sintetica della serie ASB e il carbonado della serie ASPK. L'attività chimica di quest'ultimo verso i materiali contenenti carbonio è maggiore. Ecco perché viene utilizzato per l'affilatura di parti in metalli non ferrosi, leghe ad alto contenuto di silicio, materiali duri VK10, VK30 e superfici non metalliche.
La durata utensile delle frese per carbonade è 20-50 volte quella delle leghe dure.
Quali leghe vengono utilizzate nell'industria?
I materiali strumentali vengono rilasciati in tutto il mondo. I tipi utilizzati in Russia, negli Stati Uniti e in Europa, per la maggior parte, non contengono tungsteno. Appartengono alle serie KNT016 e TN020. Questi modelli sono diventati un sostituto per i marchi T15K6, T14K8 e VK8. Sono utilizzati per la lavorazione di acciai per strutture, acciaio inossidabile e materiali per utensili.
Nuovi requisiti per i materiali degli utensili a causa della carenza di tungsteno ecob alto. È proprio con questo fattore che negli USA, nei paesi europei e in Russia vengono costantemente sviluppati metodi alternativi per ottenere nuove leghe dure prive di tungsteno.
Ad esempio, i materiali per utensili della serie Titan 50, 60, 80, 100 prodotti dalla società americana Adamas Carbide Co contengono carburo, titanio e molibdeno. L'aumento del numero indica il grado di resistenza del materiale. La caratteristica dei materiali degli utensili di questa versione implica un alto livello di resistenza. Ad esempio, la serie Titan100 ha una forza di 1000 MPa. È una concorrente della ceramica.
