A szerszámanyagokkal szemben támasztott fő követelmények a keménység, kopásállóság, hőállóság stb. Ezeknek a kritériumoknak való megfelelés lehetővé teszi a vágást. Annak érdekében, hogy a feldolgozott termék felületi rétegeibe behatolhasson, a munkadarab vágására szolgáló pengéknek erős ötvözetekből kell készülniük. A keménység lehet természetes vagy szerzett.
Például a gyárilag gyártott szerszámacélok könnyen vághatók. Mechanikai és termikus feldolgozás, valamint köszörülés és élezés után szilárdságuk és keménységük nő.
Hogyan határozható meg a keménység?
A jellemzőket többféleképpen lehet meghatározni. A szerszámacélok Rockwell keménységűek, a keménységnek numerikus jelölése van, valamint a HR betűt A, B vagy C skálával (például HRC). A szerszám anyagának megválasztása a megmunkálandó fém típusától függ.
A legstabilabb teljesítményű és alacsony kopású pengékhőkezeltek, 63-as vagy 64-es HRC-vel érhetők el. Alacsonyabb értéknél a szerszámanyagok tulajdonságai nem olyan magasak, nagy keménységnél pedig a ridegség miatt morzsolni kezdenek.
A HRC 30-35 keménységű fémeket tökéletesen megmunkálják olyan vasszerszámokkal, amelyeket 63-64 HRC-vel hőkezeltek. Így a keménységmutatók aránya 1:2.
A HRC 45-55-ös fémek feldolgozásához keményötvözeteken alapuló szerszámokat kell használni. Indexük HRA 87-93. Szintetikus alapú anyagok használhatók edzett acélokhoz.
Szerszámanyagok szilárdsága
A vágási folyamat során 10 kN vagy nagyobb erő hat a munkadarabra. Magas feszültséget vált ki, ami a szerszám tönkremeneteléhez vezethet. Ennek elkerülése érdekében a vágóanyagoknak magas biztonsági tényezővel kell rendelkezniük.
A szilárdsági jellemzők legjobb kombinációja a szerszámacél. A belőlük készült munkadarab tökéletesen ellenáll a nagy terheléseknek, és tud működni kompresszióban, csavarásban, hajlításban és nyújtásban.
A kritikus fűtési hőmérséklet hatása a szerszámpengékre
Amikor a fémek vágása során hő szabadul fel, pengéik melegednek, nagyobb mértékben a felületek. Ha a hőmérséklet a kritikus pont alatt van (minden anyagnak megvan a sajátja)szerkezete és keménysége nem változik. Ha a fűtési hőmérséklet magasabb, mint a megengedett norma, akkor a keménységi szint csökken. A kritikus hőmérsékletet vörös keménységnek nevezzük.
Mit jelent a "vörös keménység" kifejezés?
A vörös keménység a fém azon tulajdonsága, hogy 600 °C-ra hevítve sötétvörösen világít. A kifejezés azt jelenti, hogy a fém megőrzi keménységét és kopásállóságát. Lényege, hogy ellenáll a magas hőmérsékletnek. Különböző anyagokra van egy határérték, 220 és 1800 °C között.
Hogyan növelhető a vágószerszám teljesítménye?
A vágószerszám szerszámanyagait megnövelt funkcionalitás jellemzi, miközben növeli a hőállóságot és javítja a vágás során a pengén keletkező hő eltávolítását. A hő megemeli a hőmérsékletet.
Minél több hő távozik a pengéből a készülék mélyén, annál alacsonyabb a hőmérséklet az érintkezési felületén. A hővezető képesség szintje az összetételtől és a fűtéstől függ.
Például az olyan elemek tartalma az acélban, mint a volfrám és a vanádium, csökkenti az acél hővezető képességét, a titán, kob alt és molibdén keveréke pedig növeli.
Mi határozza meg a csúszósúrlódási együtthatót?
A csúszási súrlódási együttható függ az érintkező anyagpárok összetételétől és fizikai tulajdonságaitól, valamint a felületek feszültségértékétől,súrlódásnak és csúszásnak van kitéve. Az együttható befolyásolja az anyag kopásállóságát.
A szerszám kölcsönhatása a megmunkált anyaggal folyamatos mozgó érintkezéssel megy végbe.
Hogyan viselkednek ebben az esetben a hangszeres anyagok? Ezek egyformán elhasználódnak.
Jellemzőjük:
- a fém törlésének képessége, amellyel érintkezésbe kerül;
- kopásállóság, azaz más anyagok kopásának ellenálló képessége.
A pengekopás folyamatosan előfordul. Ennek következtében az eszközök elveszítik tulajdonságaikat, és megváltozik a munkafelületük alakja is.
A kopásállóság a vágási körülményektől függően változhat.
Milyen csoportokra osztják a szerszámacélokat?
A főbb hangszeres anyagok a következő kategóriákba sorolhatók:
- cermet (keményötvözetek);
- cermet, vagy ásványi kerámia;
- szintetikus anyag alapú bór-nitrid;
- szintetikus gyémántok;
- Szén alapú szerszámacélok.
Szerszámvas lehet karbon, ötvözött és nagy sebességű.
Szén alapú szerszámacélok
A széntartalmú anyagokat szerszámok készítésére kezdték használni. Vágási sebességük lassú.
Hogyan jelölik a szerszámacélokat? Az anyagokat egy betű (például az "U" jelentése szén), valamint egy szám (a széntartalom tized százalékának mutatói) jelöli. Az "A" betű jelenléte a jelölés végén az acél kiváló minőségét jelzi (az anyagok, például a kén és a foszfor tartalma nem haladja meg a 0,03%-ot).
A szén anyagának keménysége 62-65 HRC és alacsony hőmérsékletű.
A fűrészek gyártásához U9 és U10A minőségű szerszámanyagokat használnak, az U11, U11A és U12 sorozatokat pedig kézi csapokhoz és egyéb szerszámokhoz tervezték.
Az U10A, U13A sorozatú acélok hőállósági szintje 220 °C, ezért az ilyen anyagokból készült szerszámok használata 8-10 m/perc forgácsolási sebesség mellett javasolt.
Ötvözött vas
Az ötvözött szerszámanyag lehet króm, króm-szilícium, volfrám és króm-volfrám, mangán keverékkel. Az ilyen sorozatokat számok jelzik, és betűjelzéssel is rendelkeznek. Az első bal oldali ábra a széntartalom együtthatóját jelzi tizedben, ha az elem tartalma 1%-nál kisebb. A jobb oldali számok az átlagos ötvözőtartalmat mutatják százalékban.
Az X szerszám anyagminősége menetfúrók és matricák készítésére alkalmas. A B1 acél kisméretű fúrók, menetfúrók és dörzsárak készítésére alkalmas.
Az ötvözött anyagok hőmérsékletállósági szintje 350-400 °C, így a vágási sebesség másfélszer gyorsabb, mintszénötvözet.
Mire használják az erősen ötvözött acélokat?
A fúrók, süllyesztők és menetfúrók gyártásához különféle gyorsvágó szerszámanyagokat használnak. Betűkkel és számokkal is fel vannak jelölve. Az anyagok fontos alkotórészei a wolfram, molibdén, króm és vanádium.
A HSS két kategóriába sorolható: normál és nagy teljesítményű.
Normál teljesítményű acélok
A normál teljesítményszintű vas kategóriájába tartoznak az R18, R9, R9F5 osztályok és az R6MZ, R6M5 sorozatú molibdén keveréket tartalmazó volfrámötvözetek, amelyek keménysége 620 °C-on legalább HRC 58. Alkalmas szén- és gyengén ötvözött acélokhoz, szürkeöntvényekhez és színesfém ötvözetekhez.
Nagy teljesítményű acélok
Ebbe a kategóriába tartoznak az R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2 fokozatok. Képesek fenntartani a HRC 64-et 630 és 640 °C közötti hőmérsékleten. Ebbe a kategóriába tartoznak a szuperkemény szerszámanyagok. Vashoz és nehezen megmunkálható ötvözetekhez, valamint titánhoz tervezték.
Keményfémek
Az ilyen anyagok a következők:
- cermet;
- ásványi kerámia.
A lemezek alakja a mechanika tulajdonságaitól függ. Ezek a szerszámok a nagy sebességű anyagokhoz képest nagy vágási sebességgel működnek.
Fémkerámia
A kermet-karbidok:
- tungsten;
- volfram-titán;
- volfrám titán és tantál bevonásával.
A VK sorozat wolframot és titánt tartalmaz. Az ezeken az alkatrészeken alapuló szerszámok kopásállósága megnövekedett, de ütésállóságuk alacsony. Az ezen az alapon készült eszközöket öntöttvas feldolgozására használják.
A volfrám-titán-kob alt ötvözet mindenféle vashoz alkalmazható.
A wolfram, titán, tantál és kob alt szintézisét speciális esetekben alkalmazzák, amikor más anyagok nem hatékonyak.
A keményfém minőségeket magas szintű hőmérsékletállóság jellemzi. A wolframból készült anyagok a HRC 83-90, a volfrám titánnal pedig a HRC 87-92-vel 800 és 950 °C közötti hőmérsékleten képesek megőrizni tulajdonságaikat, ami lehetővé teszi a nagy vágási sebességgel (500 m/perctől). 2700 m/perc-ig alumínium megmunkálásakor).
A rozsdának és magas hőmérsékletnek ellenálló alkatrészek megmunkálásához az OM finomszemcsés ötvözet sorozatú szerszámokat használják. A VK6-OM fokozat simításra, míg a VK10-OM és a VK15-OM félsimításra és nagyolásra alkalmas.
A "nehéz" alkatrészekkel való munka során még hatékonyabbak a BK10-XOM és BK15-XOM sorozat szuperkemény szerszámai. A tantál-karbidot króm-karbidra cserélik, így még magas hőmérsékleten is tartósabbak.
A tömör lemez szilárdságának növelése érdekében védőfóliával vonják be. Titán-karbidot, nitridet és karbonitot használnak, amelyeket nagyon vékony rétegben visznek fel. A vastagság 5-10 mikron. Ennek eredményeként finomszemcsés titán-karbid réteg képződik. Ezek a lapkák háromszor hosszabb élettartammal rendelkeznek, mint a bevonat nélküli lapkák, így 30%-kal nő a vágási sebesség.
Egyes esetekben cermet anyagokat használnak, amelyeket alumínium-oxidból nyernek volfrám, titán, tantál és kob alt hozzáadásával.
Ásványi kerámia
A TsM-332 ásványi kerámiát vágószerszámokhoz használják. Magas hőállósággal rendelkezik. A HRC keménységi index 89 és 95 között van 1200 °C-on. Ezenkívül az anyagot kopásállóság jellemzi, amely lehetővé teszi acél, öntöttvas és színesfém ötvözetek nagy vágási sebességű feldolgozását.
Vágószerszámok készítéséhez B-sorozatú cermetet is használnak, amely oxid és keményfém alapú. A fémkarbid, valamint a molibdén és a króm bevitele az ásványi kerámiák összetételébe segíti a cermet fizikai és mechanikai tulajdonságainak optimalizálását, és megszünteti ridegségét. A vágási sebesség megnő. A fémkerámia alapú szerszámmal végzett fél- és simítás alkalmas szürke gömbgrafitos vashoz, nehezen megmunkálható acélhoz és számos színesfémhez. A folyamatot 435-1000 m/perc sebességgel hajtják végre. A vágókerámiák hőállóak. Keménysége HRC90-95 950-1100 °С-on.
Az edzett vas, a tartós öntöttvas, valamint az üvegszál feldolgozásához olyan szerszámot használnak, amelynek vágórésze bór-nitridet és gyémántot tartalmazó szilárd anyagokból készül. Az elbor (bór-nitrid) keménységi mutatója körülbelül megegyezik a gyémánt keménységi indexével. Hőállósága kétszerese az utóbbinak. Az Elbort a vas anyagokkal szembeni tehetetlensége jellemzi. Polikristályainak szilárdsági határa tömörítésben 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), hajlításban pedig 0,7 GPa (70 kgf/mm 2).). A hőállóság akár 1350-1450 °C.
Szintén figyelemre méltóak az ASB sorozat szintetikus alapú gyémánt ballái és az ASPK sorozat carbonado-ja. Ez utóbbiak kémiai aktivitása a széntartalmú anyagokkal szemben nagyobb. Ezért használják színesfémekből, magas szilíciumtartalmú ötvözetek, kemény anyagok VK10, VK30, valamint nem fémes felületek élezésekor.
A karbonát marók élettartama 20-50-szerese a keményötvözeteknél.
Mely ötvözeteket használnak az iparban?
Hangszeres anyagokat adnak ki a világ minden táján. Az Oroszországban, az USA-ban és Európában használt fajták többnyire nem tartalmaznak volfrámot. A KNT016 és TN020 sorozathoz tartoznak. Ezek a modellek váltják a T15K6, T14K8 és VK8 márkákat. Szerkezeti acélok, rozsdamentes acélok és szerszámanyagok feldolgozására használják.
Új követelmények a szerszámanyagokkal szemben a volfrám hiánya éskob alt. Pontosan ezzel a tényezővel fejlesztik folyamatosan alternatív módszereket új, volfrámot nem tartalmazó keményötvözetek előállítására az USA-ban, az európai országokban és Oroszországban.
Például az amerikai Adamas Carbide Co által gyártott Titan 50, 60, 80, 100 sorozatú szerszámanyagok keményfémet, titánt és molibdént tartalmaznak. A szám növelése az anyag szilárdsági fokát jelzi. Ennek a kiadásnak a szerszámanyagainak jellemzői nagy szilárdságot jelentenek. Például a Titan100 sorozat erőssége 1000 MPa. A kerámia versenytársa.
