Glavni zahtjevi za materijale alata su tvrdoća, otpornost na habanje, toplinu, itd. Usklađenost sa ovim kriterijima omogućava rezanje. Da 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 se lako režu. Nakon mehaničke i termičke obrade, kao i brušenja i oštrenja, njihova čvrstoća i tvrdoća se povećavaju.
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 sa skalom A, B ili C (na primjer, HRC). Izbor materijala alata zavisi od vrste metala koji se obrađuje.
Najstabilnije performanse i niske habanje oštrice kojesu termički obrađeni, može se postići sa HRC od 63 ili 64. Pri nižoj vrijednosti svojstva alatnih materijala nisu tako visoka, a pri velikoj tvrdoći počinju da se mrve zbog krtosti.
Metali tvrdoće HRC 30-35 savršeno su obrađeni gvozdenim alatima koji su termički obrađeni sa HRC od 63-64. Dakle, odnos indikatora tvrdoće je 1:2.
Za obradu metala sa HRC 45-55 treba koristiti alate koji su na bazi tvrdih legura. Njihov indeks je HRA 87-93. Materijali na bazi sintetike mogu se koristiti na kaljenim čelicima.
Jačina materijala alata
Tokom procesa rezanja, na radni dio se primjenjuje sila od 10 kN ili više. To izaziva visok napon, što može dovesti do uništenja alata. Da biste to izbjegli, materijali za rezanje moraju imati visok sigurnosni faktor.
Najbolju kombinaciju karakteristika čvrstoće imaju alatni čelici. Radni dio napravljen od njih savršeno podnosi velika opterećenja i može funkcionirati kod kompresije, torzije, savijanja i istezanja.
Uticaj kritične temperature grijanja na oštrice alata
Kada se toplota oslobađa prilikom rezanja metala, njihove oštrice su podložne zagrevanju, u većoj meri - površina. Kada je temperatura ispod kritične oznake (za svaki materijal ima svoju)struktura i tvrdoća se ne mijenjaju. Ako temperatura grijanja postane viša od dozvoljene norme, tada nivo tvrdoće opada. Kritična temperatura se naziva crvena tvrdoća.
Šta znači izraz "crvena tvrdoća"?
Crvena tvrdoća je svojstvo metala da svijetli tamno crveno kada se zagrije na temperaturu od 600 °C. Izraz implicira da metal zadržava svoju tvrdoću i otpornost na habanje. U svojoj osnovi, 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 karakteriše povećana funkcionalnost uz povećanje otpornosti na temperaturu i poboljšanje odvođenja toplote koja se stvara na sečivu tokom rezanja. Toplota podiže temperaturu.
Što se više topline uklanja iz oštrice duboko u uređaj, to je niža temperatura na njegovoj kontaktnoj površini. Nivo toplotne provodljivosti zavisi od sastava i grejanja.
Na primjer, sadržaj elemenata kao što su volfram i vanadij u čeliku uzrokuje smanjenje njegove toplotne provodljivosti, a primjesa titana, kob alta i molibdena uzrokuje povećanje.
Šta određuje koeficijent trenja klizanja?
Koeficijent trenja klizanja zavisi od sastava i fizičkih svojstava kontaktnih parova materijala, kao i od vrijednosti naprezanja na površinama,podvrgnuti trenju i klizanju. Koeficijent utiče na otpornost materijala na habanje.
Interakcija alata sa materijalom koji je obrađen odvija se stalnim pokretnim kontaktom.
Kako se instrumentalni materijali ponašaju u ovom slučaju? Njihove se vrste podjednako troše.
Karakteriziraju ih:
- sposobnost brisanja metala sa kojim dolazi u kontakt;
- sposobnost pokazivanja otpornosti na habanje, odnosno otpornosti na habanje drugog materijala.
Hošenje sečiva se dešava stalno. Kao rezultat toga, uređaji gube svojstva, a mijenja se i oblik njihove radne površine.
Otpornost na habanje može varirati u zavisnosti od uslova rezanja.
U koje grupe se 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;
- sintetički dijamanti;
- Alatni čelici na bazi ugljika.
Gvožđe za alat može biti karbonsko, legirano i brzo.
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 desetina procenta sadržaja ugljika). Prisustvo slova "A" na kraju oznake ukazuje na visok kvalitet čelika (sadržaj supstanci kao što su sumpor i fosfor ne prelazi 0,03%).
Ugljenični materijal ima tvrdoću od 62-65 HRC i otpornost na niske temperature.
U9 i U10A razredi alatnih materijala koriste se u proizvodnji testera, a serije U11, U11A i U12 su dizajnirane za ručne slavine i druge alate.
Nivo temperaturne otpornosti čelika serije U10A, U13A je 220 °C, pa se preporučuje upotreba alata od takvih materijala pri brzini rezanja od 8-10 m/min.
Legirano gvožđe
Legirani materijal alata može biti hrom, hrom-silicijum, volfram i hrom-volfram, sa primesom mangana. Takve serije su označene brojevima, a imaju i slovne oznake. Prva lijeva slika označava koeficijent sadržaja ugljika u desetinama ako je sadržaj elementa manji od 1%. Brojevi na desnoj strani predstavljaju prosječan sadržaj legure kao postotak.
Razred materijala alata X je pogodan za izradu slavina i kalupa. B1 čelik je pogodan za izradu malih svrdla, slavina i razvrtača.
Nivo temperaturne otpornosti legiranih supstanci je 350-400 °C, tako da je brzina rezanja jedan i po puta veća nego zaugljična legura.
Za šta 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, hrom i vanadijum.
HSS su podijeljeni u dvije kategorije: normalne i visoke performanse.
Čelici normalnih performansi
Kategorija gvožđa sa normalnim nivoom performansi uključuje razrede R18, R9, R9F5 i legure volframa sa dodatkom molibdena serije R6MZ, R6M5, koje zadržavaju tvrdoću od najmanje HRC 58 na 620°C. Pogodno za ugljične i niskolegirane čelike, sivi ljev i legure obojenih metala.
Čelici visokih performansi
Ova kategorija uključuje razrede R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Oni su u stanju da održavaju HRC 64 na temperaturama od 630 do 640 °C. Ova kategorija uključuje supertvrde materijale za alat. Dizajniran je za gvožđe i legure koje se teško obrađuju, kao i za titanijum.
Hardmetals
Takvi materijali su:
- kermet;
- mineralna keramika.
Oblik ploča zavisi od svojstava mehanike. Ovi alati rade velikom brzinom rezanja u poređenju sa materijalom velike brzine.
Metalna keramika
Cermet karbidi su:
- tungsten;
- tungsten titanium;
- volfram sa uključivanjem titanijuma i tantala.
VK serija uključuje volfram i titanijum. Alati na bazi ovih komponenti imaju povećanu otpornost na habanje, ali je njihov nivo otpornosti na udarce nizak. Uređaji po ovom osnovu se koriste za obradu livenog gvožđa.
Legura volfram-titan-kob alta je primenljiva na sve vrste gvožđa.
Sinteza volframa, titanijuma, tantala i kob alta koristi se u posebnim slučajevima kada su drugi materijali neefikasni.
Karbida karakteriše visok nivo temperaturne otpornosti. Materijali od volframa mogu zadržati svoja svojstva sa HRC 83-90, a volfram sa titanijumom - sa HRC 87-92 na temperaturi od 800 do 950°C, što omogućava rad pri velikim brzinama rezanja (od 500 m/min do 2700 m /min prilikom obrade aluminijuma).
Za obradu delova koji su otporni na rđu i visoke temperature koriste se alati iz OM serije sitnozrnatih legura. Klasa VK6-OM je pogodna za završnu obradu, dok su VK10-OM i VK15-OM pogodne za poluzavršnu i grubu obradu.
Još efikasniji pri radu sa "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.
Da bi se povećala razina čvrstoće čvrste ploče, pribjegavaju je premazivanju zaštitnim filmom. Koriste se titanijum karbid, nitrid i karbonit koji se nanose u veoma tankom sloju. Debljina je od 5 do 10 mikrona. Kao rezultat, formira se sloj sitnozrnastog titanijum karbida. Ovi umetci imaju tri puta duži vijek trajanja od neobloženih pločica, povećavajući brzinu rezanja za 30%.
U nekim slučajevima se koriste kermet materijali koji se dobijaju od aluminijum 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. Takođe, materijal karakteriše otpornost na habanje, što omogućava obradu čelika, livenog gvožđa i obojenih legura pri velikim brzinama rezanja.
Za izradu reznih alata koristi se i kermet serije B. Baziran je na oksidu i karbidu. Uvođenje metalnog karbida, kao i molibdena i hroma u sastav mineralne keramike, pomaže u optimizaciji fizičkih i mehaničkih svojstava kermeta i eliminiše njegovu krhkost. Povećava se brzina rezanja. Poluzavršna obrada i završna obrada alatom na bazi kermeta pogodna je za sivo nodularno gvožđe, čelik koji se teško obrađuje i niz obojenih metala. Proces se odvija brzinom od 435-1000 m/min. Rezna keramika je otporna na temperaturu. Njegova tvrdoća je HRC90-95 na 950-1100 °S.
Za obradu kaljenog gvožđa, izdržljivog livenog gvožđa, kao i fiberglasa, koristi se alat čiji je rezni deo napravljen od čvrstih materija koje sadrže bor nitrid i dijamante. Indeks tvrdoće elbora (bor nitrida) je otprilike isti kao i dijamanta. Njegova otpornost na temperaturu je dvostruko veća od ove druge. Elbor se odlikuje inertnošću prema gvozdenim materijalima. Granica čvrstoće njegovih polikristala pri kompresiji je 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), a pri savijanju - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). Otpornost na temperaturu je do 1350-1450 °C.
Takođe su vrijedne pažnje dijamantske bale na sintetičkoj osnovi iz serije ASB i karbonado serije ASPK. Hemijska aktivnost potonjeg prema materijalima koji sadrže ugljik je veća. Zato se koristi za oštrenje delova od obojenih metala, legura sa visokim sadržajem silicijuma, tvrdih materijala VK10, VK30, kao i nemetalnih površina.
Vek trajanja alata karbonadnih rezača je 20-50 puta veći od tvrdih legura.
Koje legure se koriste u industriji?
Instrumentalni materijali se izdaju širom svijeta. Vrste koje se koriste u Rusiji, SAD i Evropi, uglavnom, ne sadrže volfram. Pripadaju seriji KNT016 i TN020. Ovi modeli su postali zamjena za brendove T15K6, T14K8 i VK8. Koriste se za obradu čelika za konstrukcije, nerđajućeg čelika i alatnih materijala.
Novi zahtjevi za materijale alata zbog nedostatka volframa ikob alt. Upravo sa ovim faktorom se u SAD, evropskim zemljama i Rusiji konstantno razvijaju alternativne metode za dobijanje novih tvrdih legura koje ne sadrže volfram.
Na primjer, alatni materijali serije Titan 50, 60, 80, 100 koje proizvodi američka kompanija Adamas Carbide Co sadrže karbid, titan i molibden. Povećanje broja ukazuje na stepen čvrstoće materijala. Karakteristika alatnih materijala ovog izdanja implicira visok nivo čvrstoće. Na primjer, serija Titan100 ima snagu od 1000 MPa. Ona je konkurent keramici.
