Pagrindiniai įrankio medžiagoms keliami reikalavimai yra kietumas, atsparumas dilimui, karščiui ir kt. Šių kriterijų laikymasis leidžia pjauti. Kad prasiskverbtų į apdorojamo gaminio paviršinius sluoksnius, darbinės dalies pjovimo peiliukai turi būti pagaminti iš tvirtų lydinių. Kietumas gali būti natūralus arba įgytas.
Pavyzdžiui, gamykloje pagamintą įrankių plieną lengva pjauti. Po mechaninio ir terminio apdorojimo, taip pat šlifavimo ir galandimo padidėja jų stiprumo ir kietumo lygis.
Kaip nustatomas kietumas?
Savybę galima apibrėžti įvairiai. Įrankių plienas turi Rokvelo kietumą, kietumas turi skaitinį žymėjimą, taip pat raidę HR su A, B arba C skale (pavyzdžiui, HRC). Įrankio medžiagos pasirinkimas priklauso nuo apdorojamo metalo tipo.
Stabiliausias veikimas ir mažai nusidėvintys peiliaibuvo termiškai apdoroti, galima pasiekti su 63 arba 64 HRC. Esant mažesnei vertei, įrankių medžiagų savybės nėra tokios aukštos, o esant dideliam kietumui, jos pradeda byrėti dėl trapumo.
Metalai, kurių kietumas HRC 30–35, puikiai apdirbami geležiniais įrankiais, termiškai apdorotais HRC 63–64. Taigi kietumo rodiklių santykis yra 1:2.
Norint apdirbti metalus su HRC 45-55, reikia naudoti įrankius, kurių pagrindas yra kietieji lydiniai. Jų indeksas yra HRA 87-93. Sintetinės medžiagos gali būti naudojamos grūdintam plienui.
Įrankių medžiagų stiprumas
Pjovimo proceso metu darbinę dalį veikia 10 kN ar didesnė jėga. Tai sukelia aukštą įtampą, dėl kurios įrankis gali sunaikinti. Kad to išvengtumėte, pjovimo medžiagos turi turėti didelį saugos koeficientą.
Geriausias stiprumo charakteristikų derinys yra įrankių plienas. Iš jų pagaminta darbinė dalis puikiai atlaiko dideles apkrovas ir gali veikti gniuždant, sukant, lenkiant ir tempiant.
Kritinės kaitinimo temperatūros poveikis įrankio peiliams
Kai pjaunant metalus išsiskiria šiluma, jų ašmenys įkaista, o labiau - paviršiai. Kai temperatūra yra žemesnė už kritinę ribą (kiekvienai medžiagai ji turi savo)struktūra ir kietumas nesikeičia. Jei šildymo temperatūra tampa aukštesnė už leistiną normą, kietumo lygis krenta. Kritinė temperatūra vadinama raudonuoju kietumu.
Ką reiškia terminas „raudonas kietumas“?
Raudonas kietumas – tai metalo savybė šviesti tamsiai raudonai, kai kaitinama iki 600 °C temperatūros. Šis terminas reiškia, kad metalas išlaiko savo kietumą ir atsparumą dilimui. Iš esmės tai yra gebėjimas atlaikyti aukštą temperatūrą. Skirtingoms medžiagoms taikomas apribojimas – nuo 220 iki 1800 °C.
Kaip padidinti pjovimo įrankio našumą?
Pjovimo įrankio įrankių medžiagos pasižymi padidintu funkcionalumu, tuo pačiu padidindamos atsparumą temperatūrai ir pagerindamos pjovimo metu ant ašmenų susidarančios šilumos pašalinimą. Karštis pakelia temperatūrą.
Kuo daugiau šilumos pašalinama iš ašmenų giliai į prietaisą, tuo žemesnė jo kontaktinio paviršiaus temperatūra. Šilumos laidumo lygis priklauso nuo sudėties ir šildymo.
Pavyzdžiui, dėl elementų, tokių kaip volframas ir vanadis, kiekis pliene sumažina jo šilumos laidumą, o dėl titano, kob alto ir molibdeno priemaišos jis padidėja.
Kas lemia slydimo trinties koeficientą?
Slydimo trinties koeficientas priklauso nuo besiliečiančių medžiagų porų sudėties ir fizinių savybių, taip pat nuo paviršių įtempių vertės,veikiami trinties ir slydimo. Koeficientas turi įtakos medžiagos atsparumui dilimui.
Įrankio sąveika su apdorota medžiaga vyksta nuolat judant.
Kaip šiuo atveju elgiasi instrumentinės medžiagos? Jų rūšys vienodai susidėvi.
Jiems būdinga:
- galimybė ištrinti metalą, su kuriuo jis liečiasi;
- gebėjimas parodyti atsparumą nusidėvėjimui, tai yra, atsparus kitos medžiagos trinčiai.
Ašmenys dėvisi nuolat. Dėl to prietaisai praranda savo savybes, taip pat pasikeičia jų darbinio paviršiaus forma.
Atsparumas dilimui gali skirtis priklausomai nuo pjovimo sąlygų.
Į kokias grupes skirstomas įrankių plienas?
Pagrindines instrumentines medžiagas galima suskirstyti į šias kategorijas:
- kermetas (kieti lydiniai);
- kermetas arba mineralinė keramika;
- boro nitridas sintetinės medžiagos pagrindu;
- sintetiniai deimantai;
- Įrankinis plienas anglies pagrindu.
Įrankių geležis gali būti anglies, lydinio ir didelės spartos.
Anglies pagrindu pagamintas įrankių plienas
Anglies medžiagos pradėtos naudoti įrankiams gaminti. Jų pjovimo greitis yra lėtas.
Kaip ženklinami įrankių plienai? Medžiagos žymimos raide (pavyzdžiui, „U“reiškia anglį), taip pat skaičiumi (anglies kiekio dešimtųjų procentų rodikliai). Raidė "A" žymėjimo pabaigoje rodo aukštą plieno kokybę (tokių medžiagų kaip siera ir fosforas neviršija 0,03%).
Anglies medžiagos kietumas yra 62–65 HRC ir atsparumas žemai temperatūrai.
U9 ir U10A klasių įrankių medžiagos naudojamos pjūklų gamyboje, o U11, U11A ir U12 serijos skirtos rankiniams čiaupams ir kitiems įrankiams.
U10A, U13A serijų plienų atsparumo temperatūrai lygis yra 220 °C, todėl rekomenduojama naudoti iš tokių medžiagų pagamintus įrankius 8-10 m/min pjovimo greičiu.
Legiruotasis geležis
Legiruota įrankių medžiaga gali būti chromas, chromas-silicis, volframas ir chromas-volframas su mangano priedu. Tokios serijos žymimos skaičiais, taip pat turi raidžių žymes. Pirmas kairysis paveikslas rodo anglies kiekio koeficientą dešimtosiomis, jei elemento kiekis yra mažesnis nei 1%. Skaičiai dešinėje rodo vidutinį lydinio kiekį procentais.
X klasės įrankių medžiaga tinka čiaupams ir štampams gaminti. B1 plienas tinka mažiems grąžtams, čiaupams ir srieginiams gaminti.
Legiruotų medžiagų atsparumo temperatūrai lygis yra 350–400 °C, todėl pjovimo greitis yra pusantro karto didesnis neianglies lydinys.
Kam naudojamas labai legiruotas plienas?
Gaminant grąžtus, įdubas ir čiaupus naudojamos įvairios greito pjovimo įrankių medžiagos. Jie pažymėti raidėmis ir skaičiais. Svarbios medžiagų sudedamosios dalys yra volframas, molibdenas, chromas ir vanadis.
HSS skirstomi į dvi kategorijas: įprastą ir didelio našumo.
Įprastos kokybės plienai
Į normalių eksploatacinių savybių lygių geležies kategoriją įeina R18, R9, R9F5 klasės ir volframo lydiniai su R6MZ, R6M5 serijų molibdeno priedu, kurių kietumas 620 °C temperatūroje yra ne mažesnis kaip HRC 58. Tinka anglies ir mažai legiruoto plieno, pilkojo ketaus ir spalvotųjų metalų lydiniams.
Aukštos kokybės plienai
Šiai kategorijai priklauso R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2 klasės. Jie gali palaikyti HRC 64 630–640 °C temperatūroje. Šiai kategorijai priskiriamos itin kietos įrankių medžiagos. Jis skirtas geležies ir lydinių, kuriuos sunku apdirbti, taip pat titanui.
Kietieji metalai
Tokios medžiagos yra:
- kermetas;
- mineralinė keramika.
Plokštelių forma priklauso nuo mechanikos savybių. Šie įrankiai veikia dideliu pjovimo greičiu, palyginti su didelio greičio medžiaga.
Metalo keramika
Kermetiniai karbidai yra:
- volframas;
- volframo titanas;
- volframas su titanu ir tantalu.
VK seriją sudaro volframas ir titanas. Šių komponentų pagrindu pagaminti įrankiai turi padidintą atsparumą dilimui, tačiau jų atsparumo smūgiams lygis yra žemas. Prietaisai šiuo pagrindu naudojami ketaus apdirbimui.
Volframo, titano ir kob alto lydinys tinka visų rūšių geležies rūšims.
Volframo, titano, tantalo ir kob alto sintezė naudojama ypatingais atvejais, kai kitos medžiagos yra neveiksmingos.
Karbido rūšims būdingas aukštas atsparumo temperatūrai lygis. Medžiagos, pagamintos iš volframo, gali išlaikyti savo savybes su HRC 83-90, o volframas su titanu - su HRC 87-92 esant 800–950 ° C temperatūrai, todėl galima dirbti dideliu pjovimo greičiu (nuo 500 m/min. iki 2700 m/min apdirbant aliuminį).
Dalioms, atsparioms rūdims ir aukštai temperatūrai, apdirbimui naudojami OM smulkiagrūdžių lydinių serijos įrankiai. VK6-OM klasė tinka apdailai, o VK10-OM ir VK15-OM tinka pusapdailai ir grubiam apdorojimui.
Dar efektyviau dirbant su „sudėtingomis“dalimis yra itin kietos BK10-XOM ir BK15-XOM serijų įrankių medžiagos. Jie pakeičia tantalo karbidą chromo karbidu, todėl jie tampa patvaresni net esant aukštai temperatūrai.
Siekdami padidinti kietos plokštės stiprumo lygį, jie imasi ją padengti apsaugine plėvele. Naudojamas titano karbidas, nitridas ir karbonitas, kurie tepami labai plonu sluoksniu. Storis nuo 5 iki 10 mikronų. Dėl to susidaro smulkiagrūdžio titano karbido sluoksnis. Šių įdėklų įrankio tarnavimo laikas tris kartus ilgesnis nei nepadengtų įdėklų, todėl pjovimo greitis padidėja 30%.
Kai kuriais atvejais naudojamos kermetinės medžiagos, gaunamos iš aliuminio oksido, pridedant volframo, titano, tantalo ir kob alto.
Mineralinė keramika
Mineralinė keramika TsM-332 naudojama pjovimo įrankiams. Jis turi atsparumą aukštai temperatūrai. Kietumo indeksas HRC yra nuo 89 iki 95 esant 1200 °C temperatūrai. Be to, medžiaga pasižymi atsparumu dilimui, todėl dideliu pjovimo greičiu galima apdirbti plieną, ketų ir spalvotųjų metalų lydinius.
Pjovimo įrankiams gaminti taip pat naudojamas B serijos kermetas, kurio pagrindas yra oksidas ir karbidas. Metalo karbido, taip pat molibdeno ir chromo įvedimas į mineralinės keramikos sudėtį padeda optimizuoti fizines ir mechanines keramikos savybes ir pašalina jo trapumą. Pjovimo greitis padidinamas. Pusiau apdaila ir apdaila kermetiniu įrankiu tinka pilkajam kaliajam ketui, sunkiai apdirbamam plienui ir daugeliui spalvotųjų metalų. Procesas vykdomas 435-1000 m/min greičiu. Pjovimo keramika yra atspari temperatūrai. Jo kietumas yra HRC90–95 prie 950–1100 °С.
Kietinto ketaus, patvaraus ketaus, taip pat stiklo pluošto apdirbimui naudojamas įrankis, kurio pjovimo dalis pagaminta iš kietų medžiagų, turinčių boro nitrido ir deimantų. Elboro (boro nitrido) kietumo indeksas yra maždaug toks pat kaip deimanto. Jo atsparumas temperatūrai yra dvigubai didesnis nei pastarojo. Elboras išsiskiria savo inertiškumu geležies medžiagoms. Jo polikristalų stiprumo riba gniuždant yra 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), lenkiant - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2).). Atsparumas temperatūrai yra iki 1350–1450 °C.
Taip pat verta paminėti sintetinius deimantinius balas iš ASB serijos ir "carbonado" iš ASPK serijos. Pastarųjų cheminis aktyvumas anglies turinčių medžiagų atžvilgiu yra didesnis. Štai kodėl jis naudojamas galandant dalis iš spalvotųjų metalų, lydinių su dideliu silicio kiekiu, kietų medžiagų VK10, VK30, taip pat nemetalinius paviršius.
Karbonadinių pjaustytuvų įrankio naudojimo laikas yra 20–50 kartų ilgesnis nei kietųjų lydinių.
Kokie lydiniai naudojami pramonėje?
Instrumentinė medžiaga išleidžiama visame pasaulyje. Rusijoje, JAV ir Europoje naudojamose rūšyse volframo nėra. Jie priklauso KNT016 ir TN020 serijoms. Šie modeliai tapo T15K6, T14K8 ir VK8 prekinių ženklų pakaitalu. Jie naudojami konstrukcijų plienui, nerūdijančiam plienui ir įrankių medžiagoms apdirbti.
Nauji reikalavimai įrankių medžiagoms dėl volframo trūkumo irkob alto. Kaip tik šiuo veiksniu JAV, Europos šalyse ir Rusijoje nuolat kuriami alternatyvūs būdai gauti naujus kietuosius lydinius, kuriuose nėra volframo.
Pavyzdžiui, Titan 50, 60, 80, 100 serijų įrankių medžiagose, kurias gamina amerikiečių kompanija Adamas Carbide Co, yra karbido, titano ir molibdeno. Skaičiaus didinimas rodo medžiagos stiprumo laipsnį. Šio išleidimo įrankių medžiagų charakteristikos reiškia aukštą stiprumo lygį. Pavyzdžiui, Titan100 serijos stiprumas yra 1000 MPa. Ji yra keramikos konkurentė.
