الزامات اصلی برای مواد ابزار سختی، مقاومت در برابر سایش، گرما و غیره است. رعایت این معیارها امکان برش را فراهم می کند. برای نفوذ به لایه های سطحی محصول در حال پردازش، تیغه های برش قسمت کار باید از آلیاژهای قوی ساخته شوند. سختی می تواند طبیعی یا اکتسابی باشد.
برای مثال، فولادهای ابزار کارخانه ای به راحتی برش می شوند. پس از پردازش مکانیکی و حرارتی و همچنین آسیاب و تیز کردن، سطح استحکام و سختی آنها افزایش می یابد.
سختی چگونه تعیین می شود؟
مشخصه را می توان به روش های مختلفی تعریف کرد. فولادهای ابزار دارای سختی راکول، سختی دارای نام عددی و همچنین حرف HR با مقیاس A، B یا C (به عنوان مثال، HRC) هستند. انتخاب مواد ابزار بستگی به نوع فلزی دارد که پردازش می شود.
پایدارترین عملکرد و تیغه های کم سایش کهتحت عملیات حرارتی قرار گرفته اند، می توان با HRC 63 یا 64 به دست آورد. در مقدار کمتر، خواص مواد ابزار چندان بالا نیست و در سختی بالا، به دلیل شکنندگی شروع به خرد شدن می کنند.
فلزات با سختی HRC 30-35 کاملاً با ابزار آهنی که با HRC 63-64 عملیات حرارتی شده اند، ماشین کاری می شوند. بنابراین، نسبت نشانگرهای سختی 1:2 است.
برای پردازش فلزات با HRC 45-55 باید از ابزارهایی استفاده کرد که بر پایه آلیاژهای سخت هستند. شاخص آنها HRA 87-93 است. مواد مبتنی بر مصنوعی را می توان بر روی فولادهای سخت شده استفاده کرد.
استحکام مواد ابزار
در طول فرآیند برش، نیروی 10 کیلونیوتن یا بیشتر به قسمت کار وارد می شود. ولتاژ بالا را تحریک می کند که می تواند منجر به تخریب ابزار شود. برای جلوگیری از این امر، مواد برش باید ضریب ایمنی بالایی داشته باشند.
بهترین ترکیب از ویژگی های استحکام، فولادهای ابزار هستند. قسمت کار ساخته شده از آنها کاملاً بارهای سنگین را تحمل می کند و می تواند در فشرده سازی، پیچش، خمش و کشش عمل کند.
تاثیر دمای بحرانی گرمایش بر تیغه‌های ابزار
هنگامی که هنگام برش فلزات گرما آزاد می شود، تیغه های آنها تا حد زیادی در معرض حرارت قرار می گیرند - سطوح. هنگامی که دما زیر علامت بحرانی است (برای هر ماده، ماده خاص خود را دارد)ساختار و سختی تغییر نمی کند. اگر دمای گرمایش بالاتر از حد مجاز باشد، سطح سختی کاهش می یابد. دمای بحرانی سختی قرمز نامیده می شود.
اصطلاح "سختی قرمز" به چه معناست؟
سختی قرمز خاصیت فلزی است که وقتی تا دمای 600 درجه سانتیگراد گرم می شود، قرمز تیره می درخشد. این اصطلاح به این معنی است که فلز سختی و مقاومت در برابر سایش خود را حفظ می کند. در هسته خود، توانایی مقاومت در برابر درجه حرارت بالا است. برای مواد مختلف محدودیت وجود دارد، از 220 تا 1800 درجه سانتیگراد.
چگونه می توان عملکرد ابزار برش را افزایش داد؟
مواد ابزار ابزار برش با افزایش عملکرد و در عین حال افزایش مقاومت در برابر دما و بهبود حذف گرمای تولید شده روی تیغه در حین برش مشخص می شود. گرما دما را بالا می برد.
هر چه حرارت بیشتری از تیغه به عمق دستگاه برداشته شود، دمای سطح تماس آن کاهش می یابد. سطح هدایت حرارتی به ترکیب و گرمایش بستگی دارد.
به عنوان مثال، محتوای عناصری مانند تنگستن و وانادیم در فولاد باعث کاهش رسانایی حرارتی آن می شود و مخلوط تیتانیوم، کبالت و مولیبدن باعث افزایش آن می شود.
چه چیزی ضریب اصطکاک لغزشی را تعیین می کند؟
ضریب اصطکاک لغزشی به ترکیب و خواص فیزیکی جفت مواد در تماس و همچنین به مقدار تنش روی سطوح بستگی دارد.در معرض اصطکاک و لغزش قرار می گیرد. این ضریب بر مقاومت در برابر سایش مواد تأثیر می گذارد.
برهم کنش ابزار با موادی که پردازش شده است با تماس دائمی در حال حرکت ادامه دارد.
مواد ابزاری در این مورد چگونه رفتار می کنند؟ انواع آنها به یک اندازه فرسوده می شوند.
آنها با: مشخص می شوند
- قابلیت پاک کردن فلزی که با آن در تماس است؛
- قابلیت نشان دادن مقاومت در برابر سایش، یعنی مقاومت در برابر سایش مواد دیگر.
سایش تیغه همیشه اتفاق می افتد. در نتیجه دستگاه ها خاصیت خود را از دست می دهند و شکل سطح کار آنها نیز تغییر می کند.
مقاومت در برابر سایش ممکن است بسته به شرایط برش متفاوت باشد.
فولادهای ابزار به چه گروه هایی تقسیم می شوند؟
مواد اصلی ساز را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:
- سرمت (آلیاژهای سخت)؛
- سرمت، یا سرامیک معدنی؛
- نیترید بور بر اساس مواد مصنوعی؛
- الماس مصنوعی؛
- فولادهای ابزار مبتنی بر کربن.
آهن ابزار می تواند کربن، آلیاژ و سرعت بالا باشد.
فولادهای ابزار مبتنی بر کربن
مواد کربنی شروع به استفاده برای ساخت ابزار کردند. سرعت برش آنها پایین است.
فولادهای ابزار چگونه مشخص می شوند؟ مواد با یک حرف (به عنوان مثال، "U" به معنی کربن)، و همچنین یک عدد (شاخص دهم درصد محتوای کربن) مشخص می شوند. وجود حرف "A" در انتهای علامت نشانگر کیفیت بالای فولاد است (محتوای موادی مانند گوگرد و فسفر از 0.03٪ بیشتر نیست).
مواد کربن دارای سختی 62-65 HRC و مقاومت در برابر دمای پایین است.
U9 و U10A از مواد ابزار در ساخت اره ها استفاده می شود و سری های U11، U11A و U12 برای شیرهای دستی و سایر ابزارها طراحی شده اند.
سطح مقاومت حرارتی فولادهای سری U10A، U13A 220 درجه سانتی گراد است، بنابراین توصیه می شود از ابزارهای ساخته شده از این مواد با سرعت برش 8-10 متر در دقیقه استفاده شود.
آهن آلیاژی
مواد آلیاژی ابزار می تواند کروم، کروم-سیلیکون، تنگستن و کروم- تنگستن، با مخلوطی از منگنز باشد. چنین سری هایی با اعداد نشان داده می شوند و همچنین دارای علامت حروف هستند. اولین شکل سمت چپ ضریب محتوای کربن را بر حسب دهم نشان می دهد اگر محتوای عنصر کمتر از 1٪ باشد. اعداد سمت راست میانگین محتوای آلیاژی را به صورت درصد نشان می‌دهند.
مواد ابزار درجه X برای ساخت شیر و قالب مناسب است. فولاد B1 برای ساخت مته‌های کوچک، شیرآلات و ریمرها مناسب است.
سطح مقاومت دمایی مواد آلیاژی 350-400 درجه سانتیگراد است، بنابراین سرعت برش یک و نیم برابر سریعتر ازآلیاژ کربن.
فولادهای پر آلیاژ برای چه مواردی استفاده می شود؟
مواد مختلف ابزار برش سریع در ساخت مته ها، کانتر سینک ها و شیرها استفاده می شود. آنها با حروف و همچنین اعداد برچسب گذاری شده اند. مواد تشکیل دهنده مهم این مواد تنگستن، مولیبدن، کروم و وانادیم هستند.
HSS به دو دسته تقسیم می شود: معمولی و عملکرد بالا.
فولادهای عملکرد معمولی
دسته آهن با سطح کارایی معمولی شامل گریدهای R18، R9، R9F5 و آلیاژهای تنگستن با مخلوطی از مولیبدن سری R6MZ، R6M5 است که سختی حداقل HRC 58 را در دمای 620 درجه سانتیگراد حفظ می کند.. مناسب برای فولادهای کربن و کم آلیاژ، چدن خاکستری و آلیاژهای غیرآهنی.
فولادهای با کارایی بالا
این دسته شامل گریدهای R18F2، R14F4، R6M5K5، R9M4K8، R9K5، R9K10، R10K5F5، R18K5F2 است. آنها قادر به حفظ HRC 64 در دمای 630 تا 640 درجه سانتیگراد هستند. این دسته شامل مواد ابزار فوق سخت است. این برای آهن و آلیاژهایی که ماشین کاری آنها دشوار است و همچنین تیتانیوم طراحی شده است.
فلزات سخت
اینگونه مواد عبارتند از:
- سرمت;
- سرامیک معدنی.
شکل صفحات به خواص مکانیک بستگی دارد. این ابزارها در مقایسه با مواد با سرعت بالا با سرعت برش بالا کار می کنند.
سرامیک فلزی
کاربیدهای سرمت عبارتند از:
- تنگستن;
- تیتانیوم تنگستن؛
- تنگستن با گنجاندن تیتانیوم و تانتالیم.
سری VK شامل تنگستن و تیتانیوم است. ابزارهای مبتنی بر این اجزا مقاومت به سایش را افزایش داده اند، اما سطح مقاومت در برابر ضربه آنها پایین است. دستگاه هایی بر این اساس برای پردازش چدن استفاده می شود.
آلیاژ تنگستن-تیتانیوم-کبالت برای همه انواع آهن قابل استفاده است.
سنتز تنگستن، تیتانیوم، تانتالیوم و کبالت در موارد خاصی که سایر مواد بی اثر هستند استفاده می شود.
درجه های کاربیدبا سطح بالایی از مقاومت در برابر دما مشخص می شوند. مواد ساخته شده از تنگستن می توانند خواص خود را با HRC 83-90 حفظ کنند و تنگستن با تیتانیوم - با HRC 87-92 در دمای 800 تا 950 درجه سانتیگراد، که امکان کار در سرعت های برش بالا (از 500 متر در دقیقه) را فراهم می کند. تا 2700 متر در دقیقه هنگام ماشینکاری آلومینیوم).
برای ماشینکاری قطعاتی که در برابر زنگ زدگی و دماهای بالا مقاوم هستند، از ابزارهای سری آلیاژ ریز دانه OM استفاده می شود. درجه VK6-OM برای تکمیل مناسب است، در حالی که VK10-OM و VK15-OM برای نیمه تمام کردن و زبر کردن مناسب هستند.
حتی در هنگام کار با قطعات "سخت" مواد ابزار فوق سخت سری BK10-XOM و BK15-XOM کارآمدتر هستند. آنها کاربید تانتالیوم را با کاربید کروم جایگزین می کنند و باعث می شود که حتی در دمای بالا بادوام تر شوند.
به منظور افزایش سطح مقاومت صفحه جامد، به پوشش آن با یک فیلم محافظ متوسل می شوند. از کاربید تیتانیوم، نیترید و کربنیت استفاده می شود که در یک لایه بسیار نازک اعمال می شود. ضخامت آن از 5 تا 10 میکرون است. در نتیجه لایه ای از کاربید تیتانیوم ریزدانه تشکیل می شود. این درج‌ها سه برابر عمر ابزار بدون پوشش دارند و سرعت برش را 30% افزایش می‌دهند.
در برخی موارد از مواد سرماتی استفاده می شود که از اکسید آلومینیوم با افزودن تنگستن، تیتانیوم، تانتالیم و کبالت به دست می آید.
سرامیک معدنی
سرامیک معدنی TsM-332 برای ابزارهای برش استفاده می شود. مقاومت در برابر حرارت بالا دارد. شاخص سختی HRC از 89 تا 95 در 1200 درجه سانتیگراد است. همچنین، این ماده با مقاومت در برابر سایش مشخص می شود، که امکان پردازش فولاد، چدن و آلیاژهای غیر آهنی را با سرعت های بالا فراهم می کند.
برای ساخت ابزارهای برش از سرمات سری B نیز استفاده می شود که بر پایه اکسید و کاربید است. ورود کاربید فلز و همچنین مولیبدن و کروم به ترکیب سرامیک های معدنی به بهینه سازی خواص فیزیکی و مکانیکی سرمت کمک می کند و شکنندگی آن را از بین می برد. سرعت برش افزایش یافته است. نیمه تکمیل و تکمیل با ابزاری بر پایه سرمت برای چدن داکتیل خاکستری، فولاد سخت ماشین کاری و تعدادی از فلزات غیر آهنی مناسب است. این فرآیند با سرعت 435-1000 متر در دقیقه انجام می شود. سرامیک های برش در برابر دما مقاوم هستند. سختی آن HRC است90-95 در 950-1100 درجه سانتیگراد.
برای فرآوری آهن سخت شده، چدن بادوام و همچنین فایبرگلاس از ابزاری استفاده می شود که قسمت برش آن از مواد جامد حاوی نیترید بور و الماس ساخته می شود. شاخص سختی البور (نیترید بور) تقریباً مشابه الماس است. مقاومت آن در برابر دما دو برابر دومی است. البور به دلیل بی اثر بودن نسبت به مواد آهنی متمایز است. حد استحکام پلی کریستال های آن در تراکم 4-5 گیگا پاسکال (400-500 kgf/mm2) و در خمش - 0.7 GPa (70 kgf/mm 2) است.). مقاومت در برابر دما تا 1350-1450 درجه سانتیگراد است.
همچنین توپ های الماس مصنوعی از سری ASB و کربنادوی سری ASPK نیز قابل توجه هستند. فعالیت شیمیایی دومی نسبت به مواد حاوی کربن بیشتر است. به همین دلیل است که هنگام تیز کردن قطعات ساخته شده از فلزات غیر آهنی، آلیاژهای با محتوای سیلیکون بالا، مواد سخت VK10، VK30 و همچنین سطوح غیر فلزی استفاده می شود.
عمر ابزار برش های کربناد 20 تا 50 برابر آلیاژهای سخت است.
کدام آلیاژها در صنعت استفاده می شوند؟
مواد ابزاری در سرتاسر جهان عرضه می شوند. انواع مورد استفاده در روسیه، ایالات متحده آمریکا و اروپا، در اکثر موارد، حاوی تنگستن نیستند. آنها متعلق به سری KNT016 و TN020 هستند. این مدل ها جایگزینی برای برندهای T15K6، T14K8 و VK8 شده اند. آنها برای پردازش فولاد برای سازه ها، فولاد ضد زنگ و مواد ابزار استفاده می شوند.
نیازهای جدید برای مواد ابزار به دلیل کمبود تنگستن وکبالت دقیقاً با این عامل است که روش های جایگزین برای به دست آوردن آلیاژهای سخت جدید که حاوی تنگستن نیستند به طور مداوم در ایالات متحده آمریکا، کشورهای اروپایی و روسیه توسعه می یابد.
به عنوان مثال، مواد ابزار سری Titan 50، 60، 80، 100 تولید شده توسط شرکت آمریکایی Adamas Carbide Co حاوی کاربید، تیتانیوم و مولیبدن هستند. افزایش تعداد نشان دهنده درجه استحکام مواد است. ویژگی مواد ابزار این رهاسازی به معنی استحکام بالایی است. به عنوان مثال، سری Titan100 دارای قدرت 1000 مگاپاسکال است. او یک رقیب سرامیک است.
