Galvenās prasības instrumentu materiāliem ir cietība, nodilumizturība, karstums utt. Atbilstība šiem kritērijiem ļauj griezt. Lai iekļūtu apstrādājamā izstrādājuma virsmas slāņos, darba daļas griešanas asmeņiem jābūt izgatavotiem no stipriem sakausējumiem. Cietība var būt dabiska vai iegūta.
Piemēram, rūpnīcā izgatavotu instrumentu tēraudu ir viegli griezt. Pēc mehāniskās un termiskās apstrādes, kā arī slīpēšanas un asināšanas palielinās to stiprības un cietības līmenis.
Kā nosaka cietību?
Raksturojumu var definēt dažādi. Instrumentu tēraudiem ir Rokvela cietība, cietībai ir skaitlisks apzīmējums, kā arī burts HR ar skalu A, B vai C (piemēram, HRC). Instrumenta materiāla izvēle ir atkarīga no apstrādājamā metāla veida.
Visstabilākā veiktspēja un zema nodiluma asmeņi, kasir termiski apstrādāti, var sasniegt ar HRC 63 vai 64. Pie mazākas vērtības instrumentu materiālu īpašības nav tik augstas, un pie lielas cietības tie sāk drūpēt trausluma dēļ.
Metāli ar cietību HRC 30-35 ir lieliski apstrādāti ar dzelzs instrumentiem, kas termiski apstrādāti ar HRC 63-64. Tādējādi cietības rādītāju attiecība ir 1:2.
Lai apstrādātu metālus ar HRC 45-55, jāizmanto instrumenti, kuru pamatā ir cietie sakausējumi. Viņu indekss ir HRA 87-93. Sintētiskos materiālus var izmantot rūdītiem tēraudiem.
Rīku materiālu izturība
Griešanas procesa laikā darba daļai tiek pielikts 10 kN vai lielāks spēks. Tas izraisa augstu spriegumu, kas var izraisīt instrumenta iznīcināšanu. Lai no tā izvairītos, griešanas materiāliem jābūt ar augstu drošības koeficientu.
Labākā stiprības īpašību kombinācija ir instrumentu tēraudiem. No tiem izgatavotā darba daļa lieliski iztur lielas slodzes un var darboties saspiešanas, vērpes, locīšanas un stiepšanās gadījumā.
Kritiskās sildīšanas temperatūras ietekme uz instrumentu asmeņiem
Kad, griežot metālus, izdalās siltums, to asmeņi tiek pakļauti karsēšanai, lielākā mērā - virsmas. Kad temperatūra ir zemāka par kritisko atzīmi (katram materiālam ir savs)struktūra un cietība nemainās. Ja apkures temperatūra kļūst augstāka par pieļaujamo normu, tad cietības līmenis pazeminās. Kritisko temperatūru sauc par sarkano cietību.
Ko nozīmē termins "sarkanā cietība"?
Sarkanā cietība ir metāla īpašība mirdzēt tumši sarkanā krāsā, kad to sakarsē līdz 600 °C temperatūrai. Šis termins nozīmē, ka metāls saglabā savu cietību un nodilumizturību. Tās pamatā ir spēja izturēt augstu temperatūru. Dažādiem materiāliem ir ierobežojums no 220 līdz 1800 °C.
Kā var palielināt griezējinstrumenta veiktspēju?
Griešanas instrumenta instrumenta materiāliem ir raksturīga paaugstināta funkcionalitāte, vienlaikus palielinot temperatūras izturību un uzlabojot griešanas laikā uz asmens radītā siltuma noņemšanu. Karstums paaugstina temperatūru.
Jo vairāk siltuma tiek noņemts no asmens dziļi ierīcē, jo zemāka ir tā saskares virsmas temperatūra. Siltumvadītspējas līmenis ir atkarīgs no sastāva un apkures.
Piemēram, tādu elementu kā volframa un vanādija saturs tēraudā samazina tā siltumvadītspēju, un titāna, kob alta un molibdēna piejaukums izraisa tā palielināšanos.
Kas nosaka slīdēšanas berzes koeficientu?
Slīdes berzes koeficients ir atkarīgs no saskarē esošo materiālu pāru sastāva un fizikālajām īpašībām, kā arī no sprieguma vērtības uz virsmām,pakļauti berzei un slīdēšanai. Koeficients ietekmē materiāla nodilumizturību.
Rīka mijiedarbība ar apstrādāto materiālu notiek nepārtrauktā kustīgā kontaktā.
Kā šajā gadījumā uzvedas instrumentālie materiāli? To veidi nolietojas vienādi.
Tos raksturo:
- spēja izdzēst metālu, ar kuru tas nonāk saskarē;
- spēja izrādīt izturību pret nodilumu, tas ir, izturēt cita materiāla noberšanos.
Asmens nodilums notiek visu laiku. Tā rezultātā ierīces zaudē savas īpašības, un mainās arī to darba virsmas forma.
Nodilumizturība var atšķirties atkarībā no griešanas apstākļiem.
Kādās grupās iedala instrumentu tēraudus?
Galvenos instrumentālos materiālus var iedalīt šādās kategorijās:
- kermetika (cietie sakausējumi);
- kermetika vai minerālkeramika;
- bora nitrīds uz sintētiska materiāla bāzes;
- sintētiskie dimanti;
- Oglekļa bāzes instrumentu tēraudi.
Instrumentu dzelzs var būt ogleklis, sakausējums un liels ātrums.
Oglekļa bāzes instrumentu tērauds
Oglekļa materiālus sāka izmantot instrumentu izgatavošanai. To griešanas ātrums ir lēns.
Kā tiek marķēti instrumentu tēraudi? Materiāli tiek apzīmēti ar burtu (piemēram, "U" nozīmē oglekli), kā arī cipari (rādītāji, kas norāda uz oglekļa satura procenta desmitdaļām). Burta "A" klātbūtne marķējuma beigās norāda uz tērauda augsto kvalitāti (tādu vielu kā sērs un fosfors saturs nepārsniedz 0,03%).
Oglekļa materiāla cietība ir 62–65 HRC un zemas temperatūras izturība.
Zāģu ražošanā tiek izmantoti U9 un U10A klases instrumentu materiāli, un U11, U11A un U12 sērijas ir paredzētas rokas krāniem un citiem instrumentiem.
U10A, U13A sērijas tēraudu temperatūras noturības līmenis ir 220 °C, tāpēc no šādiem materiāliem izgatavotus instrumentus ieteicams izmantot ar griešanas ātrumu 8-10 m/min.
Leģētais dzelzs
Leģētais instrumentu materiāls var būt hroms, hroms-silīcijs, volframs un hroma-volframs ar mangāna piejaukumu. Šādas sērijas ir apzīmētas ar cipariem, un tām ir arī burtu marķējums. Pirmais kreisais cipars norāda oglekļa satura koeficientu desmitdaļās, ja elementa saturs ir mazāks par 1%. Labajā pusē esošie skaitļi norāda vidējo sakausējuma saturu procentos.
Rīku materiāla klase X ir piemērota krānu un presformu izgatavošanai. B1 tērauds ir piemērots nelielu urbju, krānu un rīvmetēju izgatavošanai.
Leģēto vielu temperatūras izturības līmenis ir 350–400 °C, tāpēc griešanas ātrums ir pusotru reizi lielāks nekāoglekļa sakausējums.
Kam izmanto augsti leģēto tēraudu?
Urbju, iegremdēšanas un krānu ražošanā tiek izmantoti dažādi ātrās griezējinstrumentu materiāli. Tie ir marķēti ar burtiem, kā arī cipariem. Svarīgas materiālu sastāvdaļas ir volframs, molibdēns, hroms un vanādijs.
HSS ir iedalītas divās kategorijās: normāla un augsta veiktspēja.
Parastas veiktspējas tēraudi
Dzelzs ar normālu veiktspējas līmeni kategorijā ietilpst R18, R9, R9F5 kategorijas un volframa sakausējumi ar R6MZ, R6M5 sērijas molibdēna piejaukumu, kas saglabā cietību vismaz HRC 58 620 ° C temperatūrā.. Piemērots oglekļa un mazleģētā tērauda, pelēkā čuguna un krāsaino metālu sakausējumiem.
Augstas veiktspējas tēraudi
Šajā kategorijā ietilpst kategorijas R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Tie spēj uzturēt HRC 64 temperatūrā no 630 līdz 640 °C. Šajā kategorijā ietilpst īpaši cietie instrumentu materiāli. Tas ir paredzēts dzelzs un sakausējumiem, kurus ir grūti apstrādāt, kā arī titānam.
Hardmetāls
Šādi materiāli ir:
- kermets;
- minerālkeramika.
Plākšņu forma ir atkarīga no mehānikas īpašībām. Šie instrumenti darbojas ar lielu griešanas ātrumu, salīdzinot ar liela ātruma materiāliem.
Metālkeramika
Kermeta karbīdi ir:
- volframs;
- volframa titāns;
- volframs ar titāna un tantala iekļaušanu.
VK sērijā ietilpst volframs un titāns. Instrumentiem, kuru pamatā ir šīs sastāvdaļas, ir paaugstināta nodilumizturība, taču to triecienizturības līmenis ir zems. Uz šī pamata ierīces tiek izmantotas čuguna apstrādei.
Volframa-titāna-kob alta sakausējums ir piemērots visu veidu dzelzim.
Volframa, titāna, tantala un kob alta sintēzi izmanto īpašos gadījumos, kad citi materiāli ir neefektīvi.
Karbīda markām ir raksturīgs augsts temperatūras izturības līmenis. Materiāli, kas izgatavoti no volframa, var saglabāt savas īpašības ar HRC 83-90, bet volframa ar titānu - ar HRC 87-92 temperatūrā no 800 līdz 950 ° C, kas ļauj strādāt ar lielu griešanas ātrumu (no 500 m/min). līdz 2700 m/min, apstrādājot alumīniju).
Pret rūsu un augstu temperatūru izturīgu detaļu apstrādei tiek izmantoti OM smalkgraudainu sakausējumu sērijas instrumenti. Klase VK6-OM ir piemērota apdarei, savukārt VK10-OM un VK15-OM ir piemērotas pusapstrādei un rupjmašīnai.
Vēl efektīvāki, strādājot ar "sarežģītām" daļām, ir īpaši cietie BK10-XOM un BK15-XOM sērijas instrumentu materiāli. Tie tantala karbīdu aizstāj ar hroma karbīdu, padarot tos izturīgākus pat tad, ja tie ir pakļauti augstām temperatūrām.
Lai palielinātu cietās plāksnes stiprības līmeni, tās pārklāj ar aizsargplēvi. Tiek izmantots titāna karbīds, nitrīds un karbonīts, kas tiek uzklāts ļoti plānā kārtā. Biezums ir no 5 līdz 10 mikroniem. Rezultātā veidojas smalkgraudaina titāna karbīda slānis. Šiem ieliktņiem ir trīs reizes ilgāks instrumenta kalpošanas laiks nekā nepārklātiem ieliktņiem, palielinot griešanas ātrumu par 30%.
Dažos gadījumos tiek izmantoti metālkeramikas materiāli, kurus iegūst no alumīnija oksīda, pievienojot volframu, titānu, tantalu un kob altu.
Minerālkeramika
Minerālkeramika TsM-332 tiek izmantota griezējinstrumentiem. Tam ir augsta temperatūras izturība. Cietības indekss HRC ir no 89 līdz 95 1200 °C temperatūrā. Tāpat materiālam ir raksturīga nodilumizturība, kas ļauj apstrādāt tēraudu, čugunu un krāsaino metālu sakausējumus ar lielu griešanas ātrumu.
Grējinstrumentu izgatavošanai tiek izmantota arī B sērijas metālkeramika, kuras pamatā ir oksīds un karbīds. Metāla karbīda, kā arī molibdēna un hroma ievadīšana minerālkeramikas sastāvā palīdz optimizēt metālkeramikas fizikālās un mehāniskās īpašības un novērš tās trauslumu. Tiek palielināts griešanas ātrums. Pusapdare un apdare ar metālkeramikas instrumentu ir piemērota pelēkam kaļamam čugunam, grūti apstrādājamam tēraudam un vairākiem krāsainiem metāliem. Process tiek veikts ar ātrumu 435-1000 m/min. Griešanas keramika ir temperatūras izturīga. Tās cietība ir HRC90-95 pie 950-1100 °С.
Rūdītā čuguna, izturīgā čuguna, kā arī stikla šķiedras apstrādei tiek izmantots instruments, kura griešanas daļa ir izgatavota no cietām vielām, kas satur bora nitrīdu un dimantus. Elbora (bora nitrīda) cietības indekss ir aptuveni tāds pats kā dimantam. Tā temperatūras izturība ir divreiz lielāka nekā pēdējai. Elbors izceļas ar savu inerci pret dzelzs materiāliem. Tā polikristālu stiprības robeža spiedē ir 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), bet liecē - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2).). Temperatūras izturība ir līdz 1350-1450 °C.
Ievērības cienīgas ir arī ASB sērijas dimanta balas uz sintētiskā pamata un ASPK sērijas karbonādo. Pēdējo ķīmiskā aktivitāte pret oglekli saturošiem materiāliem ir augstāka. Tieši tāpēc to izmanto, asinot detaļas, kas izgatavotas no krāsainajiem metāliem, sakausējumiem ar augstu silīcija saturu, cietiem materiāliem VK10, VK30, kā arī nemetāliskām virsmām.
Karbonādes griezēju instrumentu kalpošanas laiks ir 20–50 reizes ilgāks par cieto sakausējumu kalpošanas laiku.
Kuri sakausējumi tiek izmantoti rūpniecībā?
Instrumentālie materiāli tiek izdoti visā pasaulē. Krievijā, ASV un Eiropā izmantotie veidi lielākoties nesatur volframu. Tie pieder KNT016 un TN020 sērijām. Šie modeļi ir kļuvuši par T15K6, T14K8 un VK8 zīmolu aizstājējiem. Tos izmanto konstrukciju tērauda, nerūsējošā tērauda un instrumentu materiālu apstrādei.
Jaunas prasības instrumentu materiāliem, jo trūkst volframa unkob alts. Tieši ar šo faktoru ASV, Eiropas valstīs un Krievijā pastāvīgi tiek izstrādātas alternatīvas metodes jaunu cieto sakausējumu iegūšanai, kas nesatur volframu.
Piemēram, amerikāņu uzņēmuma Adamas Carbide Co ražotie Titan 50, 60, 80, 100 sērijas instrumentu materiāli satur karbīdu, titānu un molibdēnu. Skaitļa palielināšana norāda uz materiāla stiprības pakāpi. Šīs izlaiduma instrumentu materiālu īpašības nozīmē augstu izturības līmeni. Piemēram, Titan100 sērijas stiprums ir 1000 MPa. Viņa ir keramikas konkurente.
