Materiały narzędziowe

6 czerwca 2019 0

Autor:

Rozwój technologii obróbki skrawaniem niesie za sobą coraz większe wymagania stawiane stosowanym narzędziom, a dokładnie materiałom, z których są wykonane. Ostrza narzędzi skrawających pracują w bardzo trudnych warunkach. Na powierzchnie robocze ostrza oddziałuje wysoka temperatura oraz duże naciski jednostkowe. Pracy narzędzia towarzyszą zjawiska sprzyjające zużywaniu się ostrza, takie jak: adhezja, dyfuzja, utlenianie czy zmęczenie materiału. Czym powinny charakteryzować się materiały narzędziowe?

Materiały narzędziowe wymagania

– duża twardość,

– duża udarność,

– duża wytrzymałość na: ściskanie, skręcanie, zginanie i rozciąganie,

– odporność zmęczeniowa,

– zachowanie właściwości skrawanych w wysokich temperaturach,

– odporność na szoki termiczne i mechaniczne,

– dobra przewodność cieplna,

– mała rozszerzalność cieplna,

– odporność na zużycie: ścierne, adhezyjne, dyfuzyjne i chemiczne,

– stabilność krawędzi skrawającej,

– jednorodność właściwości materiału,

– niska cena.

 

W artykule zostaną przedstawione materiały narzędziowe oraz powłoki stosowane na narzędziach skrawających. Można wyróżnić kilka grup materiałów narzędziowych:

1. Stale narzędziowe niestopowe i stopowe

Stale narzędziowe niestopowe

Stale narzędziowe niestopowe składają się z 0,5÷1,4 C oraz niewielkich ilości dodatków stopowych: Mn, Si, Ni, Cu (0,15÷0,35). Po zahartowaniu mają około 60 HRC, tracą właściwości przy 200°C.

Zastosowanie: narzędzia do obróbki ręcznej

Stale narzędziowe stopowe

W skład stali narzędziowych stopowych wchodzi 0,4÷2,1 C, a także zawierają większą ilość dodatków stopowych (w sumie do 3%). Po zahartowaniu ok. 62 HRC, tracą właściwości przy ok. 300°C.

Zastosowanie: skrawanie do kilku m/min

2. Stale szybkotnące

Twardość do 63 HRC, zachowują właściwości do 550°C. Wyróżnić można dwa rodzaje:

Stale szybkotnące wolframowe

0,7% C, 12÷20%W, 4%Cr, 12 %Co

Stale szybkotnące molibdenowe

jw. ale mniej W, a więcej Mo (np. SW18)

Zastosowanie: noże tokarskie, wiertła.

3. Węgliki spiekane


Materiał narzędziowy uzyskany metodami metalurgii proszkowej z ziaren metali trudno topliwych: wolframu, tytanu, tantalu i niobu. Wysoka twardość ok. 1500÷1700 HV, tracą właściwości przy 850°C. Rodzaje:

Węgliki spiekane wolframowo-kobaltowe

(im więcej kobaltu tym mniej odporne na zużycie ścierne),

Węgliki spiekane wolframowo-tytanowo-tantalowe

(odporne na zużycie, ale mniej wytrzymałe udarowo).

Zastosowanie: frezy monolityczne, noże tokarskie, wiertła.

 

4. Cermatale

Połączenie metali i ceramiki metodą metalurgii proszków. Podstawowe materiały wiążące struktury twarde to kobalt i nikiel.

Zalety: duża twardość i odporność na zużycie, duża odporność na zginanie oraz odporność na temperaturę

Zastosowanie: Do obróbki wykańczającej różnych gatunków stali, żeliw sferoidalnych i stopów metali nieżelaznych. Głównie do toczenia, wytaczania i frezowania.

5. Ceramika narzędziowa

Ceramika tlenkowa (tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonowym)

Zastosowanie: zgrubne i wykańczające toczenie wzdłużne, duże prędkości skrawania, bez stosowania cieczy chłodząco smarujących (obróbka na sucho).

Ceramiki mieszane (oprócz tlenku glinu, węglik tytanu i/lub azotek tytanu. Większa twardość, wytrzymałość na zmiany cieplne i odpornoś na ścieranie).

Te materiały narzędziowe są idealne do obróbki wykańczającej i dokładnej żeliw, toczenie zahartowanej stali lub utwardzonego żeliwa (do 64 HRC).

Ceramiki beztlenkowe na bazie azotku krzemu

Największa odporność na kruche pękanie spośród ceramicznych materiałów technicznych.

Zastosowanie: obróbka zgrubna żeliw, także w niekorzystnych warunkach skrawania, jak np. obróbka przerywana, materiał skuteczny w procesie frezowania żeliw, nawet z dodatnią geometrią ostrza.

Polikrystaliczne regularne azotki bor

Odznaczają się nadzwyczajną trwałością w podwyższonych temperaturach i wytrzymałością na ściskanie przy dobrej odporności na kruche pękanie.

Zastosowanie: narzędzia do toczenia, frezowania i rozwiercania materiałów typu stal zahartowana (55-65 HRC), np. stal łożyskowa, stal nawęglana czy stal wysokochromowa, stal szybkotnąca (50-62 HRC), żeliwo utwardzone. 

6. Materiały supertwarde

Diament naturalny, monokrystaliczny

Jest to najtwardszy znany materiał (8000÷10000 HV), bardzo odporny na ścieranie oraz cechuje się bardzo dobrą przewodnością cieplną. Wadą tego materiału jest mała odporność na wysokie temperatury, a także duża reaktywność z żelazem i niklem w podwyższonej temperaturze – prowadzi do przyspieszonego zużycia dyfuzyjnego podczas skrawania stopów metali

Te materiały narzędziowe znajdują zastosowanie na: narzędzia do obróbki stopów metali kolorowych, węglików spiekanych, metalowych materiałów kompozytowych, tworzyw sztucznych zbrojonych włóknami,
porcelany.

Diament polikrystaliczny

Proszek diamentowy otrzymany w procesie syntezy posiada ziarna o wymiarach 1÷60 μm. Podczas spiekania stosuje się ciśnienia 5÷8 GPa i temperaturę 1073÷2773 K. Spiek po spieczeniu z podłożem węglikowym tnie się elektroerozyjnie na żądane kształtki.

Te materiały narzędziowe mają zastosowanie takie jak w przypadku diamentu monokrystalicznego (naturalnego), przy czym ze względu na możliwość dowolnego kształtowania ostrza są one także stosowane do skrawania kształtującego, a nawet zgrubnego.

Regularny azotek baru(polikrystaliczny)

Wytwarzany przy użyciu technologii sztucznych diamentów, a następnie spiekany. Po spieczeniu półproduktu w postaci litego krążka BN lub krążka z BN na podłożu węglikowym, tnie się go laserowo na płytki wieloostrzowe. Płytki są wlutowywane w naroża narzędzi skrawających. Ostrza są szlifowane i docierane lub gładzone. Jest odporny na wysokie temperatury (do 1400°C) oraz nie utlenia się,

Zastosowanie: do obróbki: zahartowanych stali, twardych żeliw, stopów niklu i kobaltu.

Powłoki stosowane na ostrza skrawające

Głównym celem nakładania powłok jest uzyskanie poprawy właściwości skrawanych ostrzy poprzez ograniczenie zużycia ostrza. Pełnią one następujące zadania:

– Zmniejszenie współczynnika tarcia w strefie kontaktu narzędzia z wiórem i przedmiotem obrabianym,

– Zwiększenie twardości warstw wierzchnich powierzchni roboczych narzędzia,

– Stworzenie bariery dla wnikania ciepła w narzędzie,

– Ograniczenie dyfuzji,

– Zmniejszenie zmian chemicznych w warstwach wierzchnich ostrza,

– Zmniejszenie sił skrawania,

– Obniżenie temperatury skrawania,

– Zmniejszenie nagrzewania narzędzia i przedmiotu obrabianego,

– Zmniejszenie skłonności do tworzenia się narostu,

– Zmniejszenie chropowatości obrobionych powierzchni,

– Ułatwienie transportu wióra w rowkach wiórowych,

– Możliwość skrawania bez stosowania płynów obróbkowych,

– Zwiększenie okresu trwałości ostrza,

– Ułatwienie wizualnej oceny stanu zużycia ostrza.

Materiały narzędziowe
5 punktów (3) głosów

UdostępnijShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on Twitter

Powiązane produkty

Zostaw komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Newsletter
Bądź na bieżąco