הדרישות העיקריות לחומרי הכלי הן קשיות, עמידות בפני שחיקה, חום וכו'. עמידה בקריטריונים אלו מאפשרת חיתוך. על מנת לחדור לתוך שכבות פני השטח של המוצר המעובד, הלהבים לחיתוך החלק העובד חייבים להיות עשויים מסגסוגות חזקות. קשיות יכולה להיות טבעית או נרכשת.
לדוגמה, קל לחתוך פלדות כלי עבודה מתוצרת המפעל. לאחר עיבוד מכני ותרמי, כמו גם שחיקה והשחזה, רמת החוזק והקשיחות שלהם עולה.
איך נקבעת הקשיות?
ניתן להגדיר מאפיין בדרכים שונות. לפלדות כלי עבודה יש קשיות Rockwell, לקשיות יש ייעוד מספרי, כמו גם האות HR עם סולם של A, B או C (לדוגמה, HRC). בחירת חומר הכלי תלויה בסוג המתכת המעובדת.
הביצועים היציבים ביותר ולהבי בלאי נמוךעברו טיפול בחום, ניתן להשיג עם HRC של 63 או 64. בערך נמוך יותר, המאפיינים של חומרי הכלים אינם כה גבוהים, ובקשיות גבוהה, הם מתחילים להתפורר עקב שבירות.
מתכות עם קשיות HRC 30-35 מעובדות בצורה מושלמת עם כלי ברזל שעברו טיפול בחום עם HRC של 63-64. לפיכך, היחס בין מחווני הקשיות הוא 1:2.
לעיבוד מתכות עם HRC 45-55, יש להשתמש בכלים המבוססים על סגסוגות קשות. המדד שלהם הוא HRA 87-93. ניתן להשתמש בחומרים על בסיס סינתטי על פלדות מוקשות.
חוזק של חומרי הכלים
במהלך תהליך החיתוך, מופעל כוח של 10 קילוואן או יותר על החלק העובד. זה מעורר מתח גבוה, אשר יכול להוביל להרס של הכלי. כדי להימנע מכך, חומרי חיתוך חייבים להיות בעלי מקדם בטיחות גבוה.
לשילוב הטוב ביותר של מאפייני חוזק יש פלדות כלי עבודה. חלק העבודה העשוי מהם עומד בצורה מושלמת בעומסים כבדים ויכול לתפקד בדחיסה, פיתול, כיפוף ומתיחה.
השפעת טמפרטורת חימום קריטית על להבי הכלים
כאשר חום משתחרר בעת חיתוך מתכות, הלהבים שלהם נתונים לחימום, במידה רבה יותר - משטחים. כאשר הטמפרטורה מתחת לסימן הקריטי (לכל חומר יש לו משלו)המבנה והקשיחות אינם משתנים. אם טמפרטורת החימום הופכת גבוהה מהנורמה המותרת, אזי רמת הקשיות יורדת. הטמפרטורה הקריטית נקראת קשיות אדומה.
מה פירוש המונח "קשיות אדומה"?
קשיות אדומה היא התכונה של מתכת להאיר באדום כהה כאשר היא מחוממת לטמפרטורה של 600 מעלות צלזיוס. המונח מרמז שהמתכת שומרת על קשיחותה ועמידותה בפני שחיקה. בבסיסו, זוהי היכולת לעמוד בטמפרטורות גבוהות. לחומרים שונים יש הגבלה, מ-220 עד 1800 מעלות צלזיוס.
איך ניתן להגביר את ביצועי כלי החיתוך?
חומרי הכלי של כלי החיתוך מאופיינים בפונקציונליות מוגברת תוך הגברת ההתנגדות לטמפרטורה ושיפור הסרת החום שנוצר על הלהב במהלך החיתוך. חום מעלה את הטמפרטורה.
ככל שמסירים יותר חום מהלהב לעומק המכשיר, כך הטמפרטורה על משטח המגע שלו יורדת. רמת המוליכות התרמית תלויה בהרכב ובחימום.
לדוגמה, תכולת יסודות כמו טונגסטן ונדיום בפלדה גורמת לירידה במוליכות התרמית שלה, ותערובת של טיטניום, קובלט ומוליבדן גורמת לעלייה.
מה קובע את מקדם החיכוך ההחלקה?
מקדם החיכוך בהחלקה תלוי בהרכב ובתכונות הפיזיקליות של זוגות החומרים המגעים, כמו גם בערך הלחץ על המשטחים,נתון לחיכוך והחלקה. המקדם משפיע על עמידות הבלאי של החומר.
האינטראקציה של הכלי עם החומר שעבר עיבוד ממשיכה עם מגע נע מתמיד.
איך חומרים אינסטרומנטליים מתנהגים במקרה זה? סוגים מהם נשחקים באותה מידה.
הם מאופיינים ב:
- היכולת למחוק את המתכת שהיא באה איתה במגע;
- יכולת להראות עמידות בפני שחיקה, כלומר להתנגד לשחיקה של חומר אחר.
בלאי להב מתרחש כל הזמן. כתוצאה מכך, המכשירים מאבדים את תכונותיהם, וגם צורת משטח העבודה שלהם משתנה.
ההתנגדות לבלאי עשויה להשתנות בהתאם לתנאי החיתוך.
לאילו קבוצות מתחלקות פלדות כלי עבודה?
ניתן לחלק חומרים אינסטרומנטליים עיקריים לקטגוריות הבאות:
- cermet (סגסוגות קשות);
- cermets, או קרמיקה מינרלית;
- בורון ניטריד על בסיס חומר סינטטי;
- יהלומים סינתטיים;
- פלדות כלי עבודה על בסיס פחמן.
ברזל לכלי יכול להיות פחמן, סגסוגת ומהירות גבוהה.
פלדות כלי עבודה על בסיס פחמן
החל להשתמש בחומרים פחמיניים לייצור כלים. מהירות החיתוך שלהם איטית.
איך מסומנות פלדות כלי עבודה? חומרים מסומנים באות (לדוגמה, "U" פירושו פחמן), כמו גם מספר (אינדיקטורים של עשיריות האחוז מתכולת הפחמן). הימצאות האות "A" בסוף הסימון מעידה על איכות הפלדה הגבוהה (תכולת החומרים כמו גופרית וזרחן אינה עולה על 0.03%).
חומר פחמן בעל קשיות של 62-65 HRC ועמידות בטמפרטורה נמוכה.
U9 ו-U10A של חומרי כלים משמשים לייצור מסורים, וסדרות U11, U11A ו-U12 מיועדות לברזים ידניים ולכלים אחרים.
רמת ההתנגדות לטמפרטורה של פלדות מסדרת U10A, U13A היא 220 מעלות צלזיוס, לכן מומלץ להשתמש בכלים העשויים מחומרים כאלה במהירות חיתוך של 8-10 מ'/דקה.
ברזל סגסוגת
חומר כלי סגסוגת יכול להיות כרום, כרום-סיליקון, טונגסטן וכרום-טונגסטן, עם תערובת של מנגן. סדרות כאלה מסומנות במספרים, ויש להן גם סימוני אותיות. האיור השמאלי הראשון מציין את מקדם תכולת הפחמן בעשיריות אם תכולת היסוד נמוכה מ-1%. המספרים מימין מייצגים את תכולת הסגסוג הממוצעת באחוזים.
חומר הכלי בדרגה X מתאים לייצור ברזים וקוביות. פלדת B1 מתאימה לייצור מקדחים קטנים, ברזים וחוצים.
רמת ההתנגדות לטמפרטורה של חומרים סגסוגים היא 350-400 מעלות צלזיוס, כך שמהירות החיתוך גבוהה פי אחד וחצי מאשר עבורסגסוגת פחמן.
למה משמשות פלדות סגסוגת גבוהה?
חומרי כלי חיתוך מהירים שונים משמשים לייצור מקדחות, שקעים וברזים. הם מסומנים באותיות וגם במספרים. מרכיבים חשובים של החומרים הם טונגסטן, מוליבדן, כרום ונדיום.
HSS מחולקים לשתי קטגוריות: ביצועים רגילים וביצועים גבוהים.
פלדות עם ביצועים רגילים
קטגוריית הברזל עם רמת ביצועים נורמלית כוללת דרגות R18, R9, R9F5 וסגסוגות טונגסטן עם תערובת של מוליבדן מסדרת R6MZ, R6M5, השומרות על קשיות של לפחות HRC 58 ב-620°C. מתאים לפלדות פחמן וסגסוגת נמוכה, ברזל יצוק אפור וסגסוגות לא ברזליות.
פלדות עם ביצועים גבוהים
קטגוריה זו כוללת את הציונים R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. הם מסוגלים לשמור על HRC 64 בטמפרטורות שבין 630 ל-640 מעלות צלזיוס. קטגוריה זו כוללת חומרי כלים סופר קשיחים. הוא מיועד לברזל וסגסוגות שקשה לעיבוד, כמו גם לטיטניום.
מתכות קשות
חומרים כאלה הם:
- cermet;
- קרמיקה מינרלית.
צורת הלוחות תלויה בתכונות המכניקה. כלים אלה פועלים במהירות חיתוך גבוהה בהשוואה לחומר במהירות גבוהה.
קרמיקה מתכת
Cermet carbides הם:
- טונגסטן;
- טונגסטן טיטניום;
- טונגסטן עם שילוב של טיטניום וטנטלום.
סדרת VK כוללת טונגסטן וטיטניום. לכלים המבוססים על רכיבים אלו יש עמידות בפני שחיקה מוגברת, אך רמת העמידות שלהם בפני פגיעה נמוכה. התקנים על בסיס זה משמשים לעיבוד ברזל יצוק.
סגסוגת טונגסטן-טיטניום-קובלט מתאימה לכל סוגי הברזל.
הסינתזה של טונגסטן, טיטניום, טנטלום וקובלט משמשת במקרים מיוחדים כאשר חומרים אחרים אינם יעילים.
ציוני קרביד מאופיינים ברמת עמידות גבוהה לטמפרטורה. חומרים העשויים טונגסטן יכולים לשמור על תכונותיהם עם HRC 83-90, וטונגסטן עם טיטניום - עם HRC 87-92 בטמפרטורה של 800 עד 950 מעלות צלזיוס, המאפשרת לפעול במהירויות חיתוך גבוהות (מ-500 מ' לדקה) עד 2700 מ'/דקה בעת עיבוד אלומיניום).
לעיבוד חלקים עמידים בפני חלודה וטמפרטורות גבוהות, נעשה שימוש בכלים מסדרת הסגסוגות העדינות של OM. כיתה VK6-OM מתאימה לגימור, בעוד VK10-OM ו-VK15-OM מתאימות לחצי גימור וחספוס.
יעיל עוד יותר כאשר עובדים עם חלקים "קשים" הם חומרי כלים סופר-קשים מסדרות BK10-XOM ו-BK15-XOM. הם מחליפים את טנטלום קרביד בכרום קרביד, מה שהופך אותם לעמידים יותר גם כשהם נתונים לטמפרטורות גבוהות.
כדי להגביר את רמת החוזק של הצלחת המוצקה, הם פונים לציפוי שלה בסרט מגן. משתמשים בטיטניום קרביד, ניטריד וקרבוניט, המיושמים בשכבה דקה מאוד. העובי הוא בין 5 ל 10 מיקרון. כתוצאה מכך נוצרת שכבה של טיטניום קרביד עדין. לתוספות אלו יש פי שלושה מאורך חיי הכלים של תוספות לא מצופים, מה שמגדיל את מהירות החיתוך ב-30%.
במקרים מסוימים משתמשים בחומרי cermet, המתקבלים מתחמוצת אלומיניום בתוספת טונגסטן, טיטניום, טנטלום וקובלט.
קרמיקה מינרלית
קרמיקה מינרלית TsM-332 משמשת לכלי חיתוך. יש לו עמידות בטמפרטורה גבוהה. מדד הקשיות HRC הוא מ-89 עד 95 ב-1200 מעלות צלזיוס. כמו כן, החומר מאופיין בעמידות בפני שחיקה, המאפשרת עיבוד של פלדה, ברזל יצוק וסגסוגות לא ברזליות במהירויות חיתוך גבוהות.
ליצור כלי חיתוך, נעשה שימוש גם בצרמיט מסדרת B. הוא מבוסס על תחמוצת וקרביד. הכנסת קרביד מתכת, כמו גם מוליבדן וכרום להרכב הקרמיקה המינרלית, עוזרת לייעל את התכונות הפיזיקליות והמכניות של הצרמט ומבטלת את שבירותו. מהירות החיתוך מוגברת. גימור למחצה וגימור בכלי מבוסס צרמט מתאים לברזל רקיע אפור, פלדה קשה לעיבוד ומספר מתכות לא ברזליות. התהליך מתבצע במהירות של 435-1000 מ' לדקה. חיתוך קרמיקה עמיד לטמפרטורה. הקשיות שלו היא HRC90-95 ב-950-1100 °С.
לעיבוד ברזל מוקשה, ברזל יצוק עמיד, וכן פיברגלס, נעשה שימוש בכלי שחלקו החיתוך עשוי מחומרים מוצקים המכילים בורון ניטריד ויהלומים. מדד הקשיות של אלבור (בורון ניטריד) זהה בערך לזה של יהלום. ההתנגדות שלו לטמפרטורה היא פי שניים מזו של האחרון. אלבור נבדל על ידי האדישות שלו לחומרי ברזל. מגבלת החוזק של הפולי-גבישים שלו בדחיסה היא 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), ובכיפוף - 0.7 GPa (70 kgf/mm 2)). עמידות בטמפרטורה היא עד 1350-1450 מעלות צלזיוס.
ראוי לציין גם את כדורי היהלומים המבוססים על סינתטיים מסדרת ASB והקרבונדו מסדרת ASPK. הפעילות הכימית של האחרונים כלפי חומרים המכילים פחמן גבוהה יותר. לכן משתמשים בו בעת השחזה של חלקים העשויים ממתכות לא ברזליות, סגסוגות עם תכולת סיליקון גבוהה, חומרים קשים VK10, VK30, וכן משטחים לא מתכתיים.
חיי הכלים של חותכי קרבונד הם פי 20-50 מזה של סגסוגות קשות.
אילו סגסוגות משמשות בתעשייה?
חומרים מכשירים משוחררים בכל רחבי העולם. הסוגים המשמשים ברוסיה, ארה ב ובאירופה, לרוב, אינם מכילים טונגסטן. הם שייכים לסדרות KNT016 ו-TN020. דגמים אלו הפכו לתחליף למותגים T15K6, T14K8 ו-VK8. הם משמשים לעיבוד פלדות למבנים, נירוסטה וחומרי כלי עבודה.
דרישות חדשות לחומרי כלי עבודה עקב מחסור בטונגסטן וקובלט. בדיוק עם גורם זה מפותחות כל הזמן בארה ב, מדינות אירופה ורוסיה שיטות חלופיות להשגת סגסוגות קשות חדשות שאינן מכילות טונגסטן.
לדוגמה, חומרי הכלים מסדרת Titan 50, 60, 80, 100 המיוצרים על ידי החברה האמריקאית Adamas Carbide Co מכילים קרביד, טיטניום ומוליבדן. הגדלת המספר מעידה על מידת החוזק של החומר. המאפיין של חומרי הכלים של מהדורה זו מרמז על רמה גבוהה של חוזק. לדוגמה, לסדרת Titan100 יש חוזק של 1000 MPa. היא מתחרה לקרמיקה.
