Kesici Takım Malzemeleri 101: Tipler, Özellikler ve Kaplamalar

Takım malzemeleri esas olarak takımın kesme kısmının malzemelerini ifade eder. Performansları, işleme kalitesini, kesme verimliliğini ve takım ömrünü etkileyen çok önemli bir faktördür. Yeni takım malzemelerinin makul bir şekilde uygulanması yalnızca üretkenliği, işleme kalitesini ve ekonomik faydaları etkili bir şekilde iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda işlenmesi zor bazı malzemelerin işlenmesi için genellikle anahtar süreçtir.

I. Takım Malzemeleri için Performans Gereklilikleri

1. Yüksek Sertlik

Takımların metal tabakayı iş parçasından çıkarması gerekir, bu nedenle takım malzemesinin sertliği iş parçası malzemesinin sertliğinden daha büyük olmalıdır. Genel olarak, takım malzemelerinin oda sıcaklığı sertliği 60HRC'den yüksek olmalıdır.

2. Yüksek Aşınma Direnci

Takım malzemeleri, iş parçasından ve talaşlardan kaynaklanan aşınmaya karşı koymak için yüksek aşınma direncine sahip olmalıdır. Bu performans, takım malzemesinin sertliğine, kimyasal bileşimine ve mikro yapısına bağlıdır.

Takım malzemesinin sertliği ne kadar yüksek olursa, aşınma direnci o kadar iyi olur; takım malzemesinde aşınmaya dayanıklı alaşım karbürler ne kadar fazla olursa, taneler ne kadar ince ve düzgün dağılırsa, aşınma direnci o kadar iyi olur.

3. Yeterli Güç ve Tokluk

Kesme sırasında takım çeşitli gerilimlere, darbelere ve titreşimlere maruz kalır. Ufalanma ve kırılmayı önlemek için takım malzemesi yeterli mukavemet ve tokluğa sahip olmalıdır.

4. Yüksek Isı Direnci

Isı direnci, takım malzemesinin yüksek sıcaklık koşulları altında oda sıcaklığındaki sertliğini, mukavemetini ve tokluğunu koruma kabiliyetini ifade eder. Sıcak sertlik veya yüksek sıcaklık sertliği olarak da ifade edilebilir. Isı direnci ne kadar iyi olursa, izin verilen sıcaklık da o kadar yüksek olur. kesme hızı talaşlı imalatta. Takım malzemesi performansının önemli bir göstergesidir.

5. İyi İşlenebilirlik

İmalatı kolaylaştırmak için, takım malzemeleri işlenebilirlik, taşlanabilirlik, dövülebilirlik, kaynaklanabilirlik ve ısıl işlem özellikleri gibi iyi işlenebilirliğe sahip olmalıdır. Ayrıca, kaynakları bol ve maliyeti düşük olan takım malzemeleri mümkün olduğunca çok kullanılmalıdır.

II. Alet Malzemesi Türleri

Takım malzemeleri temel olarak takım çeliği (alaşımsız takım çeliği ve alaşımlı takım çeliği), yüksek hız çeliği, semente karbür, seramik malzemeler ve süper sert takım malzemelerini içerir. Başlıca fiziksel ve mekanik özellikleri Tablo 1'de gösterilmektedir.

Tablo 1 Çeşitli Takım Malzemelerinin Fiziksel ve Mekanik Özellikleri

1. Yüksek hızlı takım çeliği

Yüksek hızlı takım çeliğinin tam adı, beyaz çelik veya keskin çelik olarak da bilinen yüksek hızlı alaşımlı takım çeliğidir.

Yüksek hızlı takım çeliği, alaşımlı takım çeliğine eklenen W, Mo, Cr ve V gibi çok miktarda alaşım elementine sahip yüksek alaşımlı bir takım çeliğidir. Bu alaşım elementleri karbon ile yüksek sertlikte karbürler oluşturarak yüksek hızlı takım çeliğine mükemmel aşınma direnci kazandırır.

Tungsten atomları ve karbon atomları güçlü bir bağlama kuvvetine sahiptir ve çeliğin yüksek sıcaklık sertliğini arttırır. Molibdenin rolü temel olarak tungsten ile aynıdır ve karbür tanelerini rafine edebilir, çelikteki karbürlerin düzensizliğini azaltabilir ve çeliğin tokluğunu artırabilir.

Yüksek hızlı takım çeliği, iyi genel performansa ve en geniş uygulama yelpazesine sahip bir takım malzemesidir. Yüksek eğilme mukavemetine, iyi tokluğa ve ısıl işlemden sonra 63~66HRC sertliğe sahiptir. Keskin bir kesme kenarına taşlanması kolaydır, bu nedenle üretimde genellikle "keskin çelik" olarak adlandırılır.

Isı direnci 600 ~ 660 ℃'dir ve karbon çelik malzemeleri keserken kesme hızı yaklaşık 30m / dk'ya ulaşabilir. İyi işlenebilirliğe sahiptir ve matkaplar, kılavuzlar, şekillendirme aletleri, broşlar ve dişli aletleri gibi karmaşık şekillere sahip aletler üretmek için kullanılabilir. Ayrıca karbon çeliği, alaşımlı çelik, demir dışı metaller ve dökme demir gibi çeşitli malzemelerin işlenmesi için de uygundur.

Yüksek hızlı takım çeliği, kesme performansına göre sıradan yüksek hızlı takım çeliği ve yüksek performanslı yüksek hızlı takım çeliği olarak ikiye ayrılabilir.

(1) Sıradan yüksek hızlı takım çeliği

Sıradan yüksek hızlı takım çeliği, tungsten serisi yüksek hızlı takım çeliği ve tungsten-molibden serisi yüksek hızlı takım çeliği olarak ikiye ayrılabilir.

Tungsten serisi yüksek hızlı takım çeliğinin ilk yaygın sınıfı, iyi bir genel performansa ve taşlanabilirliğe sahip olan W18Cr4V'dir. Çeşitli karmaşık takımların ve son işlem takımlarının üretiminde kullanılabilir. Ancak, tungsten önemli bir stratejik kaynak olduğundan ve bu kalite yüksek oranda tungsten içerdiğinden, uygulaması artık daha az yaygındır ve bazı gelişmiş ülkelerde aşamalı olarak kaldırılmıştır.

Tungsten-molibden serisi yüksek hızlı takım çeliğinin ortak kalitesi, iyi bir genel performansa sahip olan W6Mo5Cr4V2'dir. Molibdenin rolü nedeniyle, karbürleri ince parçacıklardır ve eşit olarak dağılmıştır, bu nedenle bükülme mukavemeti ve darbe tokluğu tungsten serisi yüksek hızlı takım çeliğinden daha yüksektir. Ayrıca iyi bir termoplastikliğe sahiptir, bu da onu sıcak haddelenmiş takımların üretimi için uygun hale getirir. Bununla birlikte, bu malzeme dekarbürizasyona karşı yüksek bir hassasiyete, dar bir su verme sıcaklık aralığına sahiptir ve ısıl işlem sürecinde ustalaşması zordur.

W9Mo3Cr4V, Çin tarafından bağımsız olarak geliştirilen yüksek hızlı bir takım çeliğidir. Sertliği, mukavemeti ve termoplastikliği W6Mo5Cr4V2'den biraz daha yüksektir. İyi sertlik ve tokluğa sahiptir ve haddelenmesi, dövülmesi kolaydır, geniş bir ısıl işlem sıcaklık aralığına, düşük dekarbürizasyon hassasiyetine ve daha düşük maliyete sahiptir.

(2) Yüksek performanslı yüksek hızlı takım çeliği

Yüksek performanslı yüksek hızlı takım çeliği, kimyasal bileşimi ayarlayarak ve diğer alaşım elementlerini ekleyerek sıradan yüksek hızlı takım çeliğine göre bir iyileştirme olan yeni bir yüksek hızlı takım çeliği türüdür. Bu tür yüksek hızlı takım çeliği esas olarak yüksek sıcaklık alaşımları, titanyum alaşımları, yüksek mukavemetli çelik ve paslanmaz çelik gibi işlenmesi zor malzemeleri kesmek için kullanılır.

Yüksek performanslı yüksek hızlı takım çeliğinin çeşitli türleri vardır:

1) Yüksek karbonlu yüksek hızlı takım çeliği

Karbonun kütle oranı 0,9% ila 1,05%'ye yükseltilerek çelikteki tüm alaşım elementlerinin karbür oluşturmasına neden olur, böylece çeliğin sertliği, aşınma direnci ve ısı direnci iyileştirilir, ancak mukavemeti ve tokluğu biraz azalır. Tipik kalite 95W18Cr4V'dir.

2) Yüksek vanadyumlu yüksek hızlı takım çeliği

Vanadyumun kütle oranı 3% ila 5%'ye yükseltilir ve tipik kalite W6Mo5Cr4V3'tür. Vanadyum karbür içeriğinin artması nedeniyle, yüksek hızlı takım çeliğinin aşınma direnci artar ve genellikle yüksek mukavemetli çeliklerin kesilmesinde kullanılır. Ancak, bu tür yüksek hızlı takım çeliğinin taşlanması sıradan yüksek hızlı takım çeliğine göre daha zordur.

3) Kobalt yüksek hızlı takım çeliği

Yüksek hızlı takım çeliğine kobalt eklenmesi, yüksek sıcaklık sertliğini ve oksidasyon direncini artırır. Tipik kalite, iyi kapsamlı performansa sahip olan ve yüksek sıcaklık alaşımları ve paslanmaz çelik gibi işlenmesi zor malzemelerin işlenmesinde çok etkili olan W2Mo9Cr4VCo8'dir.

4) Alüminyum yüksek hızlı takım çeliği

Alüminyum yüksek hızlı takım çeliği, Çin'de benzersiz bir şekilde geliştirilen yeni bir yüksek hızlı takım çeliği türüdür. Sıradan yüksek hız çeliğine az miktarda alüminyum eklenerek, yüksek hız takım çeliğinin ısı direnci ve aşınma direnci iyileştirilir ve iyi bir kapsamlı performansa sahiptir.

Tipik kalite, kobalt yüksek hızlı takım çeliğinin kesme performansına ulaşan, iyi işlenebilirliğe sahip, ucuz ve fiyat olarak sıradan yüksek hızlı takım çeliğine yakın olan W6Mo5Cr4V2Al'dir. Ancak öğütülebilirliği zayıftır ve sıkı ısıl işlem süreçleri gerektirir.

Yüksek hassasiyetli karmaşık takımların kullanımı arttıkça, işleme maliyeti takım maliyetinin büyük bir kısmını oluştururken, malzeme maliyeti daha küçük bir kısmını oluşturmaktadır (15% ila 30%). Bu nedenle, yüksek performanslı takım malzemelerinin kullanılması ekonomik açıdan mantıklıdır. Takım değiştirme maliyetlerinin yüksek olduğu işleme merkezleri gibi takım tezgahları için yüksek performanslı takım malzemeleri daha da fazla kullanılmalıdır.

Yukarıda bahsedilen yüksek hızlı takım çeliklerinin kaliteleri ve ana mekanik özellikleri Tablo 2'de gösterilmektedir.

Tablo 2 Yüksek hız çeliğinin kaliteleri ve ana mekanik özellikleri

2. Sert Alaşım

Sert alaşım, ana bileşenler olarak tungsten karbür (WC) ve titanyum karbür (TiC) tozlarının ve bağlayıcı olarak kobalt (Co), molibden (Mo) ve nikelin (Ni) bir vakum fırınında veya hidrojen indirgeme fırınında sinterlenmesiyle elde edilen bir toz metalurjisi ürünüdür.

Sert alaşımın sertliği, çok iyi aşınma direnci ile 71 ~ 76HRC'ye eşdeğer 89 ~ 94HRA'ya ulaşır. Isı direnci 800 ~ 1000 ℃'ye ulaşabilir ve orta karbonlu çeliği keserken kesme hızı 100 m / dakikadan fazla olabilir. Bununla birlikte, eğilme mukavemeti ve tokluğu yüksek hız çeliğinden daha düşüktür ve işlenebilirliği yüksek hız çeliğinden biraz daha kötüdür.

Şu anda sert alaşım, kesme işlemede ana takım malzemesi haline gelmiştir, daha yüksek kesme hızlarına sahip çeşitli takımlarda ve hatta sert alaşımlı yüzey frezeleri, parmak frezeler, delik işleme takımları, matkaplar, raybalar vb. gibi karmaşık takımlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Sert alaşımın performansı esas olarak metal karbürlerin türü, içeriği ve parçacık boyutunun yanı sıra bağlayıcının türü ve içeriğine bağlıdır. Sert alaşımlarda, daha yüksek oranda karbür daha yüksek sertlik ve daha iyi aşınma direnci ile sonuçlanır; daha fazla bağlayıcı daha yüksek eğilme mukavemeti ile sonuçlanır. Genel olarak, ince taneli sert alaşımların mukavemeti aynı bileşime sahip kaba taneli sert alaşımlardan daha düşükken, sertlik kaba taneli sert alaşımlardan daha yüksektir.

GB/T 18376.1-2008, kesici takımlar için sert alaşımları altı kategoride sınıflandırır: İşlenen malzemeye bağlı olarak K, P, M, H, S ve N. Farklı kullanım gereksinimlerini karşılamak için, 01, 10, 20, 30, 40, vb. gibi iki basamaklı sayılarla temsil edilen aşınma direnci ve tokluklarına göre çeşitli gruplara ayrılırlar.

Tablo 3'te ilk üç kategori için sınıflandırma, gruplandırma ve önerilen çalışma koşulları listelenmektedir. H kategorisi (H01~H30) esas olarak sert kesme malzemelerini işlemek için kullanılır; S kategorisi (S01~S30) esas olarak ısıya dayanıklı ve yüksek kaliteli alaşımlı malzemeleri işlemek için kullanılır; N kategorisi (N01~N30) esas olarak demir dışı metalleri ve metalik olmayan malzemeleri işlemek için kullanılır.

Tablo 3 Kesme İşlemi İçin Sert Alaşımların Sınıflandırılması, Gruplandırılması ve Önerilen Çalışma Koşulları

Aşağıda, kesim için yaygın olarak kullanılan birkaç sert alaşım tanıtılmaktadır:

(1) K-tipi sert alaşım

Bağlayıcı olarak Co içeren WC bazlı veya az miktarda TaC ve NbC eklenmiş bir alaşımdır. Esas olarak dökme demir, soğutulmuş dökme demir, kısa talaşlı dövülebilir dökme demir, gri dökme demir vb. gibi kısa talaşlı malzemelerin işlenmesinde kullanılır. Yaygın kaliteler arasında K01, K10, K20, K30, K40 vb. bulunur.

Sınıf numarası 10, 20, 30 ve 40'a yükseldikçe kobalt içeriği artar, bu da daha yüksek mukavemet ancak daha düşük sertlik, ısı direnci ve aşınma direnci ile sonuçlanarak kaba işleme için uygun hale gelir. Tersine, ne kadar çok tungsten karbür içerirse, sertlik, ısı direnci ve aşınma direnci o kadar yüksek, ancak mukavemet o kadar düşük olur, bu da onu ince işleme için uygun hale getirir.

(2) P-tipi sert alaşım

Bağlayıcı olarak Co (Ni+Mo, Ni+Co) ile TiC ve WC bazlı bir alaşımdır. TiC'nin varlığı nedeniyle, çelik ile bağlanma sıcaklığını ve difüzyonu önleme yeteneğini geliştirir. Esas olarak çelik, dökme çelik, uzun talaşlı dövülebilir dökme demir vb. gibi uzun talaşlı malzemelerin işlenmesinde kullanılır.

Yaygın kaliteler arasında P01, P10, P20, P30, P40 vb. bulunur. Kobalt içeriği sırayla artar, bu da daha yüksek mukavemet ancak daha düşük sertlik, ısı direnci ve aşınma direnci ile sonuçlanır, bu da onu kaba işleme için uygun hale getirir. Tersine, ne kadar çok TiC içerirse, sertlik, ısı direnci ve aşınma direnci o kadar yüksek, ancak mukavemet o kadar düşük olur, bu da onu ince işleme için uygun hale getirir.

(3) M-tipi sert alaşım

Bağlayıcı olarak Co içeren WC bazlı bir alaşımdır ve az miktarda TiC (TaC, NbC) eklenmiştir. Belirli miktarda nadir metal TaC (NbC) eklenmesi nedeniyle, eğilme mukavemetini, yorulma mukavemetini ve darbe tokluğunu ve ayrıca yüksek sıcaklık sertliğini, mukavemetini, oksidasyon direncini ve aşınma direncini geliştirir.

Yaygın kaliteler arasında M01, M10, M20, M30, M40 vb. bulunur. M tipi sert alaşımlar genel amaçlı alaşımlardır ve paslanmaz çelik, dökme çelik, manganlı çelik, dövülebilir dökme demir, alaşımlı çelik, alaşımlı dökme demir vb. işlemek için kullanılabilir.

3. Diğer alet malzemeleri

(1) Seramikler

Seramik takım malzemeleri yapay bileşiklerden yapılır, yüksek basınç altında oluşturulur ve yüksek sıcaklıklarda sinterlenir. 91~95HRA sertliğe, 1200°C'ye kadar ısı direncine, iyi kimyasal stabiliteye ve metallerle düşük afiniteye sahiptirler. Sert alaşımlarla karşılaştırıldığında, kesme hızını 3 ila 5 kat artırabilirler.

Ancak en büyük dezavantajları düşük eğilme mukavemeti ve zayıf darbe tokluğudur. Esas olarak çelik, dökme demir ve yüksek sertlikteki malzemelerin (su verilmiş çelik gibi) sürekli kesim sırasında yarı finisaj ve finisajı için kullanılırlar.

(2) Elmas

Elmas, her ikisi de karbonun allotropları olan doğal ve sentetik türlere ayrılır. Doğal elmas yüksek maliyeti nedeniyle nadiren kullanılır. Sentetik elmas, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında grafitten yapılır ve sertliği 10000HV'dir.

Elmas takımlar, demir içermeyen metalleri ve alaşımları, seramikleri ve diğer yüksek sertlikteki, aşınmaya karşı yüksek dirençli malzemeleri hassas bir şekilde kesebilir. Bununla birlikte, demir ile zayıf kimyasal kararlılığa sahiptirler ve demir içeren malzemelerin işlenmesi için uygun değildirler. Termal stabiliteleri de zayıftır ve sıcaklık 800°C'ye ulaştığında elmas takımlar havada karbonizasyona uğrayarak hızlı aşınmaya neden olur.

(3) Kübik bor nitrür

Kübik bor nitrür, bir katalizör ilavesiyle yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında yapay yöntemler kullanılarak sentezlenir. 8000~9000HV sertliğe ve 1400℃ ısı direncine sahiptir. Esas olarak yüksek sıcaklık alaşımlarının, sertleştirilmiş çeliğin ve soğutulmuş dökme demir malzemelerin yarı finisajı ve finisajı için kullanılır.

III. Takım Malzemelerinin Yüzey Kaplaması

Takım malzemelerinin tokluğu ve sertliği genellikle dengelenemez, bu nedenle çoğu takım malzemesinin ömrü esas olarak aşınmadan etkilenir. Son yıllarda, bu sorunu düzgün bir şekilde çözmek için yüzey kaplama işleme yöntemleri benimsenmiştir.

Takım malzemelerinin yüzey kaplaması, yüksek hız çeliği ve sert semente karbür malzemelerden yapılmış takımlara uygulanır. Kimyasal buhar biriktirme ve vakum püskürtme gibi yöntemlerle, çok ince (5 ~ 12μm) bir yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci ve refrakter metal bileşiği titanyum karbür (TiC) veya titanyum nitrür (TiN) tabakası takım yüzeyinde biriktirilerek altın sarısı bir yüzey kaplaması oluşturulur.

Kaplamanın yüksek sertliği ve düşük sürtünme katsayısı nedeniyle, aletin aşınma direnci artar. Kaplama ayrıca oksidasyon ve yapışma önleyici özelliklere sahiptir ve takım aşınmasını geciktirir. Bu nedenle, kesme hızı 30%'den 50%'ye yükseltilebilir ve takım ömrü birkaç kat uzatılabilir.