Руководство по выбору режущего инструмента:черные и цветные металлы

Имеет ли значение, является ли металлообрабатывающий материал черным или цветным? Наиболее важным фактором является понимание того, как любой материал работает с вашими режущими инструментами в ваших станках, и это действительно важно, найдите производителей инструментов со знаниями в области металлургии. Узнайте, что вам нужно знать об основных различиях в типах металлов для механической обработки.

Попросите любого машиниста дать определение слову «черные металлы», и вы, скорее всего, услышите тот же ответ:черные металлы — это те, которые ржавеют — углеродистая сталь, чугун, инструментальная сталь и так далее. Это утверждение, хотя и верно, является неполным, поскольку металлургическое определение является более конкретным и охватывает гораздо более широкий спектр металлов.

«Проще говоря, железосодержащие материалы содержат железо, — говорит Аарон Шейд, руководитель программы американского центра знаний Kennametal. «Конечно, сюда входят чугун и сталь, но вы также рассматриваете металлы, которые обычно не ржавеют, такие как нержавеющая сталь и большинство суперсплавов».

Но если посмотреть с другой стороны, группа цветных металлов включает алюминий, медь, латунь, пластик и композиты, а все, что не входит в эту группу, может быть классифицировано как черное. Но независимо от того, черные они или цветные, они оба содержат огромное количество материалов, которые требуют широкого спектра различных конструктивных особенностей, скоростей и подач, — объясняет Шаде.

Пуристы могут возразить, что многие алюминиевые сплавы и даже некоторые виды меди и бронзы содержат железо, потому что они также содержат небольшое количество железа. Но это, вероятно, чрезмерное упрощение. Дело не только в том, присутствует ли железо:важно количество железа, отмечает Шаде.

Цветные металлы вообще не содержат железной основы или значительных количеств железа. Например, нержавеющая сталь 316 содержит от 62 до 72 процентов железа; Inconel 718 представляет собой никелевую основу, но по-прежнему содержит 17 процентов железа, а алюминий 6061-T6 содержит максимум 0,7 процента железа. Вот почему Шаде говорит, что трудно делать огульные заявления по такой глубоко технической теме.

«Более важно определить, какие инструменты лучше всего подходят для данного материала, независимо от его номенклатуры», — говорит Шаде.

Бинки Сарджент, менеджер по анализу материалов в Kennametal, соглашается. «Черные или цветные металлы, нержавеющая сталь 304 или 6061-T6, самое важное, что нужно учитывать, — это то, как режущий инструмент взаимодействует с материалом», — говорит она. «Необходимо знать, как образуется стружка и наиболее эффективные способы ее удаления из рабочей зоны, какое влияние окажут термические и химические свойства материала на инструмент, а также форма элемента детали относительно формы и геометрии. резака».

По сути, правильный выбор инструмента зависит не только от металлургической классификации материала заготовки.

Черные металлы и цветные металлы:выбор правильного режущего инструмента

Kennametal и другие производители режущего инструмента избегают разделения черных и цветных металлов и вместо этого основывают свои группы материалов на металлургических характеристиках, таких как твердость, прочность, пластичность, теплопроводность и химический состав. Именно эти характеристики определяют, какой режущий инструмент наиболее эффективен при обработке любого заданного материала и как его лучше всего применять. В следующем списке описывается каждая из категорий Kennametal, а также некоторые основные рекомендации по выбору режущего инструмента:

Сталь :P1–P6

Низкоуглеродистые стали, такие как 1018 и A36, попадают в категорию P1, а P6 включает в себя PH (дисперсионную закалку) и нержавеющие стали серии 400 (440C, 15-5 и 17-4, и это лишь некоторые из них). Между ними находятся инструментальные стали (D2, S7), формовочные стали (P20) и различные легированные стали (4340, 8620 и т. д.). Вообще говоря, твердосплавный инструмент с положительным передним углом и покрытием из оксида алюминия хорошо работает с более мягкими металлами P1 и P2, в то время как инструмент с большей подготовкой кромки (например, K-образные кромки) и более отрицательным передним углом предпочтительнее по мере увеличения твердости.

Нержавеющая сталь:M1–M3

В отличие от ферритных и мартенситных нержавеющих сталей группы P, нержавеющие стали типов M1 и M2 являются аустенитными (это означает, что они имеют гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру), в то время как дуплексные стали M3 (одна из них Nitronic) имеют двухфазную структуру. микроструктура, включающая ферриты, что делает их очень прочными. Нержавеющие и дуплексные стали также содержат не менее 10,5% хрома, а также никеля и других сложных элементов. Как правило, используйте инструмент с положительным передним углом с покрытием CVD с минимальной подготовкой кромок, умеренными скоростями подачи и меньшей глубиной резания.

Нужна помощь в обработке никеля? Читать “ 5 советов по резке жаропрочных сплавов на основе никеля ».

Чугун:K1–K3

Железо содержится во всем:от крышек люков, в которых используется К1 или серый чугун, до тормозных дисков, в которых используется CGI, или чугуна с уплотненным графитом, представляющего собой металл К2, и в тисках, которые можно найти на обрабатывающих центрах цеха. В тисках используется ковкий чугун марки К3, который также известен под торговым названием «Dura-Bar». Все утюги имеют короткую стружку и абразив, что делает режущие инструменты с плоской вершиной (от нуля до отрицательного переднего края) керамическими и PCBN лучшим выбором. Твердый сплав с покрытием CVD прекрасно справляется со всеми типами чугуна, кроме самого твердого.

Цветные металлы:N1–N7

Как отмечает Шейд из Kennametal, цветным является любой материал, который не содержит железа, в основном. Обозначения от N1 до N3 включают все алюминиевые сплавы от вездесущего 6061-T6 до эвтектического и очень абразивного Al-12Si.

N4 означает сплавы на основе меди, латуни и цинка, что представляет собой значительный список металлов, в основном легко поддающихся механической обработке. N5, хотя N7 содержит все, от пластика и резины до графита и углепластика.

С точки зрения режущего инструмента, большинство этих материалов хорошо обрабатывается с высокоположительным, обычно непокрытым карбидом или поликристаллическим алмазом, или поликристаллической алмазной вставкой, хотя мягкие пластмассы и резины могут лучше всего резаться очень острым резцом из быстрорежущей стали.

Суперсплавы:S1–S4

Как следует из названия, жаропрочные сплавы серии S являются одними из самых сложных для обработки материалов и включают:

• S1:A286 на основе железа или сплава S1.
• S2:стеллит, содержащий кобальт.
• S3:Inconel 625 и Monel — это жаропрочные сплавы с высоким содержанием никеля.
• S4:Титан, такой как Ti6Al-4V, является наиболее распространенным материалом.

Длинная, волокнистая стружка является правилом, равно как и насечки по глубине резания, деформационное упрочнение и нарост на кромке. Необходимы острые режущие инструменты с положительным передним углом, а также более медленные скорости резания и жесткая установка. Для большей производительности рассмотрите керамические режущие инструменты, за исключением титана из-за его химической активности.

Закаленные материалы:H1–H4

После закалки инструментальной стали, pH-нержавеющей стали и высокоуглеродистой стали с помощью термической обработки часто возникает необходимость перейти с твердосплавного режущего инструмента на инструмент из керамики или «PCBN», что означает поликристаллический кубический нитрид бора.

Глубина резания и скорость резания также должны быть уменьшены, чтобы уменьшить экстремальную износостойкость и абразивность закаленных материалов от H1 (до 48 HRC) до H4 (более 60 HRC). Как и в случае с суперсплавами, чем жестче установка, тем лучше.

Критерии выбора режущего инструмента одинаковы для всех производителей инструмента

Брайан Хефлер, корпоративный инженер Seco Tools и Sandvik Machining Solutions, использует несколько иные описания материалов, чем Kennametal, но основные критерии выбора режущего инструмента те же.

«Обрабатываемость любого материала во многом зависит от его микроструктуры, теплопроводности, содержания углерода, наличия легирующих элементов, таких как молибден и вольфрам, и целого ряда других переменных», — говорит Хёфлер.

В конце концов, выбор правильного инструмента обычно сводится к тому, какой материал режущего инструмента, геометрия и покрытие наиболее эффективно разрушают металлургические связи материала заготовки, выдерживая тепло и абразивность, возникающие во время обработки.

«В случае сомнений обратитесь за помощью к знающему поставщику режущего инструмента», — говорит Хёфлер. «Независимо от того, что вы режете, велика вероятность того, что существует продуктивное и экономичное решение».

Насколько хорошо вы знаете металлический состав материалов, которые вы режете? Поделитесь с коллегами.