Выбор сплава твердого сплава:руководство

Фото:Getty Images

В то время как металлургический термин «марки карбида» относится конкретно к карбиду вольфрама (WC), спеченному с кобальтом, этот же термин имеет более широкое значение при механической обработке:спеченный карбид вольфрама в сочетании с покрытиями и другими видами обработки. Например, две токарные пластины, изготовленные из одного и того же карбидного материала, но с разным покрытием или последующей обработкой, считаются разными марками. Однако комбинации карбида и покрытия не имеют стандартизированной классификации, поэтому разные поставщики режущего инструмента используют разные названия и методы классификации для своих таблиц классов. Это может затруднить сравнение сплавов для конечного пользователя, что является особенно сложной проблемой, учитывая, что пригодность сплава твердого сплава для данного применения резко влияет на возможные условия резания и стойкость инструмента.

Чтобы ориентироваться в этом лабиринте, пользователи должны сначала понять, что представляет собой марка твердого сплава и как каждый элемент влияет на различные аспекты обработки.

Что такое основа?

Подложка представляет собой голый материал режущей пластины или твердого инструмента под покрытиями и последующей обработкой. Обычно он состоит из 80-95% WC. Чтобы придать подложке желаемые свойства, производители материалов добавляют в нее различные легирующие элементы. Основным легирующим элементом является кобальт (Co) — более высокое содержание кобальта приводит к большей ударной вязкости, а более низкое содержание кобальта — к большей твердости. Очень твердые подложки могут достигать твердости 1800 HV и обеспечивать отличную износостойкость, но они очень хрупкие и подходят только для очень стабильных условий. Очень прочные подложки имеют твердость около 1300 HV. Эти подложки могут обрабатываться только на более низких скоростях резания и быстрее изнашиваются, но имеют лучшую устойчивость к прерывистому резанию и неблагоприятным условиям.

Правильный баланс между твердостью и ударной вязкостью является наиболее важным фактором при выборе сплава для конкретного применения. Выбор слишком твердого сплава может привести к микротрещинам вдоль режущей кромки или даже к катастрофическим поломкам. В то же время слишком прочный сплав быстро изнашивается или требует снижения скорости резания, что снижает производительность. В Таблице 1 приведены некоторые основные рекомендации по выбору правильной жесткости:

<тд>

Таблица 1 — Источник:MachiningDoctor.com

Материал	Поворот			Фрезерование
	Непрерывно	Свет прерван	Тяжелое прерывание
Сталь	Сложно	Средний	Трудно	Трудно
Нержавеющая сталь	Сложно	Средний	Трудно	Трудно
Алюминий	Сложно	Средняя-жесткость	Средний	Средний
Инконель	Очень сложно	Сложно	Средний	Трудно
Титан	Очень сложно	Сложно	Средний	Средний

Что такое карбидные покрытия?

Большинство современных твердосплавных пластин и твердосплавных инструментов покрыты тонкой пленкой (от 3 до 20 микрон, или от 0,0001 до 0,0007 дюйма). Покрытие обычно состоит из слоев нитрида титана, оксида алюминия и нитрида углерода титана. Это покрытие повышает твердость и создает тепловой барьер между срезом и подложкой.

Покрытия режущего инструмента добавляются с помощью одной из двух основных технологий:

1. CVD (химическое осаждение из паровой фазы) — Слои покрытия CVD могут иметь толщину до 25 микрон. Такая толщина обеспечивает эффективный тепловой барьер и обеспечивает более высокие скорости резки по сравнению с покрытиями PVD. С другой стороны, такая же толщина делает невозможным нанесение покрытия на очень острые режущие кромки, и покрытие более подвержено трещинам и поломкам.
2. PVD (физическое осаждение из паровой фазы) — Покрытия PVD имеют толщину от 1 до 8 микрон. Пластины с PVD-покрытием должны работать на более низких скоростях резания по сравнению с CVD-покрытием; однако они более прочные, их можно наносить на острые режущие кромки, а их поверхности более гладкие, что снижает трение.

В таблице 2 представлены основные рекомендации по выбору наиболее подходящего покрытия для различных областей применения.

<тд> <тд>

Таблица 2 — Источник:MachiningDoctor.com

Материал	Поворот		Пробор и нарезка	Фрезерование
	Высокая скорость резки	Низкая скорость резания
Сталь	ССЗ	ПВД	ПВД	PVD / тонкий CVD
Нержавеющая сталь	Тонкий CVD	ПВД	ПВД	PVD / тонкий CVD
Алюминий	Без покрытия	Без покрытия	Без покрытия	Без покрытия
Инконель	Тонкое PVD	Тонкое PVD	Тонкое PVD	ПВД
Титан	Тонкое PVD/без покрытия	Тонкое PVD/без покрытия	Тонкое PVD/без покрытия	PVD/без покрытия

Что такое последующая обработка?

Несмотря на то, что около десяти лет назад она набрала обороты, добавление дополнительной обработки после нанесения покрытия стало отраслевым стандартом. Эти обработки обычно представляют собой пескоструйную обработку или другие методы полировки, которые сглаживают верхний слой покрытия, уменьшая трение и, как следствие, выделяемое тепло. Разница в цене, как правило, незначительна, и в большинстве случаев рекомендуется отдавать предпочтение сортам с последующей обработкой.

Таблицы выбора оценок

Чтобы выбрать правильную марку твердого сплава для конкретного применения, просмотрите каталог поставщика или веб-сайт для получения рекомендаций. Несмотря на отсутствие официального международного стандарта, большинство поставщиков используют таблицы, в которых описываются рекомендуемые рабочие диапазоны марок на основе их «диапазона применения», выраженного трехбуквенной комбинацией букв и цифр, например P05-P20.

Первая буква обозначает группу материала в соответствии со стандартом ISO. Каждой группе материалов присваивается буква и соответствующий цвет.

Письмо	Материал	Цвет
P	Сталь	Синий
М	Нержавеющая сталь	Желтый
К	Чугун	Красный
Н	Цветные металлы	Зеленый
С	Суперсплавы	Оранжевый
Н	Закаленная сталь	Серый

Следующие два числа представляют относительный уровень твердости сплава по шкале от 05 до 45 с шагом 5. Применение класса 05 требует очень твердого сплава, подходящего для благоприятных и стабильных условий. Для приложения 45 требуется очень прочный сплав, подходящий для неблагоприятных и нестабильных условий.

Опять же, для этих значений нет стандарта, поэтому их следует интерпретировать как относительное значение в конкретной таблице оценок, в которой они появляются. Например, марка, отмеченная как P10-P20 в двух каталогах разных поставщиков, может иметь разную твердость.

Таблицы выбора сортов обычно показаны отдельно для четырех различных основных приложений:

1. Поворот
2. Фрезерование
3. Выемка/разделение
4. Сверление

Сплав, отмеченный как P10-P20 в таблице сплавов для токарной обработки, может иметь другую твердость, чем сплав, отмеченный как P10-P20 в таблице сплавов для фрезерной обработки, даже в том же каталоге. Эта разница сводится к тому, что благоприятные условия различаются в разных приложениях. Токарные операции лучше всего выполнять с очень твердыми сплавами, но при фрезеровании благоприятные условия требуют некоторой прочности из-за ее прерывистого характера.

В Таблице 3 представлена ​​гипотетическая таблица сплавов и их использования при различных трудностях токарной обработки, которые могут быть указаны в каталоге поставщиков режущих инструментов. В этом примере класс A рекомендуется для широкого диапазона условий токарной обработки, но не для тяжелого прерывистого резания, тогда как класс D рекомендуется для тяжелого прерывистого точения и других крайне неблагоприятных условий. Такие инструменты, как Grades Finder от MachiningDoctor.com, могут искать сплавы в соответствии с этой системой обозначений.

Обозначения марок карбида

Точно так же, как не существует официального стандарта для диапазонов применения марок, нет официального стандарта для обозначений марок. Тем не менее, большинство основных поставщиков твердосплавных пластин следуют общим рекомендациям по обозначениям своих марок. «Классическое» обозначение соответствует шестизначному формату BBSSNN, где:

• ВВ —Бренд-код: С каждым крупным поставщиком связаны свои буквы.
• СС — Серийный номер оценки: Номера серий классов обычно представляются двумя случайными цифрами. Серия обычно представляет собой группу марок, разработанных для определенного сырья и имеющих общий тип покрытия. Вот некоторые примеры серий оценок:
  • BB85 — сплавы CVD для токарной обработки стали.
  • BB64 — сплавы PVD для сплавов на основе никеля.
  • BB23 — сплавы CVD для фрезерования чугуна.
• NN — Уровень жесткости: Последние две цифры в большинстве случаев отражают уровень твердости различных марок в серии. Число обычно колеблется от 05 до 45 в соответствии с той же системой, которая описана выше в таблицах оценок. Например:
  • BB8505 — очень твердый сплав для токарной обработки стали в стабильных условиях.
  • BB8540 — очень прочный сплав для токарной обработки стали тяжелым прерывистым резанием.

Приведенное выше объяснение верно во многих случаях. Но поскольку это не стандарт ISO/ANSI, некоторые поставщики вносят в систему собственные корректировки, и разумно следить за этими изменениями.

Переходные оценки

Сорта играют жизненно важную роль в токарных приложениях, больше, чем в любом другом приложении. Поэтому при просмотре любого каталога поставщика в токарной части будет представлен самый большой выбор сплавов.

Почему оценки так важны при токарной обработке?

Этот широкий диапазон токарных сплавов обусловлен широким спектром применения токарной обработки. В эту категорию попадает все, от непрерывной обработки, когда режущая кромка постоянно взаимодействует с заготовкой и не испытывает ударов, но генерирует много тепла, до прерывистого резания, при котором возникают сильные удары.

Широкий диапазон токарных сплавов также связан с широким спектром диаметров в производстве, от 1/8 дюйма (3 мм) для станков швейцарского типа до 100 дюймов для тяжелых промышленных целей. Поскольку скорость резания также зависит от диаметра, необходимы различные сплавы, оптимизированные как для низких, так и для высоких скоростей резания.

Крупные поставщики обычно предоставляют отдельные серии марок для каждой группы материалов. В каждой серии сплавы варьируются от прочных для прерывистого резания до твердых для непрерывной обработки.

Сплавы для фрезерования

При фрезеровании ассортимент предлагаемых сплавов меньше. Из-за принципиально прерывистого характера применения для фрезерных инструментов требуются прочные сплавы с высокой ударной вязкостью. По той же причине слой покрытия должен быть тонким — иначе оно не выдержит ударов.

Большинство поставщиков будут использовать прочную основу и различные покрытия для фрезерования различных групп материалов.

Степени разделки и канавки

При отрезке или обработке канавок выбор сплава ограничен из-за факторов скорости резания. То есть диаметр становится меньше по мере приближения разреза к центру. Таким образом, скорость резания постепенно снижается. При отрезке по центру скорость в конечном счете достигает нуля в конце реза, и операция превращается в резку, а не резку.

Поэтому сплав для отрезки должен быть совместим с широким диапазоном скоростей резания, а основа должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать сдвиг в конце операции.

Неглубокие канавки являются исключением из других типов. Поскольку он имеет сходство с точением, поставщики с большим выбором пластин для обработки канавок обычно предлагают более широкий выбор сплавов для определенных групп материалов и условий.

Сорта бурения

При сверлении центр сверла всегда имеет нулевую скорость резания, а на периферии скорость резания зависит от диаметра сверла и скорости вращения шпинделя. Сплавы, оптимизированные для высоких скоростей резания, не годятся, поэтому их не следует использовать. Большинство поставщиков предлагают лишь несколько сортов.