Выбор режущих инструментов: Полное руководство по обработке черных и цветных металлов

Имеет ли значение, является ли металлообрабатываемый материал черным или цветным металлом? Самый важный фактор — понимание того, как любой материал работает с вашими режущими инструментами в ваших станках — и это имеет значение, находят производители инструментов с металлургическими знаниями. Узнайте, что нужно знать о главных различиях в типах металлов для обработки.

Спросите любого становика определить слово «черный» и вы, вероятно, услышите тот же ответ: Черные металлы — это те, которые ржавеют — углеродистая сталь, чугун, инструментальная сталь и так далее. Это утверждение, хотя и верно, неполно, так как металлургическое определение более специфично и охватывает гораздо более широкий спектр металлов.

«Просто скажем, черные материалы содержат железо», говорит Аарон Шейд, менеджер программы для Центра Знаний Kennametal в Америке. «Так что конечно это включает чугун и сталь, но вы также смотрите на металлы, которые обычно не ржавеют, такие как нержавеющая сталь и большинство суперсплавов».

Но посмотрев с другой стороны, группа цветных материалов включает алюминий, медь, латунь, пластик и композиты, и всё, что не в этой группе, может быть классифицировано как черное. Но будь то черное или цветное, они оба содержат огромное разнообразие материалов, требующих широкий спектр разных дизайнерских особенностей, скоростей и подач, объясняет Шейд.

Чистильщик может утверждать, что многие алюминиевые сплавы и даже некоторые меди и бронзы являются поэтому черными, потому что они также содержат небольшие количества железа. Но это, вероятно, упрощение. Не только то, присутствует ли железо: Это количество железа, отмечает Шейд.

Цветные металлы не содержат железной базы или значительных количеств железа вовсе. Например, нержавеющая сталь 316 содержит примерно 62–72 процента железа; Инконель 718 — никелевая база, но все еще содержит 17 процентов железа, а алюминий 6061-T6 содержит максимум 0,7 процента железа. Именно поэтому Шейд говорит, что трудно делать обобщающие утверждения о так глубоко технической теме.

«Что более актуально — это определение того, какие инструменты работают лучше для данного материала, независимо от его номенклатуры», говорит Шейд.

Бинки Сарджент, менеджер по анализу материалов в Kennametal, соглашается. «Будь то черное или цветное, 304 нержавейка или 6061-T6, самое важное, что нужно учитывать — это то, как режущий инструмент взаимодействует с материалом», говорит она. «Вам нужно знать, как формируется стружка и самые эффективные способы удалить её из рабочей зоны, какое влияние термические и химические свойства материала будут иметь на инструмент, и форму особенности детали относительно формы и геометрии резака».

По сути, правильный выбор инструмента зависит от гораздо большего, чем металлургическая классификация материала заготовки.

Черные против цветных металлов: Выбор правильного режущего инструмента

Kennametal и другие производители режущих инструментов избегают «черные против цветных», и вместо этого основывают свои материальные группировки на металлургических характеристиках, таких как твердость, прочность, пластичность, теплопроводность и химический состав. Именно эти атрибуты определяют, какой режущий инструмент наиболее эффективен при обработке любого данного материала, и как лучше его применить. Следующий список описывает каждую из категорий Kennametal, вместе с некоторыми базовыми руководящими принципами по выбору режущего инструмента:

Сталь: P1 – P6

Низкоуглеродистые стали, такие как 1018 и A36, попадают в категорию P1, в то время как P6 включает PH (выделение закалки) и 400-серийные нержавеющие стали (440C, 15-5 и 17-4, чтобы назвать несколько). Между ними сидят инструментальные стали (D2, S7), штамповочные стали (P20) и различные легированные стали (4340, 8620 и т.д.). В целом, положительный передний угол, алюминий-оксидное покрытое твердосплавное инструмент хорошо работает на более мягких P1 и P2 металлах, тогда как тот, у кого больше подготовка режущего края (думайте K-lands) и более отрицательный передний угол, предпочтителен по мере увеличения твердости.

Нержавеющая сталь: M1 – M3

В отличие от ферритных и мартенситных нержавеющих сталей, найденных в P группировке, M1 и M2-тип нержавеющие стали аустенитные (означает, что они имеют гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру), в то время как дуплексные M3 стали (Nitronic — одна из них) имеют двухфазную микроструктуру, включающую ферриты, делая их очень твердыми. Нержавеющие и дуплексные стали также содержат не менее 10,5 процента хрома, а также никеля и других сложных элементов. Как правило, используйте положительный передний угол CVD-покрытый инструмент с минимальной подготовкой края, умеренными подачами и меньшими глубинами резания.

Нужна помощь с обработкой никеля? Читайте «5 советов по металлорезанию для никелевых высокотемпературных сплавов».

Чугун: K1 – K3

Железо находится во всем — от люков люков, которые используют K1 или серый чугун, до тормозных дисков, которые используют CGI, или компактированный графитный чугун, который является K2 металлом, до тисков, найденных на станках цеха. Тиски используют K3-класс дуктайльный чугун, также известный по своему торговому названию «Dura-Bar». Все чугуны короткостружные и абразивные, делая плоскоупые (нулевой до отрицательного переднего угла) керамические и PCBN режущие инструменты первым выбором. CVD-покрытый твердосплав делает хорошую работу на всех, кроме самых твердых чугунов.

Цветные: N1 – N7

Как указывает Шейд Kennametal, цветные — это любой материал, не содержащий железа — в основном. Обозначение N1 через N3 включает все алюминиевые сплавы от повсеместного 6061-T6 до эвтектичного и очень абразивного Al-12Si.

N4 означает медь, латунь и цинковые сплавы, что является внушительным списком в основном свободнообрабатываемых металлов. N5 через N7 содержит всё — от пластика и резины до графита и CFRP.

С точки зрения режущего инструмента, большинство этих материалов хорошо обрабатываются с высокопозитивным, обычно непокрытым твердосплавным или PCD, или поликристаллическим алмазным вставным элементом, хотя мягкие пластики и резины могут резаться лучше с очень острым HSS резецом.

Суперсплавы: S1 – S4

Как подразумевает название, S-серия высокотемпературных сплавов среди самых сложных всех материалов для обработки и включает:

• S1: A286, который является железобазовым или S1 сплавом
• S2: Стеллит, содержащий кобальт
• S3: Инконель 625 и Монель — суперсплавы, высокие в никеле
• S4: Титан, такой как Ti6Al-4V — самый распространенный материал

Длинные струнчатые стружки — правило, как и углубление на глубине резки, закаливание и нарост края. Острые, положительные переднего угла режущие инструменты нужны, вместе с более медленными скоростями резания и жесткой установкой. Для большей продуктивности рассмотрите керамические режущие инструменты, с одним исключением — титан, из-за его химической реактивности.

Закаленные материалы: H1 – H4

После того как инструментальная сталь, pH нержавейка и высокоуглеродистые стали были закалены через термическую обработку, часто необходимо переключиться с твердосплавного режущего инструмента на керамический или «PCBN», что означает поликристаллический кубический нитрид бора.

Глубины резания и скорости резания также должны быть снижены, чтобы смягчить экстремальное износостойкость и абразивность закаленных H1 (до 48 HRC) до H4 (более 60 HRC) материалов. Как и с суперсплавами, чем более жесткая установка, тем лучше.

Критерии выбора режущего инструмента схожи у производителей оснастки

Брайан Хофлер, корпоративный прикладной инженер для Seco Tools и Sandvik Machining Solutions, использует слегка другие материальные описания, чем Kennametal, но базовые критерии выбора режущего инструмента те же.

«Обрабатываемость любого материала в значительной степени зависит от его микроструктуры, теплопроводности, углеродного содержания, наличия легирующих элементов, таких как молибден и вольфрам, и целого ряда других переменных», говорит Хофлер.

В конце дня, выбор правильного инструмента обычно сводится к тому, какой материал режущего инструмента, геометрия и покрытие наиболее эффективны в разрыве металлургических связей материала заготовки, выдерживая тепло и абразивность, генерируемые во время обработки.

«Когда в сомнении, общайтесь с знающим поставщиком режущих инструментов для помощи», говорит Хофлер. «Неважно, что вы режете, шансы отличны, что есть продуктивное, стоимое решение доступно».

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