Rodzaje materiałów obrabianych Materiały narzędzi skrawających MATERIAŁY

(1)

H 2

H 3 H 4 H 7 H 8 H 9 H 9 H 10 H 11

H 16 H 18 H 22 H 26 H 31 H 32 H 35 H 36 H 37 Wprowadzenie

Materiały narzędzi skrawających

Wprowadzenie i definicje

Pokrywany węglik spiekany (HC) Cermetale (HT, HC) Ceramika (CA, CN, CC) Polikrystaliczny regularny azotek boru CBN (BN) Polikrystaliczny diament, PCD (DP) Zużycie na krawędziach skrawających Gatunki Sandvik Coromant

Rodzaje materiałów obrabianych

Klasyfikacja materiałów Obszar ISO P, stal Obszar ISO M, stal nierdzewna Obszar ISO K, żeliwo Obszar ISO N, metale nieżelazne Obszar ISO S, stopy żaroodporne Obszar ISO H, stal hartowana Definicja skrawalności Wykaz odpowiedników materiałowych

(2)

B

C

D

E

F

G

H P

N

M S

K H

Przecinanie i toczenie rowk ówToczenie ogólneToczenie gwintówFrezowanieWiercenieWytaczanieMocowanie narzędzi / obrabiarkiMateriały

Wprowadzenie

Wybór najbardziej odpowiedniego materiału narzędzia skrawającego (gatunku) oraz jego geometrii do zastosowania w danym materiale przedmiotu obrabianego jest ważne dla zapewnienia bezproblemowego i produktywnego procesu skrawania. Dla otrzymania najlepszych rezultatów nie bez zna- czenia pozostają również pozostałe zagadnienia, takie jak zakres parametrów skrawania, droga narzędzia, itp.

Rozdział ten zapewnia podstawowe informacje na temat:

• Materiałów narzędzi skrawających, takich jak węglik spiekany, ceramiki, CBN, PCD, itp.

• Materiałów przedmiotów obrabianych oraz ich klasyfikacji z punktu widzenia skrawalności.

Więcej informacji na temat obróbki różnych materiałów przy pomocy wybranych narzędzi skrawających znajdą Państwo w podrozdziale Najważniejsze informacje w Toczeniu ogól- nym (Rozdział A), Przecinaniu i toczeniu rowków (Rozdział B), Frezowaniu (Rozdział D) oraz Wierceniu (Rozdział E).

Namnlöst-1 1 2009-08-31 09:29:34

(3)

B

C

D

E

F

G

H

Przecinanie i toczenie rowk ówToczenie ogólneToczenie gwintówFrezowanieWiercenieWytaczanieMocowanie narzędzi / obrabiarki

Materiały narzędzi skrawających

Materiały narzędzi skrawających posiadają różne kombinacje twardości, udarności oraz odporności na zużycie i są podzielone na liczne gatunki o specyficznych właściwościach. Ogólnie, materiał narzędzia skrawającego, który będzie skuteczny w swoim zastosowaniu powinien być:

• Twardy, aby móc powstrzymywać starcie na powierzchni przyłożenia i odkształcenia plastyczne

• Odporny na obciążenia dynamiczne (udarny), aby wytrzymać złamanie bryły

• Niereagujący z materiałem przedmiotu obrabianego

• Chemicznie stabilny, aby wytrzymać utlenianie i dyfuzję Spieki węglikowe:

HW Niepokrywany spiek zawierający głównie węglik wolframu (WC).

HT Niepokrywany spiek, nazywany również cer- metalem, zawierający głównie węgliki tytanu (TiC) albo azotki tytanu (TiN) lub obydwa te składniki.

HC Węglik spiekany jak wyżej, ale pokrywany.

Spieki ceramiczne:

CA Ceramika tlenkowa zawierająca głównie tlenek glinu (Al₂O₃).

CM Mieszana ceramika zawierająca głównie tlenek glinu (Al₂O₃) , ale także części składowe inne niż tlenki.

CN Spieki ceramiczne azotkowe, zawierające głównie azotek krzemu (Si₃N₄).

CC Ceramika jak powyżej, lecz pokrywana.

Diament:

DP Polikrystaliczny diament ¹⁾ Azotek boru:

BN Regularny azotek boru ¹⁾

¹⁾ Polikrystaliczny diament i regularny azotek boru są również nazywane supertwardymi materiałami narzędziowymi.

Symbole literowe określające materiały narzędziowe:

Wybór rodzaju materiału oraz konkretnego gatunku narzędzia skrawającego jest ważnym czynnikiem do uwzględnienia podczas planowania skutecznej operacji skrawania metalu.

Ważna jest podstawowa wiedza o każdym rodzaju materiału narzędzia skrawającego i jego możliwościach, aby mógł być dokonany prawidłowy wybór dla określonego zasto-sowania.

Rozważania obejmują materiał przedmiotu obrabia-nego, jego typ i kształt, warunki obróbki oraz poziom jakości powierzchni wymagany dla każdej operacji.

Celem tego rozdziału jest dostarczenie dodatkowych informacji o każdym materiale narzędzia skrawającego, jego zaletach i zaleceniach dla najlepszego użycia. Dostarczony będzie również przegląd pełnego asortymentu gatunków Sandvik Coromant dla każdego obszaru zastosowań.

(4)

B

C

D

E

F

G

H

Gatunki pokrywane węglika spiekanego stanowią pierwszy wybór dla szerokiej gamy narzędzi i zastosowań.

Pokrywany węglik spiekany (HC)

Obecnie, 80-90% wszystkich płytek narzędzi skrawających wykonano z pokrywa- nych węglików spiekanych. Skuteczność tego materiału narzędziowego wynika z jego wyjątkowego połączenia odporności na zużycie i udarności oraz zdolności poddawania się formowaniu w złożone kształty.

Właściwości pokrycia i węglika spiekanego wpływają na cechy danego gatunku, które dobierane są do jego zastosowania.

MT-Ti(C,N) - Jego twardość zapewnia odporność na ścieranie, skutkującą zmniejszonym starciem na powierzchni przyłożenia.

CVD-Al2O3 – Chemicznie obojętny, z niską przewodnością cieplną, co czyni go odpornym na zużycie kraterowe. Działa również jako bariera termiczna, w celu zwiększenia odporności na odkształcenie plastyczne.

CVD-TiN - Zwiększa odporność na zużycie i ułatwia jego wykrywanie.

Obróbka końcowa - Zwiększa udarność krawędzi podczas skrawania przerywanego oraz zmniejsza tendencje do przywierania materiału.

Zastosowania

Gatunki pokrywane metodą CVD stanowią pierwszy wybór w szerokiej gamie zastosowań, gdzie ważna jest odporność na zużycie. Takie zastosowania można znaleźć w toczeniu ogólnym i wytaczaniu stali, dzięki odporności na zużycie kraterowe oferowane grubą powłoką CVD; toczeniu ogólnym stali nierdzewnych oraz w gatunkach do frezowania w ISO P, ISO M, ISO K. Do wiercenia, gatunki CVD są zwykle używane w płytkach zewnętrznych.

Pokrycie – CVD

Definicje i właściwości

CVD oznacza chemiczne osadzanie z fazy gazowej. Reakcje chemiczne tworzące pokrycie w metodzie CVD zachodzą w temperaturach 700-1050 °C.

Pokrycie typu CVD posiada wysoką odporność na zużycie i wspaniałe przyleganie do węglika spiekanego.

Pierwsze próby pokrywania węglików spiekanych metodą CVD ograniczały się do pojedynczej warstwy z węglika tytanu (TiC). Pokrycia z tlenku glinu (Al2O3) oraz azotku tytanu (TiN) były wprowadzone później.

Ostatnio, opracowane były nowoczesne pokrycia z węglikoazotku tytanu (MT-Ti(C,N) lub MT-TiCN, nazywane również MT-CVD), w celu ulepszenia właściwości gatunku przez ich zdolność utrzymywania nietkniętej powierzchni przylegania do węglika spiekanego.

Nowoczesne pokrycia CVD łączą MT-Ti(C,N), Al₂O₃oraz TiN. Właściwości pokryć są nieustannie ulepszane pod względem przylegania, udarności i odporności na zużycie poprzez optymalizację mikrostrukturalną oraz obróbkę końcową.

(5)

B

C

D

E

F

G

H

Pokrycie – PVD

Pokrywanie metodą PVD (z fizycznym osadzaniem z fazy gazowej) zachodzi w stosunkowo niskich temperaturach (400-600°C). Proces wymaga par metalu, które reagują z, na przykład, azotem tworząc twardą powłokę azotku na powierzchni narzędzia skrawającego.

Pokrycia typu PVD nadają gatunkowi odporność na zużycie dzięki swojej twardości. Ich wytrzymałość na naprężenia ściskające zwiększają udarność ostrzy oraz odporność na pęknięcia termiczne.

PVD-TiN - Azotek tytanu był pierwszym pokryciem stosowanym w metodzie PVD. Posiada on wszechstronne właściwości oraz złocisty kolor.

PVD-Ti(C,N) - Węgloazotek tytanu jest twardszy niż TiN i nadaje odporność na starcie na powierzchni przyłożenia.

PVD-(Ti,Al)N - Azotek glinu i tytanu posiada wysoką twardość w połączeniu z odpornością na utlenianie, która poprawia ogólną odporność na zużycie.

PVD-pokrycie tlenkowe - Jest używane ze względu na swoją obojętność chemiczną oraz zwiększoną odporność na zużycie kraterowe.

Zastosowania

Gatunki pokrywane PVD są zalecane do wytrzymałych, ale nadal ostrych, krawędzi skrawających, jak również w materiałach przywierających. Takie zastosowania są rozpowszechnione i obejmują wszystkie monolityczne frezy walcowo-czołowe i wiertła oraz większość gatunków do wykonywania rowków, gwintów i frezowania.

Gatunki pokrywane metodą PVD są szeroko używane do zastosowań wykańczania oraz jako gatunki płytek centralnych przy wierceniu.

Główne składniki pokryć nanoszonych metodą PVD opisane zostały poniżej. Nowoczesne pokrycia stanowią połączenie tych składników w warstwach i/lub pokryciach laminarnych. Pokrycia o charakterze laminarnym posiadają liczne cienkie warstwy, w zakresie nanometrów, które czynią pokrycie jeszcze twardszym.

(6)

B

C

D

E

F

G

H

Gatunki niepokrywanych węglików spiekanych reprezentują bardzo małą część całkowitego asortymentu. Gatunki te są albo prostymi węglikami WC/Co lub posiadają dużą ilość regularnych węglikoazotków.

Zastosowania

Typowymi zastosowaniami jest obrabianie HRSA (superstopów żaroodpornych) lub stopów tytanu oraz toczenie materiałów hartowanych przy niskich prędkościach.

Prędkość zużycia gatunków niepokrywanych węglików spiekanych jest duża, chociaż kontrolowana, dzięki działaniu samoostrzenia.

Wielkość ziarna niepokrywanego węglika spiekanego (HW)

WC jest jednym z najważniejszych czynników regulowania proporcji twardość/udarność gatunku; drobniejsza wielkość ziarna oznacza wyższą twardość przy danej zawartości fazy spoiwa.

Ilość i skład spoiwa bogatego w Co (kobalt) kontroluje udarność i odporność na odkształcenia plastyczne gatunku. Przy równej wielkości ziarna WC, zwiększona ilość spoiwa będzie skutkować bardziej wytrzymałym gatunkiem, który jest bardziej podatny na zużycie wskutek odkształcenia plastycznego. Zbyt niska zawartość spoiwa może skutkować kruchością materiału.

Regularne węglikoazotki, nazywane również

γ

są na ogół dodawane, w celu zwiększenia twardości na gorąco i do tworzenia gradientów.

Gradienty są używane do łączenia zwiększonej odporności na odkształcenia plastyczne z udarnością krawędzi. Regularne węglikoazotki skoncentrowane w krawędzi skrawającej zwiększają twardość na gorąco, tam gdzie jest wymagana. Poza krawędzią skrawającą, struktura węglika wolframu bogata w spoiwo zapobiega pęknięciom i złamaniom na skutek zgniatania przez wióry.

Węgliki spiekane

Zastosowania

Średnia do grubej wielkość ziarna WC

Średnie do grubej wielkości ziarna WC zapewniają węglikom spiekanym wspaniałe połączenie wysokiej twardości na gorąco oraz udarności. Są one używane w połączeniu z pokryciami tworzonymi metodą CVD lub PVD w gatunkach do wszystkich dziedzin.

Drobna lub submikronowa wielkość ziarna WC

Drobne lub submikronowe wielkości ziaren WC są używane do ostrych krawędzi skrawających z pokryciami typu PVD, w celu dalszego zwiększenia wytrzymałości ostrej krawędzi. Korzystają one również ze wspaniałej odporności na cykliczne obciążenia termiczne i mechaniczne. Typowymi zastosowaniami są pełnowęglikowe wiertła, pełnowęglikowe frezy walcowo-czołowe, płytki do przecinania i wykonywania rowków, płytki frezarskie oraz gatunki do obróbki wykańczającej.

Węglik spiekany z gradientem

Korzystna podwójna własność gradientów jest pomyślnie stosowana w połączeniu z pokryciami typu CVD w wielu gatunkach pierwszego wyboru do toczenia oraz przecinania i wykonywania rowków w stali oraz w stali nierdzewnej.

Węglik spiekany jest sproszkowanym materiałem metalur- gicznym; kompozyt cząstek węglika wolframu (WC) oraz spoiwa bogatego w metaliczny kobalt (Co). Węgliki spiekane do zastosowań skrawania metalu zawierają ponad 80% twardej fazy WC. Dodatkowe regularne węglikoazotki są innymi ważnymi składnikami, szczególnie w gatunkach spiekanych gradientowo.

Kształt płytki z węglika spiekanego jest formowany przez spra- sowanie proszku lub technikami formowania wtryskowego w bryłę, która jest następnie spiekana do pełnej gęstości.

(7)

B

C

D

E

F

G

H

GC1525 CT5015 CT530 CT525

Odporny gatunek pokrywanego cermetalu do toczenia przerywanego.

Odporny na zużycie gatunek cermetalu do toczenia ciągłego.

Gatunek frezarski dla uzyskania błyszczących powierzchni.

Gatunek do przecinania i toczenia rowków przy obróbce wykańczającej.

Cermetale (CT)

Cermetal jest węglikiem spiekanym z twardymi cząstkami opartymi na tytanie. Nazwa cermetal łączy słowa ceramika i metal. Początkowo, cermetale były kompozytami TiC oraz niklu. Nowoczesne cermetale nie zawierają niklu i posiadają zaprojektowaną strukturę cząsteczek rdzenia z węglika tytanu Ti(C,N), drugiej twardej fazy z (Ti,Nb,W) (C,N) oraz bogatego w wolfram spoiwa kobaltowego.

Ti(C,N) nadaje gatunkowi odporności na zużycie, druga twarda faza zwiększa odporność na odkształcenia plastyczne, a ilość kobaltu kontroluje udarność.

W porównaniu do węglika spiekanego, cermetal posiada zwiększoną odporność na zużycie i zmniejsza tendencje do przywierania materiału. Z drugiej strony, posiada on również niższą wytrzymałość na ściskanie oraz gorszą odporność na szok termiczny.

Cermetale mogą być także pokrywane PVD, w celu uzyskania zwiększonej odporności na zużycie.

Zastosowania

Gatunki cermetalu są używane w przypadku przywierających materiałów, gdzie problem stanowi narost na ostrzu. Jego samoostrzący mechanizm zużycia utrzymuje niskie siły skrawające nawet po długich okresach skrawania. W operacjach wykańczania, umożliwia uzyskanie długiej trwałości narzędzia oraz wąskich tolerancji, co skutkuje błyszczącymi powierzchniami.

Typowymi zastosowaniami są: obróbka wykańczająca stali nierdzewnych, żeliwa sferoidalnego, stali niskowęglowych oraz stali ferrytycznych. Cermetale mogą być również stosowane do rozwiązywania problemów we wszystkich materiałach żelazowych.

Wskazówki:

• Stosować mały posuw i głębokość skrawania.

• Zmieniać ostrze płytki, gdy starcie na powierzchni przyłożenia osiąga 0,3 mm.

• Unikać termicznych pęknięć i złamań wynikających z obróbki bez chłodziwa.

(8)

B

C

D

E

F

G

H

CC620 CC6050

CC650

CC670

CC6190 CC6090 GC1690

CC6060

(1)

(2)

(3)

Ceramika tlenkowa do obróbki wykańczającej z dużymi prędkościami żeliwa szarego w stabilnych warunkach i bez chłodziwa.

Ceramiki mieszane do lekkiego, nieprzerywanego wykańczania materiałów hartowanych.

Ceramiki mieszane do wykańczania z dużą prędkością skrawania żeliwa szarego i materiałów hartowanych, oraz do operacji półwykańczających w stopach żaroodpornych (HRSA), gdy wymagania odnośnie udarności nie są zbyt wysokie.

Ceramika wzmacniana wiskersami ze wspaniałą udarnością do toczenia ogólnego, toczenia rowków i do frezowania stopów bazujących na niklu. Może być również używana do toczenia twardych przedmiotów w niekorzystnych warunkach.

Gatunek azotku krzemu do toczenia wykańczającego oraz frezowania z wysokimi prędkościami i bez chłodziwa żeliw, sferoidalnego perlitycznego oraz żeliw utwardzonych.

Gatunek pokrywanego azotku krzemu do lekko zgrubnego do wykańczającego toczenia żeliwa.

Gatunek ceramiki SiAlON do zoptymalizowanego działania podczas toczenia wstępnie obrobionych przedmiotów z superstopów żaroodpornych (HRSA) w warunkach stabilnych. Daje przewidywalne zużycie dzięki dobrej odporności na powstawanie karbu.

Ceramika (CA, CM, CN, CC)

Wszystkie ceramiczne narzędzia skrawające posiadają wspaniałą odporność na zużycie przy wysokich prędkościach skrawania. Istnieje szereg gatunków ceramiki dostępnych do rozmaitych zastosowań.

Zastosowania

Gatunki ceramiczne mogą być stosowane w szerokim zakresie zastosowań i materiał- ów; najczęściej w operacjach toczenia z dużymi prędkościami, lecz również w operacjach toczenia rowków i frezowania. Specyficzne właściwości każdego gatunku ceramiki umożliwiają wysoką produktywność, jeżeli są prawidłowo zastosowane. Wiedza o tym kiedy i jak użyć gatunków ceramicznych jest ważna do odniesienia sukcesu.

Ogólne ograniczenia ceramiki obejmują jej odporność na szok termiczny oraz odporność na kruche pękanie.

Ceramiki tlenkowe oparte są na tlenku glinu (Al₂O₃), z dodatkiem tlenku cyrkonu (ZrO2), w celu zapobieżenia propagacji pęknięć. Tworzy to materiał, który jest bardzo stabilny chemicznie, lecz któremu brakuje odporności na szok termiczny.

(1) Ceramiki mieszane są cząstkami wzmocnionymi przez dodanie regularnych węglików lub węglikoazotków (TiC, Ti(C,N)). Zwiększa to udarność oraz przewodnictwo cieplne.

(2) Ceramika wzmocniona wiskersami wykorzystuje kryształy nitkowe (wiskersy) węglika krzemu (SiC_w) do radykalnego zwiększenia udarności i umożliwienia zastosowania chłodziwa. Ceramika wzmocniona wiskersami nadaje się idealnie do obróbki stopów bazujących na niklu.

(3) Ceramika oparta na azotku krzemu (Si₃N₄) reprezentuje inną grupę materiałów ceramicznych. Jej wydłużone kryształy tworzą samowzmacniający materiał o wysokiej udarności. Gatunki azotku krzemu są skuteczne w skrawaniu żeliwa szarego, lecz brak stabilności chemicznej ogranicza ich użycie w innych materiałach obrabianych przedmiotów.

Sialon (SiAlON) - gatunki łączące wytrzymałość samowzmacniającej siatki azotku krzemu ze zwiększoną stabilnością chemiczną. Gatunki Sialon nadają się idealnie do obróbki superstopów żaroodpornych (HRSA).

(9)

B

C

D

E

F

G

H

CB7015 CB7025

CB7050

Diament polikrystaliczny, PCD (DP)

Zastosowania

Ostrza PCD są ograniczone do materiałów nieżelaznych, takich jak wysokokrzemowe stopy aluminium, kompozyty metalowe (MMC) Definicje i właściwości

PCD jest kompozytem cząsteczek diamentu zapieczonych razem z metalicznym spoiwem. Diament jest najtwardszym i najbardziej odpornym na ścieranie materiałem. Jako narzędzie skrawające, charakteryzuje się wysoką odpornością na zużycie, ale niską stabilnością chemiczną w wysokich temperaturach i łatwo rozpuszcza się w żelazie.

Gatunek CBN pokrywany metodą PVD z ceramicznym spoiwem do ciągłego oraz lekko przerywanego toczenia hartowanych stali.

Gatunek CBN z ceramicznym spoiwem do skrawania przerywanego i operacji wymagających wysokiej udarności podczas toczenia hartowanych stali.

Gatunek o wysokiej zawartości CBN z metalicznym spoiwem do ciężkiego, przerywanego skrawania hartowanych stali oraz wykańczania szarego żeliwa. Gatunek ten pokrywany jest metodą PVD.

Polikrystaliczny regularny azotek boru, CBN, jest materiałem o wysokiej twardości na gorąco, który może być używany przy bardzo wysokich prędkościach skrawania.

Charakteryzuje się również dobrą udarnością oraz odpornością na szok termiczny.

Nowoczesne gatunki CBN są kompozytami ceramicznymi o zawartości CBN 40-65%.

Ceramiczne spoiwo zwiększa odporność CBN na zużycie, w przeciwnym bowiem wypadku byłoby ono podatne na zużycie chemiczne. Inna grupa gatunków to gatunki o wysokiej zawartości CBN, z 85% do prawie 100% CBN. Gatunki te mogą zawierać metaliczne spoiwo, w celu zwiększenia ich udarności.

CBN jest wlutowywany do nośnika z węglika spiekanego, a następnie formowana jest płytka. Technologia Safe-Lok™ podnosi dodatkowo jakość połączenia końcówek skrawających CBN na płytkach ujemnych.

Zastosowania

Gatunki CBN są przeważnie używane do toczenia wykańczającego hartowanych stali o twardości powyżej 45 HRc. Powyżej 55 HRc, narzędzia skrawające z ostrzami z CBN są jedyną alternatywą dla tradycyjnie stosowanych operacji szlifowania. Stale bardziej miękkie, poniżej 45 HRc, zawierają większą ilość ferrytu, co obniża odporność CBN na zużycie.

CBN może być również używany do obróbki zgrubnej żeliwa z dużą prędkością, zarówno w operacjach toczenia, jak i frezowania.

Polikrystaliczny regularny azotek boru CBN (BN)

(10)

B

C

D

E

F

G

H

Ścierne

Chemiczne

Adhezyjne

Cieplne

Mechaniczne Adhezyjne

Starcie na powierzchni przyłożenia

Najbardziej powszechny i preferowany typ zużycia, przebiegający w sposób stabilny i prze- widywalny. Starcie na powierzchni przyłożenia powodowane jest przez twarde składniki materiału obrabianego przedmiotu.

Zużycie kraterowe

Zużycie kraterowe jest zlokalizowane na powierzchni natarcia płytki. Przyczyną jest reakcja chemiczna zachodząca pomiędzy materiałem obrabianego przedmiotu oraz narzędziem skrawającym, potęgowana prędkością skrawania. Nadmierne zużycie kraterowe powoduje osłabienie krawędzi skrawającej i może prowadzić do jej pęknięcia.

Powstawanie narostu (BUE)

Ten typ zużycia jest powodowany adhezją wióra do powierzchni płytki. Najczęściej występuje podczas obrabiania “lepkich” materiałów, takich jak stal niskowęglowa, stal nierdzewna i aluminium. Niska prędkość skrawania zwiększa szansę utworzenia się narostu na ostrzu.

Odkształcenie plastyczne

Odkształcenie plastyczne następuje, gdy materiał narzędzia jest zmiękczony.

Powodowane jest to zbyt wysoką temperaturą skrawania danego gatunku. Ogólnie, gatunki twardsze i grubsze pokrycia zwiększają odporność na zużycie na skutek odkształcenia plastycznego.

Pęknięcia cieplne

Nagłe ochłodzenie krawędzi skrawającej może skutkować powstaniem wielu pęknięć prostopadłych do niej. Pęknięcia cieplne powstają w skrawaniu przerywanym, są częste w operacjach frezowania, a dodatkowo zwiększane zastosowaniem chłodziwa.

Wykruszanie/wyłamanie krawędzi

Wykruszanie lub wyłamanie jest wynikiem przeciążenia mechanicznymi naprężeniami rozciągającymi. Naprężenia te mogą powstawać z wielu przyczyn, takich jak zgniatanie przez wióry, zbyt duża głębokość skrawania lub posuw, wtrącenia piasku w materiale obrabianego przedmiotu, narostem na ostrzu, drganiami lub nadmiernym zużyciem płytki.

Karby

Zużycie płytki charakteryzujące się nadmiernymi zlokalizowanymi uszkodzeniami zarówno na powierzchni natarcia, jak i przyłożenia płytki na głębokości linii skrawania.

Powodowane przez przyleganie (naciskowe zgrzewanie wiórów) oraz odkształcenie od utwardzonej powierzchni. Powszechny typ zużycia podczas obróbki stali nierdzewnej i HRSA.

Zużycie na krawędziach skrawających

Dla zrozumienia silnych i słabych stron każdego materiału niezbędna jest chociaż minimalna wiedza na temat mechanizmów jego zużywania się.

(11)

B

C

D

E

F

G

H

P M K N S H

ISO P = Stal Submikronowa (bardzo drobna) wielkość ziarna WC

Cienkie ISO M = Stal nierdzewna

Drobna wielkość ziarna WC

Średnie ISO K = Żeliwo

Średnia/gruba wielkość ziarna

Grube ISO N = Materiał nieżelazny

Gatunek gradientowy ISO S = Superstopy żaroodporne

ISO H = Materiały hartowane

Typ węglika spiekanego

Grubość pokrycia Obszar zastosowań ISO

Tabele na kolejnych stronach zawierają przegląd asortymentu gatunków Sandvik Coromant.

Zawierają one informacje o obszarach zastosowań i materiale narzędzia skrawającego, ułatwiają też proces wyboru gatunku. Najlepsze gatunki dla obszaru zastosowania oznaczono czcionką pogrubioną, a gatunki uzupełniające w obszarze ISO czcionką zwykłą.

Gatunki Sandvik Coromant

Spieki węglikowe:

HW Niepokrywany spiek zawierający głównie węglik wolframu (WC).

HT Niepokrywany spiek, nazywany również cer- metalem, zawierający głównie węgliki tytanu (TiC) albo azotki tytanu (TiN) lub obydwa te składniki.

HC Węglik spiekany jak wyżej, ale pokrywany.

Spieki ceramiczne:

CA Ceramika tlenkowa zawierająca głównie tlenek glinu (Al₂O₃).

CM Mieszana ceramika zawierająca głównie tlenek glinu (Al₂O₃) , ale także części składowe inne niż tlenki.

CN Spieki ceramiczne azotkowe, zawierające głównie azotek krzemu (Si₃N₄).

CC Ceramika jak powyżej, lecz pokrywana.

Diament:

DP Polikrystaliczny diament ¹⁾ Azotek boru:

bn Regularny azotek boru ¹⁾

¹⁾ Polikrystaliczny diament i regularny azotek boru są również nazywane supertwardymi materiałami narzędziowymi.

Symbole literowe określające węgliki spiekane:

Symbole:

(12)

B

C

D

E

F

G

H

GC1005 M15 N10 S15 HC PVD (Ti,Al)N+TiN

GC1025 P25 M15 S15 HC PVD (Ti,Al)N+TiN

GC1105 M15 S15 HC PVD (Ti,Al)N

GC1115 M15 N15 S20 HC PVD

GC1125 P25 M25 N25 S25 HC PVD

GC1515 P25 M20 K25 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

GC2015 P25 M15 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

GC2025 P35 M25 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3+TiN

GC2035 M35 HC PVD (Ti,Al)N+TiN

GC235 P45 M40 HC CVD Ti(C,N)+TiN

GC3005 P10 K10 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

GC3205 K05 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

GC4205 P05 K10 H15 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3+TiN GC4215 P15 K15 H15 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

GC4225 P25 M15 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

GC4235 P35 M25 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3+TiN

S05F S05 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

H10 N15 HW

H10A S10 HW

H10F S15 HW

H13A K20 N15 S15 H20 HW

GC1525 P15 M10 CT PVD Ti(C,N)

CT5015 P10 K05 HT

CC620 K01 CA

CC650 K01 S05 H05 CM

CC6050 K01 H05 CM PVD TiN

CC670 S15 H10 CM

CC6090 K10 CN

CC6190 K10 CN

CC6060 S10 CN

CC6065 S15 CN

GC1690 K10 CC CVD Al₂O₃+TiN

CB7015 H15 BN PVD TiN

CB7025 H20 BN

CB7050/CB50 K05 H05 BN PVD TiN

CB20 H01 BN

CD10 N05 DP

GC1810 N10 HC CVD

P M K N S H

Tlenek Tlenek

Gatunek Obszar zastosowań ISO Materiał

skrawa- jący

Typ węglika

spiekanego Grubość

pokrycia Metoda pokrywania i skład

Gatunki do toczenia

Diament

Kolor

(13)

B

C

D

E

F

G

H

GC1005 M10 N10 S15 HC PVD (Ti,Al)N+TiN

GC1025 P25 M25 K30 N25 S25 HC PVD (Ti,Al)N+TiN

GC1105 M15 S15 HC PVD (Ti,Al)N

GC1125 P30 M25 K30 N25 S25 HC PVD (Ti,Al)N

GC1145 P45 M40 S40 HC PVD

GC2135 P35 M30 S30 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3+TiN

GC2145 P45 M40 S40 HC PVD (Ti,Al)N

GC235 P45 M35 S30 HC CVD Ti(C,N)+TiN

GC3020 P15 K15 HC CVD MT-Ti(C,N)-Al2O3

GC3115 P15 K15 HC CVD MT-Ti(C,N)-Al₂O₃

GC4125 P30 M25 K30 S25 HC PVD (Ti,Al)N

GC4225 P20 K25 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

S05F S10 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3+TiN

CT525 P10 M10 HT

H13A M15 K20 N20 S15 HW

H10 N10 S30 HW

CB7015 H15 BN PVD TiN

CB20 H01 BN

CC670 S10 H10 CM

CD10 N01 DP

CD1810 N10 HC CVD

GC1020 P20 M20 K15 N25 S20 H20 HC PVD TiN GC1125 P20 M20 K15 S20 H20 HC PVD (Ti,Al)N GC4125 P20 M20 K15 S20 H20 HC PVD (Ti,Al)N

H13A M25 K20 N25 S25 HW

CB20 H10 BN

P M K N S H

skrawają- cy

Typ węglika

Gatunki do przecinania, toczenia rowków i gwintów

Kolor

Przecinanie i toczenie rowków (CoroCut:)

Wykonywanie gwintów:

Diament Tlenek

(14)

B

C

D

E

F

G

H

GC1010 P10 K10 H10 HC PVD (Ti,Al)N

GC1020 K20 HC PVD (Ti,Al)N

GC1025 P10 M15 N15 S15 H15 HC PVD Ti(C,N)+TiN GC1030 P30 M15 N15 S15 H10 HC PVD (Ti,Al)N+TiN

GC2030 P25 M25 S25 HC PVD (Ti,Al)N+TiN

GC2040 P40 M30 S30 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

GC3040 P20 K30 H25 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3

GC4220 P15 K25 H25 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN GC4230 P25 M15 K30 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN GC4240 P40 M40 K35 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3+TiN

K15W K15 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN

K20D K20 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃

K20W K25 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3+TiN

H13A K25 N15 S20 HW

H10 N10 HW

H10F N20 S30 HW

CT530 P20 M20 N15 H15 HT

CB50 K05 H05 BN

CC6190 K10 CN

CD10 N05 DP

GC1610 H HC PVD (Ti,Al)N

GC1620 P M K S H HC PVD (Ti,Al)N

GC1630 P M K S HC PVD (Ti,Al)N

GC1640 P M K S HC PVD (Ti,Al)N

H10F N HW

P M K N S H

skrawają- cy

Typ węglika

Gatunki frezarskie

Monolityczne frezy palcowe (walcowo-czołowe) Płytki wymienne

Kolor

(15)

B

C

D

E

F

G

H

GC1020 P20 K20 N20 S20 H20 HC PVD Ti(C,N)+TiN

GC1210 P10 K10 HC PVD AlCrN

GC1220 P20 M20 K20 N20 S30 H20 HC PVD (Ti,Al)N

K20 M30 K20 N15 K15 HC PVD TiN

N20D N20 HC PVD (Ti,Al)N

P20 P20 HC PVD TiN

H10F P25 K25 N20 S25 HW

GC1020 P40 M35 K20 N20 S35 H20 HC PVD TiN GC1044 P40 M35 K25 N20 S35 H20 HC PVD (Ti,Al)N GC1120 P40 M35 K20 N20 S35 H20 HC PVD Ti(C,N)

GC235 P40 M35 HC CVD Ti(C,N)+TiN

GC1144 M35 S35 HC PVD

GC2044 M35 S35 HC PVD

GC3040 P20 M20 K20 H15 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃

GC4014 P15 K15 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al2O3

GC4024 P25 M20 K20 H15 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃ GC4034 P30 M30 K20 HC CVD MT-Ti(C,N)+Al₂O₃+TiN GC4044 P40 M35 K20 N20 S35 H20 HC PVD (Ti,Al)N

H13A M20 K20 N20 S20 HW

P M K N S H

skrawają- cy

Typ węglika

Gatunki do wiercenia

Kolor

Wiertła pełnowęglikowe/z lutowaną wkładką węglikową

Wiertła z wymiennymi płytkami

Tlenek Tlenek

(16)

B

C

D

E

F

G

H

P M K N S H

Podział na 6 grup jest zbyt ogólny i nie stanowi informacji wystarczającej do podjęcia decyzji o wyborze prawidłowej geometrii narzędzia skrawającego, gatunku oraz parametrów skrawania. Dlatego grupy materiałowe podzielono na podgrupy, itd. Sandvik Coromant od wielu lat stosuje tak zwany system kodu CMC (klasyfikacja materiałowa Coromant) do identyfikacji i opisania materiałów od rozmaitych dostawców, w rozmaitych standardach i z różnych rynków. Dzięki systemowi CMC, materiały są klasyfikowane odpowiednio do obrabialności, a Sandvik Coromant dostarcza również stosowne narzędzia oraz zalecenia parametrów skrawania.

Nowa klasyfikacja materiałowa – kody MC

Rodzaje materiałów obrabianych

Obróbką skrawaniem wytwarza się bardzo szeroką gamę przedmiotów z wielu różnych materiałów. Każdy materiał charakteryzuje się unikatowymi właściwościami, na które wpływają składniki stopowe, obróbka cieplna, hartowanie, itd. Od tego z kolei zależy wybór geometrii, gatunku oraz parametrów skrawania narzędzia.

Dlatego też, materiały obrabianych przedmiotów zostały podzielone zgodnie z klasyfikacją ISO na sześć grup

odpowiadających unikatowym charakterystykom obrabialności.

• ISO P – Stal to najobszerniejsza grupa materiałowa.

Obejmuje szeroki zakres materiałów niestopowych po wysokostopowe włącznie z odlewami staliwnymi i nierdzewnymi stalami ferretycznymi i martenzytycznymi. Obrabialność, zazwyczaj odpowiednia, zależy w dużej mierze od twardości, zawartości węgla, itp.

• ISO M – Stale nierdzewne są materiałami stopowymi z za- wartością minimum 12% chromu; inne stopy mogą zawie- rać nikiel oraz molibden. Rozróżniamy stale nierdzewne ferrytyczne, martenzytyczne, austenityczne oraz austeni- tyczno-ferrytyczne (typu duplex), tworzące wielką rodzinę.

Cechą wspólną wszystkich tych typów jest narażenie krawędzi skrawających na duże ilości ciepła, zużycia w postaci karbu oraz narostu.

Grupy materiałowe obrabianych przedmiotów

• ISO K – Żeliwo, w przeciwieństwie do stali, jest typem materiału o krótkim wiórze. Żeliwo szare (GCI) oraz żeliwo ciągliwe (MCI) są całkiem łatwe w obróbce, podczas gdy żeliwo sferoidalne (NCI), żeliwo o zwartym graficie (CGI) oraz żeliwo hartowane z przemianą izotermiczną (ADI) sprawiają więcej problemów obróbczych. Wszystkie żeliwa zawierają SiC, który bardzo ściera krawędź skrawającą.

• ISO N – Metale nieżelazne są materiałami bardziej miękkimi, jak aluminium, miedź, mosiądz, itp. Aluminium o 13%

zawartości krzemu jest bardzo ścierne. Ogólnie, zaleca się tu płytki z ostrymi krawędziami, które są odpowiednie do skrawania z dużą prędkością i charakteryzują się długim czasem eksploatacji.

• ISO S – Superstopy żaroodporne to grupa zawierająca dużą ilość materiałów bazujących na wysokostopowym żelazie, niklu, kobalcie i tytanie. Przywierają one do narzędzia, tworzą narosty na ostrzach, utwardzają się podczas obrabiania (umocnienie) i powodują powstawanie wysokich temperatur w strefie skrawania. Zbliżone są do materiałów obszaru ISO M, lecz trudniejsze do skrawania i zmniejszają trwałość ostrzy płytek.

• ISO H – Ta grupa obejmuje stale o twardości pomiędzy 45- 65 HRc, jak również żeliwo utwardzone ok. 400-600 HB.

Twardość czyni te materiały trudnymi do obrabiania. Podczas skrawania generują wysokie temperatury i są bardzo ścierne dla krawędzi skrawających.

Stal Stal nierdzewna Żeliwo Aluminium Stopy żaroodporne Stal hartowana

Dla uściślenia zaleceń podnoszących wydajność opracowaliśmy nowa klasyfikację materiałów. Jest bardziej szczegółowa, obejmuje więcej podgrup i zawiera osobne informacje o typie, zawartości węgla, procesie wytwarzania, obróbce cieplnej, twardości, itp.

(17)

B

C

D

E

F

G

H

6000 5000 4000 3000 kc1

kc

k_c0.3

k_c1

k_c = k_c1× h_m× 1 -

γ

0

-m_c

(

100

(

P_c = a_p× a_e× v_f×k_c 60 ×10⁶ (kW)

Log

b a

mc = a/b

Kod MC składający się z kombinacji liter i cyfr opisuje różne właściwości i charakterystyki obrabianego materiału.

Przykład 1:

Kod P1.2.Z.AN

• P jest kodem ISO dla stali

• 1 jest grupą materiałową stali niestopowej

• 2 jest podgrupą materiałową dla zawartości węgla >0,25% ≤0,55 %

• Z jest procesem wytwarzania: kuta/walcowana/ciągniona na zimno

• AN jest obróbką cieplną (wyżarzanie) podawaną z wartościami twardości Przykład 2:

N1.3.C.AG

• N jest kodem ISO dla metali nieżelaznych

• 1 jest grupą materiałową dla aluminium

• 3 jest podgrupą aluminium z zawartością krzemu 1-13%

• C jest procesem wytwarzania: odlewanie

• AG dla obróbki cieplnej: starzenie

Podanie nie tylko składu materiału, ale również procesu produkcji i obróbki cieplnej mających wpływ na właściwości mechaniczne tworzy opis umożliwiający opracowanie bardziej precyzyjnych zaleceń co do parametrów skrawania.

Struktura kodu MC

Do obliczeń mocy, momentu obrotowego oraz sił skrawania, wykorzystuje się tzw. opór właściwy skrawania, lub kc1. Przedstawiany jest jako siła, Fc, w kierunku skrawania (patrz rysunek), wymagana do wycięcia obszaru wióra o powierzchni 1 mm², który posiada grubość 1 mm. kc1 jest różna dla sześciu grup materiałowych i zmienia się również w każdej grupie.

Promieniowy k_c1 obowiązuje dla płytki neutralnej z kątem natarcia,

γ

0, = 0°; do skompensowania tego muszą być uwzględnione inne wartości. Na przykład, jeżeli kąt natarcia jest bardziej dodatni rzeczywista wartość kc zmniejszy się, co jest obliczone następującym wzorem:

Opór właściwy skrawania

Jeżeli rzeczywista grubość wióra, hm, wynosi, na przykład, 0,3 mm, wartość k_c będzie wyższa, patrz wykres. Gdy rzeczywista wartość kc jest zdefiniowana, wymagana moc może być obli- czona według następującego wzoru:

Opór właściwy skrawania (k_c) (N/mm²)

Zapotrzebowanie na moc netto (P_c)

N/mm²

(18)

B

C

D

E

F

G

H

P

Stal

Definicja

• Stal jest największą grupą materiałową obrabianych przed- miotów w dziedzinie skrawania metalu.

• Stale mogą być niehartowane lub hartowane i odpuszczane z przeciętną twardością do 400 HB. Stal o twardości powyżej ok. 48 HRC i do 62-65 HRC należy do obszaru ISO H.

• Stal jest stopem, którego głównym składnikiem jest żelazo (Fe).

• Stale niestopowe zawierają poniżej 0,8% węgla i są złożone wyłącznie z żelaza (F_e), nie zawierają innych składników stopowych.

• Stale stopowe posiadają zawartość węgla niższą niż 1,7%

oraz składniki stopowe takie jak Ni, Cr, Mo, V i W.

• Stale niskostopowe zawierają składniki stopowe poniżej 5%.

• Stale wysokostopowe zawierają składniki stopowe w ilości większej niż 5%.

Ogólna skrawalność

• Skrawalność stali zależy od pierwiastków stopu, obróbki cieplnej oraz procesu wytwarzania (kucie, walcowanie, odlewanie, itp.).

• Na ogół, kontrola wióra jest stosunkowo łatwa i bezproble- mowa.

• W trakcie obróbki stali niskowęglowych powstają dłuższe wióry, które wykazują tendencje do przywierania do narzędzia i wymagają ostrych krawędzi skrawających.

• Opór właściwy skrawania k_c1: 1400-3100 N/mm².

• Siły skrawania, a przez to moc wymagana do ich obróbki, są stałe w pewnym zakresie.

Składniki stopowe

C (węgiel) wpływa na twardość (wyższa zawartość zwiększa zużycie ścierne). Niska zawartość węgla <0,2%, zwiększa zużycie adhezyjne, które będzie prowadzić do narostów na ostrzu oraz złego łamania wiórów.

Cr, Mo, W, V, Ti, Nb (składniki węglików) – zwiększają zużycie ścierne.

O posiada ogromny wpływ na skrawalność: tworzy on nieme- taliczne, tlenkowe i ścierne wtrącenia.

Al, Ti, V, Nb są używane przy produkcji drobnoziarnistej stali; czynią one stal bardziej wytrzymałą i mniej podatną na obróbkę skrawaniem.

P, C, N w ferrycie, obniżają plastyczność, co zwiększa zużycie adhezyjne.

Pozytywny wpływ

Pb w stali automatowej (o niskiej temperaturze topnienia) zmniejsza tarcie pomiędzy wiórem i płytką, a co za tym idzie zmniejsza zużycie i poprawia łamanie wióra.

Ca, Mn (+S) tworzy miękkie siarczki smarujące. Wysoka zawartość siarki polepsza skrawalność i łamanie wióra.

Siarka (S) ma korzystny wpływ na skrawalność. Niewielkie różnice, z zakresu 0,01% a 0,03% mogą wywrzeć znaczący wpływ na jakość procesu skrawania. Ten efekt jest wykorzy- stywany w stalach automatowych. Typowa zawartość siarki wynosi około 0,25%. Siarka tworzy miękkie wtrącenia siarczku manganu (MnS), które uformują warstwę smarującą pomiędzy wiórem i krawędzią skrawającą. MnS usprawni również łamanie wióra. Ołów (Pb) ma podobny wpływ i często jest używany w połączeniu z siarką w stalach automatowych na poziomach zbliżonych do 0,25%.

Więcej informacji na temat obróbki materiałów ISO P znajduje się w roz- dziale pt. Toczenie ogólne, strona A 22; Frezowanie, strona D 32 oraz Wiercenie, strona E 16.

(19)

B

C

D

E

F

G

H

P1.1.Z.HT P1.1.Z.AN

P1.2.Z.AN P1.2.Z.HT P1.3.Z.AN P1.3.Z.HT P1.4.Z.AN P1.5.C.HT P1.5.C.AN P2.1.Z.AN P2.2.Z.AN P2.3.Z.AN P2.4.Z.AN P2.5.Z.HT P2.6.C.UT P2.6.C.HT P3.0.Z.AN P3.0.Z.HT P3.0.C.UT P3.0.C.HT P3.1.Z.AN P3.2.C.AQ P4.0.S.NS

≤0.25% C 1

1

1 1

Z Z

HT AN

1 2 Z AN

1 2 Z HT

1 3 Z AN

1 3 Z HT

1 4 Z AN

1 5 C HT

1 5 C AN

2 1 Z AN

2 2 Z AN

2 3 Z AN

2 4 Z AN

2 5

6

Z HT

2 C UT

2 6 C HT

3 0 Z AN

3 0 Z HT

3 3 3 3 4

0 0 1 2 0

C C Z C S

UT HT AN AQ NS

>0.25... ≤0.55% C

≤0.25% C

>0.25... ≤0.55% C

190 HB 125

175 240 260 225 330 200 380 200 380 200 340 250 300 150

HB

HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB

1770 1500

1700 1820 1750 2000 1180 1400 2880 1700 1950 2020

2000 1600 3200 1950 3100 1950 3040 2360 3000

0.25 0.25

0.25 0.25 0.25 0.25 0.21 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25

0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 190 HB

210 HB 190 HB 300 HB 220 HB 150 HB 300 HB

mc

➤

Przecinanie i toczenie rowk ówToczenie ogólneToczenie gwintówFrezowanieWiercenieWytaczanieMocowanie narzędzi / obrabiarki Kod MC Grupa

materiałowa

kuta/walcowana/

ciągniona na zimno hartowana+

odpuszczana wyżarzana

kuta/walcowana/

ciągniona na zimno

wyżarzana hartowana+

o dpuszczana wysokowęglowa,

>0,55% C kuta/walcowana/

ciągniona na zimno

odpuszczana stal automatowa kuta/walcowana/

ciągniona na zimno wyżarzana całkowita zawartość

węgla (staliwo) odlew nieobrobiona

hartowana+

odpuszczana

kuta/walcowana/

ciągniona

na zimno wyżarzana

wysokowęglowa,

>0,55% C stal automatowa całkowita zawartość węgla (hartowana i odpuszczana) całkowita zawartość węgla (staliwo)

kuta/walcowana/

ciągniona na zimno hartowana+

odpuszczana

odlew nieobrobiona

hartowana+

odpuszczana

grupa główna

kuta/walcowana/

ciągniona na zimno

odpuszczana

stal szybkotnąca (HSS) stal manganowa grupa główna

odlew

kuta/walcowana/

ciągniona na zimno odlew

metalurgia proszków

nieobrobiona hartowana+

odpuszczana wyżarzana wyżarzana/hartowana i wyżarzana nie określono

Podgrupa materiałowa Proces wytwarzania Obróbka cieplna _nominalna^Twardość Opór właściwy skrawania, k_c1 (N/mm²)

Kody MC dla stali

Stale, pod kątem skrawalności, dzieli się na: stale niestopowe, wysokostopowe oraz spiekowe.

Zarówno pozytywne jak i negatywne

Si, Al, Ca tworzą wtrącenia w postaci tlenków, które zwiększają zużycie.

Wtrącenia w stali wpływają istotnie na skrawalność nawet gdy stanowią niewielki procent całkowitego składu. Ten wpływ może być zarówno negatywny, jak i pozytywny. Na przykład, aluminium (Al) jest używane do odtleniania roztopionego żelaza. Jednak aluminium tworzy twardy, ścierny tlenek aluminium (Al2O3), który ma szkodliwy wpływ na skrawalność (porównać pokrycie z tlenku aluminium na płytce). Temu negatywnemu wpływowi można przeciwdziałać przez dodanie wapnia (Ca), który tworzy miękką skorupkę wokół cząstek ściernych.

• Staliwo posiada chropowatą strukturę powierzchni, która może zawierać piasek oraz żużel i stawia wysokie wymagania względem udarności krawędzi skrawającej.

• Stal walcowana cechuje się bardzo dużą wielkością ziarna, co czyni strukturę nierównomierną, powodując odchyłki sił skrawania.

• Stal kuta charakteryzuje się mniejszą wielkością ziarna i bardziej jednorodną strukturą minimalizując tym problemy powstające w trakcie skrawania.

niestopowa Mn<1,65%

niskostopowa (zawartość składników stopowych ≤5%)

wysokostopowa (zawartość składników stopowych >5%)

stale proszkowe

(20)

B

C

D

E

F

G

H

Stal niskostopowa – P 2.1-2.6 Stal niestopowa – P 1.1-1.5

Definicja

Stale niskostopowe są najpopularniejszymi materiałami podda- wanymi obecnie obróbce wiórowej. Grupa obejmuje materiały miękkie i hartowane (aż do 50 HRc).

Zastosowanie

Naczynia ciśnieniowe ze stali niskostopowych z dodatkiem Mo oraz Cr używane są do wyższych temperatur. Powszechnie stosowane do produkcji: wałów, jako stal konstrukcyjna, oraz do rur i odkuwek. W branży motoryzacyjnej znajduje zastosowanie w takich elementach, jak: korbowody, wałki rozrządu, przeguby, piasty kół, wałki zębate przekładni kierowniczej.

Definicja

W stalach niestopowych, zawartość węgla wynosi zwykle tylko 0,8%, podczas gdy stale stopowe posiadają dodatkowe składniki stopowe. Twardość zmienia się od 90 do 350HB.

Wyższa zawartość węgla (>0,2%) umożliwia hartowanie materiału.

Zastosowanie

Stale niestopowe stosowane są głównie jako: stale konstrukcyjne, stale strukturalne, do produktów głębokotłoczonych i praso- wanych, jako materiał na naczynia ciśnieniowe oraz rozmaite staliwa. Powszechnie stosowane są do produkcji: wałów, rur, odkuwek oraz konstrukcji spawanych (C<0,25%).

Skrawalność

Trudności w łamaniu wióra oraz tendencje do adhezji (narost na ostrzu) wymagają specjalnej uwagi przy stalach niskowęglowych (< 0,25%). Wysokie prędkości skrawania oraz ostre krawędzie i/lub geometrie z dodatnim kątem natarcia oraz gatunki z cienkim pokryciem zmniejszą tendencje do przywierania materiału. Celem poleps- zenia łamania wióra zaleca się, aby podczas toczenia głębokość skrawania była zbliżona do wielkości promienia naroża lub większa. Stale hartowane charakteryzują się dobrą obrabialnością jednak mają one tendencję do powodowania zwiększonego starcia na powierzchni przyłożenia.

(21)

B

C

D

E

F

G

H

➤

Stal wysokostopowa – P 3.0-3.2

Skrawalność

Skrawalność stali niskostopowych zależy od składu stopu oraz obróbki cieplnej (twardość). Dla wszystkich materiałów z grupy, najbardziej powszechnymi mechanizmami zużycia są zużycie kraterowe oraz starcie na powierzchni przyłożenia.

Materiały hartowane dają więcej ciepła w strefie skrawania i mogą skutkować odkształceniem plastycznym krawędzi skra- wającej.

Definicja

Stale wysokostopowe obejmują stale węglowe o całkowitej zawartości dodatków stopowych ponad 5%. Grupa obejmuje materiały miękkie i hartowane (aż do 50 HRc).

Zastosowanie

Typowe wykorzystania tych stali obejmują: części obrabiarek, matryce, komponenty hydrauliki, cylindry oraz narzędzia skrawające (HSS).

Skrawalność

Na ogół, skrawalność zmniejsza się przy wyższych

zawartościach stopowych i twardości. Na przykład, przy 12-15%

zawartości składników stopowych i twardości aż do 450 HB, krawędź skrawająca wymaga dobrej odporności cieplnej, aby wytrzymać odkształcenia plastyczne.

Stal niskostopowa – P 2.1-2.6 – kontynuacja

(22)

B

C

D

E

F

G

H

M

100

80

60

40

20 Przecinanie i toczenie rowk ówToczenie ogólneToczenie gwintówFrezowanieWiercenieWytaczanieMocowanie narzędzi / obrabiarkiMateriały

Stal nierdzewna

Definicja

• Stop którego głównym składnikiem jest żelazo (Fe).

• Posiada zawartość chromu wyższą niż 12%

• Na ogół posiada niską zawartość węgla (C ≤ 0,05 %).

• Rozmaite dodatki niklu (Ni), chromu (Cr), molibdenu (Mo), niobu (Nb) oraz tytanu (Ti), mają wpływ na właściwości takie jak odporność na korozję i wysokie temperatury.

• Chrom łączy się z tlenem (O) tworząc warstwę pasywacyjną z Cr2O3 na powierzchni stali, która odpowiada za odporność metalu na korozję.

Ogólna skrawalność

Skrawalność stali nierdzewnych zależy od pierwiastków stopowych, obróbki cieplnej oraz procesu wytwarzania (kute, odlewane, itp.). Zasadniczo, skrawalność zmniejsza się przy większej zawartości dodatków stopowych, ale we wszystkich grupach stali nierdzewnych występują materiały łatwo skra- walne lub o ulepszonej skrawalności.

• Materiał dający długie wióry.

• Materiały ferrytyczne/martenzytyczne charakteryzują się dobrą kontrolą wióra, która komplikuje się w materiałach austenitycznych i typu duplex.

• Opór właściwy skrawania: 1800-2850 N/mm².

• W trakcie obrabiania powstają wysokie siły skrawania, narost na ostrzu, ciepło oraz umocnione (przez zgniot) powierzchnie.

• Wyższa zawartość azotu (N) w strukturze austenitycznej zwiększa wytrzymałość i utrzymuje pewną odporność przeciw- ko korozji, lecz obniża skrawalność, podczas gdy zwiększa się umocnienie przez odkształcenie plastyczne.

• W celu poprawienia skrawalności stosuje się dodatki siarki (S).

• Wysoka zawartość węgla (C>0,2%) powoduje stosunkowo wysokie ścieranie powierzchni przyłożenia.

• Mo oraz N zmniejszają skrawalność, jednakże, zapewniają one odporność na korozyjne działanie kwasu i przyczyniają się do wytrzymałości w wysokich temperaturach.

• SANMAC (nazwa handlowa Sandvik) jest materiałem, którego skrawalność podniesiono przez optymalizację objętościowego udziału siarczków oraz tlenków bez utraty odporności na korozję.

Względna obrabialność (%)

Więcej informacji na temat obróbki materiałów ISO M znajduje się w roz- dziale pt. Toczenie ogólne, strona A 25; Frezowanie, strona D 34 oraz Wiercenie, strona E 16.