Les principales exigences pour les matériaux des outils sont la dureté, la résistance à l'usure, à la chaleur, etc. Le respect de ces critères permet la coupe. Afin de pénétrer dans les couches superficielles du produit en cours de traitement, les lames de coupe de la pièce de travail doivent être en alliages solides. La dureté peut être naturelle ou acquise.
Par exemple, les aciers à outils fabriqués en usine sont faciles à couper. Après un traitement mécanique et thermique, ainsi qu'un meulage et un affûtage, leur niveau de résistance et de dureté augmente.
Comment la dureté est-elle déterminée ?
La caractéristique peut être définie de différentes manières. Les aciers à outils ont une dureté Rockwell, la dureté a une désignation numérique, ainsi que la lettre HR avec une échelle de A, B ou C (par exemple, HRC). Le choix du matériau de l'outil dépend du type de métal traité.
Les performances les plus stables et les lames à faible usure quiont été traités thermiquement, peuvent être obtenus avec un HRC de 63 ou 64. À une valeur inférieure, les propriétés des matériaux d'outils ne sont pas si élevées, et à une dureté élevée, ils commencent à s'effriter en raison de leur fragilité.
Les métaux d'une dureté de HRC 30-35 sont parfaitement usinés avec des outils en fer qui ont été traités thermiquement avec un HRC de 63-64. Ainsi, le rapport des indicateurs de dureté est de 1:2.
Pour traiter les métaux avec HRC 45-55, il faut utiliser des outils à base d'alliages durs. Leur indice est HRA 87-93. Les matériaux synthétiques peuvent être utilisés sur les aciers trempés.
Résistance des matériaux d'outils
Pendant le processus de coupe, une force de 10 kN ou plus est appliquée à la pièce de travail. Cela provoque une haute tension qui peut entraîner la destruction de l'outil. Pour éviter cela, les matériaux de coupe doivent avoir un facteur de sécurité élevé.
La meilleure combinaison de caractéristiques de résistance a des aciers à outils. La partie travaillante qui en est constituée résiste parfaitement aux charges lourdes et peut fonctionner en compression, torsion, flexion et étirement.
Effet de la température de chauffage critique sur les lames d'outils
Lorsque la chaleur est dégagée lors de la coupe des métaux, leurs lames sont soumises à un échauffement, dans une plus grande mesure - des surfaces. Lorsque la température est en dessous de la marque critique (pour chaque matériau, il a le sien)la structure et la dureté ne changent pas. Si la température de chauffage devient supérieure à la norme autorisée, le niveau de dureté diminue. La température critique est appelée dureté rouge.
Que signifie le terme "dureté rouge" ?
La dureté rouge est la propriété d'un métal à briller en rouge foncé lorsqu'il est chauffé à une température de 600 °C. Le terme implique que le métal conserve sa dureté et sa résistance à l'usure. À la base, c'est la capacité de résister à des températures élevées. Pour différents matériaux, il existe une limite, de 220 à 1800 ° C.
Comment augmenter les performances des outils de coupe ?
Les matériaux de l'outil de coupe se caractérisent par une fonctionnalité accrue tout en augmentant la résistance à la température et en améliorant l'évacuation de la chaleur générée sur la lame lors de la coupe. La chaleur fait monter la température.
Plus la chaleur est retirée de la lame profondément dans l'appareil, plus la température sur sa surface de contact est basse. Le niveau de conductivité thermique dépend de la composition et du chauffage.
Par exemple, la teneur en éléments tels que le tungstène et le vanadium dans l'acier provoque une diminution de sa conductivité thermique, et un mélange de titane, de cob alt et de molybdène la fait augmenter.
Qu'est-ce qui détermine le coefficient de frottement de glissement ?
Le coefficient de frottement de glissement dépend de la composition et des propriétés physiques des paires de matériaux en contact, ainsi que de la valeur de contrainte sur les surfaces,soumis au frottement et au glissement. Le coefficient affecte la résistance à l'usure du matériau.
L'interaction de l'outil avec le matériau qui a été traité se poursuit avec un contact mobile constant.
Comment se comportent les matériaux instrumentaux dans ce cas ? Les types d'entre eux s'usent également.
Ils sont caractérisés par:
- la capacité d'effacer le métal avec lequel il entre en contact;
- capacité à montrer une résistance à l'usure, c'est-à-dire à résister à l'abrasion d'un autre matériau.
L'usure des lames arrive tout le temps. En conséquence, les appareils perdent leurs propriétés et la forme de leur surface de travail change également.
La résistance à l'usure peut varier en fonction des conditions de coupe.
En quels groupes les aciers à outils sont-ils divisés ?
Les principaux matériaux instrumentaux peuvent être divisés dans les catégories suivantes:
- cermet (alliages durs);
- cermets, ou céramiques minérales;
- nitrure de bore à base de matière synthétique;
- diamants synthétiques;
- Acier à outils à base de carbone.
Le fer à outils peut être en carbone, en alliage et à grande vitesse.
Acier à outils à base de carbone
Les matériaux carbonés ont commencé à être utilisés pour fabriquer des outils. Leur vitesse de coupe est lente.
Comment les aciers à outils sont-ils marqués ? Les matériaux sont désignés par une lettre (par exemple, "U" signifie carbone), ainsi que par un nombre (indicateurs de dixièmes de pour cent de la teneur en carbone). La présence de la lettre "A" à la fin du marquage indique la haute qualité de l'acier (la teneur en substances telles que le soufre et le phosphore ne dépasse pas 0,03%).
Le matériau en carbone a une dureté de 62-65 HRC et une résistance aux basses températures.
Les qualités U9 et U10A de matériaux d'outils sont utilisées dans la fabrication de scies, et les séries U11, U11A et U12 sont conçues pour les tarauds à main et autres outils.
Le niveau de résistance à la température des aciers des séries U10A, U13A est de 220 °C, il est donc recommandé d'utiliser des outils faits de ces matériaux à une vitesse de coupe de 8-10 m/min.
Fer allié
Le matériau d'outil allié peut être du chrome, du chrome-silicium, du tungstène et du chrome-tungstène, avec un mélange de manganèse. Ces séries sont indiquées par des chiffres et comportent également des lettres. Le premier chiffre de gauche indique le coefficient de teneur en carbone en dixièmes si la teneur de l'élément est inférieure à 1 %. Les nombres à droite représentent la teneur moyenne en alliage en pourcentage.
Le matériau d'outil de classe X convient à la fabrication de tarauds et de filières. L'acier B1 convient à la fabrication de petits forets, tarauds et alésoirs.
Le niveau de résistance à la température des substances alliées est de 350 à 400 °C, de sorte que la vitesse de coupe est une fois et demie plus rapide que pouralliage de carbone.
À quoi servent les aciers fortement alliés ?
Divers matériaux d'outils de coupe rapide sont utilisés dans la fabrication de forets, fraises et tarauds. Ils sont étiquetés avec des lettres ainsi que des chiffres. Les constituants importants des matériaux sont le tungstène, le molybdène, le chrome et le vanadium.
HSS sont divisés en deux catégories: performances normales et hautes performances.
Acier à performances normales
La catégorie de fer avec un niveau de performance normal comprend les nuances R18, R9, R9F5 et les alliages de tungstène avec un mélange de molybdène de la série R6MZ, R6M5, qui conservent une dureté d'au moins HRC 58 à 620 ° C. Convient aux aciers au carbone et faiblement alliés, à la fonte grise et aux alliages non ferreux.
Acier hautes performances
Cette catégorie comprend les grades R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Ils sont capables de maintenir HRC 64 à des températures de 630 à 640 °C. Cette catégorie comprend les matériaux d'outils extra-durs. Il est conçu pour le fer et les alliages difficiles à usiner, ainsi que le titane.
Métaux durs
Ces matériaux sont:
- cermet;
- céramique minérale.
La forme des plaques dépend des propriétés de la mécanique. Ces outils fonctionnent à une vitesse de coupe élevée par rapport aux matériaux à grande vitesse.
Céramique métallique
Les carbures Cermet sont:
- tungstène;
- tungstène titane;
- tungstène avec inclusion de titane et de tantale.
La série VK comprend du tungstène et du titane. Les outils basés sur ces composants ont une résistance à l'usure accrue, mais leur niveau de résistance aux chocs est faible. Les appareils sur cette base sont utilisés pour le traitement de la fonte.
L'alliage de tungstène-titane-cob alt est applicable à tous les types de fer.
La synthèse du tungstène, du titane, du tantale et du cob alt est utilisée dans des cas particuliers où d'autres matériaux sont inefficaces.
Les nuances de carbure se caractérisent par un haut niveau de résistance à la température. Les matériaux en tungstène peuvent conserver leurs propriétés avec HRC 83-90, et le tungstène avec titane - avec HRC 87-92 à une température de 800 à 950°C, ce qui permet d'opérer à des vitesses de coupe élevées (de 500 m/min à 2700 m/min lors de l'usinage de l'aluminium).
Pour l'usinage de pièces résistantes à la rouille et aux températures élevées, des outils de la série OM en alliage à grain fin sont utilisés. La nuance VK6-OM convient à la finition, tandis que VK10-OM et VK15-OM conviennent à la semi-finition et à l'ébauche.
Encore plus efficaces pour travailler avec des pièces "difficiles", les matériaux d'outils ultra-durs des séries BK10-XOM et BK15-XOM. Ils remplacent le carbure de tantale par du carbure de chrome, ce qui les rend plus durables même lorsqu'ils sont soumis à des températures élevées.
Afin d'augmenter le niveau de résistance de la plaque solide, ils ont recours à un revêtement avec un film protecteur. On utilise du carbure, du nitrure et de la carbonite de titane, qui sont appliqués en une couche très fine. L'épaisseur est de 5 à 10 microns. En conséquence, une couche de carbure de titane à grains fins est formée. Ces plaquettes ont une durée de vie trois fois supérieure à celle des plaquettes non revêtues, ce qui augmente la vitesse de coupe de 30 %.
Dans certains cas, des matériaux cermet sont utilisés, qui sont obtenus à partir d'oxyde d'aluminium avec l'ajout de tungstène, de titane, de tantale et de cob alt.
Céramique minérale
La céramique minérale TsM-332 est utilisée pour les outils de coupe. Il a une résistance à haute température. L'indice de dureté HRC est de 89 à 95 à 1200 °C. De plus, le matériau se caractérise par sa résistance à l'usure, ce qui permet le traitement de l'acier, de la fonte et des alliages non ferreux à des vitesses de coupe élevées.
Pour fabriquer des outils de coupe, on utilise également le cermet de la série B. Il est à base d'oxyde et de carbure. L'introduction de carbure métallique, ainsi que de molybdène et de chrome dans la composition des céramiques minérales, contribue à optimiser les propriétés physiques et mécaniques du cermet et élimine sa fragilité. La vitesse de coupe est augmentée. La semi-finition et la finition avec un outil à base de cermet conviennent à la fonte grise ductile, à l'acier difficile à usiner et à un certain nombre de métaux non ferreux. Le processus est réalisé à une vitesse de 435-1000 m/min. La céramique de coupe est résistante à la température. Sa dureté est HRC90-95 à 950-1100 °С.
Pour le traitement du fer trempé, de la fonte durable, ainsi que de la fibre de verre, on utilise un outil dont la partie coupante est constituée de substances solides contenant du nitrure de bore et des diamants. L'indice de dureté de l'elbor (nitrure de bore) est à peu près le même que celui du diamant. Sa résistance à la température est le double de celle de ce dernier. Elbor se distingue par son inertie aux matériaux ferreux. La limite de résistance de ses polycristaux en compression est de 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), et en flexion - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). La résistance à la température est jusqu'à 1350-1450 °C.
Il convient également de noter les ballas en diamant synthétique de la série ASB et le carbonado de la série ASPK. L'activité chimique de ces derniers vis-à-vis des matériaux carbonés est plus élevée. C'est pourquoi il est utilisé pour affûter des pièces en métaux non ferreux, des alliages à haute teneur en silicium, des matériaux durs VK10, VK30, ainsi que des surfaces non métalliques.
La durée de vie des fraises à carbonade est 20 à 50 fois supérieure à celle des alliages durs.
Quels sont les alliages utilisés dans l'industrie ?
Des matériaux instrumentaux sont diffusés dans le monde entier. Les types utilisés en Russie, aux États-Unis et en Europe, pour la plupart, ne contiennent pas de tungstène. Ils appartiennent aux séries KNT016 et TN020. Ces modèles sont devenus un remplaçant des marques T15K6, T14K8 et VK8. Ils sont utilisés pour le traitement des aciers de construction, de l'acier inoxydable et des matériaux d'outillage.
Nouvelles exigences pour les matériaux d'outils en raison de la pénurie de tungstène etcob alt. C'est précisément avec ce facteur que des méthodes alternatives pour obtenir de nouveaux alliages durs ne contenant pas de tungstène sont constamment développées aux États-Unis, dans les pays européens et en Russie.
Par exemple, les matériaux d'outils des séries Titan 50, 60, 80, 100 fabriqués par la société américaine Adamas Carbide Co contiennent du carbure, du titane et du molybdène. L'augmentation du nombre indique le degré de résistance du matériau. La caractéristique des matériaux d'outils de cette version implique un haut niveau de résistance. Par exemple, la série Titan100 a une résistance de 1000 MPa. Elle est une concurrente de la céramique.
