Vid metallskärning utför verktygets skärande del direkt skärningsarbetet, så verktygsmaterial avser i allmänhet materialet i verktygets skärande del. Rätt val av verktygsmaterial är en avgörande aspekt av skärprocessen, som till stor del bestämmer skärproduktivitet, verktygsförbrukning och bearbetningskostnader, bearbetningsnoggrannhet och ytkvalitet. Utvecklingen av verktygsmaterial drivs och påverkas också av utvecklingen av arbetsstyckesmaterial. Nedan diskuterar vi valet av verktygsmaterial.
Under drift utsätts verktyg för betydande skärtryck, friktion och stötar, vilket genererar höga skärtemperaturer. Användning i denna miljö med hög-temperatur, högt-tryck och intensivt friktion kan leda till snabbt verktygsslitage eller skada. Därför måste verktygsmaterial uppfylla vissa grundläggande krav.
1. Hög hårdhet och bra slitstyrka
Hårdhet är en grundläggande egenskap hos verktygsmaterial. För att ta bort spån från ett arbetsstycke måste ett verktygs hårdhet vara större än arbetsstyckets material. Skärkantshårdheten för verktyg som används för att skära metaller är i allmänhet över 60HRC.
För kolverktygsstål bör hårdheten vara över 62 HRC vid rumstemperatur; för höghastighetsstål är hårdheten 63-70 HRC; och för hårdmetallverktyg är hårdheten 89-93 HRC.
Slitstyrka är förmågan hos ett verktygsmaterial att motstå slitage. Generellt sett gäller att ju högre hårdhet ett verktygsmaterial har, desto bättre är dess slitstyrka. Ju högre hårdhet, desto större antal, desto mindre partiklar, och ju jämnare de hårda partiklarna är fördelade i verktygsmaterialets metallografiska struktur, desto bättre slitstyrka. Detta är också relaterat till verktygsmaterialets kemiska sammansättning, styrka, mikrostruktur och friktionszonens temperatur.
2. Tillräcklig styrka och seghet
För att säkerställa att ett verktyg kan fungera utan att flisa eller gå sönder under de höga tryck, stötar och vibrationer som vanligtvis uppstår under skärning, måste verktygsmaterialet ha tillräcklig styrka och seghet. Generellt sett gäller att ju högre seghet, desto större skärkrafter tål den.
3. Hög värmebeständighet
Värmebeständighet är en primär indikator på ett verktygsmaterials skärprestanda. Det mäts vanligtvis genom dess förmåga att upprätthålla hög hårdhet, slitstyrka, styrka och seghet vid höga temperaturer. Det är också känt som het hårdhet.
Ju högre hög-temperaturhårdhet ett verktygsmaterial har, desto bättre är dess värmebeständighet, desto högre motståndskraft mot plastisk deformation och slitage vid hög-temperatur och desto högre är den tillåtna skärhastigheten.
Förutom hög-temperaturhårdhet bör verktygsmaterial även uppvisa hög-temperaturoxidationsbeständighet och god beständighet mot vidhäftning och diffusion. Denna egenskap kallas kemisk stabilitet.
4. Bra termofysiska egenskaper och motståndskraft mot termisk chock
Ju bättre värmeledningsförmåga ett verktygsmaterial har, desto lättare är det att leda bort skärvärme från skärområdet, och därigenom sänka temperaturen på skärdelen av verktygsmaterialet och minska verktygsslitaget.
5. God tillverkningsbarhet
Verktyg måste inte bara ha utmärkt skärprestanda utan också vara lätta att tillverka. Detta kräver att verktygsmaterial har god tillverkningsbarhet, såsom smide, värmebehandling, svetsning, slipning och plastisk deformationsbeständighet vid hög-hög temperatur.
6. Ekonomisk effektivitet
Ekonomisk effektivitet är en nyckelindikator för verktygsmaterial. Utvecklingen av verktygsmaterial bör baseras på den faktiska resurssituationen i ett land, vilket är av stor ekonomisk och strategisk betydelse.
Vissa verktyg kan vara dyra per enhet, men deras långa livslängd gör att kostnaden per komponent inte nödvändigtvis är hög. Därför bör ekonomiska effekter beaktas vid val av skärverktyg. I avancerade bearbetningssystem krävs dessutom att skärande verktygs skärprestanda är stabil och pålitlig, med en viss grad av förutsägbarhet och hög tillförlitlighet.