La scelta detta direttamente la vita degli utensili, la qualità della finitura superficiale, le capacità di taglio della velocità, e in definitiva il costo per parte prodotta. Un grado sbagliato può portare a guasto degli utensili prematuro, pezzi di lavoro rottamati, e costosi tempi di fermo, mentre una selezione ottimale sblocca i guadagni di produttività e qualità dei componenti superiore disponibili.

Fondamenti di composizione del grado di carburo

Il carburo cementato è un materiale composito costituito da particelle di carburo di tungsteno (WC) legate insieme da un legante metallico, tipicamente cobalto (Co). Il grado è definito dalla dimensione del grano delle particelle WC, la percentuale di volume di cobalto, e la presenza di ulteriori carburi termici come il carburo di titanio (TiC), il carburo di tantalio (TaC), o il contenuto di carburo di nio di tre (Nbgrade variabili).

Dimensione del grano e il suo effetto

Le dimensioni del grano variano da submicron (sotto 0,5 μm) a grossolana (sopra 5 μm). I gradi di grana fine offrono una maggiore durezza e una maggiore nitidezza del bordo, rendendoli ideali per le operazioni di finitura e la lavorazione di materiali abrasivi.

Contenuto e Tossezza Cobalta

Aumentare la percentuale di cobalto (tipicamente 6–12% per i gradi comuni) migliora la resistenza all'urto e alla resistenza agli urti ma riduce la durezza e la resistenza alla compressione. I gradi bassi-cobalti (3–6%) sono estremamente resistenti e resistenti all'usura ma fragili, adatti per il taglio continuo di ghisa o acciaio temperato.

Classificazione ISO

L'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) classifica i gradi di metallo duro per area di applicazione: P] per la lavorazione dell'acciaio M per l'acciaio inossidabile, ]K per il ghisa, ]N[FLT-FLT[FLT]

Come le proprietà del carburo influiscono sulle prestazioni di lavorazione

L'interazione tra durezza, tenacità e comportamento termico governa i tre modi di guasto primario negli strumenti di taglio: usura di fianco, usura di cratere, e chipping o frattura del bordo. Un grado che eccelle in una zona spesso compromette in un'altra, rendendo la selezione un compromesso deliberato basato sul meccanismo di guasto dominante osservato nell'applicazione.

Durezza contro la durezza: Il commercio fondamentale-Off

La durezza resiste a un'usura abrasiva e alla deformazione della plastica al bordo di taglio. La durezza resiste al microchip e alla macrofrattura sotto shock meccanico o al ciclismo termico. Ad esempio, un grado P10 (elevata durezza) si esibisce in modo eccellente su un taglio continuo di acciaio mite ma non mancherà catastroficamente se il taglio viene interrotto.

Meccanismi della resistenza all'usura

L'abrasione è dominante quando si lavora con materiali dure inclusioni (ad esempio ghisa). L'aderenza e la diffusione diventano significativi a velocità di taglio elevate, soprattutto con l'acciaio, dove il materiale degli utensili reagisce chimicamente con il chip a temperature elevate.

Conduttività termica e dissipazione del calore

I carburanti sono eccellenti conduttori termici rispetto ad altri materiali utensili, ma all'interno della famiglia di grado, la conducibilità termica varia inversamente con il contenuto di cobalto. Un grado ad alto contenuto di cobalto conduce il calore in modo più efficiente, allontanando il calore dal bordo di taglio e nel corpo dell'utensile. Questo è utile quando i materiali di lavorazione che generano calore intenso, come gli acciai inossidabili e i superle.

Influenza sui risultati chiave del lavoro

Ciascuno dei seguenti risultati è direttamente collegato alla selezione dei voti, e l'ottimizzazione di uno spesso richiede una gestione attenta degli altri.

Lo strumento

La qualità troppo morbida per il materiale del pezzo si indosserà rapidamente attraverso l'abrasione. Un grado troppo duro si truccherà o frattura. Il grado ottimale offre una progressione di usura costante, tipicamente misurata come usura del fianco (VB) o usura del cratere (KT). Ad esempio, una media-grain, il grado di cobalto del 10% (come ISO M20) fornisce spesso il miglior equilibrio per la tornitura dell'acciaio inossidabile, la resa più lunga 20.

Finitura superficiale

I gradi più rigidi permettono di ottenere raggi di bordo più piccoli (coltelli di accoppiamento), che riducono le forze di taglio e migliorano la rugosità superficiale. Tuttavia, se il grado manca di tenacità, il bordo tagliente si scheggia rapidamente, portando ad un improvviso degrado della qualità superficiale. Per le operazioni di finitura su acciaio temperato (ad esempio, P05–P10 gradi con grano sottile), una finitura a specchio di Ra 0.2–0.

Velocità di taglio e produttività

Un grado duro e resistente all'usura permette una maggiore velocità di taglio, aumentando direttamente la velocità di rimozione del materiale (MRR). Ad esempio, la tornitura dell'acciaio AISI 1045 con un grado P15 consente velocità di 250–350 m/min, mentre un grado P40 più resistente limiterebbe velocità a 150–200 m/min per evitare un'eccessiva ammorbidimento termico dell'utensile.

Efficienza dei costi

Un grado più costoso che raddoppia la durata degli utensili e permette una velocità di taglio superiore del 20% può ridurre il costo totale per parte del 15-30% quando si valutano tempi di fermo ridotti e il lavoro.

Selezione del grado di carburo destro per materiali comuni

Lavorazione in acciaio (ISO P Grades)

Per gli acciai al carbonio e a basso tenore di lega, i gradi P10-P50 sono standard. P10-P20 sono per la finitura e la rugosità leggera; P30–P40 per la ruga generale; P50 per la ruga pesante con tagli interrotti. I gradi di rivestimento in acciaio ad alta velocità con tornitura Al2O3 sono quasi sempre utilizzati per combattere l'usura della diffusione.

Acciaio inossidabile (ISO M Grades)

Gli acciai inossidabili (austenitici, ferritici, martensitici) producono calore e indurbimento ad alto rendimento. I gradi M hanno una maggiore tenacità e contenuto di cobalto (8-12%) per resistere al bordo e alla fatica termica. M10–M20 per la finitura; M30–M40 per la ruvida.

Ferro da stiro (ISO K Grades)

I gradi K sono molto duri (basso cobalto, 3–6%) con granulometria fine per resistere all'abrasione. K10–K20 per la finitura del ferro grigio; K30–K40 per la ruvidatura di ferro nodulare o duttile. Gradi ISO CVD-coated con un leggero strato Al2O3.

Materiali non ferrosi (ISO N Grades)

I gradi N sono caratterizzati da bordi affilati e facciate a rastrello lucido. Spesso hanno dimensioni a basso cobalto e granello fine, ma con geometria ottimizzata per ridurre al minimo l'adesione. I gradi non rivestiti o PVD-coated con grana molto fine (submicron) sono comuni. La lavorazione ad alta velocità di alluminio può raggiungere i 1000 m/min con carriline policritali.

Acciaio temprato e Superlegati (ISO S e H Grades)

Per gli acciai induriti (50–65 HRC), i gradi H sono estremamente resistenti e resistenti al calore. Spesso hanno un grano sottile (0.5–1 μm) e un basso cobalto (3–5%), con i rivestimenti in ceramica o CBN. H10–H15 sono tipici per la tornitura dura.

Tecnologie avanzate del carburo: Rivestimenti e Microstrutture

Gli inserti in carburo moderni sono raramente substrati semplici, i rivestimenti avanzati e le microstrutture su misura hanno notevolmente ampliato la busta di prestazioni delle famiglie di qualità tradizionali.

Rivestimenti CVD

La Deposizione Chimica del Vapor (CVD) applica strati spessi (5-20 μm) di TiN, TiCN e Al2O3. Lo strato di ossido di alluminio fornisce un'eccellente stabilità chimica ad alte temperature, rendendo i gradi di rivestimento CVD ideali per la tornitura ad alta velocità di acciaio e ghisa. La struttura colonnare del rivestimento può causare micro-crack sotto tagli interrotti, quindi i gradi CVD sono tipicamente utilizzati in operazioni di taglio continuo.

Rivestimenti PVD

La deposizione fisica del vapore (PVD) produce più sottili (2-6 μm), rivestimenti più lisci come TiAlN, AlTiN e TiSiN. Questi rivestimenti conservano bordi taglienti e sono molto resistenti, rendendoli adatti per fresatura, filettatura e perforazione dove è presente uno shock meccanico.

Substrati Gradati e Funzionali

Alcuni produttori producono substrati con composizione variabile da superficie a nucleo—uno strato esterno resistente all'usura che passa a un interno resistente e resistente agli urti. Questo design "verificato in metallo duro" evita interfacce taglienti che possono promuovere crepe di delaminazione. Gradi come l'ultima serie GC di Sandvik incorporano l'arricchimento cobalto della subsuperficie per una migliore resistenza alla deformazione plastica.

Carburi di Nanograna

I carburi strutturati a nano con granuli inferiori a 200 nm sono stati sviluppati per applicazioni di finitura complesse, che offrono durezza che si avvicinano a quella del nitride boro cubico (CBN) pur mantenendo una certa tenacità, anche se ad un costo più elevato.

Studi di casi: impatto della selezione del grado sbagliato

Caso studio 1: Grado duro su un taglio interrotto

Un produttore stava fresando blocchi motore in ghisa utilizzando un grado K20 (grano fine, basso cobalto) a 250 m/min. Il taglio aveva un profilo interrotto a causa dei passaggi della giacca d'acqua. Dopo soli 15 minuti, i bordi dell'inserto hanno mostrato micro-chipping e fratture.

Caso studio 2: Grado duro per la finitura di acciaio temprato

Un job shop ha tentato di finire in acciaio D2 temprato (62 HRC) utilizzando un inserto di tipo S (tough, per i superlloys). Lo strumento indossava rapidamente per usura del fianco e produceva una finitura superficiale ruvida. Passando ad un grado H10 con un rivestimento PVD-TiAlN e una geometria del tergicristallo migliorava la finitura superficiale da Ra 1.2 μm a 0.3 μm e triplo del materiale utensile.

Linee guida pratiche per la selezione dei gradi

Per selezionare il grado di carburo ottimale per una nuova operazione, seguire questi passaggi:

  1. Identificare il materiale del pezzo[[[] e la sua durezza/forza di resistenza. Determinare il gruppo di applicazione ISO (P, M, K, N, S, H).
  2. Determinare il tipo di operazione[[]: tornitura, fresatura, foratura o filettatura.
  3. Valuta le condizioni di taglio[[]: presenza continua vs. interrotta, refrigerante, rigidità della macchina e potenza del mandrino disponibile.
  4. Cuocare un grado di partenza[[[]] all'interno della gamma ISO raccomandata basata sulla velocità di taglio e sulla velocità di alimentazione. Ad esempio, per la finitura dell'acciaio ad alta velocità, iniziare con P10–P20; per la ruga dell'acciaio, P30–P40.
  5. Rivestimenti a contatto[[]: CVD per la tornitura ad alta velocità continua; PVD per la lavorazione interrotta e materiali ferrosi inclini all'accumulo.
  6. Riprimo un test controllato[[[] misurare la durata degli utensili, la finitura superficiale e il modello di usura. Regolare la durezza del grado/la durezza secondo la necessità in base alla modalità di guasto (usura = andare più difficile; chipping = andare più duro).
  7. Risultati del documento[]] per costruire una base di conoscenza interna per i futuri lavori.

Per ulteriori dettagli, consultare risorse come []]Il selettore di grado online di Iscar[] o il supporto tecnico del vostro fornitore di strumenti.

Conclusioni

La scelta dei gradi di metallo duro non è una decisione unica, ma richiede una valutazione sistematica dei materiali da lavoro, delle condizioni di taglio e dei risultati desiderati.