No corte de metal, a parte de corte da ferramenta executa diretamente o trabalho de corte, portanto o material da ferramenta geralmente se refere ao material da parte de corte da ferramenta. A seleção adequada do material da ferramenta é um aspecto crucial do processo de corte, determinando em grande parte a produtividade do corte, o consumo da ferramenta e os custos de processamento, a precisão da usinagem e a qualidade da superfície. O desenvolvimento de materiais para ferramentas também é impulsionado e influenciado pelo desenvolvimento de materiais para peças. Abaixo, discutimos a seleção de materiais de ferramentas.
Durante a operação, as ferramentas estão sujeitas a pressões de corte, fricção e impactos significativos, gerando altas temperaturas de corte. Operando neste ambiente de alta temperatura, alta pressão e intenso atrito, o uso de materiais inadequados pode causar desgaste rápido ou danos à ferramenta. Portanto, os materiais das ferramentas devem atender a certos requisitos básicos.
1. Alta dureza e boa resistência ao desgaste
A dureza é uma propriedade fundamental dos materiais das ferramentas. Para remover cavacos de uma peça, a dureza da ferramenta deve ser maior que a do material da peça. A dureza da aresta de corte das ferramentas utilizadas para cortar metais é geralmente superior a 60HRC.
Para aço carbono para ferramentas, a dureza deve estar acima de 62 HRC à temperatura ambiente; para aço rápido, a dureza é 63-70 HRC; e para ferramentas de metal duro, a dureza é 89-93 HRC.
A resistência ao desgaste é a capacidade de um material de ferramenta resistir ao desgaste. De modo geral, quanto maior a dureza de um material de ferramenta, melhor será sua resistência ao desgaste. Quanto maior a dureza, maior o número, menores as partículas e quanto mais uniformemente distribuídas as partículas duras na estrutura metalográfica do material da ferramenta, melhor será a resistência ao desgaste. Isso também está relacionado à composição química, resistência, microestrutura e temperatura da zona de atrito do material da ferramenta.
2. Força e resistência suficientes
Para garantir que uma ferramenta possa operar sem lascar ou quebrar sob as altas pressões, choques e vibrações normalmente encontradas durante o corte, o material da ferramenta deve possuir resistência e tenacidade suficientes. De modo geral, quanto maior a tenacidade, maiores serão as forças de corte que ela pode suportar.
3. Alta resistência ao calor
A resistência ao calor é o principal indicador do desempenho de corte do material da ferramenta. Normalmente é medido por sua capacidade de manter alta dureza, resistência ao desgaste, resistência e tenacidade em altas temperaturas. Também é conhecida como dureza a quente.
Quanto maior a dureza em alta temperatura de um material de ferramenta, melhor será sua resistência ao calor, maior será sua resistência à deformação plástica e ao desgaste em alta temperatura e maior será a velocidade de corte permitida.
Além da dureza em alta temperatura, os materiais da ferramenta também devem apresentar resistência à oxidação em alta temperatura e boa resistência à adesão e difusão. Esta propriedade é chamada de estabilidade química.
4. Boas propriedades termofísicas e resistência ao choque térmico
Quanto melhor for a condutividade térmica do material da ferramenta, mais fácil será conduzir o calor de corte para longe da área de corte, diminuindo assim a temperatura da porção de corte do material da ferramenta e reduzindo o desgaste da ferramenta.
5. Boa capacidade de fabricação
As ferramentas não devem apenas ter excelente desempenho de corte, mas também ser fáceis de fabricar. Isso exige que os materiais da ferramenta tenham boa capacidade de fabricação, como forjamento, tratamento térmico, soldagem, retificação e resistência à deformação plástica em alta temperatura.
6. Eficiência Econômica
A eficiência econômica é um indicador chave dos materiais das ferramentas. O desenvolvimento de materiais de ferramentas deve basear-se na situação real dos recursos de um país, que é de grande importância económica e estratégica.
Algumas ferramentas podem ser caras por unidade, mas a sua longa vida útil significa que o custo por componente não é necessariamente elevado. Portanto, os efeitos económicos devem ser considerados ao selecionar ferramentas de corte. Além disso, em sistemas de processamento avançados, o desempenho de corte da ferramenta também deve ser estável e confiável, com um certo grau de previsibilidade e alta confiabilidade.