Podczas skrawania metalu część skrawająca narzędzia bezpośrednio wykonuje skrawanie, więc materiał narzędzia ogólnie odnosi się do materiału części skrawającej narzędzia. Właściwy dobór materiału narzędziowego jest kluczowym aspektem procesu skrawania, w dużej mierze determinującym wydajność skrawania, zużycie narzędzia i koszty obróbki, dokładność obróbki i jakość powierzchni. Rozwój materiałów narzędziowych jest również napędzany i wpływa na rozwój materiałów obrabianych przedmiotów. Poniżej omawiamy dobór materiałów narzędziowych.
Podczas pracy narzędzia poddawane są działaniu znacznych nacisków, tarcia i uderzeń, co powoduje powstawanie wysokich temperatur skrawania. Praca w tak wysokiej-temperaturze, pod wysokim-ciśnieniu i środowisku o dużym tarciu, używanie nieodpowiednich materiałów może prowadzić do szybkiego zużycia lub uszkodzenia narzędzia. Dlatego materiały narzędziowe muszą spełniać pewne podstawowe wymagania.
1. Wysoka twardość i dobra odporność na zużycie
Twardość jest podstawową właściwością materiałów narzędziowych. Aby usunąć wióry z przedmiotu obrabianego, twardość narzędzia musi być większa niż twardość materiału przedmiotu obrabianego. Twardość krawędzi skrawającej narzędzi stosowanych do skrawania metali zazwyczaj przekracza 60HRC.
W przypadku węglowej stali narzędziowej twardość powinna przekraczać 62 HRC w temperaturze pokojowej; w przypadku stali-szybkiej twardość wynosi 63–70 HRC; a w przypadku narzędzi węglikowych twardość wynosi 89-93 HRC.
Odporność na zużycie to zdolność materiału narzędzia do przeciwstawiania się zużyciu. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa twardość materiału narzędzia, tym lepsza jego odporność na zużycie. Im wyższa twardość, im większa liczba, tym mniejsze cząstki i im bardziej równomiernie rozmieszczone twarde cząstki w strukturze metalograficznej materiału narzędzia, tym lepsza odporność na zużycie. Ma to również związek ze składem chemicznym materiału narzędzia, wytrzymałością, mikrostrukturą i temperaturą strefy tarcia.
2. Wystarczająca wytrzymałość i wytrzymałość
Aby mieć pewność, że narzędzie będzie działać bez odprysków i pęknięć pod wpływem wysokich nacisków, wstrząsów i wibracji typowo występujących podczas skrawania, materiał narzędzia musi posiadać wystarczającą wytrzymałość i ciągliwość. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa wytrzymałość, tym większe siły skrawania może wytrzymać.
3. Wysoka odporność na ciepło
Odporność na ciepło jest głównym wskaźnikiem wydajności skrawania materiału narzędzia. Zwykle mierzy się go na podstawie jego zdolności do utrzymania wysokiej twardości, odporności na zużycie, wytrzymałości i wytrzymałości w wysokich temperaturach. Nazywana jest również twardością na gorąco.
Im wyższa-twardość materiału narzędzia w wysokiej temperaturze, tym lepsza jego odporność na ciepło, tym większa jego odporność na-odkształcenie plastyczne i zużycie w wysokiej temperaturze oraz tym większa dopuszczalna prędkość skrawania.
Oprócz twardości w-wysokiej temperaturze materiały narzędziowe powinny także wykazywać odporność na utlenianie-w wysokiej temperaturze oraz dobrą odporność na przyczepność i dyfuzję. Ta właściwość nazywa się stabilnością chemiczną.
4. Dobre właściwości termofizyczne i odporność na szok termiczny
Im lepsza przewodność cieplna materiału narzędzia, tym łatwiej jest odprowadzić ciepło skrawania z obszaru skrawania, obniżając w ten sposób temperaturę części skrawającej materiału narzędzia i zmniejszając zużycie narzędzia.
5. Dobra zdolność produkcyjna
Narzędzia muszą nie tylko charakteryzować się doskonałą wydajnością cięcia, ale także być łatwe w produkcji. Wymaga to, aby materiały narzędziowe charakteryzowały się dobrą zdolnością produkcyjną, np. kuciem, obróbką cieplną, spawaniem, szlifowaniem i odpornością na odkształcenia plastyczne w wysokiej-temperaturze.
6. Efektywność ekonomiczna
Efektywność ekonomiczna jest kluczowym wskaźnikiem materiałów narzędziowych. Rozwój materiałów narzędziowych powinien opierać się na aktualnej sytuacji surowcowej kraju, która ma ogromne znaczenie gospodarcze i strategiczne.
Niektóre narzędzia mogą być drogie w przeliczeniu na jednostkę, ale ich długa żywotność oznacza, że koszt w przeliczeniu na element niekoniecznie jest wysoki. Dlatego przy wyborze narzędzi skrawających należy uwzględnić skutki ekonomiczne. Ponadto w zaawansowanych systemach przetwarzania wymagana jest również stabilna i niezawodna wydajność skrawania narzędzi skrawających, przy pewnym stopniu przewidywalności i wysokiej niezawodności.