Een selectiegids voor snijgereedschap:ferro versus non-ferrometalen

Maakt het uit of een metaalbewerkingsmateriaal ferro of non-ferro is? De belangrijkste factor is begrijpen hoe elk materiaal werkt met uw snijgereedschappen in uw machines - en dat doet er toe, zoek gereedschapmakers met kennis van metallurgie. Ontdek wat u moet weten over de belangrijkste verschillen in metaalsoorten voor bewerking.

Vraag een willekeurige machinist om het woord "ferro" te definiëren en u zult waarschijnlijk hetzelfde antwoord horen:ferrometalen zijn degenen die roesten - koolstofstaal, gietijzer, gereedschapsstaal enzovoort. Deze verklaring, hoewel waar, is onvolledig, omdat de metallurgische definitie zowel specifieker is als een veel breder scala aan metalen omvat.

"Simpel gezegd, ijzerhoudende materialen bevatten ijzer", zegt Aaron Schade, programmamanager voor Kennametal's Knowledge Center Americas. "Dus natuurlijk omvat dit gietijzer en staal, maar je kijkt ook naar metalen die normaal gesproken niet roesten, zoals roestvrij staal en de meeste superlegeringen."

Maar op een andere manier bekeken, omvat de non-ferrogroep van materialen aluminium, koper, messing, plastic en composieten, en alles wat niet in deze groep valt, kan als ferro worden geclassificeerd. Maar of ze nu ferro of non-ferro zijn, ze bevatten allebei een enorme verscheidenheid aan materialen die een breed scala aan verschillende ontwerpkenmerken, snelheden en voedingen vereisen, legt Schade uit.

Een purist zou kunnen beweren dat veel aluminiumlegeringen en zelfs sommige kopersoorten en bronssoorten daarom ijzerhoudend zijn omdat deze ook kleine hoeveelheden ijzer bevatten. Maar dat is waarschijnlijk een te grote vereenvoudiging. Het is niet alleen of er ijzer aanwezig is:het is de hoeveelheid ijzer, merkt Schade op.

Non-ferro metalen bevatten helemaal geen ijzerbasis of significante hoeveelheden ijzer. Roestvrij staal 316 bevat bijvoorbeeld ongeveer 62 tot 72 procent ijzer; Inconel 718 is een nikkelbasis, maar bevat nog steeds 17 procent ijzer en 6061-T6 aluminium bevat maximaal 0,7 procent ijzer. Dit is de reden waarom Schade zegt dat het moeilijk is om ingrijpende uitspraken te doen over zo'n diep technisch onderwerp.

"Wat relevanter is, is om te bepalen welke gereedschappen het beste werken voor een bepaald materiaal, ongeacht de nomenclatuur", zegt Schade.

Binky Sargent, manager materiaalanalyse bij Kennametal, is het daarmee eens. "Of het nu gaat om ferro of non-ferro, 304 roestvrij staal of 6061-T6, het belangrijkste om te overwegen is hoe het snijgereedschap in wisselwerking staat met het materiaal", zegt ze. "Je moet weten hoe de chip wordt gevormd en de meest effectieve manieren om deze uit de werkzone te verwijderen, welk effect de thermische en chemische eigenschappen van het materiaal op het gereedschap zullen hebben en de vorm van het onderdeel in verhouding tot de vorm en geometrie van de snijplotter.”

In wezen hangt de juiste gereedschapsselectie af van veel meer dan de metallurgische classificatie van het werkstukmateriaal.

Ferro versus non-ferro metalen:het juiste snijgereedschap selecteren

Kennametal en andere fabrikanten van snijgereedschappen vermijden "ferro versus non-ferro" en baseren hun materiaalgroepen in plaats daarvan op metallurgische kenmerken zoals hardheid, sterkte, ductiliteit, thermische geleidbaarheid en chemische samenstelling. Het zijn deze eigenschappen die bepalen welk snijgereedschap het meest effectief is bij het bewerken van een bepaald materiaal en hoe het het beste kan worden toegepast. De volgende lijst beschrijft alle categorieën van Kennametal, samen met enkele basisrichtlijnen voor het selecteren van snijgereedschap:

Staal :P1 – P6

Koolstofarme staalsoorten zoals 1018 en A36 vallen in de P1-categorie, terwijl P6 PH (precipitatieharden) en roestvast staal uit de 400-serie omvat (440C, 15-5 en 17-4, om er maar een paar te noemen). Daartussen zitten de gereedschapsstaalsoorten (D2, S7), vormstaal (P20) en diverse gelegeerde staalsoorten (4340, 8620, etc.). Over het algemeen werkt een positief hark, met aluminiumoxide gecoat carbide gereedschap goed op de zachtere P1- en P2-metalen, terwijl een gereedschap met een grotere randvoorbereiding (denk aan K-landen) en een meer negatieve hark de voorkeur heeft naarmate de hardheid toeneemt.

Roestvrij staal:M1 – M3

In tegenstelling tot de ferritische en martensitische roestvaste staalsoorten in de P-groep, zijn M1- en M2-type roestvaste staalsoorten austenitisch (wat betekent dat ze een in het vlak gecentreerde kubische kristallijne structuur hebben), terwijl de duplex M3-staalsoorten (Nitronic is er één) een tweefasige microstructuur die ferrieten bevat, waardoor ze erg taai zijn. Roestvast staal en duplex staal bevatten ook minstens 10,5 procent chroom, evenals nikkel en andere uitdagende elementen. Gebruik in de regel een CVD-gecoat gereedschap met positieve hark met minimale snijkantvoorbereiding, matige voedingen en lagere snedediepten.

Hulp nodig bij het bewerken van nikkel? Lees " 5 tips voor het snijden van metaal voor op nikkel gebaseerde legeringen voor hoge temperaturen .”

Gietijzer:K1 – K3

IJzer wordt in alles aangetroffen, van putdeksels, die K1 of grijs gietijzer gebruiken, tot remschijven, die CGI gebruiken, of gecompacteerd grafietijzer, dat een K2-metaal is, tot de bankschroeven die te vinden zijn op de bewerkingscentra van de winkel. Bankschroeven gebruiken een K3-grade nodulair gietijzer, dat ook bekend staat onder de handelsnaam "Dura-Bar". Alle ijzers hebben een korte chipping en zijn abrasief, waardoor keramische snijgereedschappen met vlakke bovenkant (nul tot negatieve helling) en PCBN-snijgereedschap de eerste keuze zijn. CVD-gecoat carbide doet het prima op alle ijzers behalve de hardste.

Non-ferro:N1 – N7

Zoals Kennametal's Schade opmerkt, is non-ferro elk materiaal dat geen ijzer bevat, meestal. Benaming N1 tot en met N3 omvat alle aluminiumsoorten van de alomtegenwoordige 6061-T6 tot het eutectische en zeer schurende Al-12Si.

N4 staat voor koper, messing en op zink gebaseerde legeringen, wat een omvangrijke lijst is van grotendeels vrij te bewerken metalen. N5 hoewel N7 alles bevat, van plastic en rubber tot grafiet en CFRP.

Vanuit het oogpunt van snijgereedschap zijn de meeste van deze materialen goed te bewerken met een hoogpositief, meestal ongecoat carbide of PCD of polykristallijn diamanten inzetstuk, hoewel zachte kunststoffen en rubbers het beste kunnen snijden met een zeer scherp HSS-gereedschap.

Superlegeringen:S1 – S4

Zoals de naam al aangeeft, behoort de S-serie van legeringen voor hoge temperaturen tot de moeilijkst te bewerken materialen van alle materialen en omvat:

• S1:A286, op ijzer gebaseerde of S1-legering
• S2:Stelliet dat kobalt bevat
• S3:Inconel 625 en Monel zijn superlegeringen met een hoog nikkelgehalte
• S4:Titanium zoals Ti6Al-4V is het meest voorkomende materiaal

Lange, vezelige spanen zijn de regel, net als inkepingen in de snedediepte, werkverharding en snijkantopbouw. Scherpe, positieve hark snijgereedschappen zijn nodig, samen met lagere snijsnelheden en een stijve opstelling. Overweeg voor een hogere productiviteit keramische snijgereedschappen, met als enige uitzondering titanium, vanwege de chemische reactiviteit.

Geharde materialen:H1 – H4

Zodra gereedschapsstaal, pH-roestvrij staal en staal met een hoog koolstofgehalte zijn gehard door middel van warmtebehandeling, is het vaak nodig om over te schakelen van een hardmetalen snijgereedschap naar een snijgereedschap gemaakt van keramiek of "PCBN", wat staat voor polykristallijn kubisch boornitride.

Snijdieptes en snijsnelheden moeten ook worden verminderd om de extreme slijtvastheid en abrasiviteit van geharde H1 (tot 48 HRC) tot H4 (groter dan 60 HRC) materialen te verminderen. Net als bij superlegeringen geldt:hoe stijver de opstelling, hoe beter.

Criteria voor de selectie van snijgereedschappen vergelijkbaar voor alle gereedschapsfabrikanten

Brian Hoefler, corporate application engineer voor Seco Tools en Sandvik Machining Solutions, gebruikt iets andere materiaalbeschrijvingen dan Kennametal, maar de basiscriteria voor de selectie van snijgereedschap zijn hetzelfde.

"De bewerkbaarheid van elk materiaal is grotendeels afhankelijk van de microstructuur, thermische geleidbaarheid, koolstofgehalte, de aanwezigheid van legeringselementen zoals molybdeen en wolfraam en een hele reeks andere variabelen", zegt Hoefler.

Uiteindelijk komt het kiezen van het juiste gereedschap meestal neer op welk materiaal, geometrie en coating van het snijgereedschap het meest effectief is bij het verbreken van de metallurgische bindingen van het werkstukmateriaal, terwijl het bestand is tegen de hitte en abrasiviteit die tijdens het bewerken worden gegenereerd.

"Neem bij twijfel contact op met een deskundige snijgereedschapleverancier voor hulp", zegt Hoefler. "Wat u ook snijdt, de kans is groot dat er een productieve, kosteneffectieve oplossing beschikbaar is."

Hoe goed ken je de metaalsamenstelling van de materialen die je snijdt? Deel met je collega's.