Snijgereedschappen Selecteren: Een Uitgebreide Gids Voor Ferrose En Non-Ferrose Metaalbewerking

Maakt het uit of een metaalbewerkingsmateriaal ferros of non-ferros is? De belangrijkste factor is begrijpen hoe elk materiaal werkt met uw snijgereedschappen in uw machines — en dat maakt wel uit, vinden toolingmakers met metallurgische kennis. Ontdek wat u moet weten over de grote verschillen in metaaltypes voor bewerking.

Vraag een willekeurige werktuigkundige om het woord "ferros" te definiëren en u zult waarschijnlijk hetzelfde antwoord horen: Ferrose metalen zijn degene die roesten — koolstofstaal, gietijzer, gereedschapsstaal enz. Deze uitspraak, hoewel waar, is onvolledig, aangezien de metallurgische definitie zowel specifieker is als een veel breder scala aan metalen omvat.

"Eenvoudig gezegd, ferrose materialen bevatten ijzer," zegt Aaron Schade, programmanager voor Kennametal's Knowledge Center Americas. "Dus natuurlijk omvat dit gietijzer en staal, maar u kijkt ook naar metalen die doorgaans niet roesten, zoals roestvrij staal en de meeste superalliages."

Maar gezien op een andere manier, omvat de non-ferrose groep materialen aluminium, koper, messing, kunststof, en composieten, en alles wat niet in deze groep zit kan geclassificeerd worden als ferros. Maar of ferros of non-ferros, ze beide bevatten een enorme verscheidenheid aan materialen die een wijd scala aan verschillende ontwerpkenmerken, snelheden en voedingen vereisen, legt Schade uit.

Een purist zou kunnen argumenteren dat veel aluminiumalliages en zelfs sommige kopers en bronzen daarom ferros zijn omdat deze ook kleine hoeveelheden ijzer bevatten. Maar dat is waarschijnlijk een oversimplificatie. Het gaat niet alleen om of ijzer aanwezig is: Het is de hoeveelheid ijzer, merkt Schade op.

Non-ferrose metalen bevatten geen ijzerbasis of significante hoeveelheden ijzer helemaal. Bijvoorbeeld, 316 roestvrij staal bevat ruwweg 62 tot 72 procent ijzer; Inconel 718 is een nikkelbasis, maar bevat nog steeds 17 procent ijzer en 6061-T6 aluminium bevat slechts een maximum van .7 procent ijzer. Dit is waarom Schade zegt dat het moeilijk is om sweepende uitspraken te maken over zo'n diepgang technisch onderwerp.

"Wat relevanter is, is identificeren welke gereedschappen het beste werken voor een gegeven materiaal, ongeacht de nomenclatuur," zegt Schade.

Binky Sargent, manager van materialenanalyse bij Kennametal, is het eens. "Of ferros of non-ferros, 304 roestvrij of 6061-T6, het belangrijkste om te overwegen is hoe het snijgereedschap interacteert met het materiaal," zegt ze. "U moet weten hoe de spaan gevormd wordt en de meest effectieve manieren om het 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 onderdeelkenmerk ten opzichte van de vorm en geometrie van de snijder."

Essenitieel, correcte gereedschapsselectie hangt af van veel meer dan de werkstukmateriaal's metallurgische classificatie.

Ferros vs. Non-Ferrose Metalen: De Juiste Snijgereedschap Selecteren

Kennametal en andere snijgereedschapsfabrikanten vermijden "ferros vs. non-ferros," en baseren hun materiaalgroeperingen op metallurgische kenmerken zoals hardheid, kracht, duktiliteit, thermische geleiding en chemische samenstelling. Het zijn deze attributen die bepalen welk snijgereedschap het meest effectief is bij het bewerken van elk gegeven materiaal, en hoe het het beste toe te passen. De volgende lijst beschrijft elk van Kennametal's categorieën, samen met een paar basisonderdelen over snijgereedschapsselectie:

Staal: P1 – P6

Laag-koolstof stalen zoals 1018 en A36 vallen in de P1 categorie, terwijl P6 PH (neerslag verharding) en 400-serie roestvrije stalen (440C, 15-5, en 17-4, om er een paar te noemen) omvat. Tussenin zitten de gereedschapsstalen (D2, S7), vormstalen (P20), en diverse legeringsstalen (4340, 8620, etc.). In het algemeen werkt een positieve rake, aluminiumoxide gecoate hardmetaal gereedschap goed op de zachtere P1 en P2 metalen, terwijl een met grotere randvoorbereiding (denk K-landen) en een meer negatieve rake bevorzugd wordt naarmate hardheid toeneemt.

Roestvrij Staal: M1 – M3

In tegenstelling tot de ferrietische en martensitische roestvrije stalen die in de P groepering gevonden worden, zijn M1 en M2-type roestvrije stalen austenitisch (wat betekent dat ze een vlak-gecentreerde kubieke kristallijne structuur hebben), terwijl de duplex M3 stalen (Nitronic is er een) een tweefase microstructuur hebben die ferrieten omvat, wat ze erg zwaart maakt. Roestvrije en duplex stalen bevatten ook ten minste 10,5 procent chroom, alsook nikkel en andere uitdagende elementen. Als regel, gebruik een positieve rake CVD-gecoate gereedschap met minimale randvoorbereiding, matige voedsnelheden, en lagere snijdiepten.

Hulp nodig bij nikkel bewerken? Lees "5 Metaalsnijtips Voor Nikkel-Gebaseerde Hoge-Temperatuur Alliages."

Gietijzer: K1 – K3

Ijzer wordt gevonden in alles van riolafdekken, die K1 of grijze gietijzer gebruiken, tot remschijven, die CGI, of gecompacteerde graafietijzer gebruiken, wat een K2 metaal is, tot de schroeven die op de winkel's bewerkingscentra gevonden worden. Schroeven gebruiken een K3-graaduurduktil ijzer, wat ook bekend is onder zijn handelsnaam "Dura-Bar." Alle ijzers zijn kort-splinterend en abrasief wat vlakke top (nul tot negatieve rake) keramische en PCBN snijgereedschappen de eerste keuze maakt. CVD-gecoate hardmetaal doet een prima werk op alle behalve de hardest van ijzers.

Non-Ferros: N1 – N7

Zoals Kennametal's Schade aangeeft, is non-ferros elk materiaal dat geen ijzer bevat — meestal. Aanduiding N1 tot en met N3 omvat alle aluminiums van de alomtegenwoordige 6061-T6 tot de eutectische, en erg abrasieve, Al-12Si.

N4 betekent koper, messing en zink-gebaseerde legeringen, wat een aanzienlijke lijst is van grotendeels vrij-bewerkbare metalen. N5 tot en met N7 bevat alles van kunststof en rubber tot graafiet en CFRP.

Vanuit een snijgereedschap perspectief, machineer de meeste van deze materialen goed met een hoge-positieve, meestal ongecoate hardmetaal of PCD, of polycristallijn diamant insert, hoewel zachte kunststoffen en rubberen het best kunnen snijden met een heel scherp HSS gereedschapsbit.

Superalliages: S1 – S4

Zoals de naam impliceert, is de S-serie van hoge-temperatuur legeringen onder de meest moeilijke van alle materialen om te machine en omvatten:

• S1: A286, wat ijzer-gebaseerd is of S1 legering
• S2: Stellite dat kobalt bevat
• S3: Inconel 625 en Monel zijn superalliages die hoog in nikkel zijn
• S4: Titanium zoals Ti6Al-4V is het meest voorkomende materiaal

Lange, draadvormige spaan is de regel, evenals snijdiepte-notering, werkverharding- en opgebouwde rand. Scherpe, positieve rake snijgereedschappen zijn nodig, samen met langzamere snijsnelheden en een rigide opstelling. Voor grotere productiviteit, overweeg keramische snijgereedschappen, met de ene uitzondering zijnde titanium, vanwege zijn chemische reactiviteit.

Geharde Materialen: H1 – H4

Eenmaal gereedschapsstaal, pH roestvrij en hoge koolstof stalen gehard zijn door warmtebehandeling, is het vaak nodig om over te schakelen van een hardmetaal snijgereedschap naar een gemaakt van keramische of "PCBN," wat staat voor polycristallijn kubisch boor-nitride.

Snijdiepten en snijsnelheden moeten ook verlaagd worden, om de extreme slijtvasteheid en abrasiviteit van geharde H1 (tot 48 HRC) tot H4 (groter dan 60 HRC) materialen te mitigeren. Zoals met superalliages, hoe rigider de opstelling, hoe beter.

Criteria Voor Snijgereedschap Selectie Vergelijkbaar Over Tooling Fabrikanten

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

"Elk materiaal's bewerkbaarheid is grotendeels afhankelijk van zijn microstructuur, thermische geleiding, koolstofinhoud, de aanwezigheid van legeringselementen zoals molybdeen en wolfram, en een hele hoop andere variabelen," zegt Hoefler.

Op het einde van de dag, komt het kiezen van het juiste gereedschap typisch neer op welk snijgereedschapsmateriaal, geometrie en coating het meest effectief is bij het breken van de werkstukmateriaal's metallurgische bindingen terwijl het de warmte en abrasiviteit die gegenereerd wordt tijdens bewerking weerstaan.

"Als u in twijfel bent, communiceer met een kennisrijke snijgereedschapsleverancier voor hulp," zegt Hoefler. "Ongeacht wat u snijdt, zijn de kansen uitstekend dat er een productieve, kosteneffectieve oplossing beschikbaar is."

Hoe goed kent u de metaalsamenstelling van de materialen die u snijdt? Deel met uw peers.