Твердосплавные плоские заготовки являются важным материалом, используемым в различных отраслях промышленности для обработки и изготовления инструментов. В данном руководстве представлен полный обзор плоских заготовок из твердого сплава с описанием состава, свойств, производства, размеров, марок, стандартов, применения, поставщиков, стоимости, преимуществ и недостатков, а также других ключевых деталей.
Обзор плоских заготовок из твердого сплава
Плоские заготовки из твердого сплава - это куски твердого сплава, сформированные в плоские квадраты, прямоугольники или диски, которые служат исходной заготовкой для механической обработки. Высокая твердость, износостойкость и прочность твердого сплава делают его идеальным материалом для изготовления режущих инструментов, штампов, деталей машин и других изделий, требующих долговечности в экстремальных условиях.
Заготовки из твердого сплава позволяют машинистам шлифовать, точить и обрабатывать твердый сплав для создания индивидуального инструмента, пресс-формы или штампа. Затем обработанная твердосплавная деталь может быть прикреплена к корпусу инструмента или основному материалу. Наличие стандартных твердосплавных заготовок упрощает производственный процесс по сравнению с изготовлением твердосплавной формы с нуля.
Твердосплавные заготовки обеспечивают однородность заготовки с жесткими допусками на размеры, такие как толщина и плоскостность. Однородные заготовки позволяют создавать прецизионные твердосплавные инструменты и штампы с точными техническими характеристиками.
Основные факторы, влияющие на выбор плоской заготовки из твердого сплава, включают:
- Состав (тип связующего и зерно твердого сплава)
- Класс (твердость и прочность)
- Размер зерна
- Чистота
- Допуски
- Покрытия
- Размеры и толщина
- Обработка поверхности
- Стоимость
В этом руководстве рассматриваются основные свойства, технические характеристики и области применения плоских заготовок из твердого сплава. Мы собрали подробную информацию в удобные таблицы и разделы для сравнения различных вариантов заготовок. Используйте приведенную ниже информацию, чтобы выбрать оптимальную плоскую заготовку из твердого сплава для ваших производственных нужд.
Состав Твердосплавные плоские заготовки
Твердосплавные заготовки состоят из твердого сплава и металлического связующего. Твердые зерна карбида обеспечивают износостойкость, а связующее вещество служит матрицей, удерживающей зерна вместе. Состав определяет конечные свойства и производительность.
Твердые сплавы
Для производства заготовок используется несколько видов твердого сплава. Наиболее распространенными являются:
| Тип твердого сплава | Формула | Свойства |
|---|---|---|
| Карбид вольфрама | УНИТАЗ | Высочайшая твердость и износостойкость |
| Карбид тантала | TaC | Высокая твердость при высоких температурах |
| Карбид титана | TiC | Высокая прочность и вязкость разрушения |
| Карбид кремния | SiC | Высокая теплопроводность |
Карбид вольфрама наиболее широко используется благодаря своей исключительной твердости, что делает его идеальным для обработки твердых материалов. Продвинутые сорта могут сочетать в себе несколько соединений карбида для оптимизации свойств.
Переплеты
Тип связующего влияет на прочность, вязкость и поведение при высоких температурах. К распространенным связующим относятся:
| Тип переплета | Состав | Характеристики |
|---|---|---|
| Кобальт | Co | Самый распространенный, обеспечивает прочность и жесткость |
| Никель | Ni | Более высокая прочность по сравнению с кобальтом |
| Хром | Cr | Добавлена для устойчивости к коррозии |
| Тантал | Та | Повышает твердость при высоких температурах |
| Ниобий | Nb | Повышает стойкость к разрушению |
Кобальт является наиболее популярным связующим материалом благодаря сочетанию прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Никелевая связка добавляется, когда требуется повышенная вязкость разрушения. Другие элементы усиливают специфические качества.
Свойства плоских заготовок из твердого сплава
Свойства твердосплавных заготовок зависят от зерен карбида, связующего, метода изготовления и других параметров. Вот основные характеристики, учитываемые при выборе марки:
| Недвижимость | Описание | Факторы |
|---|---|---|
| Твердость | Устойчивость к деформации, истиранию, резке | Тип карбида, размер зерна, связующее вещество |
| Жесткость | Способность поглощать удары без разрушения | Тип связующего, размер зерна |
| Прочность | Максимальное напряжение до разрушения | Содержание карбида, размер зерна |
| Износостойкость | Устойчивость к скользящему или трущемуся износу | Твердость, размер зерна |
| Теплопроводность | Способность проводить тепло | Тип карбида, чистота |
| Коррозионная стойкость | Устойчивость к негативному воздействию окружающей среды | Состав связующего, покрытия |
Твердость, износостойкость и вязкость разрушения имеют решающее значение для режущих инструментов и штампов. Теплопроводность также важна для отвода тепла от режущих кромок. Конкретные марки сбалансируют эти свойства для конкретного применения.
Производство Твердосплавные плоские заготовки
Производство твердосплавных заготовок включает в себя тщательно контролируемые процессы для достижения точных свойств материала. Вот основные этапы:
| Стадия производства | Описание |
|---|---|
| Фрезерование и смешивание | Отмеренные количества порошка карбида и связующего вещества измельчаются в однородную смесь. |
| Компактирование | Порошок прессуется в "зеленую" форму с помощью прессов с давлением до 4 000 фунтов на квадратный дюйм. |
| Агломерация | Зеленые формы нагреваются в вакуумной печи для сплавления зерен путем спекания. В результате структура становится более плотной. |
| Шлифование | Спеченная заготовка проходит прецизионную шлифовку с соблюдением жестких допусков по толщине, плоскостности, качеству поверхности и размерам. |
| Подготовка кромок | Края имеют фаски, скосы или закругления для защиты режущих кромок. |
| Покрытие | PVD, CVD и другие покрытия часто наносятся для повышения износостойкости или смазывающей способности. |
| Окончательная проверка | Детальный контроль позволяет убедиться в том, что заготовки соответствуют всем спецификациям. |
Точность на каждом этапе обеспечивает создание плотной, однородной микроструктуры с контролируемым размером зерна карбида и постоянными свойствами.
Виды плоских заготовок из твердого сплава
Заготовки классифицируются по твердости, вязкости и высокотемпературным характеристикам в соответствии со стандартизированными системами. Наиболее распространенными являются:
| Система оценок | Подробности |
|---|---|
| C Grades | Двухзначная система C в диапазоне от C1 до C8. Более высокие цифры означают более высокую твердость и более низкую прочность. |
| P Grades | Присваивается в зависимости от состава и размера зерен. P01 - крупнозернистый, а P50 - сверхмелкозернистый. |
| M Grades | Разработана для горных пуговиц. M10 - крупнозернистый, а M40 - мелкозернистый. |
| K Grades | Обозначает содержание кобальтового связующего от K05 до K40. Более высокие цифры содержат больше кобальта. |
В каждой системе, чем выше номер, тем меньше размер зерна и тем тверже и износостойче марка. Твердые сорта режут быстрее, но бритвенные. Более твердые сорта лучше выдерживают удары.
Покрытие, связующие вещества, размер зерна и другие переменные также влияют на свойства марки. Можно приобрести марки по индивидуальному заказу или запатентованные марки, сочетающие в себе идеальные свойства.
Размеры зерен твердосплавных заготовок
Размер зерна означает средний размер частиц карбида вольфрама в микроструктуре. Он существенно влияет на свойства и производительность заготовок. Стандартными размерами зерна являются:
| Размер зерна | Диапазон микрометров | Характеристики |
|---|---|---|
| Ультратонкий | <0,5 мкм | Высочайшая твердость и износостойкость |
| Субмикронный | 0,5 - 1 мкм | Очень твердый и прочный. |
| Fine | 1 - 2 мкм | Твердый и прочный для общего использования |
| Средний | 2 - 4 мкм | Более прочная и ударостойкая |
| Грубая | 4 - 8 мкм | Высочайшая прочность и устойчивость к разрушению |
| Очень грубая | >8 мкм | Наилучшая устойчивость к сильным ударам |
Более мелкие зерна повышают твердость и износостойкость. Более крупные зерна повышают вязкость и способность выдерживать силовые нагрузки без сколов. Ультрамелкие и субмикронные зерна лучше всего подходят для прецизионной обработки с небольшим усилием.
Размеры плоских заготовок из твердого сплава
Твердосплавные заготовки производятся стандартных размеров или нарезаются по заданным размерам. Типичными размерами являются:
| Форма | Общие размеры | |
|---|---|---|
| Квадраты | 1/2″, 3/4″, 1″, 1-1/4″, 1-1/2″ | |
| Прямоугольники | 1/2″ x 1″, 3/4″ x 1-1/2″, 1″ x 2″, 1-1/4″ x 3″ | |
| Диски/шайбы | 1/2″ OD x 1/4″ ID, 1″ OD x 1/2″ ID, 2″ OD x 1″ ID | |
| Нестандартные размеры | Доступны размеры до 8" x 8" |
Толщина обычно составляет 1/8", 1/4" или 3/8", но чаще всего встречаются 1/8" и 1/4". Соблюдаются точные допуски на размеры, параллельность, плоскостность и квадратность. Возможно изготовление заготовок нестандартных размеров.
Обработка поверхности твердосплавных заготовок
Шероховатость поверхности, измеряемая в Ra или RMS, влияет на эффективность применения. Распространенными видами отделки поверхности являются:
| Отделка поверхности | Диапазон Ra (мкн) | Типичные случаи использования |
|---|---|---|
| Как спеченный | 50 – 80 | Общее назначение |
| Наземная | 30 – 50 | Инструментальная оснастка с малыми допусками |
| Lapped | 5 – 20 | Прецизионная оснастка |
| Полированный | 1 – 10 | Зеркальная отделка |
| EDM | 5 – 10 | Сложные геометрии |
Гладкая поверхность улучшает эксплуатационные характеристики за счет снижения трения и адгезии в таких материалах, как алюминий. Очень тонкая полировка используется, когда требуется отражающая способность поверхности.
Покрытия для твердосплавных заготовок
Нанесение покрытий на поверхность заготовок улучшает такие свойства, как смазка, износостойкость, защита от коррозии и изоляционные способности. Распространенные покрытия для твердосплавных заготовок включают:
| Покрытие | Состав | Преимущества |
|---|---|---|
| TiN | Нитрид титана | Общая твердость, износостойкость и коррозионная стойкость |
| TiCN | Углеродный нитрид титана | Твердость плюс смазка |
| TiAlN | Нитрид титана и алюминия | Устойчивость к окислению при высоких температурах |
| Алмаз | DLC, CVD-алмаз | Низкое трение, высокая теплопроводность |
| Тефлон | Полимеры ПТФЭ | Снижение трения и адгезии |
Многослойные покрытия часто комбинируются для улучшения специфических характеристик. Нестандартные покрытия могут обеспечить оптимальные характеристики для конкретного применения.
Области применения твердосплавных плоских заготовок
Уникальные свойства твердого сплава позволяют использовать его в следующих областях:
| Промышленность | Приложения |
|---|---|
| Металлообработка | Режущие и формовочные штампы, пуансоны, оснастка |
| Деревообработка | Фрезы, насадки для пил, насадки для фрезера |
| Пластмассы | Пресс-формы для литья под давлением, экструзионные фильеры |
| Автомобильная промышленность | Формовочные штампы, калибры, приспособления |
| Аэрокосмическая промышленность | Режущие инструменты, быстроизнашивающиеся детали, пресс-формы |
| Медицина | Хирургические инструменты, стоматологические инструменты |
| Электроника | Обработка пластин, фильеры для волочения проволоки |
Твердость карбида при высоких температурах очень важна для резки и формовки металлов, где срок службы инструмента имеет решающее значение. Устойчивость к коррозии благоприятно сказывается на литье пластмасс и производстве электронных компонентов.
Различные марки твердого сплава обеспечивают баланс между прочностью и твердостью в зависимости от усилий, скоростей и условий эксплуатации.
Как выбрать марку и размер зерна твердого сплава
Выбор подходящей марки твердого сплава и размера зерна зависит от области применения и условий эксплуатации, в том числе:
- Твердость обрабатываемого материала - Для эффективной резки и обработки более твердых материалов требуется более мелкое зерно и высокая твердость. Твердые сплавы с ультрамелкими зернами лучше всего подходят для закаленных инструментальных сталей, керамических и композитных материалов.
- Скорость резки - При высоких скоростях выделяется больше тепла, поэтому требуются сорта, устойчивые к термическому размягчению. Мелкие и субмикронные карбиды имеют более высокую твердость в горячем состоянии.
- Ударные силы - Для применения в условиях вибрации или ударных нагрузок требуются более жесткие сорта со средним и крупным зерном, чтобы противостоять разрушению и сколам.
- Точность - Более мелкое зерно твердого сплава и более жесткие допуски позволяют изготавливать детали в соответствии с более жесткими техническими условиями.
- Окружающая среда - Коррозионные условия могут потребовать применения улучшенных связующих или покрытий для повышения устойчивости к окислению и химическим веществам.
Чтобы подобрать свойства твердосплавной заготовки в соответствии с условиями эксплуатации, рекомендуется проконсультироваться с инженерами-поставщиками. Это обеспечит оптимальные характеристики и производительность.
Стандарты на плоские заготовки из твердого сплава
Международные и национальные организации публикуют стандарты, регламентирующие технические характеристики, качество и испытания твердосплавных заготовок. Основными органами по стандартизации являются:
- ISO - Международная организация по стандартизации
- ANSI - Американский национальный институт стандартов
- ASTM - Американское общество по испытаниям и материалам
- JIS - Японские промышленные стандарты
Соответствующие стандарты на заготовки из твердого сплава включают:
- ISO 1832 - Структурированные марки твердого сплава
- ANSI B212.4-1986 - Испытания на твердость твердого сплава
- JIS R 1601 - Классификация и размер зерна
- ASTM B865 - Методы испытаний
Авторитетные производители проводят испытания твердосплавных заготовок в соответствии с этими стандартами для подтверждения марки, однородности твердости, размера зерна и других свойств.
Поставщики плоских заготовок из твердого сплава
Существует множество поставщиков, предлагающих широкий ассортимент твердосплавных заготовок. К числу ведущих мировых производителей относятся:
| Компания | Штаб-квартира | Классы | Покрытия | Услуги |
|---|---|---|---|---|
| Sandvik | Швеция | К, П, М, К | TiCN, AlTiN | Нестандартные заготовки |
| Kennametal | Соединенные Штаты | КС, ЛК | TiN, TiCN | Техническая поддержка |
| Ceratizit | Люксембург | CC, NN | TiAlN, DLC | Переработка карбида |
| Kyocera | Япония | Микрозерно, крупное | TiCN, TiN | Индивидуальное проектирование |
| Mitsubishi | Япония | От ультратонких до грубых | TiAIN, CVD Diamond | Нестандартные размеры |
Имеются также небольшие региональные поставщики. Сотрудничество с опытным поставщиком твердого сплава гарантирует получение оптимального сорта и заготовки для конкретных нужд. Они также предлагают дополнительные услуги, такие как индивидуальная обработка и нанесение покрытий.
Стоимость твердосплавных заготовок
Плоские заготовки из твердого сплава варьируются от $5 до $50 за фунт в зависимости от размера, марки, допусков и количества:
- Классы - Более мелкие зерна - субмикронные и ультрамелкие - стоят дороже, чем крупные. Нестандартные сорта с высоким содержанием кобальта также стоят дороже.
- Количество - Стоимость одной штуки варьируется от $1 до $4 для распространенных размеров. При заказе свыше 10-20 штук действуют оптовые скидки.
- Инструментальная оснастка - Заготовки с допуском 0,0005" стоят дороже, чем стандартные заготовки с допуском 0,001" - 0,002".
- Покрытия - Заготовки с покрытием стоят примерно на 10-20% дороже, чем без покрытия. Многослойные или экзотические покрытия увеличивают стоимость.
- Размер - Большие заготовки и заготовки нестандартных размеров часто имеют более высокую стоимость оснастки.
Чтобы найти оптимальное соотношение качества и стоимости для конкретного случая, рекомендуется получить предложения от нескольких поставщиков.
Плюсы и минусы Твердосплавные плоские заготовки
Преимущества:
- Высочайшая твердость для обеспечения износостойкости
- Сохраняет прочность и режущую способность при высоких температурах
- Устойчивость к коррозии и химическим повреждениям
- Позволяет обрабатывать очень твердые или абразивные материалы
- Постоянство свойств для прецизионных деталей
- Упрощает производство сложных геометрических форм
- Широкий ассортимент марок позволяет сбалансировать прочность и твердость
- Покрытия улучшают специфические характеристики
- Доступны стандартные и нестандартные размеры и геометрия
Ограничения:
- Дороже, чем заготовки из инструментальной стали или быстрорежущей стали
- Хрупкие, с риском раскола от ударов
- Требуется алмазная шлифовка из-за высокой твердости
- Тяжелее, чем другие инструментальные материалы
- Сложность обработки сложных внутренних элементов
- Покрытия могут расслаиваться под воздействием экстремальных сил
- При низком качестве твердого сплава может произойти вытягивание зерна
- Требуется особое обращение во избежание растрескивания
Вопросы и ответы
В: Какие марки твердого сплава наиболее часто используются?
О: Для общей обработки хорошим балансом являются марки C2, C4 и C6. Также популярны K10 и K20 с кобальтовыми связующими. Для работы в условиях сильного износа отлично подходят субмикронные марки P, а для прерывистого резания - прочные марки C8-C10.
Вопрос: В каких случаях следует использовать заготовки с покрытием и без покрытия?
О: Покрытия улучшают защиту от износа и смазывающую способность. Они рекомендуются для абразивных или липких материалов, таких как углеродистая сталь, алюминий и дерево. Для коротких тиражей обычно используются заготовки без покрытия.
В: Как изготавливаются заготовки из твердого сплава на заказ?
О: Нестандартные заготовки обычно вытачиваются по размеру из стандартных геометрических заготовок. Заготовки, изготовленные методом электроэрозионной обработки, позволяют получать сложные формы идентификаторов, но имеют более высокую стоимость. Миниатюрные заготовки требуют специальных процессов и проверок качества.
Вопрос: Что вызывает микросколы на твердосплавных заготовках?
О: Трещины образуются в результате ударных повреждений, напряжений при шлифовании или теплового контроля при перегреве. Правильное обращение, консервативные параметры шлифования и проверка на наличие трещин сводят риск сколов к минимуму.
В: Можно ли ремонтировать или повторно покрывать заготовки из твердого сплава?
О: В некоторых случаях возможно повторное нанесение покрытия или переточка заготовок. Ремонт поврежденных заготовок ограничен, но может стать альтернативой замене.
Вопрос: Каковы основные преимущества твердосплавных заготовок перед заготовками из быстрорежущей стали?
О: Твердый сплав сохраняет твердость и способность к резанию при более высоких температурах, чем быстрорежущая сталь, что позволяет работать на более высоких скоростях. Твердый сплав обладает превосходной износостойкостью, что продлевает срок службы при работе с абразивными материалами.
Заключение
Уникальные свойства твердого сплава делают его незаменимым материалом для прочной резки, обработки и формовки в различных отраслях промышленности. Плоские заготовки из твердого сплава служат основой для создания оптимизированных пользовательских инструментов и компонентов, повышающих производительность производства.
Выбор подходящей марки и размера зерна в соответствии с условиями эксплуатации является ключом к максимальной производительности заготовок. При выборе заготовок для конкретного применения рекомендуется проконсультироваться с техническими специалистами.
Покрытия, специальные сорта и мелкие зерна расширяют возможности твердого сплава для самых требовательных областей применения. По мере появления новых связующих и технологий сверхмелкого зерна твердосплавные заготовки будут продолжать улучшать производственные процессы, требующие точности, скорости и устойчивости к экстремальным условиям.
