TECHNOLOGIA METALI II MATERIAŁY W OBRÓBCE PLASTYCZNEJ

dr inż. Robert SkoblikPolitechnika GdańskaWydział Mechaniczny

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

Literatura1.Dobrucki W.: Zarys obróbki plastycznej metali. Katowice: Śląsk 19752.Dobrzanski L.A., Nowosielski R.: Metody badań metali i stopów. Badania własności fizycznych. Warszawa:

WNT 1987. 3.Erbel S., Kuczyński K., Marciniak Z.: Obróbka plastyczna. Warszawa: PWN 1986.4.Erbel S., Kuczyński K., Olejnik L.: Technologia obróbki plastycznej. Laboratorium. Ofic. Wyd. Pol.

Warszawskiej.Warszawa 20035.Kuczyński K., Erbel S.: Obróbka plastyczna. Laboratorium. Warszawa: Wyd. Politechniki Warszawskiej 1984.6. Marciniak Z.: Mechanika procesów tłoczenia blach. Warszawa: WNT 1961. 7.Marciniak Z.: Odkształcenia graniczne przy tłoczeniu blach. Warszawa: WNT 1971.8.Marciniak Z.: Konstrukcja tłoczników, Ośrodek Techniczny A. Marciniak Sp. z o.o, Warszawa 20029.Marciniak Z., Kołodziejski J.: Teoria procesów obróbki plastycznej. cz.II. Tłoczenie blach. Warszawa: Wyd.

Politechniki Warszawskiej 1983. 10. Mazurkiewicz A., Kocur L.: Obróbka plastyczna. Laboratorium. Wyd. Pol. Radomskiej. Radom 200611. Praca zbiorowa. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z technik wytwarzania. Odlewnictwo i obróbka

plastyczna. Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1984.12. Praca zbiorowa pod redakcją Erbla J.: Encyklopedia technik wytwarzania stosowanych w przemyśle

maszynowym Ofic. Wyd. Pol. Warszawskiej.Warszawa 2001. 13.Praca zbiorowa pod redakcją Sińczaka J.: Procesy przeróbki plastycznej – ćwiczenia laboratoryjne. Podstawy

teoretyczne i wykonawstwo ćwiczeń. Kraków: Wydawnictwa Naukowe AKAPIT 200114. Romanowski W.P.: Poradnik obróbki plastycznej na zimno. Warszawa: WNT 1976. 15.Skoblik R., Wilczewski L.: Odlewnictwo i obróbka plastyczna. Laboratorium. Gdańsk: Wyd. Politechniki

Gdańskiej 1997

Projektowanie procesów tłoczenia

Tłoczenie - szereg różnorodnych procesów obróbki plastycznej metali, realizowanych przede wszystkim na zimno, stosowanych do rozdzielania i kształtowania materiałów w postaci blach i innych elementów metalowych.

Tłoczenie przeprowadza się za pomocą oprzyrządowania zwanego tłocznikami, przeważnie na prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Ponieważ jeden z wymiarów (grubość) półwyrobu jest istotnie mniejszy od dwóch pozostałych - stan naprężenia (poza pewnymi wyjątkami) można uważać za płaski. Procesy tłoczenia, podczas których nie dochodzi do rozdzielania materiału stanowią oddzielną grupę (tzw. tłoczenie - kształtowanie).

Cięcie – jest to operacja rozdzielania materiału. Zaliczana jest do jednego z procesów obróbki plastycznej, polegającego na oddzielaniu jednej części materiału od drugiej. Cięcie stosowane jest najczęściej w obróbce materiałów, która polega na wytworzeniu takiego stanu naprężenia w żądanym miejscu, aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego przedmiotu.

Punktem wyjścia do projektowania są następujące dane:• rysunek konstrukcyjny przedmiotu oraz stawiane mu warunki techniczne,• funkcja przedmiotu i jego ewentualne współdziałanie w zespole,• wielkość produkcji,• dysponowany park maszynowy z wyposażeniem,• możliwości kooperacyjne.

Opracowanie procesu tłoczenia można podzielić na następujące etapy:• analiza technologiczności konstrukcji przedmiotu,• określenie kształtu i wymiarów półwyrobu wyjściowego,• wyznaczenie liczby i kolejności zabiegów przy tłoczeniu złożonym oraz krotności tłoczenia (rozmieszczenia wykrojów),• określenie wymiarów i tolerancji półwyrobów po każdej operacji,• wybór materiału wyjściowego i jego wykorzystanie,• dokonanie podstawowych obliczeń,• wybór maszyn do operacji tłoczniczych.

Technologiczność przedmiotu - jest to zespół cech, które pozwalają na osiągniecie najniższego kosztu wykonania, przy jednoczesnym zachowaniu wymagań kształtu, wymiarów, wytrzymałości, wykończenia, przydatności itp.

Poprawy technologiczności dokonuje się na drodze zmian konstrukcyjnych przedmiotu, zmniejszających koszt jego wykonania.Można to osiągnąć przez:• zmniejszenie zużycia materiału wyjściowego,• obniżenie pracochłonności wykonania (zmniejszenie liczby operacji, maszyn, tłoczników, oraz wprowadzenie mechanizacji lub automatyzacji).

Materiały stosowane na wyroby tłoczone i wyoblane

Materiał stosowany do wykonania przedmiotów tłoczonych powinien odpowiadać:-przeznaczeniu,-warunkom eksploatacyjnym,- wymogom technologicznym, wynikającym z charakteru odkształcenia.Na własności technologiczne materiałów walcowanych na zimno i wykorzystywanych w tłocznictwie, ma:- wielkość odkształcenia przy walcowaniu,- charakter obróbki cieplnej,- strukturalna postać węgla (ujemny wpływ strukturalnie swobodnego cementytu),- wielkość i kształt ziaren ferrytu,- stan powierzchni (brak linii poślizgu przy odkształceniu) decydujący o jakości powierzchni - braku pasów na blasze. Szczególnie w odniesieniu do materiałów poddawanych głębokiemu ciągnieniu i o strukturze gruboziarnistej, gdzie na powierzchni powstaje tzw. „skórka pomarańczowa".

Własności technologicznych materiałów do tłoczenia można scharakteryzować wyznaczając wskaźniki plastyczności:• przewężanie względne Z podczas rozciągania (rzadko stosowane w przypadku blach, z powodu trudnego określenia, częściej parametry n i R);• równomierne wydłużenie względne er, lub odpowiadające mu równomierne przewężenie względne Zr;• stosunek granicy plastyczności Re do wytrzymałości na rozciąganie Rm (im mniejszy jest stosunek R e/Rm tym większe jest przewężenie Zr.).

Biorąc pod uwagę zdolność do odkształceń plastycznych materiały stosowane do tłoczenia klasyfikuje się na grupy:- materiały małoplastyczne - bardzo mało umacniające się; Zr= 0,10-0,15 (np. stal o średniej zawartości węgla typu (35) do (50), stal 12HMN i inne);- materiały średnioplastyczne - mało umacniające się; Zr = 0,15-0,20 (stale typu (20) do (30), stale chromowo-niklowe, aluminium o znacznym stopniu umocnienia);- materiały plastyczne - średnio umacniające się; Zr = 0,20-0,25 (stale niskowęglowe typu (08), (10), (15), mosiądz, wyżarzone aluminium);materiały bardzo plastyczne - silnie umacniające się; Zr = 0,25-0,30 (stal 1H18N9T po przesycaniu, wyżarzona miedź, stopy tytanu, stopy permalloy i kowar).

Tablica 1 Przykłady technologicznego zastosowania blachy stalowej i jej własności mechaniczne [3]

Zastosowanie Wytrzymałość na rozciąganie

Rm

(MPa)max

WydłużenieAO

(%)min

Twardość HBmax

Głębokośćwytłoczenia

(tłocznośćwg Erichsena)

(mm)min

Wykrawanie płaskich przedmiotów 650 l -5 84-96 6-7

Wykrawanie, prostegięcie pod kątem 90°w poprzek włókienz dużym promieniemgięcia(r>29)

500 4-14 75-85 7-8

Płytkie ciągnieni i wy gniatanie. Gięcie o kąt 180° w poprzek włókien lub o kąt 90° wzdłuż włókien z promieniem gięcia r>0,5g

420 13-27 64-74 8-9

Głębokie ciągnienie (dopuszczalne linie pośli zgu). Gięcie o kąt 180° we wszystkich kierunkach

z promieniem gięciar < 0,5g

370 24-36 52-64 9-10

Głębokie ciągnięcie (nie znaczne linie poślizgu).

Gięcie o kąt 180° wewszystkich kierunkachz promieniem gięciar<0,5g

330 33-45 38-52 10-12

Do najczęściej stosowanych materiałów metalowych należą blachy i taśmy z miękkiej stali węglowej, miedzi i jej stopów, stopów aluminium, cynku, niklu i tytanu.Oprócz tego przez tłoczenie na zimno obrabia się mniej rozpowszechnione metale i stopy jak:• molibden i jego stopy;• tantal i jego stopy;• specjalne stopy Ni - Co (inwar, platynit, kowar i inne);• beryl, cyrkon i ich stopy;• metale szlachetne (złoto, srebro).

Stal. Stal węglowa o małej zawartości węgla (0,05% - 0,15%) nadaje się dobrze do tłoczenia za pomocą gięcia, ciągnięcia, wygniatania i innych procesów, w których wymagane są dobre własności plastyczne materiałów.Do tłoczenia stosuje się cienkie blachy stalowe (o grubości do 4,75 mm) wg PN-EN 10130+A1:1999. Wymiary tych blach podane są w normie PN-EN 10131:1998.W zależności od jakości powierzchni rozróżnia się 4 rodzaje blach cienkich, stalowych do tłoczenia: I, II, III, IV. Rodzaj I odpowiada najwyższej jakości powierzchni.Ze względu na możliwość wykorzystania powierzchni arkusza norma PN-81/H-92131 rozróżnia dwie klasy jakości blach:• blachy całkowicie odpowiadające wymaganiom normy;• blachy z wadami powierzchni skupionymi na 1/4 powierzchni arkusza. [10]

Ze względu na przydatność do tłoczenia rozróżnia się sześć kategorii cienkich blach (PN-EN 10130+A1:1999):P - blacha płytko tłoczna;T - blacha tłoczna;G - blacha głęboko tłoczna;B - blacha bardzo głęboko tłoczna;SB - blacha na trudne wytłoczki o złożonym kształcie;SSB - blacha na bardzo trudne wytłoczki, złożonym kształcie, dużym odkształceniu podczas tłoczenia.Na wyroby tłoczone stosowane też są blachy ze stali nierdzewnej wg normy PN-EN 10088-1-3:1998. Bednarka stalowa, stosowana na wyroby tłoczone, jest wytwarzana ze stali St0S lub St2S. Grubość bednarki wynosi 1,5-5 mm, a szerokość 20 - 300 mm. Wymiary podaje norma PN-76/H-92325.Taśmy stalowe do tłoczenia są walcowane na (PN-92/H-92327) ze stali nisko-węglowej w trzech klasach (klasa I, II, III) określających dopuszczalne wady powierzchni (wgniecenia, zadrapania, chropowatość itp.). Klasie I odpowiada najwyższa jakość powierzchni. [10]

Ze względu na stan powierzchni rozróżnia się taśmy stalowe:Cl, C2 - powierzchnia ciemna;S l - powierzchnia jasna;S2 - powierzchnia czyszczona;S3 - powierzchnia polerowana;S4 - powierzchnia szlifowana;S5 - powierzchnia szlifowana i polerowana.Ze względu na stan utwardzenia lub obróbki cieplnej taśma stalowa może być:G - głęboko tłoczna;M. - miękka;PM - półmiękka;PZ - półtwarda;Z - twarda.Wytwarzane są taśmy o grubości 0,1-4,0 mm i szerokość 44-300 mm.

Do produkcji tłoczeniem wprowadzono również blachy stalowe lakierowane lub pokryte tworzywem sztucznym. Blachy te nadają się do produkcji płaskich wyrobów, oraz przestrzennych nie wymagających głębokich tłoczeń. Należy również wspomnieć o blachach nierdzewnych polerowanych charakteryzujących się mniejszymi oporami kształtowania wyrobu. Nowym materiałem jest również blacha stalowa lub aluminiowa pokryta kolorowym tworzywem PCV. Powłoka o gru bości 0,36 mm charakteryzuje się wysoką odpornością na zużycie, korozję, działanie kwasów. Materiał ten tłoczy się w zwykłych tłocznikach bez uszkodzenia powłoki.[10]

Ze względu na dokładność wykonania wymiarów grubości wymienić należy trzy grupy:1) blachy zwykłej dokładności wykonania grubości - bez wyróżnika - dla grubości 0,8 mm dopuszczalna odchyłka grubości ±0,09 mm,2) blachy o podwyższonej dokładności wykonania grubości - z wyróżnikiem „pg" - dla gru bości 0,8 mm dopuszczalna odchyłka grubości ±0,07 mm,3) blachy o wysokiej dokładności wykonania grubości - z wyróżnikiem „wg" - dla grubości 0,8 mm dopuszczalna odchyłka grubości ±0,06 mm. Przykładowe oznaczenie blachy przeznaczonej na nadwozia samochodów la-m-SSB 0.8 wgX1500X3000.Jest to blacha w arkuszach, rodzaju i jakości powierzchni (la), o matowym (m) stopniu wykończenia powierzchni, z przeznaczeniem na szczególnie trudne wytłoczki (SSB), pierwszej jakości, o grubości 0,8 mm, wysokiej dokładności wykonania wymiaru grubości (wg), o szerokości 1500 mm i długości 3000 mm.

Tabela . Własności mechaniczne i technologiczne blach stosowanych w procesach tłoczenia wg PN-87/H-92143 i PN-81/H-92121 [13]

Kategoria blach

Grubość blachy

Własności mechaniczne i technologiczne

R0,2 Rm A50

(dla g < 2 mm, lo = 50 mm,

bo= 12,5 mm)

Rmin.

nmin.

IE20

(min.)(dla

g = 0,8 mm)

mm MPa % - - mm

USB 0,6 - 2,0 - - - 1,5-1,4 0,2 -

SSB0,5-2,5

>150 280 - 340 38 - - 10,40

SB >150 280-350 35 - - 10,20B - 250-390 32 - - 10,00G - 250-410 28 - - 9,50T - 250-410 25 - - 9,30P - do 490 23 - - 7,80

Miedź i jej stopy nadają się dobrze do tłoczenia. Blachy, pasy i taśmy wykonuje się z prawie czystej miedzi ojej zawartości 99,96%; 99,7%; 99,5% wg PN-EN 1652:1999.Własności mechaniczne i tłoczność blach i pasów mosiężnych podaje normę PN-EN 1652:1999. Spośród różnych gatunków mosiądzów podanych w normie do obróbki plastycznej najbardziej nadają się mosiądze oznaczone M60 i M63.

Aluminium i jego stopy bardzo dobrze nadają się do obróbki plastycznej. Stosowane są szeroko do produkcji sprzętu gospodarstwa domowego, zwłaszcza do tłoczenia i wyoblania naczyń kuchennych. Rodzaje, gatunki i własności mechaniczne blach i taśm aluminiowych opisują normy PN-87/H-92741 i PN-87/H 92833. Spośród bardzo wielu stopów aluminium jako bardzo podatne do obróbki plastycznej należy wymienić stopy: PA l, PA 2, PA 4, PA 11.

Materiały niemetalowe. W tłocznictwie przerabia się wiele materiałów nieme talowych i tworzyw sztucznych. Ogólnie materiały te dzieli się na dwie grupy:l. materiały przekładkowe: papier, karton, preszpan, skóra, filc, wojłok, guma, tkaniny gumowane, tkaniny bawełniane i tkaniny wełniane;2. materiały konstrukcyjne elektroizolacyjne i cieplnoizolacyjne:a) tworzywa sztuczne warstwowe np.: tekstolit, laminaty;b) tworzywa sztuczne lite np.: celuloid, PCV, PE;c) tkaniny i wyroby azbestowe;d) mika

Znaczny rozwój przetwórstwa blach, związany z rozwojem motoryzacji, nowych technologii i materiałów stosowanych do tłoczenia, wyznacza kierunki nowych badań i poszukiwań. Kryteria jakim muszą odpowiadać nowoczesne materiały, można ująć następująco:- tłoczność,- możliwość stosowania w automatycznych liniach produkcyjnych, - odporność na korozję,- wytrzymałość,- estetyka i funkcjonalność.

Typ blachy CharakterystykaBlachy głęboko tłoczne, karoseryjne Rm< 400 MPa; A5o> 45 %; r„> l .75Blachy tłoczne ze stali o podwyższonej wytrzymałości

O8JNb - stal mikrostopowa (Rm ok. 450 MPa) Stale umocnione roztworowo i dyspersyjnie: 08JVN - stal mikrostopowa (R^ ok. 500 MPa) 08JNbVN - stal martenzytyczno-ferrytyczna (Rm, ok. 800MPa) Stal ze zwiększonym dodatkiem manganu: 08G3A - stal martenzytyczno-ferrytyczna (Rm ok. 900 MPa)

Blachy z materiałów typu IF i BH oznaczone jako: DQ-R=1.5,n=0.21, DDQ-R =1.8, n =0.23, EDDQ-R=2.2,n=0.25, S-EDDQ-R=2.7,n=0.27 Przykładowe własności w tabeli 12.2: ULC BH180; IF180; IF220; IF260

Blachy do elektrolitycznego i ogniowego cynkowania; szczególne mała zawartość (C) (ULC) już od 20 ppm, do 0.003 - 0.006% max. do 0.08%; bardzo dobra tłoczność, zdolność pochłaniania energii przy dynamicznym odkształceniu, umocnienie przy wypalaniu lakieru; umocnienie roztworowe i dyspersyjne

Blachy głęboko-tłoczne, pokrywane powłokami metalicznymi, foliami lub lakierami

Trudności przy kształtowaniu - nietrwałość powłok ochron nych lub dekoracyjnych

Blachy platerowane, wielowarstwowe, z przekładkami z tworzyw sztucznych

Do specjalnych zastosowań, zarówno o specjalnych wymaganiach wytrzymałościowych jak również specjalnych wa runkach pracy

Blachy perforowane Na specjalne konstrukcje - ażurBlachy łączone - Tailored Blanks Łączone blachy o różnych grubościach i różnych własnościach

Tabela. Materiały do tłoczenia i ich charakterystyka [13]

Metody oceny przydatności blach do tłoczenia

Tłoczność - terminem tym określa się plastyczną odkształcalność blachy, rozumianą jako technologiczną jej przydatność do plastycznego kształtowania i stanowiącą o zdolności blachy do odkształceń plastycznych i łatwości przyjmowania żądanego kształtu w określonej operacji.

Jako pierwszy w roku 1900 K. Musiol opisał mechanizm odkształceń występujących przy tłoczeniu blach bez pocienienia i podał granice odkształcenia dla określonego materiału. Granicę, do jakiej można dokonywać tłoczenia próbki określił za pomocą tzw. granicznego współczynnika tłoczenia:

mmim= dst/Dmax

gdzie:Dmax to maksymalna średnica krążka wyjściowego, z której można otrzymać miseczkę bez kołnierza przy tłoczeniu stemplem o średnicy dst.

Własności technologiczne blach tłocznych i głębokotłocznych są w określone przez ich własności mechaniczne, zależne od składu chemicznego, struktury i wielkości ziarna, stopnia odkształcenia i rodzaju obróbki cieplnej.

Spośród cech materiałowych, które mogą wywierać wpływ na tłoczność blachy za najważniejsze uważa się:1. zdolność do umacniania,2. czułość na prędkość odkształcenia,3. jednorodność,4. anizotropię normalną.

Wpływ umocnienia

Krzywe umocnienia dla różnych materiałów [10]

Krzywe umocnienia dla dwóch materiałów o różnym współczynniku wzmocnienia [10]

Krzywe umocnienia dla dwóch materiałów o różnej czułości na prędkość odkształcania [10]

Wpływ anizotropii normalnej

Anizotropia płaska jest stosunkiem ekstremalnych odkształceń w dwóch kierunkach leżących w płaszczyźnie blachy. Mała anizotropia płaska jest korzystna, gdyż umożliwia przy głębokim tłoczeniu uniknięcie tzw. „uch", powstających w wyniku anizotropii odkształcenia.

Anizotropia normalna jest stosunkiem odkształcenia w dwóch kierunkach wzajemnie prostopadłych, (normalnych do działającego naprężenia rozciągającego, jeden z nich jest prostopadły do powierzchni blachy). Korzystna jest natomiast duża anizotropia normalna, ponieważ tłoczenie odbywa się przy niewielkim, lokalnym pocienieniu blachy i tym samym opóźnia pojawienie się pęknięcia. Można więc powiedzieć, że blacha przeznaczona do głębokiego tłoczenia powinna mieć dużą ciągliwość, zdolność do umocnienia i anizotropię normalną. Własności takie uzyskuje się przez wytworzenie odpowiedniej tekstury; np. dla blach karoseryjnych najkorzystniej byłoby wytworzyć teksturę {110}, najczęściej jednak występuje tekstura {111}, również korzystna.

Przykład figury anizotropii płaskiej blachy [l0]

Elipsy plastyczności dla materiału izotropowego R=l i anizotropowego R>1

Tablica. Wpływ różnych cech materiału na tłoczność blachy w różnych operacjach [10]

Nazwa operacji Umocnienie Anizotropia normalna

Jednorodność Czułość na prędkośćodkształcania

Jednoosiowe rozciąganie + + +Dwuosiowe rozciąganie + - + +Wytłaczanie + + + -Przetłaczanie - + + -

Stale narzędziowe

Stal narzędziowa – stal do produkcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych oraz odpowiedzialnych uchwytów. Stale narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością, odpornością na ścieranie, niewielką odkształcalnością i niewrażliwością na przegrzanie. Cechy te osiąga się przez wysoką zawartość węgla i odpowiednią obróbkę cieplną przy narzędziach mało odpowiedzialnych oraz użycie odpowiednich dodatków stopowych połączone z odpowiednią obróbką cieplną w przypadku odpowiedzialnych narzędzi. Stale narzędziowe dzieli się na: - stale narzędziowe węglowe - stale narzędziowe stopowe

- stale do pracy na zimno - stale do pracy na gorąco

- stale szybkotnące

Stal narzędziowa węglowa

Stal narzędziowa węglowa – stal narzędziowa, która nie posiada większej ilości dodatków stopowych oprócz węgla, którego zawartość mieści się w granicach 0.5% - 1.3%. Innymi cechami odróżniającymi stale węglowe narzędziowe od stali konstrukcyjnej jest zmniejszona zawartość manganu i drobnoziarnistość. Od większości stali narzędziowych węglowych wymaga się, by były płytkohartujace. Na mniej odpowiedzialne narzędzia stosuje się tańszą stal głęboko hartującą się. Płytkie hartowanie jest pożądane, gdyż zapewnia twardość powierzchni narzędzia, przy jednoczesnej wytrzymałości rdzenia narzędzia na uderzenia. Polska Norma PN-XX/H-85020 podaje szereg stali narzędziowych węglowych: N5, N6, N7, N7E, N8, N8E, N9, N9E, N10, N10E, N11, N11E, N12, N12E, N13, N13E. Litera N jest ogólnym oznaczeniem stali narzedziowych, liczba koduje średnią zawartość węgla z mnożnikiem 10 (np. dla N11, zawartość węgla leży w granicach 1.05% - 1.14%). Symbol E na końcu oznacza, że stal jest płytko hartujaca się.

Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno

Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno – stal stopowa narzędziowa stosowana na narzędzia do obróbki skrawaniem i plastycznej, które mogą się tylko nieznacznie nagrzewać w czasie pracy. Tego rodzaju stali używa się także do produkcji przyrządów pomiarowych. Od stali do pracy na zimno wymaga się, by zachowała swoje właściwości do temperatury +200 °C.Stale te dzieli się następujące grupy:

Stal do hartowania w wodzie NW1 posiada wysoką zawartość węgla (1.1% - 1.25%) oraz dodatek wanadu (1.0% do 1.5%), przeznaczona jest na narzędzia tnące do cięcia papieru, gumy, noże krążkowe, wiertła, rozwiertaki, frezy, punktaki, przebijaki, gwintowniki, narzynki, piły tarczowe, piły ręczne, stemple do bicia monet, narzędzia grawerskie. Stale do hartowania w oleju NC10, NC11, NWC, NWM, NC6, NC4 o dużej zawartości węgla, w niektórych do ponad 2.0% oraz chromu (od 1% do 13%). Charakteryzują się niewielkimi odkształceniami podczas hartowania i wysoką odpornością na ścieranie. Używane do wytwarzania pierścieni do przeciągania, noży do nożyc, kowadeł, wykrojników, rolek do walcowania na zimno, narzędzi do cięcia kamienia, narzędzi do ciągnięcia drutu, gratownic, narzędzi do wyrobu gwoździ, przymiarów, form do tłoczenia i wtryskiwania tworzyw sztucznych.

Stale na narzędzia pneumatyczne NZ3 i NZ2 o niskiej zawartości węgla (od 0.2% do 0.6%), podwyższonej zawartości krzemu (0.8% do 1.0%) oraz z dodatkami chromu, wanadu i wolframu. Wymagana duża twardość powierzchniowa i odporność na ścieranie lecz przy tym odporność na uderzenia. Używane na ostrza młotów pneumatycznych lub inne podobne urządzenia. Stal na piły NCV1 używana na wszelkiego rodzaju piły.

Stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco Stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco - stal stopowa narzędziowa stosowana na narzędzia do obróbki plastycznej na gorąco i do budowy form odlewniczych narażonych na bardzo wysokie temperatury w czasie pracy. Wymaga się, by stale te zachowały swoje właściwości do temperatury +600°C. Osiąga się to poprzez zastosowanie wolframu i molibdenu jako dodatków stopowych nawet do 8% - 10%, jak to ma miejsce przy stali WWV. Polska Norma wymienia szereg stali do pracy na gorąco, miedzy innymi WCMB, WNL, WCL, WCLV, WLV, WLK, WWS1 i WWV. Zawartość w nich węgla należy do zakresu 0.25% - 0.6%, chromu 1.5%– 4.0%, molibdenu i wolframu 1.0% do 10.0%, manganu w zakresie 1.0%, krzemu 0.2% - 1.2%, są także obecne pewne dodatki wanadu, berylu, kobaltu i niklu. Najczęstszymi zastosowaniami stali narzędziowych do pracy na gorąco jest wytwarzanie: matryc do pras i kuźniarek, stempli do spęczniania, trzpieni i ciągadeł do przeciągania na gorąco rur i prętów, bębnów walcarek, noży, przebijaków do gorących blach itp.

Stal szybkotnąca Stal szybkotnąca - stal stopowa narzędziowa używana do wytwarzania narzędzi do obróbki skrawaniem przy dużych prędkościach skrawania. Wymaga się od nich zachowania twardości i kształtu, aż do temperatury +600°C. Cechę tę realizuje się przez zastosowanie dodatków stopowych - węgla 0.75% - 1.3%chromu 3.5 % - 5.0%, wolframu 6% - 19%, wanadu 1.0% - 4.8%, molibdenu 3.0% do 10%, a w niektórych gatunkach także i kobaltu 4.5% - 10.0%, oraz odpowiednią obróbkę cieplną. W jej czasie dokonuje się wyżarzania, tak by dodatki stopowe utworzyły związki z węglem, tzw. węgliki, które w znacznym stopniu muszą się rozpuścić w ferrycie. Wymaga to bardzo uważnej i długotrwałej obróbki.Polska Norma wymienia szereg stali szybkotnących, miedzy innymi SW18, SW7M, SW12C, SKC, SK5V, SK5M, SK8M, SK10V. Stal szybkotnącą używa się do wytwarzania noży tokarskich, frezów, wierteł i innych narzędzi skrawających nagrzewających się w czasie pracy do wysokich temperatur.

PN EN W.nr AISINC6 - - -NC10 - - -NC11 X210Cr12 1.2080 ~D3

NC11LV X160CrMoV12 1 1.2379 D2

NMV 90MnV8 1.2842 O2NW1 - 1.2414 F1NZ2 45WCrV8 1.2542 S1NZ3 55WCrV8 1.2550 ~S1N8E CT80 1.1525 ~W1-8AN9E CT90 1.1830 W1-81/2AN12E CT120 1.1663 W1-111/2AWCL X37CrMoV51 1.2343 H11WCLV X40CrMoV511 1.2344 H13WNL ~55NiCrMoV7 1.2713 ~L6WLV 30CrMoV1211 1.2365 H10SW7M HS6-5-2 1.3343 M2SW18 HS18-0-1 1.3355 T1SK10V HS10-4-3-10 1.3207 -

STAL NARZĘDZIOWA

NMV - stal narzędziowa przeznaczona na noże, stemple, wykrojniki, płyty tnące o złożonym kształcie, rozwiertaki, przeciągacze, gwintowniki, narzynki, szczęki do nacinania gwintu, frezy do drewna oraz noże talerzowe do cięcia papieru i skóry.NZ3 - stal narzędziowa przeznaczona na przebijaki, przecinaki, matryce, stemple, noże do cięcia drewna i metali, dłuta pneumatyczne, przecinaki, matryce do pracy na zimno, formy do gięcia, rolki do prostownic.N8E - Stal narzędziowa niestopowa na matryce i stemple do pracy na zimno, dłuta i piły taśmowe do drewna, przebijaki, noże do nożyc do cięcia na zimno.N9E - Stal narzędziowa niestopowa. Narzędzia do obróbki twardego drewna i niektórych stopów o dobrej skrawalności, np. gwintowniki i rozwiertaki, oraz niektóre matryce do pracy na zimno.N10E - Stal narzędziowa niestopowa. Narzędzia skrawające z małą szybkością, niezbyt obciążone: wiertła, frezy, rozwiertaki, narzynki, gwintowniki, piłki do metali, matryce, stemple, znakowniki, płyty okrojnikowe, wykrojnikowe, oraz narzędzia do obróbki kamieni.

Współcześnie stale narzędziowe, szczególnie te wysokiej jakości, wypierane są przez stellit i węgliki spiekane. StellitStellit - stop odlewniczy kobaltu – do 10%, chromu - 25 %do 30% i wolframu 35% - 50% zawierający często także domieszki węgla – 2% do 4%, żelaza i molibdenu. Stellity charakteryzują się bardzo wysoką twardością, do 60HRC, a zarazem kruchością, wykazują dużą odporność na ścieranie i na wysokie temperatury (do 900°C). Produkty ze stellitu odlewa się i nie wymagają one żadnej obróbki cieplnej. Stellity wykorzystuje się do produkcji najwyższej jakości narzędzi, części silników spalinowych oraz innych elementów pracujących w ekstremalnych warunkach ciepłych. Stellity wzięły swoją nazwę od stelle, co w łacinie oznacza "gwiazda". Badacze struktur zauważyli bowiem charakterystyczne gwiazdy o ostro zarysowanych kształtach w strukturze mikro badanych przekrojów stopów kobaltu.

Węglik spiekany

Węglik spiekany – materiał konstrukcyjny uzyskany z węglików takich metali jak wolfram, tytan, rzadziej tantal, niob, cyrkon, chrom metodami metalurgii proszkowej. Rozdrobnione węgliki ulegają sprasowaniu, przy wysokich temperaturach i ciśnieniu. Spoiwem węglików spiekanych jest kobalt, czasem nikiel lub wanad. Elementy wykonane z węglików spiekanych charakteryzują się wysoką odpornością na ścieranie, twardością i są mniej kruche od stellitów. Węgliki spiekane zachowują swoje charakterystyki do temperatury 1000°C. Zastosowane jako narzędzia do obróbki skrawaniem pozwalają na wielokrotne zwiększenie prędkości skrawania. Nadają się do obróbki skrawaniem takich materiałów jak porcelana, stal hartowana, żeliwo białe itp. Używane są także do zbrojenia narzędzi górniczych.

Wadą węglików jest ich kruchość oraz wysoka cena, co powoduje, że z reguły nie wykonuje się z tego materiału całego narzędzia a tylko niewielkie płytki przytwierdzone do korpusu narządzi skrawających w miejscu ostrza i do tego celu są używane najczęściej. Z korpusem mogą być łączone:trwale, przez lutowanie – po zużyciu płytki są wtedy ostrzone, co jest operacją czasochłonną i kosztowną; rozłącznie, przez różnego rodzaju mechaniczne mocowanie (płytki wieloostrzowe) – po zużyciu zmienia się ostrze lub wymienia płytkę. Płytki wieloostrzowe najczęściej powleka się warstwami TiC, TiC i Al2O3, TiC i Al2O3 i dodatkowo trzecia warstwa TiN lub wielowarstwowo w różnych kombinacjach tych materiałów. Istnieje metoda dodatkowego zwiększenia trwałości płytki przez nagniatanie. Węglików spiekanych używa się także do wytwarzania oczek przeciągarek i głowic wiertniczych.

Gatunek Skład chemiczny

± 0,2 %

Twardość HV

Wytrzymałość MPa

K10 WC 94%, Co 6 % 1 600 1 800

K20 WC 94 %, Co 6 % 1 500 2 000

K30 WC 91%, TaC 1%, Co 8 % 1 500 2 300

B25 WC 90,5 %, Co 9,5% 1 250 2 500

P10 WC 78%, TiC 16%, Co 6% 1 600 1 450

Własności węglików spiekanych

Stale szwedzkie

nazwa stali Polska norma (PN)

norma AISI DIN zastosowanie

ARNE NMWV O1 1.2510 do pracy na zimno

RIGOR NCLV A2 1.2363 do pracy na zimno

SVERKER 21 NC11LV D2 1.2379 do pracy na zimno

SVERKER 3 NC11 + W (D6) (1.2436,1.2080)

do pracy na zimno

SLEIPNER do pracy na zimno

CALMAX 1.2358 do pracy na zimno

CARMO 1.2358 do pracy na zimno

COMPAX S7 do pracy na zimno

ROLTEC (semi proszkowa)

do pracy na zimno

WEARTEC (semi proszkowa)

do pracy na zimno

VENADIS 4 (stal proszkowa)

do pracy na zimno

VENADIS 6 (stal proszkowa)

do pracy na zimno

VENADIS 10 (stal proszkowa)

do pracy na zimno

VENADIS 23 (stal proszkowa::ASP2023)

(SW7M) M3:2 1.3344 do pracy na zimno

VENADIS 30 (stal proszkowa) M3:2+Co do pracy na

zimnoVENADIS 60 (stal proszkowa) (SK10V) do pracy na

zimno

FERMO do pracy na zimno

CHIPPER (1.2631) do pracy na zimno

TGH 2000 do pracy na zimno

W ostatnich latach, obok różnych metod obróbki cieplnej, chemicznej i elektrochemicznej stosowanych do modyfikacji powierzchni narzędzi, polepszających ich odporność na ścieranie i duże naciski powierzchniowe, rozwijane są metody fizyczne, w których wykorzystuje się strumienie jonów generowanych w próżni, zarówno do modyfikacji warstwy wierzchniej jak i do wytwarzania warstwy nowego materiału na powierzchni narzędzi. Do tych propozycji, coraz częściej stosowanych w warunkach przemysłowych, zaliczyć można:- technikę inplantacji jonowej, która polega na wprowadzeniu do warstwy wierzchniej atomów obcych w postaci jonów o energii rzędu kilkudziesięciu keV, technikę znaną pod nazwą platerowanie jonowe, w której strumień jonów, generowanych w dziale jonowym jest wykorzystywany do wytworzenia warstwy nowego materiału i/lub zmiany struktury powierzchni,- technikę jonowego rozpylania, gdzie strumień jonów bombardujący tarczę powoduje rozpylenie jej materiału, który następnie kondensuje się na powierzchni obrabianego deta lu, ulepszanego narzędzia,- technikę łukową, w której stałoprądowy łuk elektryczny powoduje odparowanie materiału, źródła katody a następnie osadzenie tego materiału na powierzchni obrabianego narzędzia.

Wymienione techniki modyfikacji powierzchni stosuje się często z udziałem reagentów chemicznych, takich jak: tlen, węgiel czy azot, co umożliwia wytworzenie na powierzchni związków chemicznych tych pierwiastków, takich jak: tlenki, węgliki czy azotki, a nawet po włoki diamentopodobne. Prezentowane metody mają już częściowe zastosowanie przemysłowe. Oczywiście różnią się znacząco kosztami ich wprowadzania. Należy oczekiwać, że pojawią się rozwiązania łączące zalety poszczególnych metod, a eliminujące ich niedogodności.