Het selecteren van het juiste gereedschapsmateriaal op basis van het bewerkingstype en het werkstukmateriaal, waardoor een match tussen het gereedschap en de werkstukmaterialen wordt gegarandeerd, is een algemene kennis in de verspanende industrie. De exacte voorwaarden die nodig zijn voor deze matching worden echter niet universeel begrepen. Hieronder bespreken we hoe gereedschaps- en werkstukmaterialen overeenkomen in termen van mechanische, fysische en chemische eigenschappen.
Matchen van de mechanische eigenschappen van gereedschap en werkstukmaterialen
Mechanische eigenschappen omvatten voornamelijk ontwerpparameters zoals sterkte, taaiheid en hardheid voor zowel het gereedschap als het werkstuk. Verschillende gereedschapsmaterialen zijn gerangschikt in afnemende volgorde van buigsterkte: snel-snelstaal, hardmetaal, keramische gereedschappen, diamant- en kubieke boornitridegereedschappen; in afnemende volgorde van taaiheid: snel-snelstaal, hardmetaal, kubisch boornitride, diamant en keramisch gereedschap; en in afnemende volgorde van hardheid: diamantgereedschappen, kubisch boornitridegereedschap, keramisch gereedschap, gecementeerd carbide en snel-snelstaal.
Door verschillen in mechanische eigenschappen kunnen gereedschappen zich aanpassen aan de bewerkingsbehoeften van verschillende werkstukmaterialen. De hardheid van het snijgereedschap moet hoger zijn dan die van het werkstuk dat het bewerkt. Daarom vereisen werkstukmaterialen met een hoge-hardheid snijgereedschappen met een nog hogere hardheid. Over het algemeen geldt dat hoe hoger de hardheid van het snijgereedschapsmateriaal, hoe beter de slijtvastheid ervan, maar de sterkte en taaiheid zullen worden beïnvloed. Gereedschappen met een hoge-hardheid en hoge-slijtvastheid- worden over het algemeen gebruikt voor voorbewerken, terwijl gereedschap met een iets lagere hardheid over het algemeen wordt gebruikt voor nabewerken.
Bovendien zijn snijgereedschappen met uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge- temperaturen uitstekende keuzes voor snijden met hoge- snelheden. Keramische snijgereedschappen bezitten bijvoorbeeld de bovengenoemde voordelen en kunnen met zeer hoge snelheden snijden. Hun toegestane snijsnelheden kunnen 2 tot 10 keer hoger zijn dan die van hardmetalen snijgereedschappen.
Overeenkomen met de fysieke eigenschappen van snijgereedschapmateriaal en werkstuk De fysieke eigenschappen waarnaar hier wordt verwezen, omvatten voornamelijk parameters zoals de thermische geleidbaarheid van het materiaal, het smeltpunt en de thermische uitzettingscoëfficiënt. De thermische geleidbaarheid van het snijgereedschap moet een aanvulling vormen op die van het werkstuk. Bij het bewerken van werkstukken met een slechte thermische geleidbaarheid moet een snijgereedschap met een hoge thermische geleidbaarheid worden gebruikt om de snijwarmte tijdig af te voeren en de maatnauwkeurigheid van zowel het gereedschap als het werkstuk te behouden.
Verschillende materialen voor snijgereedschappen zijn gerangschikt in afnemende volgorde van hittebestendigheid: kubisch boornitride, keramiek, gecementeerd carbide op titaniumcarbide-basis, op WC-gebaseerd ultrafijn-korrelig gecementeerd carbide, diamant en HSS; in afnemende volgorde van thermische geleidbaarheid: PCD, kubisch boornitride, op WC-gebaseerd gecementeerd carbide, titaniumcarbide-gebaseerd gecementeerd carbide, HSS, Si3N4-gebaseerd keramiek en Al2O3-gebaseerd keramiek; in afnemende volgorde van de thermische uitzettingscoëfficiënt: HSS, op WC-gebaseerd gecementeerd carbide, op titaniumcarbide-gebaseerd gecementeerd carbide, op Al2O3 gebaseerd keramiek, PCBN, op Si3N4 gebaseerd keramiek en PCD; en in afnemende volgorde van thermische schokbestendigheid: HSS, op WC gebaseerd gecementeerd carbide, op Si3N4 gebaseerd keramiek, kubisch boornitride, PCD, op titaniumcarbide gebaseerd gecementeerd carbide en op Al2O3 gebaseerd keramiek.
Afstemming van chemische eigenschappen tussen gereedschapsmaterialen en werkstukken.
Chemische eigenschappen omvatten onder meer of het gereedschap en het werkstuk chemische affiniteit hebben, het vermogen om chemische reacties te ondergaan en verschijnselen zoals diffusie en oplossing. Als deze verschijnselen optreden, duidt dit op een mismatch tussen het gereedschap en het materiaal.
Verschillende gereedschapsmaterialen zijn gerangschikt in aflopende volgorde van hun anti-hechtingstemperatuur met staal: kubisch boornitride, keramiek, gecementeerd carbide en HSS; in afnemende volgorde van hun oxidatieweerstandstemperatuur: keramiek, kubisch boornitride, gecementeerd carbide, diamant en HSS; in afnemende volgorde van diffusie-intensiteit naar staal: diamant, keramiek op Si3N4-basis, kubisch boornitride en keramiek op Al2O3-basis; en in afnemende volgorde van diffusie-intensiteit naar titanium: keramiek op Al2O3-basis, kubisch boornitride, SiC, Si3N4 en diamant.