Bij het snijden van metaal voert het snijgedeelte van het gereedschap rechtstreeks het snijwerk uit, dus gereedschapsmateriaal verwijst in het algemeen naar het materiaal van het snijgedeelte van het gereedschap. De juiste selectie van gereedschapsmateriaal is een cruciaal aspect van het snijproces en bepaalt grotendeels de snijproductiviteit, het gereedschapsverbruik en de verwerkingskosten, de bewerkingsnauwkeurigheid en de oppervlaktekwaliteit. De ontwikkeling van gereedschapsmaterialen wordt ook aangedreven en beïnvloed door de ontwikkeling van werkstukmaterialen. Hieronder bespreken we de selectie van gereedschapsmaterialen.
Tijdens het gebruik zijn gereedschappen onderhevig aan aanzienlijke snijdruk, wrijving en schokken, waardoor hoge snijtemperaturen ontstaan. Bij gebruik in deze hoge- temperatuur, hoge- druk en omgeving met intense wrijving kan het gebruik van ongeschikte materialen leiden tot snelle slijtage of schade aan het gereedschap. Daarom moeten gereedschapsmaterialen aan bepaalde basisvereisten voldoen.
1. Hoge hardheid en goede slijtvastheid
Hardheid is een fundamentele eigenschap van gereedschapsmaterialen. Om spanen van een werkstuk te verwijderen, moet de hardheid van een gereedschap groter zijn dan die van het werkstukmateriaal. De snijkanthardheid van gereedschappen die worden gebruikt voor het snijden van metalen ligt over het algemeen boven de 60 HRC.
Voor koolstofgereedschapsstaal moet de hardheid bij kamertemperatuur hoger zijn dan 62 HRC; voor snel-snelheidsstaal is de hardheid 63-70 HRC; en voor hardmetalen gereedschappen bedraagt de hardheid 89-93 HRC.
Slijtvastheid is het vermogen van een gereedschapsmateriaal om slijtage te weerstaan. Over het algemeen geldt dat hoe hoger de hardheid van een gereedschapsmateriaal, hoe beter de slijtvastheid ervan. Hoe hoger de hardheid, hoe groter het getal, hoe kleiner de deeltjes, en hoe gelijkmatiger de harde deeltjes verdeeld zijn in de metallografische structuur van het gereedschapsmateriaal, hoe beter de slijtvastheid. Dit houdt ook verband met de chemische samenstelling, sterkte, microstructuur en de temperatuur van de wrijvingszone van het gereedschapsmateriaal.
2. Voldoende sterkte en taaiheid
Om ervoor te zorgen dat een gereedschap kan werken zonder af te brokkelen of te breken onder de hoge drukken, schokken en trillingen die doorgaans optreden tijdens het snijden, moet het gereedschapsmateriaal voldoende sterkte en taaiheid bezitten. Over het algemeen geldt dat hoe hoger de taaiheid, hoe groter de snijkrachten die het kan weerstaan.
3. Hoge hittebestendigheid
Hittebestendigheid is een primaire indicator voor de snijprestaties van een gereedschapsmateriaal. Het wordt doorgaans gemeten aan de hand van het vermogen om een hoge hardheid, slijtvastheid, sterkte en taaiheid te behouden bij hoge temperaturen. Het wordt ook wel hete hardheid genoemd.
Hoe hoger de hardheid bij hoge- temperaturen van een gereedschapsmateriaal, hoe beter de hittebestendigheid, hoe groter de weerstand tegen plastische vervorming en slijtage bij hoge- temperaturen, en hoe hoger de toegestane snijsnelheid.
Naast de hardheid bij hoge- temperaturen moeten gereedschapsmaterialen ook bestand zijn tegen oxidatie bij hoge- temperaturen en een goede weerstand tegen adhesie en diffusie. Deze eigenschap wordt chemische stabiliteit genoemd.
4. Goede thermofysische eigenschappen en weerstand tegen thermische schokken
Hoe beter de thermische geleidbaarheid van een gereedschapsmateriaal, hoe gemakkelijker het is om de snijwarmte weg te leiden van het snijgebied, waardoor de temperatuur van het snijgedeelte van het gereedschapsmateriaal wordt verlaagd en de slijtage van het gereedschap wordt verminderd.
5. Goede produceerbaarheid
Gereedschappen moeten niet alleen uitstekende snijprestaties hebben, maar ook gemakkelijk te vervaardigen zijn. Dit vereist dat gereedschapsmaterialen een goede produceerbaarheid hebben, zoals smeden, warmtebehandeling, lassen, slijpen en bestand zijn tegen plastische vervorming bij hoge- temperaturen.
6. Economische efficiëntie
Economische efficiëntie is een belangrijke indicator voor gereedschapsmaterialen. De ontwikkeling van gereedschapsmaterialen moet gebaseerd zijn op de feitelijke hulpbronnensituatie van een land, die van groot economisch en strategisch belang is.
Sommige gereedschappen kunnen per eenheid duur zijn, maar door hun lange levensduur zijn de kosten per onderdeel niet noodzakelijkerwijs hoog. Daarom moet bij het selecteren van snijgereedschappen rekening worden gehouden met economische effecten. Bovendien moeten de snijprestaties van snijgereedschappen in geavanceerde verwerkingssystemen ook stabiel en betrouwbaar zijn, met een zekere mate van voorspelbaarheid en hoge betrouwbaarheid.