ทำไมต้องเลือกเหล็กตัดฟรี

เหล็กตัดฟรี

เหล็กตัดฟรีหรือที่เรียกว่า Free Machining Steels เป็นเหล็กที่กลึงง่ายความสามารถในการแปรรูปของวัสดุจะเพิ่มขึ้นเมื่อเศษหักเป็นชิ้นเล็กๆ เมื่อตัดเฉือน เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เศษพันกันในเครื่องจักรช่วยให้อุปกรณ์ทำงานโดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องมีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์เหล็กตัดฟรีพร้อมตะกั่วยังช่วยให้อัตราการตัดเฉือนสูงขึ้นอีกด้วยโดยทั่วไปแล้ว เหล็กตัดอิสระมักจะมีราคาสูงกว่าเหล็กมาตรฐานถึง 20% ถึง 30%อย่างไรก็ตาม สาเหตุนี้เกิดจากความเร็วในการตัดเฉือนที่เพิ่มขึ้น การตัดที่ใหญ่ขึ้น และอายุการใช้งานเครื่องมือที่ยาวนานขึ้น

ในการกลึง การกัดและการเจาะที่เรียกกันทั่วไปว่าการตัดเฉือน การเสียรูป/การเชื่อมของส่วนต่อประสานของเครื่องมือ/ชิ้นงานจะเกิดขึ้นมากกว่าการเกิดเศษในระหว่างการตัดเฉือน ผิวสำเร็จมีข้อบกพร่อง อุณหภูมิการตัดเพิ่มขึ้น และอายุการใช้งานของเครื่องมือลดลงอย่างมาก'ขอบที่สะสม' ขนาดใหญ่ก่อตัวขึ้นบนปลายเครื่องมือโดยมีปริมาณกำมะถันต่ำมากซึ่งจำเป็นต้องตกแต่งหรือเปลี่ยนเครื่องมือบ่อยครั้ง ลดประสิทธิภาพการผลิต และต้นทุนที่สูงขึ้น

คำว่าความสามารถในการแปรรูปมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์สามตัวต่อไปนี้

1. ความเร็วของการตัดเฉือน
2. การตกแต่งพื้นผิวของส่วนประกอบที่กลึง
3. อายุการใช้งานของเครื่องมือตัดที่ใช้ในการตัดเฉือน

คำว่าความสามารถในการขึ้นรูปนั้นเกี่ยวข้องกับความสะดวกและต้นทุนในการบรรลุกำหนดการผลิตสำหรับชิ้นส่วนที่กลึงแล้วโดยเกี่ยวข้องกับการผลิตส่วนประกอบเครื่องจักรที่สอดคล้องกัน ซึ่งสามารถตอบสนองข้อกำหนดคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการบริการ โดยผ่านต้นทุนขั้นต่ำ

ความสามารถในการแปรรูปสามารถวัดได้ในแง่ของผิวสำเร็จ รูปแบบของเศษ อายุการใช้งานเครื่องมือ การใช้พลังงาน และอัตราการผลิตความสามารถในการขึ้นรูปไม่ใช่คุณสมบัติของวัสดุที่มีลักษณะเฉพาะ เช่น ความต้านทานแรงดึง เนื่องจากขึ้นอยู่กับเกณฑ์ที่เลือก ประเภทของวัสดุ ประเภทของเครื่องมือตัด การดำเนินการตัด สภาพการตัด และกำลังของเครื่องมือกล

ยิ่งเหล็กมีความแข็งแรงและความแข็งสูง แรงตัดและอุณหภูมิก็จะยิ่งสูง และความสามารถในการขึ้นรูปก็ต่ำลงอย่างไรก็ตาม การแตกตัวของเหล็กช่วยเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูป โดยช่วยให้กระบวนการสร้างเศษสะดวกขึ้น และลดการสะสมของขอบ

อย่างไรก็ตาม มีความแข็งที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความสามารถในการแปรรูปสูงสุดที่ระดับความแข็งต่ำมาก (น้อยกว่า HV 100) เหล็กจะอ่อนเกินไปและเหนียวเกินไป และเกิดตะกอนขนาดใหญ่ที่ไม่มั่นคงบนคมตัดด้วยเหตุนี้ ความสามารถในการขึ้นรูปจึงดีที่สุดในเหล็กกล้าที่อ่อนและเปราะดังนั้นจึงต้องมีการประนีประนอมเมื่อพยายามเพิ่มความสามารถในการแปรรูปให้สูงสุด เนื่องจากเหล็กที่ใช้ตามปกติจะต้องมีความแข็งแรงและเหนียว

วัตถุประสงค์ของการออกแบบเหล็กตัดอิสระคือการเพิ่มความสะดวกในการถอดโลหะออกโดยการตัดอย่างไรก็ตาม การปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดเฉือนมักจะต้องสูญเสียคุณสมบัติทางกล

เหล็กตัดอิสระมักเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนที่เติมซัลเฟอร์ (S) ตะกั่ว (Pb) บิสมัท (Bi) ซีลีเนียม (Se) เทลลูเรียม (Te) หรือฟอสฟอรัส (P) เข้าไปการมีอยู่ขององค์ประกอบเหล่านี้ทำให้มีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการตัดเฉือนอย่างอิสระ เนื่องจากโดยพื้นฐานแล้วทำให้แน่ใจได้ว่าเศษจะกระจายตัวได้ง่ายในระหว่างการตัดเฉือน จึงช่วยลดแรงในการตัดเฉือน และปรับปรุงอายุการใช้งานของเครื่องมือและคุณภาพผิวสำเร็จของส่วนประกอบที่ถูกกลึง

โลหะวิทยาของเหล็กตัดอิสระ

พฤติกรรมการตัดของเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างจุลภาค ปริมาณและประเภทของสารเจือปน และอัตราการชุบแข็งของงานในเหล็กกล้าเฟอร์ริติก/เพิร์ลไลต์ที่ทำให้เป็นมาตรฐาน ปริมาณคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นจะลดอายุการใช้งานของเครื่องมืออย่างรวดเร็ว โดยการก่อตัวของเศษจะเปลี่ยนจากกลไกการไหลไปเป็นกลไกแรงเฉือนอย่างไรก็ตาม สำหรับเหล็กกล้าที่มีน้อยกว่า 0.15 % C ขอบวัสดุที่สะสมขนาดใหญ่อาจเกิดขึ้นที่หน้าคายเครื่องมือ ส่งผลให้มีลักษณะการตัดเฉือนที่ไม่สามารถคาดเดาได้

การลดอัตราการแข็งตัวของความเครียดอาจทำให้เครื่องมือสึกหรอน้อยลง ความยาวเศษสั้นลง และผิวสำเร็จที่เหนือกว่า ซึ่งสามารถเสริมได้ด้วยการทำงานเย็นหรือเพิ่มระดับ P และไนโตรเจน (N)หากมีปริมาณของเฟสที่สองที่แข็ง (เช่น เบนไนต์) แทนที่จะเป็นเพิร์ลไลท์ พื้นที่ของแรงเฉือนที่ด้านหน้าด้านบนของเครื่องมือจะถูกจำกัด ส่งผลให้อุณหภูมิสูงขึ้นและแรงป้อนลดลงโครงสร้างมาร์เทนซิติก/ไบนิติกที่ผ่านการชุบแข็งและชุบแข็งแล้วมีลักษณะการตัดเฉือนที่ด้อยกว่าเนื่องจากมีระดับความแข็งสูง แม้ว่าเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางส่วนใหญ่จะผ่านการตัดเฉือนในสภาพนี้ก็ตาม

สำหรับโครงสร้างเมทริกซ์ที่กำหนด หนึ่งในวิธีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพการตัดเฉือนคือการควบคุมธรรมชาติและการกระจายตัวของสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในเหล็กการรวมสามารถแบ่งได้กว้าง ๆ ในแง่ของอิทธิพลต่อพฤติกรรมการตัดดังนี้

1. สารอันตราย (มีฤทธิ์กัดกร่อน, แข็ง) เช่น Al2O3, SiO2, Cr2O3, TiN เป็นต้น
2. ดีเช่น MnS, MnSe, MnTe, Pb, Bi
3.มีผลกระทบเล็กน้อยหรือไม่มีเลย เช่น FeO, MnO, ซิลิเกตพื้นฐานแบบอ่อน

หนึ่งในเทคนิคทั่วไปในการปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูปคือการเพิ่มระดับ SS ก่อให้เกิดสารประกอบแมงกานีสซัลไฟด์ (MnS) ซึ่งมีความอ่อนตัวและทำหน้าที่เป็นตัวไม่ต่อเนื่องในการหักเศษS เพิ่มปริมาตรของการรวม MnS ที่เปลี่ยนรูปได้โดยทั่วไปแล้วระดับ S เชิงพาณิชย์สูงสุดจะอยู่ที่ประมาณ 0.35 % และกำมะถันเป็นสารเติมแต่งที่สามารถแปรรูปได้ราคาถูกที่สุดการเพิ่มเติมมีประโยชน์ในลักษณะต่อไปนี้

1.งานตัดที่เกี่ยวข้องกับการเกิดเศษลดลง
2.ผลกระทบจากการหล่อลื่นที่รุนแรงเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานของเครื่องมือ/ชิป
3. ส่งเสริมการแตกตัวของชิป
4.คราบซัลไฟด์ป้องกันจะก่อตัวบนเครื่องมือคาร์ไบด์ในช่วงความเร็วตัดที่หลากหลาย
5. เพิ่มความเสถียรของขอบที่เพิ่มขึ้นและลดขนาดลง ส่งผลให้พื้นผิวดีขึ้น

ความสามารถในการแปรรูปดีขึ้นเมื่อมีปริมาณกำมะถันเพิ่มขึ้นการรวมตัวของแมงกานีสซัลไฟด์ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นรอยแตกภายในระหว่างการเสียรูปอย่างรุนแรงและอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของเศษในกระบวนการตัด และลดการโค้งงอของเศษพวกมันทำให้ชิปโค้งงอมากขึ้นและทำหน้าที่เป็นตัวหักเศษและยังทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นภายในระหว่างชิปกับเครื่องมืออีกด้วยนอกจากนี้ยังช่วยลดการสะสมของขอบอีกด้วยดังนั้น แมงกานีสซัลไฟด์ที่มีปริมาณมากรวมอยู่ในเหล็กตัดอิสระจึงช่วยลดแรงที่ต้องใช้ในการสร้างเศษซึ่งจะช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างชิปกและลดอุณหภูมิในการตัด ลดการสึกหรอของเครื่องมือ และปรับปรุงผิวสำเร็จส่วนหลังได้รับความเสียหายจากขอบขนาดใหญ่ที่ไม่มั่นคงบนเครื่องมือ

สำหรับเครื่องมือตัดคาร์ไบด์บางประเภท ชั้นของแมงกานีสซัลไฟด์อาจก่อตัวขึ้นที่หน้าคายของเครื่องมือ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันระหว่างเศษและเครื่องมือ และเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูปเพิ่มเติม

ความสามารถในการแปรรูปได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมโดยการกระจายซัลไฟด์ทรงกลมขนาดใหญ่อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งการกระจายตัวได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการหล่อและการกำจัดออกซิเดชั่นSe และ Te สามารถใช้แทนซัลเฟอร์เพื่อสร้างสารผสมและกิจกรรม S ที่สูงของสารเหล่านี้นำไปสู่พลังงานพื้นผิวที่ลดลงที่ส่วนต่อประสานของเมทริกซ์/ซัลไฟด์ ดังนั้นจึงส่งเสริมให้เกิดการก่อตัวของไมโครโมฆะและการแตกร้าวTe อาจอยู่เป็นฟิล์มบางๆ ที่ขอบเขตระหว่างเฟส ดังนั้นจึงลดความต้านทานต่อแรงเฉือนลงอีก

Pb ทำงานในลักษณะเดียวกับซัลเฟอร์แม้ว่าความสามารถในการละลายของ Pb ในเหล็กหลอมเหลวจะอยู่ที่ประมาณ 0.3 % แต่แทบไม่ละลายในสถานะของแข็ง และก่อให้เกิดการกระจายตัวแบบสุ่มของสารเจือปนในเหล็กกล้า S ต่ำในเกรดที่มีซัลเฟอร์ไรซ์ การเติม Pb ยังก่อให้เกิด 'ส่วนท้าย' ของการผนวก MnS อีกด้วยPb ทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นภายใน ลดแรงเสียดทาน ช่วยให้เศษเกิดการเปราะ ปรับปรุงรูปร่างของเศษและผิวสำเร็จที่อุณหภูมิสูงในการตัดเหล็กที่มีสารตะกั่วจะเริ่มมีพฤติกรรมคล้ายกับเหล็กที่ไม่มีสารตะกั่ว

Pb สามารถส่งเสริมให้เกิดปฏิกิริยาโกลบูลาไลเซชันที่เป็นประโยชน์ของซัลไฟด์ ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพการตัดเฉือนที่เพิ่มขึ้นการเติมเกิน 0.35 % มักไม่สามารถทำได้เนื่องจากปรากฏการณ์การแบ่งแยกอย่างไรก็ตาม การแนะนำร่วมกันไม่เกิน 0.10 % Bi ช่วยให้ปริมาณเฟสที่ไม่ละลายน้ำทั้งหมดเพิ่มขึ้นอีกหากไม่มี Pb แสดงว่า Bi มักปรากฏเป็นส่วนท้ายของการรวม MnS และเป็นการกระจายตัวแบบละเอียด

Bi ถูกเพิ่มในสถานที่ที่ไม่สนับสนุนการใช้สารตะกั่ว (หรือถูกแบนในกรณีที่รุนแรง)นอกจากนี้ยังใช้เป็นอาหารเสริมเพื่อนำไปสู่Bi บรรลุความสามารถในการตัดเฉือนอิสระในเหล็กโดยการหลอมให้เป็นฟิล์มของเหลวบางๆ ในเวลาเสี้ยววินาทีเพื่อหล่อลื่นการตัดข้อดีอื่นๆ ของ Bi ได้แก่ การกระจายตัวสม่ำเสมอเนื่องจากมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับเหล็ก เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับตะกั่ว และยังคงเชื่อมได้

องค์ประกอบอื่นๆ เช่น P และ N ยังมีบทบาทเสริมในการตัดสินใจประสิทธิภาพการตัดเฉือนโดยรวมของเหล็กตัดอิสระP และ N ไม่เพียงเพิ่มความแข็งของเหล็กเท่านั้น แต่ยังทำให้เหล็กเปราะอีกด้วยความแข็งที่เพิ่มขึ้นนี้เพียงพอที่จะทำให้ได้ความแข็งที่เหมาะสมที่สุดดังนั้น พวกมันจึงเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในเหล็กตัดไร้ C ต่ำอีกด้วย