Materiał narzędzia wpływa na jego trwałość, dokładność wykonywanych detali i częstotliwość przestojów potrzebnych na wymianę zużytych części. Węglik spiekany i stal narzędziowa dobrze znoszą duże obciążenia, lecz mają inne właściwości. Wybór zależy przede wszystkim od rodzaju zużycia, obciążeń udarowych, temperatury oraz oczekiwanej trwałości narzędzia.
Węglik spiekany przy intensywnym ścieraniu
Węgliki spiekane powstają metodami metalurgii proszków. W zastosowaniach narzędziowych często wykorzystuje się węglik wolframu połączony spoiwem metalicznym, najczęściej kobaltem. Taka struktura pozwala uzyskać bardzo wysoką twardość, odporność na ścieranie oraz dużą wytrzymałość na ściskanie.
Z tego powodu narzędzia z węglika spiekanego sprawdzają się tam, gdzie powierzchnia robocza długo styka się z materiałem powodującym intensywne zużycie. Węglik wykorzystuje się między innymi do produkcji ciągadeł, matryc, tulei kalibrujących, rolek, prowadników, płytek czy części pracujących w kontakcie z materiałem ściernym.
Dobrze radzi sobie także wtedy, gdy trzeba przez długi czas utrzymać wymiar powierzchni roboczej. Ma to znaczenie przy produkcji seryjnej, gdzie stopniowe zużycie narzędzia może wpływać na tolerancję kolejnych detali. Im większa seria, tym większe znaczenie ma odporność materiału na zmianę geometrii podczas pracy.
Duża twardość ma jednak swoją cenę. W porównaniu z wieloma stalami narzędziowymi węglik gorzej znosi uderzenia, drgania i obciążenia powodujące zginanie. Geometria narzędzia i sposób jego zamocowania powinny więc ograniczać ryzyko wykruszenia lub pęknięcia.
Stal narzędziowa lepiej znosi obciążenia dynamiczne
Stal narzędziowa daje większą swobodę w kształtowaniu właściwości poprzez skład stopowy i obróbkę cieplną. Poszczególne gatunki oferują inną kombinację twardości, odporności na zużycie, ciągliwości i odporności na pękanie. Zwiększanie twardości zazwyczaj poprawia odporność na zużycie, ale jednocześnie może obniżać zdolność materiału do przenoszenia nagłych obciążeń.
Stal często okazuje się korzystniejszym materiałem dla stempli, wykrojników, trzpieni i innych części narażonych na zmienne lub udarowe obciążenia. Lepsza odporność na zginanie pomaga szczególnie przy smukłych detalach oraz narzędziach o skomplikowanej geometrii.
Znaczenie ma też łatwiejsza obróbka przed hartowaniem. Pozwala to wykonywać bardziej złożone kształty, otwory i powierzchnie robocze, a później uzyskać wymagane właściwości poprzez obróbkę cieplną. W razie potrzeby niektóre narzędzia stalowe łatwiej również zmodyfikować lub poddać regeneracji.
Rodzaj obciążenia powinien decydować o wyborze
Porównywanie wyłącznie twardości nie daje pełnej odpowiedzi. Przed wyborem materiału trzeba ustalić, w jaki sposób narzędzie zużywa się podczas eksploatacji.
Najczęściej trzeba ocenić:
- intensywność zużycia ściernego i adhezyjnego,
- wielkość obciążeń naciskowych,
- ryzyko uderzeń, pękania i wykruszania krawędzi,
- temperaturę powierzchni roboczej,
geometrię narzędzia i miejsca koncentracji naprężeń, - materiał obrabianego detalu,
- oczekiwaną dokładność wymiarową,
- wielkość serii produkcyjnej.
Przykładowo przy wykrawaniu twardego materiału wysoka odporność na ścieranie może wydłużyć czas pracy narzędzia. Jeśli jednak stempel ma cienki przekrój i otrzymuje znaczne obciążenia boczne, materiał o większej odporności na pękanie może dać korzystniejszy rezultat.
Podobnie przy ciągnieniu drutu czy kalibrowaniu elementów liczy się przede wszystkim odporność powierzchni roboczej na stopniowe ścieranie. W takich warunkach węglik może utrzymać wymiar dłużej niż stal. Inaczej wygląda sytuacja przy narzędziu narażonym na częste udary, niewspółosiowość albo drgania maszyny. Tam większa ciągliwość stali może ograniczyć ryzyko nagłego uszkodzenia.
Temperatura i środowisko pracy także zmieniają wybór
Nie każde narzędzie pracuje w temperaturze otoczenia. Przy formowaniu, tłoczeniu lub intensywnym tarciu powierzchnia robocza może się silnie nagrzewać. Wtedy trzeba sprawdzić, czy materiał utrzyma twardość i stabilność wymiarową w podwyższonej temperaturze.
Znaczenie ma również kontakt z chłodziwami, smarami, wilgocią czy agresywnymi chemicznie mediami. W takich warunkach trwałość narzędzia zależy nie tylko od odporności mechanicznej, lecz także od podatności materiału na korozję i zmiany powierzchni.
Nie zawsze trzeba wybierać między skrajnymi rozwiązaniami
Podział na „węglik albo stal” bywa zbyt prosty. Konstruktor może zastosować węglik w miejscu najbardziej narażonym na zużycie, a stal wykorzystać jako część nośną narzędzia. Takie rozwiązanie pozwala połączyć odporność powierzchni roboczej na ścieranie z większą odpornością całej konstrukcji na obciążenia mechaniczne.
Ostateczny wybór powinien wynikać z warunków pracy konkretnego narzędzia, a nie z samej twardości materiału. Jeśli szukasz wykonawcy narzędzi z węglików spiekanych lub stali narzędziowych, zapoznaj się z ofertą Alwotech. Firma wykonuje między innymi matryce, ciągadła, trzpienie, rolki i narzędzia specjalne według dokumentacji technicznej, co pozwala dobrać materiał do parametrów konkretnego procesu produkcyjnego.
