Tại sao chọn thép cắt tự do

Thép cắt miễn phí

Thép cắt tự do còn được gọi là Thép gia công tự do là loại thép dễ gia công.Khả năng gia công của vật liệu được tăng lên khi các phoi bị vỡ thành từng mảnh nhỏ khi gia công, do đó tránh được sự vướng víu vào máy móc.Điều này cho phép thiết bị tự động chạy mà không cần sự tương tác của con người.Thép cắt tự do có chì cũng cho phép tốc độ gia công cao hơn.Theo nguyên tắc chung, thép cắt tự do thường có giá cao hơn thép tiêu chuẩn từ 20% đến 30%.Tuy nhiên, điều này được bù đắp bằng tốc độ gia công tăng lên, vết cắt lớn hơn và tuổi thọ dao dài hơn.

Trong các nguyên công tiện, phay và khoan thường được gọi là nguyên công gia công, sự biến dạng/hàn của giao diện dụng cụ/chi tiết gia công xảy ra thay vì hình thành phoi.Trong quá trình gia công, độ bóng bề mặt bị suy giảm, nhiệt độ cắt tăng và tuổi thọ dụng cụ giảm đáng kể.Một 'cạnh tích tụ' lớn được hình thành trên đầu dụng cụ khi hàm lượng lưu huỳnh rất thấp.Điều này đòi hỏi phải thường xuyên sửa chữa hoặc thay đổi công cụ, giảm năng suất và chi phí cao hơn.

Thuật ngữ khả năng gia công được đặc trưng bởi ba tham số sau.

1. Tốc độ gia công
2. Độ bóng bề mặt của các chi tiết gia công
3. Tuổi thọ dao của dụng cụ cắt được sử dụng cho nguyên công gia công.

Thuật ngữ khả năng gia công liên quan đến sự dễ dàng và chi phí để đạt được lịch trình sản xuất cho các bộ phận gia công.Nó đề cập đến việc sản xuất nhất quán các bộ phận gia công có khả năng đáp ứng các thông số kỹ thuật về đặc tính sản phẩm và các yêu cầu về hiệu suất dịch vụ ở mức chi phí tối thiểu.

Khả năng gia công có thể được đo lường về độ hoàn thiện bề mặt, dạng chip, tuổi thọ dụng cụ, mức tiêu thụ điện năng và tốc độ sản xuất.Khả năng gia công không phải là một đặc tính duy nhất của vật liệu như độ bền kéo, vì nó phụ thuộc vào tiêu chí được chọn, loại vật liệu, loại dụng cụ cắt, thao tác cắt, điều kiện cắt và công suất máy công cụ.

Độ bền và độ cứng của thép càng cao thì lực cắt và nhiệt độ càng cao và khả năng gia công của nó càng thấp.Tuy nhiên, việc làm giòn thép sẽ cải thiện khả năng gia công của nó, bằng cách tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hình thành phoi và giảm hiện tượng tạo thành cạnh.

Tuy nhiên, có một độ cứng tối ưu cho khả năng gia công tối đa.Ở mức độ cứng rất thấp (dưới HV 100), thép quá mềm và dẻo và tạo thành một cạnh cắt lớn không ổn định trên lưỡi cắt.Do đó, khả năng gia công tốt nhất ở các loại thép mềm và giòn.Do đó, phải đạt được sự thỏa hiệp khi cố gắng tối đa hóa khả năng gia công vì thép thường được sử dụng phải bền và cứng.

Mục tiêu của thiết kế thép cắt tự do là tăng cường khả năng loại bỏ kim loại dễ dàng bằng các thao tác cắt.Tuy nhiên, những cải tiến về hiệu suất gia công thường phải trả giá bằng các tính chất cơ học.

Thép cắt tự do thường là thép carbon có thêm lưu huỳnh (S), chì (Pb), bismuth (Bi), selen (Se), Tellurium (Te) hoặc phốt pho (P).Sự hiện diện của các phần tử này mang lại các đặc tính cần thiết để gia công tự do vì về cơ bản nó đảm bảo phân tán phoi dễ dàng trong quá trình gia công, do đó giảm lực gia công và cải thiện tuổi thọ dụng cụ và độ bóng bề mặt của bộ phận gia công.

Luyện kim thép cắt tự do

Tính chất cắt của thép cacbon và thép hợp kim bị ảnh hưởng bởi thành phần hóa học, vi cấu trúc, số lượng và loại tạp chất cũng như tốc độ đông cứng của sản phẩm.Trong thép ferritic/pealitic thường hóa, hàm lượng carbon tăng làm giảm tuổi thọ dụng cụ nhanh chóng, với sự hình thành phoi thay đổi từ cơ chế dòng chảy sang cơ chế cắt.Tuy nhiên, đối với thép chứa ít hơn 0,15 % C, các cạnh vật liệu lớn có thể phát triển trên mặt trước của dụng cụ, dẫn đến các đặc tính gia công không thể đoán trước.

Việc giảm tốc độ đông cứng do biến dạng có thể làm giảm độ mòn dụng cụ, chiều dài phoi ngắn hơn và độ bóng bề mặt vượt trội, và điều này có thể được thúc đẩy nhờ gia công nguội hoặc tăng mức P và nitơ (N).Nếu lượng pha cứng thứ hai (ví dụ bainite) thay vì ngọc trai, thì vùng cắt phía trước đỉnh dụng cụ bị hạn chế, dẫn đến nhiệt độ cao hơn và lực tiến thấp hơn.Các cấu trúc martensitic/bainitic được tôi luyện và tôi luyện thể hiện các đặc tính gia công kém hơn do độ cứng cao, mặc dù hầu hết các loại thép cacbon trung bình đều được gia công ở điều kiện này.

Đối với cấu trúc ma trận nhất định, một trong những phương pháp phổ biến nhất để nâng cao hiệu suất gia công là điều khiển tính chất và sự phân bố của các tạp chất có trong thép.Các tạp chất có thể được phân loại rộng rãi theo ảnh hưởng của chúng đến trạng thái cắt như sau.

1. Có hại (mài mòn, cứng) như Al2O3, SiO2, Cr2O3, TiN, v.v.
2. Thuận lợi như MnS, MnSe, MnTe, Pb, Bi
3. Ít hoặc không có tác dụng như FeO, MnO, silicat bazơ mềm

Một trong những kỹ thuật phổ biến nhất để cải thiện khả năng gia công là tăng mức S.S tạo thành hợp chất mangan sunfua (MnS) mềm và hoạt động như một chất phá vỡ phoi gián đoạn.S làm tăng thể tích của các tạp chất MnS có thể biến dạng.Thông thường, mức S thương mại cao nhất là khoảng 0,35% và lưu huỳnh là chất phụ gia có khả năng gia công rẻ nhất.Sự bổ sung có lợi theo những cách sau.

1. Công việc cắt liên quan đến việc hình thành phoi được giảm bớt.
2.Một hiệu ứng bôi trơn mạnh mẽ xảy ra ở giao diện công cụ/chip.
3. Độ giòn của chip được phát huy.
4. Các cặn sunfua bảo vệ hình thành trên dụng cụ cacbit ở nhiều tốc độ cắt khác nhau.
5. Độ ổn định của cạnh được tăng lên và kích thước được giảm xuống, dẫn đến độ hoàn thiện bề mặt được cải thiện.

Khả năng gia công được cải thiện khi hàm lượng lưu huỳnh tăng lên.Các tạp chất mangan sunfua đóng vai trò là vị trí bắt đầu vết nứt bên trong trong quá trình biến dạng mạnh và nhiệt độ cao xảy ra trong quá trình hình thành phoi trong hoạt động cắt và làm giảm độ cong của phoi.Chúng làm cho phoi cong hơn và hoạt động như bộ phận ngắt phoi.Chúng cũng hoạt động như chất bôi trơn bên trong giữa chip và dụng cụ.Điều này cũng làm giảm sự hình thành cạnh tích hợp.Do đó, một lượng lớn tạp chất mangan sunfua trong thép cắt tự do sẽ làm giảm lực cần thiết để tạo phoi.Điều này làm giảm ma sát giữa chiptìm kiếm dụng cụ, giảm nhiệt độ cắt, giảm mài mòn dụng cụ và cải thiện độ bóng bề mặt.Cái sau bị suy yếu do cạnh tích hợp lớn không ổn định trên công cụ.

Với một số loại dụng cụ cắt cacbua nhất định, một lớp mangan sunfua có thể tích tụ trên mặt cào của dụng cụ, hoạt động như một hàng rào bảo vệ giữa phoi và dụng cụ và nâng cao hơn nữa khả năng gia công.

Khả năng gia công được tối ưu hóa bằng cách phân phối đồng đều các sunfua hình cầu lớn, sự phân bố của chúng bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi quá trình đúc và khử oxy.Se và Te có thể thay thế lưu huỳnh để tạo thành các thể vùi hỗn hợp và hoạt tính S cao của chúng dẫn đến năng lượng bề mặt thấp hơn tại các bề mặt phân cách ma trận/sulfua, do đó khuyến khích sự hình thành và nứt microvoid.Te cũng có thể cư trú dưới dạng một màng mỏng ở các ranh giới xen kẽ, do đó làm giảm khả năng chống cắt hơn nữa.

Pb hoạt động tương tự như Lưu huỳnh.Mặc dù độ hòa tan của Pb trong thép nóng chảy là khoảng 0,3% nhưng nó hầu như không hòa tan ở trạng thái rắn và tạo thành sự phân tán ngẫu nhiên của các tạp chất trong thép có hàm lượng S thấp.Trong các loại được tái lưu huỳnh, việc bổ sung Pb cũng tạo thành các 'đuôi' trên các thể vùi MnS.Pb hoạt động như một chất bôi trơn bên trong, làm giảm ma sát, thúc đẩy hiện tượng giòn phoi, cải thiện hình dạng phoi và độ bóng bề mặt.Ở nhiệt độ cắt cao, thép có chì bắt đầu hoạt động tương tự như thép không có chì.

Pb có thể tích cực thúc đẩy quá trình hình cầu hóa có lợi của sunfua dẫn đến nâng cao hiệu suất gia công.Việc bổ sung vượt quá 0,35% thường không khả thi do hiện tượng phân tách.Tuy nhiên, việc sử dụng đồng thời tối đa 0,10% Bi cho phép tổng hàm lượng pha không hòa tan tăng thêm.Nếu không có Pb thì Bi thường hiện diện ở dạng đuôi của các thể vùi MnS và ở dạng phân tán mịn.

Bi được thêm vào ở những nơi việc sử dụng chì không được ưa chuộng (hoặc bị cấm trong trường hợp nghiêm trọng).Nó cũng được sử dụng như một chất bổ sung cho chì.Bi đạt được khả năng gia công tự do trên thép bằng cách nung chảy thành một màng chất lỏng mỏng trong một phần triệu giây để bôi trơn vết cắt.Các ưu điểm khác của Bi bao gồm phân bố đồng đều vì mật độ của nó tương tự như sắt, thân thiện với môi trường hơn so với chì và vẫn có thể hàn được.

Các yếu tố khác như P và N cũng đóng vai trò bổ sung trong việc quyết định hiệu suất gia công tổng thể của thép cắt tự do.P và N không chỉ làm tăng độ cứng của thép mà còn làm thép giòn.Sự gia tăng độ cứng này là đủ để đạt được độ cứng tối ưu.Vì vậy, chúng cũng là thành phần quan trọng trong thép cắt tự do có hàm lượng C thấp.