يعد اختيار مادة الأداة المناسبة بناءً على نوع المعالجة ومواد قطعة العمل، مما يضمن التطابق بين الأداة ومواد قطعة العمل، أمرًا شائعًا في صناعة الآلات. ومع ذلك، فإن الشروط الدقيقة المطلوبة لهذه المطابقة ليست مفهومة عالميًا. أدناه، سنناقش كيف تحقق الأدوات ومواد الشغل التطابق من حيث الخواص الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية.
مطابقة الخواص الميكانيكية للأدوات ومواد الشغل
تتضمن الخواص الميكانيكية في المقام الأول معايير التصميم مثل القوة والمتانة والصلابة لكل من الأداة وقطعة العمل. يتم ترتيب مواد الأدوات المختلفة بترتيب تنازلي لقوة الانحناء:-الفولاذ عالي السرعة، والكربيد الأسمنتي، والأدوات الخزفية، والماس، وأدوات نيتريد البورون المكعبة؛ بترتيب تنازلي للمتانة: الفولاذ عالي السرعة-، والكربيد الأسمنتي، ونيتريد البورون المكعب، والماس، والأدوات الخزفية؛ وبترتيب تنازلي للصلابة: الأدوات الماسية، وأدوات نيتريد البورون المكعبة، والأدوات الخزفية، والكربيد الأسمنتي، والفولاذ-عالي السرعة.
تسمح الاختلافات في الخواص الميكانيكية للأدوات بالتكيف مع احتياجات المعالجة لمواد الشغل المختلفة. يجب أن تكون صلابة أداة القطع أعلى من صلابة قطعة العمل التي يتم تصنيعها. لذلك، تتطلب مواد قطع العمل ذات الصلابة العالية-أدوات قطع ذات صلابة أعلى. بشكل عام، كلما زادت صلابة مادة أداة القطع، كانت مقاومتها للتآكل أفضل، لكن القوة والمتانة ستتأثر. يتم استخدام الأدوات -عالية الصلابة والمقاومة-للتآكل-العالية بشكل عام للتخشين، في حين يتم استخدام الأدوات ذات الصلابة الأقل قليلاً بشكل عام للتشطيب.
علاوة على ذلك، فإن أدوات القطع ذات الخصائص الميكانيكية الممتازة في درجات الحرارة العالية-تعتبر اختيارات ممتازة للقطع بسرعة عالية-. على سبيل المثال، تمتلك أدوات القطع الخزفية المزايا المذكورة أعلاه ويمكن أن تقطع بسرعات عالية جدًا. يمكن أن تكون سرعات القطع المسموح بها أعلى من 2 إلى 10 مرات من أدوات القطع الكربيدية.
مطابقة الخصائص الفيزيائية لمواد أداة القطع وقطعة العمل تتضمن الخصائص الفيزيائية المشار إليها هنا بشكل أساسي معلمات مثل التوصيل الحراري للمادة، ونقطة الانصهار، ومعامل التمدد الحراري. يجب أن تكون الموصلية الحرارية لأداة القطع مكملة لقطعة الشغل. عند معالجة قطع العمل ذات الموصلية الحرارية الضعيفة، يجب استخدام أداة القطع ذات الموصلية الحرارية العالية لتبديد حرارة القطع في الوقت المناسب والحفاظ على دقة الأبعاد لكل من الأداة وقطعة العمل.
يتم ترتيب مواد أدوات القطع المختلفة بترتيب تنازلي لمقاومة الحرارة: نيتريد البورون المكعب، والسيراميك، والكربيد الأسمنتي القائم على كربيد التيتانيوم-، والكربيد الأسمنتي المعتمد على WC-المتناهية الصغر-، والماس، وHSS؛ بترتيب تنازلي للتوصيل الحراري: PCD، نيتريد البورون المكعب، الكربيد الأسمنتي المعتمد على WC-، الكربيد الأسمنتي المعتمد على كربيد التيتانيوم -، السيراميك المعتمد على Si3N4-، والسيراميك المعتمد على Al2O3-؛ بترتيب تنازلي لمعامل التمدد الحراري: HSS، والكربيد الأسمنتي المعتمد على WC-، والكربيد الأسمنتي المعتمد على كربيد التيتانيوم -، والسيراميك المعتمد على Al2O3، والسيراميك المعتمد على PCBN، والسيراميك المعتمد على Si3N4، وPCD؛ وبترتيب تنازلي لمقاومة الصدمات الحرارية: HSS، كربيد الأسمنت القائم على WC، السيراميك القائم على Si3N4، نيتريد البورون المكعب، PCD، كربيد الأسمنت القائم على كربيد التيتانيوم، والسيراميك القائم على Al2O3.
مطابقة الخصائص الكيميائية بين مواد الأداة وقطع العمل.
تشمل الخصائص الكيميائية ما إذا كانت الأداة وقطعة العمل لهما صلة كيميائية، والقدرة على الخضوع للتفاعلات الكيميائية، وظواهر مثل الانتشار والذوبان. إذا حدثت هذه الظواهر، فهذا يشير إلى عدم التطابق بين الأداة والمادة.
يتم ترتيب مواد الأدوات المختلفة بترتيب تنازلي -درجة حرارة مقاومة الالتصاق بالفولاذ: نيتريد البورون المكعب، والسيراميك، والكربيد الأسمنتي، وHSS؛ بترتيب تنازلي لدرجة حرارة مقاومة الأكسدة: السيراميك، ونيتريد البورون المكعب، والكربيد الأسمنتي، والماس، وHSS؛ بترتيب تنازلي لكثافة الانتشار على الفولاذ: الماس، والسيراميك المعتمد على Si3N4، ونيتريد البورون المكعب، والسيراميك المعتمد على Al2O3؛ وبترتيب تنازلي لكثافة الانتشار إلى التيتانيوم: السيراميك القائم على Al2O3، ونيتريد البورون المكعب، وSiC، وSi3N4، والماس.