בחיתוך מתכת, חלק החיתוך של הכלי מבצע ישירות את עבודת החיתוך, כך שחומר הכלי מתייחס בדרך כלל לחומר של חלק החיתוך של הכלי. הבחירה הנכונה של חומר הכלי היא היבט מכריע בתהליך החיתוך, שקובע במידה רבה את פרודוקטיביות החיתוך, צריכת הכלים ועלויות העיבוד, דיוק העיבוד ואיכות פני השטח. הפיתוח של חומרי כלי עבודה מונע ומושפע גם מפיתוח חומרי עבודה. להלן, נדון בבחירת חומרי הכלים.
במהלך הפעולה, הכלים נתונים ללחץ חיתוך משמעותי, חיכוך והשפעה, מה שיוצר טמפרטורות חיתוך גבוהות. הפעלה בסביבה-גבוהה זו, בלחץ-גבוה ובסביבה חיכוך אינטנסיבי, שימוש בחומרים לא מתאימים עלול להוביל לבלאי מהיר של הכלים או לנזק. לכן, חומרי הכלי חייבים לעמוד בדרישות בסיסיות מסוימות.
1. קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה
קשיות היא תכונה בסיסית של חומרי כלי עבודה. כדי להסיר שבבים מחומר עבודה, קשיות הכלי חייבת להיות גדולה מזו של חומר העבודה. קשיות הקצה של כלים המשמשים לחיתוך מתכות היא בדרך כלל מעל 60HRC.
עבור פלדת כלי פחמן, הקשיות צריכה להיות מעל 62 HRC בטמפרטורת החדר; עבור פלדה במהירות גבוהה-, הקשיות היא 63-70 HRC; ולכלי קרביד, הקשיות היא 89-93 HRC.
עמידות בפני שחיקה היא היכולת של חומר כלי להתנגד לבלאי. באופן כללי, ככל שהקשיות של חומר כלי עבודה גבוהה יותר, כך עמידות הבלאי שלו טובה יותר. ככל שהקשיות גבוהה יותר, המספר גדול יותר, החלקיקים קטנים יותר, וככל שהחלקיקים הקשים מפוזרים בצורה שווה יותר במבנה המטאלוגרפי של חומר הכלי, כך עמידות הבלאי טובה יותר. זה קשור גם להרכב הכימי של חומר הכלי, לחוזק, למיקרו-מבנה ולטמפרטורה של אזור החיכוך.
2. חוזק וקשיחות מספקים
כדי להבטיח שכלי יוכל לפעול מבלי להישבר או להישבר תחת הלחצים הגבוהים, הזעזועים והרעידות שנתקלים בדרך כלל במהלך חיתוך, חומר הכלי חייב להיות בעל חוזק וקשיחות מספקים. באופן כללי, ככל שהקשיחות גבוהה יותר, כך כוחות החיתוך שהוא יכול לעמוד בו גדולים יותר.
3. עמידות בחום גבוהה
עמידות בחום היא אינדיקטור ראשוני לביצועי החיתוך של חומר הכלי. זה נמדד בדרך כלל לפי יכולתו לשמור על קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה, חוזק וקשיחות בטמפרטורות גבוהות. זה ידוע גם בשם קשיות חמה.
ככל שהקשיות-בטמפרטורה הגבוהה של חומר כלי עבודה גבוהה יותר, כך עמידות החום שלו טובה יותר, עמידותו בפני עיוות פלסטי ובלאי בטמפרטורה גבוהה יותר- ומהירות החיתוך המותרת גבוהה יותר.
בנוסף לקשיות-בטמפרטורה גבוהה, חומרי הכלי צריכים להפגין גם עמידות-לחמצון בטמפרטורה גבוהה ועמידות טובה בפני הידבקות ודיפוזיה. תכונה זו נקראת יציבות כימית.
4. תכונות תרמופיזיקליות טובות ועמידות בפני זעזועים תרמיים
ככל שהמוליכות התרמית של חומר הכלי טובה יותר, כך קל יותר להוביל את חום החיתוך הרחק מאזור החיתוך, ובכך להוריד את הטמפרטורה של חלק החיתוך של חומר הכלי ולהפחית את בלאי הכלים.
5. יכולת ייצור טובה
כלים חייבים לא רק להיות בעלי ביצועי חיתוך מצוינים אלא גם להיות קלים לייצור. זה מחייב חומרי כלי עבודה בעלי יכולת ייצור טובה, כגון פרזול, טיפול בחום, ריתוך, שחיקה ועמידות פלסטית-בטמפרטורה גבוהה.
6. יעילות כלכלית
יעילות כלכלית היא אינדיקטור מרכזי לחומרי כלי עבודה. פיתוח חומרי הכלים צריך להתבסס על מצב המשאבים בפועל של מדינה, שהוא בעל משמעות כלכלית ואסטרטגית רבה.
כלים מסוימים עשויים להיות יקרים ליחידה, אך חיי השירות הארוכים שלהם פירושם שהעלות לרכיב אינה בהכרח גבוהה. לכן, יש לקחת בחשבון השפעות כלכליות בעת בחירת כלי חיתוך. בנוסף, במערכות עיבוד מתקדמות נדרשים גם ביצועי חיתוך כלי חיתוך להיות יציבים ואמינים, עם מידה מסוימת של חיזוי ואמינות גבוהה.