Memilih Alat Pemotong: Panduan Lengkap untuk Pemesinan Logam Ferrous dan Nonferrous
Apakah penting jika material pemesinan logam adalah ferrous atau nonferrous? Faktor terpenting adalah memahami bagaimana material bekerja dengan alat pemotong Anda di mesin Anda—dan itu memang penting, temukan pembuat perkakas dengan pengetahuan metalurgi. Cari tahu apa yang perlu Anda ketahui tentang perbedaan utama dalam jenis logam untuk pemesinan.
Tanyakan pada tukang mesin untuk mendefinisikan kata “ferrous” dan Anda mungkin akan mendengar jawaban yang sama: Logam ferrous adalah yang karat—baja karbon, besi cor, baja perkakas dan seterusnya. Pernyataan ini, meskipun benar, tidak lengkap, karena definisi metalurgis lebih spesifik dan mencakup rentang logam yang jauh lebih luas.
“Sederhananya, material ferrous mengandung besi,” kata Aaron Schade, manajer program Knowledge Center Americas Kennametal. “Jadi tentu ini mencakup besi cor dan baja, tetapi Anda juga melihat logam yang biasanya tidak karat, seperti stainless steel dan sebagian besar superali.”
Tetapi dilihat dari cara lain, grup material nonferrous termasuk aluminium, tembaga, kuningan, plastik, dan komposit, dan apa pun yang tidak dalam grup ini dapat diklasifikasikan sebagai ferrous. Tapi baik ferrous atau nonferrous, keduanya mengandung ragam material yang memerlukan berbagai macam fitur desain, kecepatan dan umpan yang berbeda, menjelaskan Schade.
Seorang puris mungkin berpendapat bahwa banyak alloy aluminium dan bahkan beberapa tembaga dan brons maka ferrous karena ini juga mengandung jumlah kecil besi. Namun itu mungkin merupakan oversimplification. Ini bukan hanya apakah besi hadir: Ini jumlah besi, catat Schade.
Logam nonferrous tidak memiliki basis besi atau jumlah besi yang signifikan sama sekali. Misalnya, stainless steel 316 mengandung sekitar 62 hingga 72 persen besi; Inconel 718 adalah basis nikel, tetapi masih mengandung 17 persen besi dan 6061-T6 aluminium hanya mengandung maksimum .7 persen besi. Itulah sebabnya Schade mengatakan sulit untuk membuat pernyataan menyeluruh tentang topik yang sangat teknis ini.
“Yang lebih relevan adalah mengidentifikasi alat mana yang bekerja paling baik untuk material tertentu, terlepas dari nama kerjanya,” kata Schade.
Binky Sargent, manajer analisis material di Kennametal, setuju. “Baik ferrous atau nonferrous, stainless 304 atau 6061-T6, hal terpenting yang harus dipertimbangkan adalah bagaimana alat pemotong berinteraksi dengan material,” katanya. “Anda perlu mengetahui bagaimana chip terbentuk dan cara paling efektif untuk menghapusnya dari zona kerja, apa efek properti termal dan kimia material pada alat, dan bentuk fitur bagian relatif terhadap bentuk dan geometri cutter.”
Esensialmente, pemilihan alat yang tepat bergantung pada jauh lebih dari klasifikasi metalurgis material workpiece.
Ferrous vs. Nonferrous Metals: Memilih Alat Pemotong yang Tepat
Kennametal dan pembuat alat pemotong lain menghindari “ferrous vs. nonferrous,” dan sebagai gantinya mengelompokkan material mereka berdasarkan karakteristik metalurgis seperti kekerasan, kekuatan, duktilitas, konduktivitas termal dan komposisi kimia. Ini adalah atribut yang menentukan alat pemotong mana yang paling efektif untuk memroses material apa pun, dan cara menerapkannya dengan baik. Daftar berikut menjelaskan masing-masing kategori Kennametal, bersama dengan beberapa pedoman dasar tentang pemilihan alat pemotong:
Steel: P1 – P6
Baja karbon rendah seperti 1018 dan A36 termasuk dalam kategori P1, sementara P6 termasuk PH (precipitation hardening) dan stainless steel seri 400 (440C, 15-5, dan 17-4, untuk menyebut beberapa). Di antara itu terdapat tool steel (D2, S7), mold steel (P20), dan berbagai alloy steel (4340, 8620, dll.). Secara umum, alat karbida positif rake dilapisi aluminium oxide bekerja baik pada logam P1 dan P2 yang lebih lembut, sedangkan yang memiliki persiapan tepi yang lebih besar (pikirkan K-lands) dan rake yang lebih negatif disukai seiring bertambahnya kekerasan.
Stainless Steel: M1 – M3
Tidak seperti stainless steel ferritik dan martensit yang ditemukan dalam kelompok P, stainless steel tipe M1 dan M2 adalah austenitic (artinya mereka memiliki struktur kristal kubus terpusat muka), sementara stainless steel duplex M3 (Nitronic adalah salah satu) memiliki mikrostruktur dua fasa yang termasuk ferrit, membuatnya sangat tahan. Stainless dan stainless duplex juga mengandung setidaknya 10,5 persen krom, serta nikel dan elemen menantang lainnya. Sebagai aturan, gunakan alat positif rake dilapisi CVD dengan persiapan tepi minimal, umpan sedang, dan kedalaman potong yang lebih rendah.
Perlu bantuan memroses nikel? Baca “5 Metal-Cutting Tips for Nickel-Based High-Temp Alloys.”
Cast Iron: K1 – K3
Besi ditemukan dalam segalanya dari tutup saluran, yang menggunakan K1 atau besi cor abu-abu, hingga cakram rem, yang menggunakan CGI, atau besi grafit terkompaksi, yang adalah logam K2, hingga vises yang ditemukan di pusat pemesinan bengkel. Vises menggunakan besi duktil grade K3, yang juga dikenal dengan nama dagangnya “Dura-Bar.” Semua besi adalah chip pendek dan abrasif yang membuat alat keramik dan PCBN flat top (zero to negative rake) sebagai pilihan pertama. Karbida dilapisi CVD melakukan pekerjaan yang baik pada semua besi kecuali yang paling keras.
Nonferrous: N1 – N7
Seperti yang disebutkan Schade dari Kennametal, nonferrous adalah material apa pun yang tidak mengandung besi—hampir semuanya. Designasi N1 melalui N3 termasuk semua aluminium dari 6061-T6 yang umum hingga Al-12Si yang eutectic dan sangat abrasif.
N4 menunjukkan paduan tembaga, kuningan dan berbasis seng, yang adalah daftar besar logam bebas pemotong sebagian besar. N5 melalui N7 berisi segalanya dari plastik dan karet hingga grafit dan CFRP.
Dari perspektif alat pemotong, sebagian besar material ini diproses dengan baik dengan insert karbida positif tinggi, biasanya tanpa pelapis, atau PCD, atau polycrystalline diamond, meskipun plastik dan karet lembut mungkin dipotong paling baik dengan potong HSS yang sangat tajam.
Superalloys: S1 – S4
Seperti yang namanya implikasikan, seri S dari high-temp alloys adalah di antara semua material yang paling sulit diproses dan meliputi:
- S1: A286, yang berbasis besi atau S1 alloy
- S2: Stellite yang mengandung kobalt
- S3: Inconel 625 dan Monel adalah superali yang tinggi nikel
- S4: Titan seperti Ti6Al-4V adalah material yang paling umum
Chip panjang dan serat adalah norma, serta depth-of-cut notching, work hardening- dan built-up edge. Alat pemotong positif rake tajam diperlukan, bersama dengan kecepatan pemotongan yang lebih lambat dan penyiapan yang kaku. Untuk produktivitas yang lebih besar, pertimbangkan alat pemotong keramik, dengan satu pengecualian yaitu titan, karena reaktivitas kimianya.
Hardened Materials: H1 – H4
Setelah tool steel, pH stainless dan baja karbon tinggi diperkeras melalui heat treatment, seringkali perlu beralih dari alat pemotong karbida ke alat yang terbuat dari keramik atau “PCBN,” yang singkatan dari polycrystalline cubic boron nitride.
Kedalaman potong dan kecepatan pemotongan juga harus dikurangi, sehingga mengurangi resistensi aus ekstrim dan abrasivitas material yang diperkeras H1 (hingga 48 HRC) hingga H4 (lebih dari 60 HRC). Seperti dengan superali, semakin kaku penyiapannya, semakin baik.
Kriteria untuk Pemilihan Alat Pemotong Mirip di Seluruh Pembuat Perkakas
Brian Hoefler, corporate application engineer untuk Seco Tools dan Sandvik Machining Solutions, menggunakan deskripsi material yang sedikit berbeda dari Kennametal, tetapi kriteria dasar untuk pemilihan alat pemotong sama.
“Machinability material dalam besarnya tergantung pada mikrostruktur, konduktivitas termal, konten karbon, kehadiran elemen alloying seperti molibdenum dan tungsten, dan sejumlah besar variabel lainnya,” kata Hoefler.
Di akhir hari, memilih alat yang tepat biasanya menyimpul pada material alat pemotong, geometri dan pelapis mana yang paling efektif dalam memecah ikatan metalurgis material workpiece sambil menahan panas dan abrasivitas yang dihasilkan selama pemesinan.
“Jika ragu-ragu, berkomunikasilah dengan penyedia alat pemotong yang berpengetahuan untuk bantuan,” kata Hoefler. “Tidak apa pun yang Anda potong, kemungkinan bagus bahwa ada solusi yang produktif dan hemat biaya yang tersedia.”
Seberapa baik Anda mengetahui komposisi logam material yang Anda potong? Bagikan dengan rekan Anda.
