Ultimativni vodič za materijale za rezanje alata: Zašto karbid i napredni kompoziti vladaju u radnji

Ako postoji jedna stvar koja drži menadžera mašinske radionice budnim noću, to je strah od nedoslednog rada alata. Znaš kakav je osećaj. Imate ogromnu narudžbu delova za vazduhoplovstvo, mašina radi i odjednom – pukne. Alat se lomi, dio je odbačen, a vaša margina je pogođena. U Dezhou Drillstar Cutting Tool Co., Ltd, vidimo da se ovaj scenario neprestano odvija. Osnovni uzrok? Često to nije mašina; to je izbor materijala reznog alata.

Ovaj članak je vaš sveobuhvatan vodič za razumijevanje materijal alata za rezanje pejzaž. Uronit ćemo duboko u zašto karbid je postao industrijski standard, istražite gdje alati za rezanje keramike zasjajte i pogledajte supertvrde materijale kao što su kubni bor nitrid. Bilo da sečete liveno gvožđe, aluminijum, ili kaljeni čelik, razumijevanje svojstava ovih materijala je tajna za bolje otključavanje vijek trajanja alata i završnu obradu površine.

Zašto je izbor materijala reznog alata kritičan za vaše operacije obrade?

The izbor alata za rezanje je vjerovatno najvažnija odluka u procesu proizvodnje. The alat za rezanje je tačka kontakta između vaših skupih mašinski alat i sirovo radni komad. Ako ta kontaktna tačka ne uspije, sve ostalo prestaje.

Prvo, uzmite u obzir vrućinu. Tokom operacije obrade, temperature na oštrica može porasti do preko 1000°C. Ako je materijal alata za rezanje nedostaci vruća tvrdoća, omekšaće i deformisati se. To dovodi do loših tolerancija i odbačenog dijela. Materijali koji se koriste u reznim alatima moraju održavati svoju stabilnost čak i kada je grijanje uključeno.

Drugo, moramo razgovarati o tome otpornost na habanje. Alat koji se prebrzo troši zahtijeva česte izmjene. Ovaj zastoj ubija efikasnost. Odabirom pravi alat za rezanje sa odgovarajućim balansom žilavost i otpornost na habanje, osiguravate da se vaša proizvodna linija stalno kreće. Radi se o predvidljivosti. Kada distributer kao što ste vi proda alat mašinskoj radionici, mora znati da će trajati 500 dijelova, a ne kvariti na 50.

Koje su glavne vrste materijala za rezne alate dostupne danas?

Istorija sečenje metala je zaista istorija nauke o materijalima. Tokom prošlog stoljeća, prešli smo s jednostavnih ugljičnih čelika na napredne kompozite koji mogu prorezati očvrsle legure poput putera.

Evo kratkog pregleda vrste materijala za rezne alate obično vidimo:

• Brzorezni čelik (HSS): Stari pouzdani. Teška, ali nedostaje brzina.
• Cementirani karbid: Radni konj. Odlično otpornost na habanje i mogućnosti brzine.
• keramika: Demoni brzine. Odličan za velike vrućine, ali lomljiv.
• Kermeti: Kombinacija keramike i metala. Odlično za završnu obradu.
• Supertvrdi materijali (CBN & PCD): Specijalisti za ekstremne tvrdoće ili abrazivne materijale.

Razumevanje ovih vrste rezanja materijali vam pomažu da uskladite alat sa aplikacijom. Ne biste koristili stakleni čekić za zabijanje eksera, a ne biste trebali koristiti HSS za okretanje kaljenog čelika za kalupe.

Zašto je cementni karbid industrijski standard za modernu mašinsku obradu?

Ako uđete u bilo koju modernu CNC radnju, velika većina alata koje vidite – glodala, burgije, umetci – napravljena je od cementirani karbid. Ali šta je to tačno?

Cementirani karbid je kompozitni materijal. Sastoji se od tvrdog volfram karbida čestice povezane metalnim vezivom, obično kobaltom. Zamislite to kao beton: volfram je agregat (kamen), a kobalt je cement. Ova kombinacija daje karbidni alati jedinstvena prednost. Nevjerovatno su teški, nude visoku ponudu otpornost na habanje, ali kobaltno vezivo pruža dovoljno čvrstine da izdrži silu rezanja bez da se odmah razbije.

U Drillstaru koristimo visokokvalitetno mikro zrno karbid šipke za proizvodnju naših Pune karbidne šipke. Što je finije zrno, oštriju ivicu možemo brusiti, a alat je jači. Alati za rezanje od tvrdog metala može raditi pri brzinama 2 do 3 puta bržim od HSS-a, što se direktno prevodi u novac ušteđen na vremenu mašine.

Kako se alati od brzoreznog čelika (HSS) mogu usporediti s alatima za rezanje od tvrdog metala?

Možda se pitate, ako karbid je tako sjajno, zašto brzorezni čelik još postoji? Brzorezni čelik (HSS) je bio revolucija kada je uveden, dozvoljavajući mnogo toga velike brzine rezanja nego stariji ugljenični alatni čelici.

Glavna prednost HSS-a je njegova čvrstoća. Može apsorbirati udarce i vibracije koje bi pucale karbid alat. To čini HSS idealnim za:

• Starije, manje stabilne mašine.
• Prekinuti rezovi.
• Alati složenog oblika koji se teško brusi od čvrstog karbida.

Međutim, HSS ima veliku slabost: vruća tvrdoća. Kada je brzina rezanja raste, toplota se brzo stvara. Na oko 600°C, HSS gubi svoju tvrdoću. Nasuprot tome, alati od cementnog karbida zadržavaju svoju tvrdoću na mnogo višim temperaturama. Za okruženja visoke proizvodnje u kojima je vrijeme ciklusa ključno, karbidno sečenje je gotovo uvijek superioran izbor.

Kada biste trebali koristiti alate za rezanje keramike u vašoj mašini?

Alati za rezanje keramike su fascinantna kategorija. Sastoje se prvenstveno od aluminijum oksid ili silicijum nitrida. Ovi materijali su neverovatno čvrsti i hemijski stabilni. Ne reaguju sa materijal radnog komada, što sprečava vrstu habanja koja se naziva trošenje kratera.

Rezanje keramike sija u određenim scenarijima:

1. Skretanje velikom brzinom: Keramiku možete trčati nevjerovatnim površinskim brzinama.
2. teško okretanje: Obrada kaljenog čelika (do 60-65 HRC).
3. superlegure: Obrada legura na bazi nikla koje se koriste u mlaznim motorima.

međutim, keramičkih materijala imati niske termičke otpornost na udarce (u nekim razredima) i vrlo su krhki. Ako imate mašinu sa labavim ležajevima ili ako radite teške isprekidane rezove, a alat za rezanje keramike može se razbiti. Zahtevaju čvrstu postavku. Ali kada se pravilno primeni, alati za rezanje keramike može ukloniti metal brzinom kojom karbid jednostavno ne mogu dodirnuti.

Šta je kubni bor nitrid (CBN) i zašto je drugi najtvrđi materijal?

Kada govorimo o najtvrđim materijalima na svijetu, dijamant je broj jedan. Ali odmah iza toga je kubni bor nitrid (CBN). CBN je drugi najtvrđi materijal poznato čoveku.

CBN se prvenstveno koristi za obradu tvrdih crnih metala. Za razliku od dijamanta, CBN ne reagira s ugljikom na visokim temperaturama, što ga čini sigurnim za rezanje čelika. Koriste se alati sa CBN vrhovima za obradu kaljenog čelika, livenog gvožđa i sinterovanog gvožđa.

Korištenje CBN omogućava proizvođačima da zamijene operacije brušenja obradom. Ovo je proces poznat kao "tvrdo okretanje". Umjesto postavljanja brusnog kotača, koristite CBN umetak za okretanje kaljene osovine na veličinu. Ovo je mnogo brže i ekološki prihvatljivije jer koristi manje rashladne tečnosti.

Da li su dijamantski alati za rezanje (PCD) ultimativno rješenje za obojene materijale?

Polikristalni dijamantski (PCD) alati su najtvrđi dostupni alati za rezanje. Rezanje dijamanata ponude bez premca otpornost na habanje. Međutim, postoji kvaka. Ne možete koristiti dijamant za rezanje čelika.

Zašto? Jer čelik sadrži ugljik, a dijamant je čisti ugljik. Na visokim temperaturama obrade, atomi ugljika u dijamantu žele migrirati u čelik. To uzrokuje brzo hemijsko habanje.

stoga, PCD alati su najbolji alat za rezanje izbor za obojeni materijali. Ovo uključuje:

• Aluminijum legure (posebno aluminijum sa visokim sadržajem silicijuma koji se koristi u automobilskim motorima).
• Bakar i mesing.
• Kompoziti od karbonskih vlakana.
• Abrazivni materijali poput drveta i keramike.

Ako obrađujete aluminijska kućišta za elektroniku, PCD alat može trajati 50 do 100 puta duže od alat za rezanje cementnog karbida.

Kako premazi poput titanijum nitrida poboljšavaju oštricu?

Osnovni materijal je samo pola priče. Da bismo izvukli maksimum iz alata, često nanosimo tanki premaz. Najpoznatiji je onaj premaz zlatne boje koji vidite na burgijama: Titanium Nitride (TiN).

Premazi služe u nekoliko namjena:

1. tvrdoća: Tvrđi su od podloge, štiteći oštrica.
2. mazivost: Oni smanjuju trenje između alata i strugotine, smanjujući toplinu.
3. Termička barijera: Imaju niže toplotna provodljivost, zadržavajući toplinu u strugotini i izvan alata.

Osim TiN, koristimo napredne premaze kao što su titanijum karbonitrid (TiCN) i aluminijum titan nitrid (AlTiN). AlTiN je posebno dobar za karbidni alati za rezanje koristi se u suhoj obradi jer kada se zagrije stvara zaštitni sloj od aluminijum oksid.

Koji faktori bi trebali voditi vaš odabir alata za rezanje?

The izbor materijala reznog alata ne bi trebalo da bude nagađanje. To bi trebala biti proračunata odluka zasnovana na specifičnim varijablama. Kada se konsultujemo sa klijentima o našim Carbide Drills, pitamo:

1. Materijal radnog komada: Da li je to meki aluminijum ili abrazivno liveno gvožđe? Materijali poput titanijum zahteva alate sa specifičnim hemijskim svojstvima kako bi se sprečilo zaglavljivanje.
2. tvrdoća: Ako je HRC iznad 50, potreban vam je karbid visokih performansi ili CBN.
3. Stanje mašine: Je li vam vreteno kruto? Ako jeste, možete koristiti tvrđe, lomljivije vrste. Ako ne, potrebna vam je čvrstina.
4. Obim proizvodnje: Za prototip, HSS bi mogao biti jeftin i dobar. Za 10.000 dijelova, cijena po dijelu premazanog karbid alat je daleko niži.

The pravi alat je onaj koji vam daje najnižu cijenu po rupi ili po obrađenoj površini, a ne nužno onaj s najnižom cijenom na kutiji.

Kako definiramo i mjerimo vijek trajanja alata u različitim materijalima?

Vijek trajanja alata se općenito definira kao vrijeme kada alat efikasno seče prije nego što pokvari ili proizvede neprihvatljive dijelove. Kvarovi se dešavaju zbog habanje alata, lomljenje ili plastična deformacija.

U sečenje od cementnog karbida, tražimo predvidljive obrasce nošenja. Želimo da trošenje bokova raste polako i ravnomjerno. Ako je oštrica strugotine (mikropukotine), alat može katastrofalno pokvariti.

Drugačije vrste rezanja stvaraju različito trošenje.

• Nosenje kratera: Konkavna depresija na lice alata, uzrokovana kemijskom reakcijom i toplinom. Uobičajeno kod rezanja čelika.
• Odjeća na boku: Abrazija sa strane alata. Ovo je normalan mehanizam završetka života za većinu karbidni alati.

Korištenje materijala sa visokim vruća tvrdoća i hemijsku stabilnost (npr titanijum karbida premazi ili silicijum nitrida keramika) odlaže ove mehanizme habanja.

Kako toplotna provodljivost utiče na proces rezanja?

Vrućina je neprijatelj. Sposobnost materijala da podnese toplinu definira se njegovom toplotna provodljivost.

U nekim slučajevima želite visoku provodljivost. Na primjer, PCD (dijamant) ima vrlo visoku toplotnu provodljivost, što pomaže u povlačenju topline iz zone rezanja prilikom obrade aluminijum.

U drugim slučajevima, želite nisku provodljivost. Materijal keramičkog alata za rezanje često ima nisku toplotnu provodljivost. To zadržava toplinu u strugotini i radnom komadu, štiteći strukturu alata. Međutim, ovo takođe znači keramika je podložan termalni šok. Ako brizgate rashladnu tečnost na vrući keramički umetak, on bi mogao puknuti kao vruća čaša u hladnoj vodi.

Razumijevanje ovoga pomaže u odabir alata za rezanje strategije—kao što je da li raditi mokro (sa rashladnom tečnošću) ili suvo.

Balansiranje troškova u odnosu na performanse: perspektiva proizvođača

Kao proizvođač Umeci od cementnog karbida, često moram da objašnjavam distributerima zašto alat košta ono što radi.

Standardni alat može koristiti krupnije zrno volfram karbida. Jeftinije je. Vrhunski alat koristi sub-mikro zrnasti karbid sa 12% kobalta i višeslojni nano premaz. Vrhunski alat može koštati 30% više, ali traje 300% duže.

Za operacije obrade gdje je vrijeme zastoja skupo (kao na masivnoj automatiziranoj proizvodnoj liniji), skupi alat je zapravo jeftinija opcija. Međutim, za malu radnju koja radi jednokratne popravke, visoko sečenje performanse premium razreda mogu biti pretjerane.

The vodič za rezni alat Nabavka je jednostavna: izračunajte cijenu po dijelu, a ne cijenu po alatu.

Sažetak: Ključne stvari za odabir materijala za rezne alate

Kretanje svijetom umeci reznog alata a čvrsti alati mogu biti složeni. Evo najvažnijih stvari koje treba zapamtiti iz ovog vodiča:

• Cementirani karbid je King: Nudi najbolji balans tvrdoća i žilavost za 80% od aplikacije za sečenje.
• Uskladite materijal: Koristite PCD za obojeni materijali like aluminijum. Koristite CBN za tvrde čelike. Koristite keramiku za superlegure.
• Upravljanje toplinom: Visoke temperature alati za ubijanje. Odaberite materijale sa odgovarajućim vruća tvrdoća i toplotna provodljivost.
• Materijal za premaze: Titanijum nitrid i drugi PVD/CVD premazi značajno produžavaju vijek trajanja alata smanjenjem trenja i blokiranjem topline.
• Cijena u odnosu na vrijednost: Nemojte samo gledati cijenu. A oštra rezna ivica koji duže traje smanjuje zastoje mašine i stope otpada.
• HSS ima nišu: Ne popusti brzorezni čelik za nestabilne postavke ili starije mašine gdje žilavost beats speed.

U Drillstaru smo posvećeni tome da vam pomognemo da pronađete pravi alat za rezanje za posao. Bilo da vam je potreban standard Mašina za brušenje burgije rješenja ili prilagođene karbidne profile, razumijevanje nauke o materijalu je prvi korak ka uspjehu strojne obrade.