Si hi ha alguna cosa que manté despert a la nit un gerent de taller de màquines, és la por al rendiment inconsistent de les eines. Coneixes la sensació. Tens una comanda massiva de peces aeroespacials, la màquina està funcionant i, de sobte, s'enfonsa. L'eina es trenca, la peça es desballesta i el vostre marge rep un cop. A Dezhou Drillstar Cutting Tool Co., Ltd, veiem que aquest escenari es desenvolupa constantment. La causa arrel? Sovint, no és la màquina; és el elecció del material de l'eina de tall.
Aquest article és la vostra guia completa per entendre material de l'eina de tall paisatge. Aprofundirem en el perquè carbur s'ha convertit en l'estàndard del sector, explora on eines de tall de ceràmica brilla i mira materials superdurs com nitrur de bor cúbic. Tant si estàs tallant ferro colat, alumini, o acer endurit, entendre les propietats d'aquests materials és el secret per desbloquejar millor vida útil de l'eina i acabat superficial.
Per què l'elecció del material de l'eina de tall és fonamental per a les vostres operacions de mecanitzat?
El selecció de l'eina de tall és sens dubte la decisió més important en el procés de fabricació. El eina de tall és el punt de contacte entre els vostres cars màquina-eina i el cru peça de treball. Si aquest punt de contacte falla, tota la resta s'atura.
Primer, tingueu en compte la calor. Durant operacions de mecanitzat, temperatures a la avantguarda pot arribar a superar els 1000 °C. Si el material de l'eina de tall manca duresa calenta, s'estovarà i es deformarà. Això comporta males toleràncies i una peça rebutjada. Materials utilitzats en eines de tall han de mantenir la seva estabilitat fins i tot quan la calor estigui encès.
En segon lloc, n'hem de parlar resistència al desgast. Una eina que es desgasta massa ràpidament requereix canvis freqüents. Aquest temps d'inactivitat mata l'eficiència. En triar el eina de tall adequada amb l'equilibri adequat de duresa i resistència al desgast, us assegureu que la vostra línia de producció continua en moviment. Es tracta de la predictibilitat. Quan un distribuïdor com tu ven una eina a un taller de màquines, ha de saber que durarà 500 peces, no fallarà en 50.
Quins són els principals tipus de materials d'eines de tall disponibles actualment?
La història de tall de metalls és realment una història de la ciència dels materials. Durant l'últim segle, hem passat dels simples acers al carboni als compostos avançats que poden tallar aliatges endurits com la mantega.
Aquí teniu un desglossament ràpid del tipus de materials per a eines de tall habitualment veiem:
- Acer d'alta velocitat (HSS): El vell fiable. Dur, però manca de velocitat.
- Carbur cimentat: El cavall de batalla. Excel·lent resistència al desgast i capacitats de velocitat.
- Ceràmica: Els dimonis de la velocitat. Ideal per a foc fort, però trencadís.
- Cermets: Una barreja de ceràmica i metall. Genial per acabar.
- Materials súper durs (CBN i PCD): Els especialistes en materials de duresa extrema o abrasius.
Entenent aquests tipus de tall materials us ajuda a fer coincidir l'eina amb l'aplicació. No utilitzaríeu un martell de vidre per clavar un clau, i no hauríeu d'utilitzar HSS per convertir l'acer del motlle endurit.
Per què el carbur cimentat és l'estàndard de la indústria per al mecanitzat modern?
Si entres a qualsevol botiga CNC moderna, la gran majoria de les eines que veus (freses, trepants, insercions) estan fetes de carbur cimentat. Però què és exactament?
Carbur cimentat és un material compost. Consisteix en dur carbur de tungstè partícules cimentades entre si per un aglutinant metàl·lic, generalment cobalt. Penseu-hi com el formigó: el tungstè és l'àrid (pedra) i el cobalt és el ciment. Aquesta combinació dóna eines de carbur un avantatge únic. Són increïblement durs, ofereixen alt resistència al desgast, però el lligant de cobalt proporciona prou duresa per suportar les forces de tall sense trencar-se immediatament.
A Drillstar, utilitzem microgras d'alta qualitat carbur varetes per fabricar els nostres Barres de carbur sòlid. Com més fi és el gra, més afilat és el cantell que podem moldre i més forta és l'eina. Eines de tall de carbur pot funcionar a velocitats de 2 a 3 vegades més ràpides que HSS, la qual cosa es tradueix directament en diners estalviats en temps de màquina.
Com es comparen les eines d'acer d'alta velocitat (HSS) amb les eines de tall de carbur?
Potser us preguntareu, si carbur és tan fantàstic, per què acer d'alta velocitat encara existeixen? Acer d'alta velocitat (HSS) va ser una revolució quan es va introduir, permetent molt altes velocitats de tall que més vell acers per eines al carboni.
El principal avantatge de HSS és la seva duresa. Pot absorbir cops i vibracions que es trencarien a carbur eina. Això fa que HSS sigui ideal per a:
- Màquines més antigues i menys estables.
- Talls interromputs.
- Eines de forma complexa que són difícils de rectificar a partir de carbur sòlid.
Tanmateix, l'HSS té una debilitat important: duresa calenta. Quan el velocitat de tall augmenta, la calor es genera ràpidament. Al voltant dels 600 °C, L'HSS perd la seva duresa. En canvi, eines de carbur cimentat conserven la seva duresa a temperatures molt més altes. Per a entorns d'alta producció on el temps de cicle és el rei, tall de carbur és gairebé sempre l'opció superior.
Quan hauríeu d'utilitzar eines de tall de ceràmica a la vostra màquina?
Eines de tall de ceràmica són una categoria fascinant. Estan compostos principalment per òxid d'alumini o nitrur de silici. Aquests materials són increïblement durs i químicament estables. No reaccionen amb el material de la peça, que evita un tipus de desgast anomenat desgast del cràter.
Tall de ceràmica brilla en escenaris específics:
- Girar a alta velocitat: Podeu executar ceràmica a velocitats superficials increïbles.
- Torneig dur: Mecanitzat d'acer endurit (fins a 60-65 HRC).
- Superaliatges: Mecanitzat d'aliatges a base de níquel utilitzats en motors a reacció.
No obstant això, materials ceràmics tenir tèrmica baixa resistència als cops (en alguns graus) i són molt fràgils. Si teniu una màquina amb coixinets solts o si esteu fent talls forts interromputs, a eina de tall de ceràmica podria trencar-se. Requereixen una configuració rígida. Però quan s'aplica correctament, eines de tall de ceràmica pot eliminar el metall a taxes que carbur simplement no pot tocar.
Què és el nitrur de bor cúbic (CBN) i per què és el segon material més dur?
Quan parlem dels materials més durs de la terra, el diamant és el número u. Però just darrere hi ha nitrur de bor cúbic (CBN). CBN és el segon material més dur conegut per l'home.
El CBN s'utilitza principalment per mecanitzar metalls ferrosos durs. A diferència del diamant, el CBN no reacciona amb el carboni a altes temperatures, cosa que el fa segur per tallar acer. S'utilitzen eines amb puntes de CBN per mecanitzar acers endurits, ferros colats i ferros sinteritzats.
L'ús de CBN permet als fabricants substituir les operacions de rectificat per mecanitzat. Aquest és un procés conegut com a "tornatge dur". En lloc de configurar una mola, utilitzeu una inserció de CBN per convertir un eix endurit a la mida. Això és molt més ràpid i més respectuós amb el medi ambient, ja que utilitza menys refrigerant.
Les eines de tall de diamant (PCD) són la solució definitiva per a materials no fèrrics?
Les eines de diamant policristalí (PCD) són les eines de tall més dures disponibles. Tall de diamants ofertes inigualables resistència al desgast. No obstant això, hi ha una trampa. No podeu utilitzar el diamant per tallar l'acer.
Per què? Perquè l'acer conté carboni i el diamant és carboni pur. A les altes temperatures de mecanitzat, els àtoms de carboni del diamant volen migrar a l'acer. Això provoca un desgast químic ràpid.
Per tant, Eines de PCD són els millor eina de tall elecció per materials no fèrrics. Això inclou:
- Alumini aliatges (especialment alumini d'alt contingut en silici utilitzat en motors d'automoció).
- Coure i llautó.
- Composites de fibra de carboni.
- Materials abrasius com la fusta i la ceràmica.
Si esteu mecanitzant carcasses d'alumini per a electrònica, una eina PCD pot durar de 50 a 100 vegades més que una eina de tall de carbur cimentat.
Com milloren l'avantguarda els recobriments com el nitrur de titani?
El material bàsic és només la meitat de la història. Per treure el màxim profit d'una eina, sovint apliquem una capa fina. El més famós és el recobriment de color daurat que veieu a les broques: Nitrur de titani (TiN).
Els recobriments tenen diversos propòsits:
- Duresa: Són més durs que el substrat, protegint el avantguarda.
- Lubricitat: Redueixen la fricció entre l'eina i el xip, reduint la calor.
- Barrera tèrmica: Tenen més baixa conductivitat tèrmica, mantenint la calor a l'encenall i fora de l'eina.
Més enllà del TiN, utilitzem recobriments avançats com el carbonitrur de titani (TiCN) i el nitrur de titani d'alumini (AlTiN). AlTiN és especialment bo per eines de tall de carbur s'utilitza en el mecanitzat en sec perquè quan s'escalfa, forma una capa protectora de òxid d'alumini.
Quins factors haurien de guiar la selecció de l'eina de tall?
El elecció del material de l'eina de tall no hauria de ser una suposició. Hauria de ser una decisió calculada basada en variables específiques. Quan consultem amb els clients sobre el nostre Broques de carbur, preguntem:
- Material de la peça: És alumini tou o ferro colat abrasiu? Materials com El titani requereix eines amb propietats químiques específiques per evitar l'agarronament.
- Duresa: Si el HRC és superior a 50, necessiteu carbur o CBN d'alt rendiment.
- Estat de la màquina: El teu eix és rígid? En cas afirmatiu, podeu utilitzar graus més durs i més trencadissos. Si no, necessites duresa.
- Volum de producció: Per a un prototip, HSS pot ser barat i bo. Per a 10.000 peces, el cost per part d'un recobert carbur l'eina és molt inferior.
El eina adequada és el que us ofereix el cost més baix per forat o per superfície mecanitzada, no necessàriament el que té el preu més baix a la caixa.
Com definim i mesurem la vida útil de l'eina en diferents materials?
Vida útil de l'eina generalment es defineix com el temps que una eina talla de manera efectiva abans de fallar o produir peces inacceptables. Els errors es produeixen a causa de desgast de l'eina, estellat o deformació plàstica.
En tall de carbur cimentat, busquem patrons de desgast previsibles. Volem que el desgast del flanc creixi lentament i uniformement. Si el avantguarda xips (micro-esquerdes), l'eina pot fallar catastròficament.
Diferent tipus de tall generar un desgast diferent.
- Desgast del cràter: Una depressió còncava a la cara de l'eina, causada per reacció química i calor. Comú en el tall d'acer.
- Desgast del flanc: Abrasió al costat de l'eina. Aquest és el mecanisme normal de final de vida per a la majoria eines de carbur.
Utilitzant materials amb alt duresa calenta i estabilitat química (com carbur de titani recobriments o nitrur de silici ceràmica) retarda aquests mecanismes de desgast.
Com afecta la conductivitat tèrmica al procés de tall?
La calor és l'enemic. La capacitat d'un material per manejar la calor es defineix per la seva conductivitat tèrmica.
En alguns casos, voleu una alta conductivitat. Per exemple, el PCD (diamant) té una conductivitat tèrmica molt alta, que ajuda a allunyar la calor de la zona de tall durant el mecanitzat. alumini.
En altres casos, voleu baixa conductivitat. Material d'eina de tall de ceràmica sovint té una conductivitat tèrmica baixa. Això manté la calor al xip i a la peça de treball, protegint l'estructura de l'eina. Tanmateix, això també significa el ceràmica és susceptible a xoc tèrmic. Si aboqueu refrigerant a una inserció de ceràmica calenta, podria trencar-se com un got calent amb aigua freda.
Entendre això ajuda triar l'eina de tall estratègies, com ara si córrer humit (amb refrigerant) o sec.
Equilibrar el cost i el rendiment: la perspectiva d'un fabricant
Com a fabricant de Insercions de carbur cimentat, Sovint he d'explicar als distribuïdors per què una eina costa el que fa.
Una eina estàndard pot utilitzar un gra més gruixut carbur de tungstè. És més barat. Una eina premium utilitza carbur de gra submicro amb un 12% de cobalt i un nano-recobriment multicapa. L'eina premium pot costar un 30% més, però durar un 300% més.
Per operacions de mecanitzat on el temps d'inactivitat és car (com en una línia de producció automatitzada massiva), l'eina cara és en realitat l'opció més barata. Tanmateix, per a una petita botiga de treball que fa reparacions puntuals, el tall alt El rendiment de les qualificacions premium pot ser excessiu.
El guia per a l'eina de tall La compra és senzilla: calculeu el cost per peça, no el cost per eina.
Resum: aspectes clau per seleccionar els materials de les eines de tall
Navegant pel món de insercions d'eines de tall i les eines sòlides poden ser complexes. Aquestes són les coses més importants que cal recordar d'aquesta guia:
- El carbur cimentat és el rei: Ofereix el millor equilibri de duresa i duresa per al 80% de aplicacions de tall.
- Coincideix amb el material: Utilitzeu PCD per materials no fèrrics com alumini. Utilitzeu CBN per a acers durs. Utilitzeu ceràmiques per a superaliatges.
- Gestió de la calor: Temperatures elevades matar eines. Seleccioneu els materials adequats duresa calenta i conductivitat tèrmica.
- Els recobriments són importants: Nitrur de titani i altres recobriments PVD/CVD s'estenen significativament vida útil de l'eina reduint la fricció i bloquejant la calor.
- Cost vs. valor: No mireu només l'etiqueta de preu. A tall afilat que dura més redueix el temps d'aturada de la màquina i les taxes de ferralla.
- HSS té un nínxol: No descomptes acer d'alta velocitat per a configuracions inestables o màquines més antigues on duresa batega la velocitat.
A Drillstar, ens comprometem a ajudar-vos a trobar el eina de tall adequada per la feina. Tant si necessiteu estàndard Màquina de rectificat de broques solucions o perfils de carbur personalitzats, entendre la ciència del material és el primer pas cap a l'èxit del mecanitzat.
