Nejlepší průvodce materiály pro řezné nástroje: Proč karbid a pokročilé kompozity vládnou dílně

Pokud existuje jedna věc, která nedává manažerovi strojírny v noci spát, je to strach z nekonzistentního výkonu nástroje. Znáš ten pocit. Máte obrovskou objednávku leteckých dílů, stroj běží a najednou – cvaknutí. Nástroj se zlomí, součást je sešrotována a váš okraj dostane zásah. Ve společnosti Dezhou Drillstar Cutting Tool Co., Ltd vidíme, jak se tento scénář neustále odehrává. Hlavní příčina? Často to není stroj; to je volba materiálu řezného nástroje.

Tento článek je vaším komplexním průvodcem k pochopení materiál řezného nástroje krajina. Ponoříme se hluboko do proč karbid se stal průmyslovým standardem, prozkoumejte kde keramické řezné nástroje lesk, a podívejte se na supertvrdé materiály jako kubický nitrid boru. Ať už řežete litina, hliník, nebo tvrzené oceli, pochopení vlastností těchto materiálů je tajemstvím lepšího odemykání životnost nástroje a povrchovou úpravou.

Proč je pro vaše obráběcí operace rozhodující výběr materiálu řezného nástroje?

The výběr řezného nástroje je pravděpodobně nejdůležitějším rozhodnutím ve výrobním procesu. The řezný nástroj je styčným bodem mezi vašimi drahými obráběcí stroj a syrové obrobek. Pokud tento kontaktní bod selže, vše ostatní se zastaví.

Nejprve zvažte teplo. Během obráběcí operace, teploty při ostří může vyšplhat až nad 1000 °C. Pokud materiál řezného nástroje chybí tvrdost za tepla, změkne a deformuje se. To vede ke špatným tolerancím a vyřazení součásti. Materiály používané v řezných nástrojích musí zachovat stabilitu i při zapnutém topení.

Za druhé, musíme o tom mluvit odolnost proti opotřebení. Nástroj, který se příliš rychle opotřebovává, vyžaduje časté výměny. Tato prostoj zabíjí efektivitu. Výběrem správný řezný nástroj s odpovídajícím vyvážením houževnatost a odolnost proti opotřebení, zajistíte, že se vaše výrobní linka bude neustále pohybovat. Jde o předvídatelnost. Když distributor jako vy prodává nástroj do strojírny, musí vědět, že vydrží na 500 dílů, ne na 50.

Jaké jsou dnes hlavní typy materiálů pro řezné nástroje?

Historie řezání kovů je skutečně historií materiálové vědy. V průběhu minulého století jsme přešli od jednoduchých uhlíkových ocelí k pokročilým kompozitům, které dokážou proříznout kalené slitiny jako máslo.

Zde je rychlý rozpis druhy materiálů řezných nástrojů běžně vidíme:

• Vysokorychlostní ocel (HSS): Starý spolehlivý. Tvrdý, ale postrádá rychlost.
• Slinutý karbid: Pracovní kůň. Výborně odolnost proti opotřebení a rychlostní schopnosti.
• keramika: Démoni rychlosti. Skvělé pro vysoké teplo, ale křehké.
• Cermety: Směs keramiky a kovu. Skvělé pro dokončení.
• Supertvrdé materiály (CBN a PCD): Specialisté na extrémní tvrdost nebo abrazivní materiály.

Pochopení těchto typy řezání materiály vám pomohou sladit nástroj s aplikací. K zatloukání hřebíku byste nepoužili skleněné kladivo a k soustružení kalené formovací oceli byste neměli používat HSS.

Proč je slinutý karbid průmyslovým standardem pro moderní obrábění?

Pokud vejdete do jakékoli moderní CNC dílny, naprostá většina nástrojů, které vidíte – stopkové frézy, vrtáky, břitové destičky – je vyrobena z slinutý karbid. Ale co to přesně je?

Slinutý karbid je kompozitní materiál. Skládá se z tvrdého karbid wolframu částice stmelené dohromady kovovým pojivem, obvykle kobaltem. Představte si to jako beton: wolfram je kamenivo (kámen) a kobalt je cement. Tato kombinace dává tvrdokovové nástroje jedinečná výhoda. Jsou neuvěřitelně tvrdé, nabízejí vysoké odolnost proti opotřebení, ale kobaltové pojivo poskytuje dostatečnou houževnatost, aby odolalo řezným silám, aniž by se okamžitě roztříštilo.

V Drillstar používáme vysoce kvalitní mikrozrno karbid tyče k výrobě našich Masivní karbidové tyče. Čím jemnější zrno, tím ostřejší hranu můžeme brousit a nástroj je pevnější. Karbidové řezné nástroje může běžet rychlostí 2 až 3krát vyšší než HSS, což se přímo promítá do ušetřených peněz za strojový čas.

Jak jsou na tom nástroje z vysokorychlostní oceli (HSS) ve srovnání s řeznými nástroji z tvrdokovu?

Možná by vás zajímalo, jestli karbid je tak skvělý, proč ano rychlořezná ocel stále existují? Rychlořezná ocel (HSS) byla revolucí, když byla představena a umožňovala mnohé vysoké řezné rychlosti než starší uhlíkové nástrojové oceli.

Hlavní výhodou HSS je jeho houževnatost. Dokáže absorbovat nárazy a vibrace, které by praskly karbid nástroj. Díky tomu je HSS ideální pro:

• Starší, méně stabilní stroje.
• Přerušované řezy.
• Složité tvarové nástroje, které se obtížně brousí z monolitního karbidu.

HSS má však hlavní slabinu: tvrdost za tepla. Když řezná rychlost se zvyšuje, rychle vzniká teplo. Při teplotě kolem 600 °C, HSS ztrácí svou tvrdost. naproti tomu nástroje ze slinutého karbidu zachovávají si tvrdost i při mnohem vyšších teplotách. Pro vysoce produkční prostředí, kde je čas cyklu králem, řezání karbidu je téměř vždy nejlepší volbou.

Kdy byste měli ve svém stroji používat keramické řezné nástroje?

Keramické řezné nástroje jsou fascinující kategorií. Jsou složeny především z oxid hlinitý nebo nitrid křemíku. Tyto materiály jsou neuvěřitelně tvrdé a chemicky stabilní. Nereagují s materiál obrobku, který zabraňuje typu opotřebení zvaného opotřebení kráterů.

Řezání keramiky září v konkrétních scénářích:

1. Vysokorychlostní soustružení: Keramiku můžete provozovat neuvěřitelnou povrchovou rychlostí.
2. Těžké otáčení: Obrábění kalené oceli (až 60-65 HRC).
3. Superslitiny: Obrábění slitin na bázi niklu používaných v proudových motorech.

Nicméně, keramické materiály mít nízké tepelné odolnost proti nárazům (v některých stupních) a jsou velmi křehké. Pokud máte stroj s uvolněnými ložisky nebo pokud provádíte těžké přerušované řezy, a keramický řezací nástroj může se rozbít. Vyžadují pevné nastavení. Ale při správné aplikaci keramické řezné nástroje může odstranit kov rychlostí, která karbid prostě se nelze dotknout.

Co je to kubický nitrid boru (CBN) a proč je druhým nejtvrdším materiálem?

Když mluvíme o nejtvrdších materiálech na zemi, diamant je číslo jedna. Ale hned za tím je kubický nitrid boru (CBN). CBN je druhý nejtvrdší materiál člověku známý.

CBN se používá především pro obrábění tvrdých železných kovů. Na rozdíl od diamantu nereaguje CBN s uhlíkem při vysokých teplotách, takže je bezpečný pro řezání oceli. Používají se nástroje s CBN hroty pro obrábění kalených ocelí, litin a slinutých litin.

Použití CBN umožňuje výrobcům nahradit operace broušení obráběním. Toto je proces známý jako „tvrdé soustružení“. Místo nastavení brusného kotouče použijete CBN vložku k otočení kalené hřídele na požadovanou velikost. To je mnohem rychlejší a šetrnější k životnímu prostředí, protože spotřebovává méně chladicí kapaliny.

Jsou diamantové řezné nástroje (PCD) konečným řešením pro neželezné materiály?

Nástroje z polykrystalického diamantu (PCD) jsou nejtvrdší dostupné řezné nástroje. Diamantové řezání nabízí bezkonkurenční odolnost proti opotřebení. Má to však háček. K řezání oceli nemůžete použít diamant.

proč? Protože ocel obsahuje uhlík a diamant je čistý uhlík. Při vysokých teplotách obrábění chtějí atomy uhlíku v diamantu migrovat do oceli. To způsobuje rychlé chemické opotřebení.

proto PCD nástroje jsou nejlepší řezný nástroj volba pro neželezné materiály. To zahrnuje:

• hliník slitiny (zejména hliník s vysokým obsahem křemíku používaný v automobilových motorech).
• Měď a mosaz.
• Kompozity z uhlíkových vláken.
• Abrazivní materiály jako dřevo a keramika.

Pokud obrábíte hliníková pouzdra pro elektroniku, může nástroj PCD vydržet 50 až 100krát déle než řezný nástroj ze slinutého karbidu.

Jak povlaky jako nitrid titanu zlepšují řeznou hranu?

Základní materiál je jen polovina příběhu. Abychom nástroj co nejlépe využili, často nanášíme tenký povlak. Nejznámější je ten zlatý povlak, který vidíte na vrtácích: Nitrid titanu (TiN).

Nátěry slouží k několika účelům:

1. Tvrdost: Jsou tvrdší než substrát, chrání ostří.
2. Mazivost: Snižují tření mezi nástrojem a třískou, čímž snižují teplo.
3. Tepelná bariéra: Mají nižší tepelná vodivost, udržuje teplo v třískách a mimo nástroj.

Kromě TiN používáme pokročilé povlaky, jako je karbonitrid titanu (TiCN) a nitrid hliníku a titanu (AlTiN). AlTiN je zvláště vhodný pro tvrdokovové řezné nástroje používá se při suchém obrábění, protože když se zahřeje, vytvoří ochrannou vrstvu oxid hlinitý.

Jaké faktory by se měly řídit při výběru řezného nástroje?

The volba materiálu řezného nástroje nemělo by jít o odhad. Mělo by se jednat o vypočítané rozhodnutí na základě konkrétních proměnných. Když s klienty konzultujeme naše Tvrdokovové vrtáky, ptáme se:

1. Materiál obrobku: Je to měkký hliník nebo abrazivní litina? Materiály jako titan vyžaduje nástroje se specifickými chemickými vlastnostmi, aby se zabránilo zadření.
2. Tvrdost: Pokud je HRC vyšší než 50, potřebujete vysoce výkonný karbid nebo CBN.
3. Stav stroje: Je vaše vřeteno tuhé? Pokud ano, můžete použít tvrdší a křehčí třídy. Pokud ne, potřebujete tvrdost.
4. Objem výroby: U prototypu může být HSS levný a dobrý. U 10 000 dílů cena za kus povlaku karbid nástroj je mnohem nižší.

The správný nástroj je ten, který vám dává nejnižší náklady na díru nebo na obrobený povrch, ne nutně ten s nejnižší cenou na krabici.

Jak definujeme a měříme životnost nástroje v různých materiálech?

Životnost nástroje je obecně definována jako doba, po kterou nástroj efektivně řeže, než selže nebo nevyrobí nepřijatelné součásti. Neúspěchy se dějí kvůli opotřebení nástroještěpení nebo plastická deformace.

In řezání slinutého karbidu, hledáme předvídatelné vzory opotřebení. Chceme, aby opotřebení boku rostlo pomalu a rovnoměrně. Pokud ostří třísky (mikrotrhliny), nástroj může katastrofálně selhat.

Různé typy řezání generovat různé opotřebení.

• Opotřebení kráteru: Konkávní prohlubeň na obličej nástroje, způsobené chemickou reakcí a teplem. Běžné při řezání oceli.
• Opotřebení boku: Oděr na straně nástroje. Pro většinu je to normální mechanismus konce životnosti tvrdokovové nástroje.

Použití materiálů s vysokým tvrdost za tepla a chemická stabilita (např karbid titanu nátěry popř nitrid křemíku keramika) zpožďuje tyto mechanismy opotřebení.

Jak tepelná vodivost ovlivňuje proces řezání?

Teplo je nepřítel. Schopnost materiálu zvládnout teplo je definována jeho tepelná vodivost.

V některých případech požadujete vysokou vodivost. Například PCD (diamant) má velmi vysokou tepelnou vodivost, která pomáhá odvádět teplo z řezné zóny při obrábění hliník.

V ostatních případech požadujete nízkou vodivost. Materiál keramického řezného nástroje má často nízkou tepelnou vodivost. To udržuje teplo v třísce a obrobku a chrání strukturu nástroje. To však také znamená keramické je náchylný k tepelný šok. Pokud stříkáte chladicí kapalinu na horkou keramickou vložku, může prasknout jako horká sklenice ve studené vodě.

Pochopení tohoto pomáhá výběr řezného nástroje strategie – například zda jet na mokro (s chladicí kapalinou) nebo na sucho.

Vyvážení nákladů vs. výkon: perspektiva výrobce

Jako výrobce Destičky ze slinutého karbidu, často musím distributorům vysvětlovat, proč nástroj stojí to, co dělá.

Standardní nástroj může používat hrubší zrno karbid wolframu. je to levnější. Prémiový nástroj používá submikrozrnný karbid s 12 % kobaltu a vícevrstvý nano povlak. Prémiový nástroj může stát o 30 % více, ale vydrží o 300 % déle.

pro obráběcí operace tam, kde jsou prostoje drahé (jako na masivní automatizované výrobní lince), je drahý nástroj ve skutečnosti levnější variantou. Nicméně pro malý obchod provádějící jednorázové opravy, vysoké řezání výkon prémiových tříd může být přehnaný.

The průvodce řezným nástrojem Nákup je jednoduchý: spočítejte si náklady na díl, nikoli na nástroj.

Shrnutí: Klíčové poznatky pro výběr materiálů řezného nástroje

Navigace ve světě břitové destičky řezných nástrojů a pevné nástroje mohou být složité. Zde jsou nejdůležitější věci, které si z tohoto průvodce zapamatujete:

• Slinutý karbid je král: Nabízí nejlepší rovnováhu tvrdost a houževnatost na 80 %. řezací aplikace.
• Přizpůsobte materiál: Použijte PCD pro neželezné materiály jako hliník. Pro tvrdé oceli použijte CBN. Pro superslitiny použijte keramiku.
• Řízení tepla: Vysoké teploty zabít nástroje. Vyberte vhodné materiály tvrdost za tepla a tepelná vodivost.
• Na nátěrech záleží: Nitrid titanu a další PVD/CVD povlaky výrazně rozšiřují životnost nástroje snížením tření a blokováním tepla.
• Cena vs. hodnota: Nedívejte se jen na cenovku. A ostrá řezná hrana která vydrží déle, snižuje prostoje stroje a zmetkovitost.
• HSS má mezeru: Neslevovat rychlořezná ocel pro nestabilní nastavení nebo starší stroje, kde houževnatost překonává rychlost.

V Drillstar jsme odhodláni pomoci vám najít správný řezný nástroj za práci. Ať už potřebujete standard Bruska vrtáků řešení nebo zakázkových karbidových profilů, pochopení vědy o materiálu je prvním krokem k úspěchu obrábění.