Vrhunski vodič za materijale alata za rezanje: Zašto karbid i napredni kompoziti vladaju radnjom

Ako postoji jedna stvar zbog koje upravitelj strojarne radionice noću ne spava, onda je to strah od nedosljedne izvedbe alata. Znate taj osjećaj. Imate ogromnu narudžbu dijelova za zrakoplovstvo, stroj radi i odjednom — pukne. Alat se pokvari, dio se rashoduje, a vaša margina trpi udarac. U Dezhou Drillstar Cutting Tool Co., Ltd stalno vidimo ovaj scenarij. Glavni uzrok? Često to nije stroj; to je izbor materijala alata za rezanje.

Ovaj je članak vaš sveobuhvatan vodič za razumijevanje materijal alata za rezanje pejzaž. Uronit ćemo duboko u zašto karbid postao industrijski standard, istražite gdje alati za rezanje keramike sjaj, i pogled na supertvrde materijale poput kubni borov nitrid. Bilo da režete lijevanog željeza, aluminij, ili kaljenog čelika, razumijevanje svojstava ovih materijala tajna je boljeg otključavanja vijek trajanja alata i završna obrada površine.

Zašto je izbor materijala alata za rezanje kritičan za vaše operacije strojne obrade?

The izbor alata za rezanje je vjerojatno najvažnija odluka u procesu proizvodnje. The alat za rezanje je dodirna točka između vaših skupih alatni stroj i sirovo obradak. Ako ta kontaktna točka zakaže, sve ostalo prestaje.

Prvo, uzmite u obzir toplinu. Tijekom operacije strojne obrade, temperature na rezni rub može se uzdići i preko 1000°C. Ako je materijal alata za rezanje nedostaci vruća tvrdoća, omekšat će i deformirati se. To dovodi do loših tolerancija i odbačenog dijela. Materijali koji se koriste u alatima za rezanje moraju zadržati svoju stabilnost čak i kada je grijanje uključeno.

Drugo, moramo razgovarati o otpornost na trošenje. Alat koji se prebrzo istroši zahtijeva česte izmjene. Ovaj zastoj ubija učinkovitost. Odabirom desni alat za rezanje uz odgovarajuću ravnotežu žilavost i otpornost na habanje, osiguravate da se vaša proizvodna linija neprestano kreće. Riječ je o predvidljivosti. Kada distributer poput vas proda alat strojarnici, moraju znati da će trajati 500 dijelova, a ne pokvariti na 50.

Koje su glavne vrste materijala alata za rezanje danas dostupne?

Povijest rezanje metala zapravo je povijest znanosti o materijalima. Tijekom prošlog stoljeća prešli smo s jednostavnih ugljičnih čelika na napredne kompozite koji mogu rezati otvrdnute legure poput maslaca.

Evo kratke analize vrste materijala alata za rezanje obično vidimo:

• Brzorezni čelik (HSS): Stari pouzdani. Čvrsto, ali nedostaje brzine.
• Cementirani karbid: Radni konj. Izvrsno otpornost na trošenje i brzinske mogućnosti.
• Keramika: Demoni brzine. Izvrstan za visoke temperature, ali krt.
• Kermeti: Mješavina keramike i metala. Izvrstan za doradu.
• Supertvrdi materijali (CBN i PCD): Stručnjaci za ekstremne tvrdoće ili abrazivne materijale.

Razumijevanje ovih vrste rezanja Materijali vam pomažu da uskladite alat s primjenom. Ne biste koristili stakleni čekić za zabijanje čavala, a ne biste trebali koristiti HSS za okretanje kaljenog kalupnog čelika.

Zašto je cementni karbid industrijski standard za modernu strojnu obradu?

Ako uđete u bilo koju suvremenu CNC radionicu, velika većina alata koje vidite - čelna glodala, svrdla, umetci - napravljeni su od cementirani karbid. Ali što je to točno?

Cementirani karbid je kompozitni materijal. Sastoji se od tvrdih volframov karbid čestice spojene metalnim vezivom, obično kobaltom. Zamislite to kao beton: volfram je agregat (kamen), a kobalt je cement. Ova kombinacija daje alati od tvrdog metala jedinstvena prednost. Nevjerojatno su tvrdi, nude visoko otpornost na trošenje, ali kobaltno vezivo pruža dovoljno žilavosti da izdrži sile rezanja bez trenutnog pucanja.

U Drillstaru koristimo visokokvalitetno mikrozrno karbid šipke za proizvodnju naših Pune karbidne šipke. Što je finije zrno, to je oštriji rub koji možemo brusiti, a alat je jači. Rezni alati od tvrdog metala može raditi pri brzinama 2 do 3 puta bržim od HSS-a, što izravno znači uštedu novca na vremenu stroja.

Kakvi su alati od brzoreznog čelika (HSS) u usporedbi s alatima za rezanje od karbida?

Možda se pitate, ako karbid je tako super, zašto brzorezni čelik još postoji? Brzorezni čelik (HSS) bila je revolucija kada je uvedena, omogućila je mnogo velike brzine rezanja nego stariji ugljični alatni čelici.

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

• Stariji, manje stabilni strojevi.
• Prekinuti rezovi.
• Alati složenog oblika koji se teško bruse od tvrdog metala.

Međutim, HSS ima veliku slabost: vruća tvrdoća. Kada je brzina rezanja povećava, toplina se stvara brzo. Na oko 600°C, HSS gubi svoju tvrdoću. Nasuprot tome, alati od tvrdog metala zadržavaju tvrdoću na mnogo višim temperaturama. Za okruženja visoke proizvodnje gdje je vrijeme ciklusa ključno, rezanje karbidom je gotovo uvijek bolji izbor.

Kada biste trebali koristiti alate za rezanje keramike u svom stroju?

Alati za rezanje keramike su fascinantna kategorija. Sastoje se prvenstveno od aluminijev oksid ili silicijev nitrid. Ovi materijali su nevjerojatno tvrdi i kemijski stabilni. Oni ne reagiraju s materijal obratka, koji sprječava vrstu trošenja koja se zove kratersko trošenje.

Rezanje keramike svijetli u određenim scenarijima:

1. Okretanje velikom brzinom: Keramiku možete pokretati nevjerojatnom površinskom brzinom.
2. Teško okretanje: Strojna obrada kaljenog čelika (do 60-65 HRC).
3. Superlegure: Strojna obrada legura na bazi nikla koje se koriste u mlaznim motorima.

međutim, keramičkih materijala imati niske toplinske otpornost na udarce (u nekim razredima) i vrlo su krti. Ako imate stroj s labavim ležajevima ili ako radite teške isprekidane rezove, a alat za rezanje keramike moglo bi se razbiti. Oni zahtijevaju krutu postavu. Ali kada se pravilno primijeni, alati za rezanje keramike može ukloniti metal po stopama koje karbid jednostavno ne mogu dirati.

Što je kubični borov nitrid (CBN) i zašto je drugi najtvrđi materijal?

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

CBN se prvenstveno koristi za strojnu obradu tvrdih željeznih metala. Za razliku od dijamanta, CBN ne reagira s ugljikom na visokim temperaturama, što ga čini sigurnim za rezanje čelika. Koriste se alati s CBN vrhovima za strojnu obradu kaljenog čelika, lijevanog željeza i sinteriranog željeza.

Korištenje CBN-a omogućuje proizvođačima da zamijene operacije brušenja strojnom obradom. Ovo je proces poznat kao "tvrdo tokarenje". Umjesto postavljanja brusne ploče, koristite CBN umetak za okretanje kaljene osovine na željenu veličinu. Ovo je puno brže i ekološki prihvatljivije jer koristi manje rashladne tekućine.

Jesu li dijamantni alati za rezanje (PCD) ultimativno rješenje za neželjezne materijale?

Polikristalni dijamantni (PCD) alati su najtvrđi dostupni alati za rezanje. Dijamantno rezanje nudi bez premca otpornost na trošenje. Međutim, postoji kvaka. Ne možete koristiti dijamant za rezanje čelika.

zašto Jer čelik sadrži ugljik, a dijamant je čisti ugljik. Na visokim temperaturama strojne obrade, atomi ugljika u dijamantu žele migrirati u čelik. To uzrokuje brzo kemijsko trošenje.

Stoga, PCD alati su najbolji alat za rezanje izbor za neželjezni materijali. Ovo uključuje:

• Aluminij legure (osobito aluminij s visokim sadržajem silicija koji se koristi u automobilskim motorima).
• Bakar i mjed.
• Kompoziti od karbonskih vlakana.
• Abrazivni materijali poput drveta i keramike.

Ako obrađujete aluminijska kućišta za elektroniku, PCD alat može trajati 50 do 100 puta dulje od alat za rezanje od tvrdog metala.

Kako premazi poput titanijevog nitrida poboljšavaju oštricu?

Osnovni materijal je samo pola priče. Kako bismo izvukli maksimum iz alata, često nanosimo tanki premaz. Najpoznatiji je onaj premaz zlatne boje koji vidite na svrdlima: Titanijev nitrid (TiN).

Premazi imaju nekoliko svrha:

1. Tvrdoća: Tvrđe su od podloge, štite rezni rub.
2. Podmazivanje: Smanjuju trenje između alata i strugotine, smanjujući toplinu.
3. Toplinska barijera: Imaju niže toplinska vodljivost, zadržavajući toplinu u strugotini i izvan alata.

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

Koji čimbenici bi trebali voditi vaš odabir alata za rezanje?

The izbor materijala alata za rezanje ne bi trebalo biti nagađanje. To bi trebala biti proračunata odluka temeljena na određenim varijablama. Kada se savjetujemo s klijentima o našim Svrdla od tvrdog metala, pitamo:

1. Materijal obratka: Je li to meki aluminij ili abrazivno lijevano željezo? Materijali poput titan zahtijeva alate sa specifičnim kemijskim svojstvima za sprječavanje zapinjanja.
2. Tvrdoća: Ako je HRC iznad 50, potreban vam je karbid visokih performansi ili CBN.
3. Stanje stroja: Je li vaše vreteno kruto? Ako da, možete koristiti tvrđe, lomljivije vrste. Ako ne, potrebna vam je žilavost.
4. Opseg 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 strojno obrađenoj površini, a ne nužno onaj s najnižom cijenom na kutiji.

Kako definiramo i mjerimo vijek trajanja alata u različitim materijalima?

Trajnost alata općenito se definira kao vrijeme koje alat učinkovito reže prije nego što pokvari ili proizvede neprihvatljive dijelove. Neuspjesi se događaju zbog trošenje alata, lomljenje ili plastična deformacija.

u rezanje cementnim karbidom, tražimo predvidljive obrasce nošenja. Želimo da trošenje bokova raste polako i ravnomjerno. Ako je rezni rub čips (mikropukotine), alat može katastrofalno otkazati.

Drugačiji vrste rezanja generiraju različito trošenje.

• Istrošenost kratera: Konkavno udubljenje na lice alata, uzrokovan kemijskom reakcijom i toplinom. Uobičajeno kod rezanja čelika.
• Nošenje boka: Abrazija na bočnoj strani alata. Ovo je za većinu normalan mehanizam na kraju života alati od tvrdog metala.

Korištenje materijala s visokim vruća tvrdoća i kemijska stabilnost (kao titan karbid obloge ili silicijev nitrid keramika) odgađa ove mehanizme trošenja.

Kako toplinska vodljivost utječe na proces rezanja?

Toplina je neprijatelj. Sposobnost materijala da podnosi toplinu definirana je njegovom toplinska vodljivost.

U nekim slučajevima želite visoku vodljivost. Na primjer, PCD (dijamant) ima vrlo visoku toplinsku vodljivost, što pomaže u odvođenju topline iz zone rezanja tijekom strojne obrade aluminij.

U drugim slučajevima, želite nisku vodljivost. Materijal keramičkog alata za rezanje često ima nisku toplinsku vodljivost. To zadržava toplinu u strugotini i izratku, štiteći strukturu alata. Međutim, to također znači keramički je podložan toplinski šok. Ako rashladnom tekućinom ispuhnete vrući keramički umetak, on bi mogao puknuti poput vruće čaše u hladnoj vodi.

Razumijevanje ovoga pomaže u izbor alata za rezanje strategije—kao što je hoće li se voziti mokro (s rashladnom tekućinom) ili suho.

Usklađivanje troškova i performansi: perspektiva proizvođača

Kao proizvođač Umeci od cementnog karbida, često moram objašnjavati distributerima zašto alat košta onoliko koliko čini.

Standardni alat može koristiti grublje zrno volframov karbid. Jeftinije je. Vrhunski alat koristi sub-micro zrnati karbid s 12% kobalta i višeslojnim nano premazom. Vrhunski alat može koštati 30% više, ali trajati 300% dulje.

Za operacije strojne obrade tamo gdje su zastoji skupi (kao na masivnoj automatiziranoj proizvodnoj liniji), skup alat zapravo je jeftinija opcija. Međutim, za malu radionicu koja obavlja jednokratne popravke, visoko rezanje performanse vrhunskih razreda mogle bi biti pretjerane.

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

Sažetak: Ključni zaključci za odabir materijala alata za rezanje

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

• Cementirani karbid je kralj: Nudi najbolju ravnotežu tvrdoća i žilavost za 80% od aplikacije za rezanje.
• Uskladite materijal: Koristite PCD za neželjezni materijali poput aluminij. Koristite CBN za tvrde čelike. Koristite keramiku za superlegure.
• Upravljanje toplinom: Visoke temperature alati za ubijanje. Odaberite odgovarajuće materijale vruća tvrdoća i toplinska vodljivost.
• Materijal premaza: Titanijev nitrid i druge PVD/CVD prevlake značajno proširuju vijek trajanja alata smanjenjem trenja i blokiranjem topline.
• Cijena u odnosu na vrijednost: Nemojte samo gledati cijenu. A oštar rezni rub koji dulje traje smanjuje vrijeme zastoja stroja i stope otpada.
• HSS ima nišu: Nemojte popuštati brzorezni čelik za nestabilne postavke ili starije strojeve gdje žilavost nadmašuje brzinu.

U Drillstaru smo posvećeni pomoći vam da pronađete desni alat za rezanje za posao. Trebate li standardni Stroj za brušenje svrdla rješenja ili prilagođenih karbidnih profila, razumijevanje znanosti o materijalu prvi je korak prema uspjehu strojne obrade.