De ultieme gids voor snijgereedschapmaterialen: waarom hardmetaal en geavanceerde composieten de werkvloer bepalen

Als er één ding is dat een manager van een machinewerkplaats 's nachts wakker houdt, dan is het de angst voor inconsistente gereedschapsprestaties. Je kent het gevoel. Je hebt een enorme bestelling onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart, de machine draait en plotseling: klik. Het gereedschap gaat kapot, het onderdeel wordt gesloopt en uw marge krijgt een klap. Bij Dezhou Drillstar Cutting Tool Co., Ltd zien we dit scenario voortdurend gebeuren. De oorzaak? Vaak ligt het niet aan de machine; het is de keuze van snijgereedschapsmateriaal.

Dit artikel is uw uitgebreide gids voor het begrijpen van de materiaal van snijgereedschap landschap. We zullen diep ingaan op het waarom carbide is de industriestandaard geworden, ontdek waar keramische snijgereedschappen glans, en kijk naar superharde materialen zoals kubieke boornitride. Of je nu aan het snijden bent gietijzer, aluminium, of gehard staal, het begrijpen van de eigenschappen van deze materialen is het geheim om beter te ontsluiten levensduur van het gereedschap en oppervlakteafwerking.

Waarom is de keuze van het snijgereedschapsmateriaal van cruciaal belang voor uw verspanende bewerkingen?

De selectie van het snijgereedschap is misschien wel de belangrijkste beslissing in het productieproces. De snijgereedschap is het contactpunt tussen uw dure werktuigmachine en het rauwe werkstuk. Als dat contactpunt faalt, stopt al het andere.

Denk eerst aan de hitte. Tijdens machinale bewerkingen, temperaturen bij snijkant kan oplopen tot boven de 1000°C. Als de materiaal van snijgereedschap ontbreekt hete hardheid, het zal verzachten en vervormen. Dit leidt tot slechte toleranties en een afgekeurd onderdeel. Materialen die worden gebruikt in snijgereedschappen moeten hun stabiliteit behouden, zelfs als de hitte aanstaat.

Ten tweede moeten we erover praten slijtvastheid. Een gereedschap dat te snel verslijt, vereist frequente veranderingen. Deze downtime doet de efficiëntie teniet. Door te kiezen voor de juiste snijgereedschap met het juiste evenwicht van taaiheid en slijtvastheidzorg jij ervoor dat jouw productielijn in beweging blijft. Het gaat om voorspelbaarheid. Wanneer een distributeur zoals u een stuk gereedschap aan een machinewerkplaats verkoopt, moet hij weten dat het 500 onderdelen meegaat en niet kapot gaat bij 50 onderdelen.

Wat zijn de belangrijkste soorten snijgereedschapsmaterialen die tegenwoordig verkrijgbaar zijn?

De geschiedenis van metaal snijden is eigenlijk een geschiedenis van de materiaalkunde. In de afgelopen eeuw zijn we overgestapt van eenvoudig koolstofstaal naar geavanceerde composieten die door geharde legeringen zoals boter kunnen snijden.

Hier is een kort overzicht van de soorten snijgereedschapsmaterialen we zien vaak:

• Snelstaal (HSS): Het oude betrouwbare. Moeilijk, maar mist snelheid.
• Gecementeerd carbide: Het werkpaard. Uitstekend slijtvastheid en snelheidsmogelijkheden.
• Keramiek: De snelheidsduivels. Ideaal voor hoge temperaturen, maar broos.
• Cermets: Een mix van keramiek en metaal. Ideaal voor afwerking.
• Superharde materialen (CBN & PCD): De specialisten voor extreme hardheid of abrasieve materialen.

Deze begrijpen soorten snijden materialen helpen u het gereedschap af te stemmen op de toepassing. Je zou geen glashamer gebruiken om een ​​spijker in te slaan, en je zou geen HSS moeten gebruiken om gehard vormstaal te draaien.

Waarom is hardmetaal de industriestandaard voor moderne verspaning?

Als je een moderne CNC-werkplaats binnenloopt, is de overgrote meerderheid van de gereedschappen die je ziet – vingerfrezen, boren, wisselplaten – gemaakt van gecementeerd carbide. Maar wat is het precies?

Gecementeerde carbide is een composietmateriaal. Het bestaat uit harde wolfraamcarbide deeltjes die aan elkaar zijn gecementeerd door een metalen bindmiddel, meestal kobalt. Zie het als beton: wolfraam is het aggregaat (steen) en kobalt is het cement. Deze combinatie geeft hardmetalen gereedschappen een uniek voordeel. Ze zijn ongelooflijk moeilijk en bieden hoog slijtvastheid, maar het kobaltbindmiddel biedt voldoende sterkte om de snijkrachten te weerstaan zonder onmiddellijk te breken.

Bij Drillstar gebruiken we hoogwaardige microkorrels carbide staven om onze te vervaardigen Massieve hardmetalen staven. Hoe fijner de korrel, hoe scherper de snede die we kunnen slijpen, en hoe sterker het gereedschap. Snijgereedschappen van hardmetaal kan 2 tot 3 keer sneller draaien dan HSS, wat zich direct vertaalt in een besparing op machinetijd.

Hoe verhouden High-Speed Steel (HSS)-gereedschappen zich tot hardmetalen snijgereedschappen?

Je vraagt je misschien af of carbide is zo geweldig, waarom doet snelstaal bestaan nog? Snelstaal (HSS) was een revolutie toen het werd geïntroduceerd en er was veel mogelijk hoge snijsnelheden dan ouder gereedschapsstaal van koolstof.

Het belangrijkste voordeel van HSS is de taaiheid. Het kan schokken en trillingen absorberen die zouden kunnen breken carbide gereedschap. Dit maakt HSS ideaal voor:

• Oudere, minder stabiele machines.
• Onderbroken bezuinigingen.
• Complexe vormgereedschappen die moeilijk te slijpen zijn uit volhardmetaal.

HSS heeft echter een grote zwakte: hete hardheid. Wanneer de snijsnelheid toeneemt, ontstaat er snel warmte. Bij ongeveer 600°C HSS verliest zijn hardheid. Daarentegen gereedschap van gecementeerd carbide behouden hun hardheid bij veel hogere temperaturen. Voor omgevingen met hoge productie waar de cyclustijd van cruciaal belang is, hardmetaal snijden is bijna altijd de superieure keuze.

Wanneer moet u keramische snijgereedschappen in uw machine gebruiken?

Keramisch snijgereedschap zijn een fascinerende categorie. Ze bestaan voornamelijk uit aluminiumoxide of siliciumnitride. Deze materialen zijn ongelooflijk hard en chemisch stabiel. Ze reageren niet met de materiaal van het werkstuk, waardoor een soort slijtage wordt voorkomen die kraterslijtage wordt genoemd.

Keramisch snijden schittert in specifieke scenario's:

1. Draaien op hoge snelheid: Je kunt keramiek met ongelooflijke oppervlaktesnelheden laten werken.
2. Hard draaien: Bewerken van gehard staal (tot 60-65 HRC).
3. Superlegeringen: Bewerking van legeringen op nikkelbasis die worden gebruikt in straalmotoren.

Echter, keramische materialen hebben lage thermische schokbestendigheid (in sommige kwaliteiten) en zijn zeer bros. Als u een machine heeft met losse lagers of als u zware, onderbroken zaagsneden uitvoert, a keramisch snijgereedschap zou kunnen verbrijzelen. Ze vereisen een rigide opstelling. Maar als het correct wordt toegepast, keramische snijgereedschappen kan metaal verwijderen met een snelheid die dat toelaat carbide kan gewoon niet aanraken.

Wat is kubisch boornitride (CBN) en waarom is dit het op een na hardste materiaal?

Als we het hebben over de hardste materialen op aarde, staat diamant op nummer één. Maar daarachter staat kubieke boornitride (CBN). CBN is de tweede hardste materiaal bekend bij de mens.

CBN wordt voornamelijk gebruikt voor de bewerking van harde ferrometalen. In tegenstelling tot diamant reageert CBN niet met koolstof bij hoge temperaturen, waardoor het veilig is voor het snijden van staal. Er wordt gebruik gemaakt van gereedschap met CBN-punten voor het bewerken van gehard staal, gietijzer en gesinterd ijzer.

Door CBN te gebruiken, kunnen fabrikanten slijpbewerkingen vervangen door machinale bewerking. Dit is een proces dat bekend staat als 'hard draaien'. In plaats van een slijpschijf op te zetten, gebruik je een CBN-wisselplaat om een ​​geharde as op maat te draaien. Dit is veel sneller en milieuvriendelijker omdat er minder koelvloeistof wordt gebruikt.

Zijn diamantslijpgereedschappen (PCD) de ultieme oplossing voor non-ferro materialen?

Gereedschappen van polykristallijne diamant (PCD) zijn de hardste snijgereedschappen die beschikbaar zijn. Diamant slijpen biedt ongeëvenaard slijtvastheid. Er is echter een addertje onder het gras. Je kunt geen diamant gebruiken om staal te snijden.

Waarom? Omdat staal koolstof bevat en diamant pure koolstof is. Bij de hoge bewerkingstemperaturen willen de koolstofatomen in de diamant in het staal migreren. Dit veroorzaakt snelle chemische slijtage.

Daarom PCD-hulpmiddelen zijn de beste snijgereedschap keuze voor non-ferro materialen. Dit omvat:

• Aluminium legeringen (vooral aluminium met een hoog siliciumgehalte dat wordt gebruikt in automotoren).
• Koper en messing.
• Koolstofvezelcomposieten.
• Schurende materialen zoals hout en keramiek.

Als u aluminium behuizingen voor elektronica bewerkt, kan een PCD-gereedschap 50 tot 100 keer langer meegaan dan een snijgereedschap van gecementeerd carbide.

Hoe verbeteren coatings zoals titaniumnitride de snijkant?

Het basismateriaal is slechts de helft van het verhaal. Om het maximale uit een gereedschap te halen, brengen wij vaak een dunne coating aan. De bekendste is die goudkleurige coating die je op boren ziet: Titaannitride (TiN).

Coatings dienen verschillende doeleinden:

1. Hardheid: Ze zijn harder dan de ondergrond en beschermen de ondergrond snijkant.
2. Gladheid: Ze verminderen de wrijving tussen het gereedschap en de chip, waardoor de hitte wordt verminderd.
3. Thermische barrière: Ze hebben lager thermische geleidbaarheid, waardoor de warmte in de chip en uit het gereedschap wordt gehouden.

Naast TiN gebruiken we geavanceerde coatings zoals titaniumcarbonitride (TiCN) en aluminiumtitaannitride (AlTiN). AlTiN is bijzonder goed voor hardmetalen snijgereedschappen gebruikt bij droge bewerking omdat het, als het heet wordt, een beschermende laag vormt aluminiumoxide.

Welke factoren moeten bepalend zijn voor de keuze van het snijgereedschap?

De keuze van snijgereedschapsmateriaal mag geen gok zijn. Het moet een berekende beslissing zijn, gebaseerd op specifieke variabelen. Wanneer wij met klanten overleggen over onze Hardmetalen boren, wij vragen:

1. Werkstukmateriaal: Is het zacht aluminium of schurend gietijzer? Materialen zoals Titanium vereist gereedschap met specifieke chemische eigenschappen om vastlopen te voorkomen.
2. Hardheid: Als de HRC boven de 50 ligt, heeft u hoogwaardig hardmetaal of CBN nodig.
3. Machineconditie: Is uw spindel stijf? Zo ja, dan kunt u hardere, brosse soorten gebruiken. Als dat niet het geval is, heb je kracht nodig.
4. Productievolume: Voor een prototype kan HSS goedkoop en prima zijn. Voor 10.000 onderdelen zijn de kosten per onderdeel van een coating carbide gereedschap is veel lager.

De juiste gereedschap is degene die u de laagste kosten per gat of per bewerkt oppervlak geeft, niet noodzakelijkerwijs degene met het laagste prijskaartje op de doos.

Hoe definiëren en meten we de standtijd van verschillende materialen?

Levensduur van het gereedschap wordt over het algemeen gedefinieerd als de tijd dat een gereedschap effectief snijdt voordat het faalt of onaanvaardbare onderdelen produceert. Mislukkingen gebeuren als gevolg van gereedschap slijtage, chippen of plastische vervorming.

In gecementeerd carbide snijdenzoeken we naar voorspelbare slijtagepatronen. We willen dat de flankslijtage langzaam en gelijkmatig groeit. Als de snijkant chips (microscheuren), kan het gereedschap catastrofaal falen.

Anders soorten snijden verschillende slijtage veroorzaken.

• Kraterslijtage: Een concave depressie op de gereedschap gezicht, veroorzaakt door chemische reacties en hitte. Gebruikelijk bij het snijden van staal.
• Flankslijtage: Slijtage aan de zijkant van het gereedschap. Voor de meesten is dit het normale einde-levensmechanisme hardmetalen gereedschappen.

Het gebruik van materialen met een hoge hete hardheid en chemische stabiliteit (zoals titaniumcarbide coatings of siliciumnitride keramiek) vertraagt deze slijtagemechanismen.

Welke invloed heeft de thermische geleidbaarheid op het snijproces?

Warmte is de vijand. Het vermogen van een materiaal om warmte te verwerken wordt bepaald door de mate waarin het materiaal warmte kan verwerken thermische geleidbaarheid.

In sommige gevallen wilt u een hoge geleidbaarheid. PCD (diamant) heeft bijvoorbeeld een zeer hoge thermische geleidbaarheid, wat helpt bij het wegtrekken van warmte uit de snijzone tijdens het bewerken aluminium.

In andere gevallen wilt u een lage geleidbaarheid. Materiaal van keramisch snijgereedschap heeft vaak een lage thermische geleidbaarheid. Hierdoor blijft de warmte in de spaan en het werkstuk, waardoor de gereedschapsstructuur wordt beschermd. Dit betekent echter ook de keramiek vatbaar is voor thermische schok. Als u koelvloeistof op een heet keramisch inzetstuk blaast, kan het barsten als een heet glas in koud water.

Dit begrijpen helpt daarbij snijgereedschap kiezen strategieën, zoals of je nat (met koelvloeistof) of droog moet rennen.

Een evenwicht vinden tussen kosten en prestaties: het perspectief van een fabrikant

Als fabrikant van Gecementeerde hardmetalen inzetstukken, moet ik vaak aan distributeurs uitleggen waarom een tool kost wat het kost.

Een standaardgereedschap kan een grovere korrel gebruiken wolfraamcarbide. Het is goedkoper. Een premium gereedschap maakt gebruik van submicrokorrelcarbide met 12% kobalt en een meerlaagse nanocoating. De premium tool kost misschien 30% meer, maar gaat 300% langer mee.

Voor machinale bewerkingen waar stilstand duur is (zoals bij een enorme geautomatiseerde productielijn), is het dure gereedschap eigenlijk de goedkopere optie. Voor een kleine werkplaats die eenmalige reparaties uitvoert, is de hoog snijden prestaties van premiumkwaliteiten kunnen overdreven zijn.

De gids voor snijgereedschap de aanschaf is eenvoudig: bereken de kosten per onderdeel, niet de kosten per gereedschap.

Samenvatting: Belangrijkste aandachtspunten bij het selecteren van snijgereedschapsmaterialen

Navigeren door de wereld van snijgereedschap inzetstukken en solide tools kunnen complex zijn. Dit zijn de belangrijkste dingen die u uit deze handleiding moet onthouden:

• Gecementeerd carbide is koning: Het biedt de beste balans van hardheid en taaiheid voor 80% van snijtoepassingen.
• Pas het materiaal aan: Gebruik PCD voor non-ferro materialen zoals aluminium. Gebruik CBN voor harde staalsoorten. Gebruik keramiek voor superlegeringen.
• Warmtebeheer: Hoge temperaturen gereedschap doden. Selecteer materialen met de juiste hete hardheid en thermische geleidbaarheid.
• Coatings zijn belangrijk: Titaannitride en andere PVD/CVD-coatings aanzienlijk verlengen levensduur van het gereedschap door wrijving te verminderen en warmte te blokkeren.
• Kosten versus waarde: Kijk niet alleen naar het prijskaartje. EEN scherpe snijkant die langer meegaat, vermindert de stilstand van de machine en het uitvalpercentage.
• HSS heeft een niche: Geef geen korting snelstaal voor onstabiele opstellingen of oudere machines waar taaiheid verslaat snelheid.

Bij Drillstar doen we er alles aan om u te helpen bij het vinden van de juiste snijgereedschap voor de baan. Of je nu standaard nodig hebt Boor slijpmachine oplossingen of op maat gemaakte hardmetaalprofielen, is het begrijpen van de wetenschap van het materiaal de eerste stap naar succes bij het bewerken.