Ak existuje niečo, čo manažéra strojárskej dielne v noci nespí, je to strach z nekonzistentného výkonu nástroja. Poznáš ten pocit. Máte obrovskú objednávku leteckých dielov, stroj beží a zrazu – prasknutie. Nástroj sa zlomí, súčiastka sa zošrotuje a váš okraj dostane zásah. V spoločnosti Dezhou Drillstar Cutting Tool Co., Ltd vidíme, ako sa tento scenár neustále odohráva. Hlavná príčina? Často to nie je stroj; to je výber materiálu rezného nástroja.
Tento článok je vaším komplexným sprievodcom na pochopenie materiál rezného nástroja krajina. Ponoríme sa hlboko do prečo karbid sa stala priemyselným štandardom, preskúmajte kde keramické rezné nástroje lesk, a pozrite sa na supertvrdé materiály ako kubický nitrid bóru. Či už striháte liatina, hliník, alebo kalenej ocele, pochopenie vlastností týchto materiálov je tajomstvom lepšieho odomykania životnosť nástroja a povrchovou úpravou.
Prečo je výber materiálu rezného nástroja rozhodujúci pre vaše obrábacie operácie?
The výber rezného nástroja je pravdepodobne najdôležitejším rozhodnutím vo výrobnom procese. The rezací nástroj je styčný bod medzi vašimi drahými obrábacieho stroja a surové obrobok. Ak tento kontaktný bod zlyhá, všetko ostatné sa zastaví.
Najprv zvážte teplo. Počas obrábacie operácie, teploty pri rezná hrana môže vyšplhať až nad 1000 °C. Ak materiál rezného nástroja chýba tvrdosť za tepla, zmäkne a deformuje sa. To vedie k zlým toleranciám a odmietnutiu dielu. Materiály používané v rezných nástrojoch si musia zachovať svoju stabilitu aj pri zapnutom ohreve.
Po druhé, musíme o tom hovoriť odolnosť proti opotrebovaniu. Nástroj, ktorý sa príliš rýchlo opotrebováva, vyžaduje časté zmeny. Tento prestoj zabíja efektivitu. Výberom správny rezný nástroj s primeranou rovnováhou húževnatosť a odolnosť proti opotrebovaniu, zabezpečíte, že vaša výrobná linka bude stále v pohybe. Ide o predvídateľnosť. Keď distribútor, ako ste vy, predáva nástroj do strojárne, musí vedieť, že vydrží na 500 dielov a nezlyhá pri 50.
Aké sú dnes hlavné typy materiálov na rezné nástroje?
História rezanie kovov je skutočne históriou materiálovej vedy. V priebehu minulého storočia sme prešli od jednoduchých uhlíkových ocelí k pokročilým kompozitom, ktoré dokážu prerezať tvrdené zliatiny ako maslo.
Tu je rýchly rozpis druhy materiálov rezných nástrojov bežne vidíme:
- Vysokorýchlostná oceľ (HSS): Staré spoľahlivé. Tvrdý, ale chýba mu rýchlosť.
- Slinutý karbid: Pracovný kôň. Výborne odolnosť proti opotrebovaniu a rýchlostné schopnosti.
- Keramika: Démoni rýchlosti. Skvelé pre vysoké teplo, ale krehké.
- Cermety: Kombinácia keramiky a kovu. Skvelé na dokončenie.
- Supertvrdé materiály (CBN a PCD): Špecialisti na extrémne tvrdosti alebo abrazívne materiály.
Pochopenie týchto druhy rezania materiály vám pomôžu priradiť nástroj k aplikácii. Na zatĺkanie klinca by ste nepoužili sklenené kladivo a na sústruženie kalenej formovacej ocele by ste nemali používať HSS.
Prečo je slinutý karbid priemyselným štandardom pre moderné obrábanie?
Ak vojdete do akejkoľvek modernej CNC dielne, prevažná väčšina nástrojov, ktoré vidíte – stopkové frézy, vrtáky, doštičky – je vyrobená z slinutý karbid. Ale čo to vlastne je?
Slinutý karbid je kompozitný materiál. Skladá sa z tvrdého karbid volfrámu častice spojené dohromady kovovým spojivom, zvyčajne kobaltom. Predstavte si to ako betón: volfrám je kamenivo (kameň) a kobalt je cement. Táto kombinácia dáva nástroje z tvrdokovu jedinečnú výhodu. Sú neuveriteľne tvrdé, ponúkajú vysoké odolnosť proti opotrebovaniu, ale kobaltové spojivo poskytuje dostatočnú húževnatosť, aby odolalo rezným silám bez toho, aby sa okamžite rozbilo.
V Drillstar používame vysokokvalitné mikrozrno karbid tyče na výrobu našich Pevné karbidové tyče. Čím jemnejšie zrno, tým ostrejšie ostrie môžeme brúsiť a nástroj je pevnejší. Karbidové rezné nástroje môže bežať rýchlosťou 2 až 3-krát rýchlejšie ako HSS, čo sa premieta priamo do peňazí ušetrených na strojovom čase.
Ako sú na tom nástroje z vysokorýchlostnej ocele (HSS) v porovnaní s reznými nástrojmi z tvrdokovu?
Možno sa čudujete, ak karbid je taká skvelá, prečo áno rýchlorezná oceľ stále existujú? Rýchlorezná oceľ (HSS) bola revolúcia, keď bola predstavená a umožnila veľa vysoké rezné rýchlosti než starší uhlíkové nástrojové ocele.
Hlavnou výhodou HSS je jeho húževnatosť. Dokáže absorbovať otrasy a vibrácie, ktoré by praskli a karbid nástroj. Vďaka tomu je HSS ideálny pre:
- Staršie, menej stabilné stroje.
- Prerušované strihy.
- Komplexné tvarové nástroje, ktoré sa ťažko brúsia z tvrdokovu.
HSS má však veľkú slabinu: tvrdosť za tepla. Keď rýchlosť rezania sa zvyšuje, teplo sa rýchlo vytvára. Pri teplote okolo 600 °C, HSS stráca svoju tvrdosť. naproti tomu nástroje zo slinutého karbidu zachovávajú si svoju tvrdosť pri oveľa vyšších teplotách. Pre prostredia s vysokou produkciou, kde je čas cyklu kráľom, rezanie tvrdokovu je takmer vždy najlepšou voľbou.
Kedy by ste mali vo svojom stroji použiť keramické rezné nástroje?
Keramické rezné nástroje sú fascinujúcou kategóriou. Skladajú sa predovšetkým z oxid hlinitý alebo nitrid kremíka. Tieto materiály sú neuveriteľne tvrdé a chemicky stabilné. Nereagujú s materiál obrobku, ktorý zabraňuje typu opotrebovania nazývaného opotrebovanie kráterov.
Keramické rezanie svieti v konkrétnych scenároch:
- Vysokorýchlostné sústruženie: Keramiku môžete prevádzkovať neuveriteľnou povrchovou rýchlosťou.
- Ťažké otáčanie: Obrábanie kalenej ocele (do 60-65 HRC).
- Superzliatiny: Obrábanie zliatin na báze niklu používaných v prúdových motoroch.
však keramické materiály mať nízka tepelná odolnosť proti nárazom (v niektorých triedach) a sú veľmi krehké. Ak máte stroj s uvoľnenými ložiskami alebo ak vykonávate ťažké prerušované rezy, a keramický rezací nástroj môže sa rozbiť. Vyžadujú pevné nastavenie. Ale pri správnom použití keramické rezné nástroje môže odstraňovať kov rýchlosťou, ktorá karbid len sa nemôže dotknúť.
Čo je kubický nitrid bóru (CBN) a prečo je druhým najtvrdším materiálom?
Keď hovoríme o najtvrdších materiáloch na Zemi, diamant je číslo jedna. Ale hneď za tým je kubický nitrid bóru (CBN). CBN je druhý najtvrdší materiál človeku známy.
CBN sa primárne používa na obrábanie tvrdých železných kovov. Na rozdiel od diamantu CBN nereaguje s uhlíkom pri vysokých teplotách, vďaka čomu je bezpečný na rezanie ocele. Používajú sa nástroje s CBN hrotmi na obrábanie kalenej ocele, liatiny a spekanej liatiny.
Použitie CBN umožňuje výrobcom nahradiť operácie brúsenia obrábaním. Toto je proces známy ako „tvrdé sústruženie“. Namiesto nastavovania brúsneho kotúča použijete CBN vložku na otočenie kaleného hriadeľa na požadovanú veľkosť. Je to oveľa rýchlejšie a šetrnejšie k životnému prostrediu, keďže sa na to spotrebuje menej chladiacej kvapaliny.
Sú diamantové rezné nástroje (PCD) dokonalým riešením pre neželezné materiály?
Nástroje z polykryštalického diamantu (PCD) sú najtvrdšie dostupné rezné nástroje. Diamantové rezanie ponúka bezkonkurenčné odolnosť proti opotrebovaniu. Má to však háčik. Na rezanie ocele nemôžete použiť diamant.
prečo? Pretože oceľ obsahuje uhlík a diamant je čistý uhlík. Pri vysokých teplotách obrábania chcú atómy uhlíka v diamante migrovať do ocele. To spôsobuje rýchle chemické opotrebovanie.
preto PCD nástroje sú najlepší rezný nástroj voľba pre neželezných materiálov. To zahŕňa:
- hliník zliatiny (najmä hliník s vysokým obsahom kremíka používaný v motoroch automobilov).
- Meď a mosadz.
- Kompozity z uhlíkových vlákien.
- Abrazívne materiály ako drevo a keramika.
Ak obrábate hliníkové kryty pre elektroniku, nástroj PCD vydrží 50 až 100-krát dlhšie ako rezný nástroj zo slinutého karbidu.
Ako povlaky ako nitrid titánu zlepšujú reznú hranu?
Základným materiálom je len polovica príbehu. Aby sme z nástroja vyťažili maximum, často nanášame tenkú vrstvu. Najznámejší je povlak zlatej farby, ktorý vidíte na vrtákoch: Nitrid titánu (TiN).
Nátery slúžia na niekoľko účelov:
- Tvrdosť: Sú tvrdšie ako substrát, chránia ho rezná hrana.
- Mazacia schopnosť: Znižujú trenie medzi nástrojom a trieskou, čím znižujú teplo.
- Tepelná bariéra: Majú nižšie tepelná vodivosť, udržiavanie tepla v trieske a mimo nástroja.
Okrem TiN používame pokročilé povlaky, ako je karbonitrid titánu (TiCN) a nitrid hliníka titánu (AlTiN). AlTiN je obzvlášť vhodný pre tvrdokovové rezné nástroje používa sa pri suchom obrábaní, pretože keď sa zahreje, vytvorí ochrannú vrstvu oxid hlinitý.
Aké faktory by sa mali riadiť výberom rezného nástroja?
The výber materiálu rezného nástroja nemal by to byť dohad. Malo by ísť o vypočítané rozhodnutie na základe konkrétnych premenných. Keď s klientmi konzultujeme naše Tvrdokovové vrtáky, pýtame sa:
- Materiál obrobku: Je to mäkký hliník alebo brúsna liatina? Materiály ako titán vyžadujú nástroje so špecifickými chemickými vlastnosťami, aby sa zabránilo zadretiu.
- Tvrdosť: Ak je HRC nad 50, potrebujete vysokovýkonný karbid alebo CBN.
- Stav stroja: Je vaše vreteno tuhé? Ak áno, môžete použiť tvrdšie a krehkejšie druhy. Ak nie, potrebujete tvrdosť.
- Objem výroby: Pre prototyp môže byť HSS lacný a dobrý. Pre 10 000 dielov, cena za diel potiahnutý karbid nástroj je oveľa nižší.
The správny nástroj je ten, ktorý vám dáva najnižšie náklady na otvor alebo na obrobený povrch, nie nevyhnutne ten s najnižšou cenou na krabici.
Ako definujeme a meriame životnosť nástroja v rôznych materiáloch?
Životnosť nástroja je všeobecne definovaný ako čas, počas ktorého nástroj efektívne reže, kým zlyhá alebo nevytvorí neprijateľné časti. K zlyhaniam dochádza v dôsledku opotrebovanie nástrojaštiepanie alebo plastická deformácia.
In rezanie zo slinutého karbidu, hľadáme predvídateľné vzory opotrebovania. Chceme, aby opotrebovanie boku rástlo pomaly a rovnomerne. Ak rezná hrana triesky (mikrotrhliny), nástroj môže katastrofálne zlyhať.
Rôzne druhy rezania spôsobiť rôzne opotrebovanie.
- Opotrebenie krátera: Konkávna priehlbina na tvár nástroja, spôsobené chemickou reakciou a teplom. Bežné pri rezaní ocele.
- Opotrebenie bokov: Oder na boku nástroja. Pre väčšinu je to normálny mechanizmus konca životnosti nástroje z tvrdokovu.
Použitie materiálov s vysokým tvrdosť za tepla a chemická stabilita (napr karbid titánu nátery resp nitrid kremíka keramika) oneskoruje tieto mechanizmy opotrebovania.
Ako tepelná vodivosť ovplyvňuje proces rezania?
Teplo je nepriateľ. Schopnosť materiálu zvládnuť teplo je definovaná jeho tepelná vodivosť.
V niektorých prípadoch chcete vysokú vodivosť. Napríklad PCD (diamant) má veľmi vysokú tepelnú vodivosť, ktorá pomáha odvádzať teplo z reznej zóny pri obrábaní hliník.
V iných prípadoch chcete nízku vodivosť. Materiál keramického rezného nástroja má často nízku tepelnú vodivosť. To udržuje teplo v trieske a obrobku a chráni štruktúru nástroja. To však tiež znamená keramické je náchylný na tepelný šok. Ak fúkate chladivo na horúcu keramickú vložku, môže prasknúť ako horúci pohár v studenej vode.
Pochopenie tohto pomáha výber rezného nástroja stratégie – ako napríklad či bežať na mokro (s chladiacou kvapalinou) alebo na sucho.
Vyváženie nákladov a výkonu: pohľad výrobcu
Ako výrobca Vložky zo slinutého karbidu, Často musím distribútorom vysvetľovať, prečo nástroj stojí to, čo robí.
Štandardný nástroj môže používať hrubšie zrno karbid volfrámu. je to lacnejšie. Prémiový nástroj využíva submikrozrnný karbid s 12 % kobaltu a viacvrstvový nano povlak. Prémiový nástroj môže stáť o 30 % viac, ale vydrží o 300 % dlhšie.
Pre obrábacie operácie tam, kde sú prestoje drahé (ako na masívnej automatizovanej výrobnej linke), drahý nástroj je v skutočnosti lacnejšou možnosťou. Avšak pre malú dielňu, ktorá vykonáva jednorazové opravy, vysoké rezanie výkon prémiových tried môže byť prehnaný.
The sprievodca rezným nástrojom nákup je jednoduchý: vypočítajte náklady na diel, nie náklady na nástroj.
Zhrnutie: Kľúčové poznatky pre výber materiálov rezných nástrojov
Navigácia vo svete vložky rezných nástrojov a pevné nástroje môžu byť zložité. Tu sú najdôležitejšie veci, ktoré si z tohto sprievodcu zapamätáte:
- Slinutý karbid je kráľ: Ponúka najlepšiu rovnováhu tvrdosť a húževnatosť na 80 %. rezacie aplikácie.
- Zladiť materiál: Použite PCD na neželezných materiálov ako hliník. Na tvrdé ocele použite CBN. Na superzliatiny použite keramiku.
- Riadenie tepla: Vysoké teploty zabíjacie nástroje. Vyberte vhodné materiály tvrdosť za tepla a tepelná vodivosť.
- Na povlakoch záleží: Nitrid titánu a ďalšie PVD/CVD povlaky výrazne rozširujú životnosť nástroja znížením trenia a blokovaním tepla.
- Cena vs. hodnota: Nepozerajte sa len na cenovku. A ostrá rezná hrana ktorá vydrží dlhšie, znižuje prestoje stroja a množstvo odpadu.
- HSS má medzeru: Nezľavujte rýchlorezná oceľ pre nestabilné nastavenia alebo staršie stroje, kde húževnatosť bije rýchlosťou.
V Drillstar sme odhodlaní pomôcť vám nájsť správny rezný nástroj za prácu. Či už potrebujete štandard Brúska vrtákov riešenia alebo zákazkové karbidové profily, pochopenie vedy o materiáli je prvým krokom k úspechu obrábania.
