Vrhunski vodnik po materialih rezalnih orodij: zakaj karbid in napredni kompoziti vladajo v trgovinah

Če obstaja ena stvar, zaradi katere vodja strojne delavnice ponoči ne spi, je to strah pred nedoslednim delovanjem orodja. Saj poznate občutek. Imate veliko naročilo letalskih in vesoljskih delov, stroj deluje in nenadoma - zaskoči. Orodje se zlomi, del je odstranjen in vaš rob dobi udarec. V podjetju Dezhou Drillstar Cutting Tool Co., Ltd vidimo, da se ta scenarij nenehno izvaja. Osnovni vzrok? Pogosto ni stroj; to je izbira materiala za rezalno orodje.

Ta članek je vaš celovit vodnik za razumevanje material za rezalno orodje pokrajina. Poglobili se bomo v zakaj karbid je postal industrijski standard, raziščite kje orodja za rezanje keramike lesk, in pogled na supertrde materiale, kot so kubični borov nitrid. Ne glede na to, ali režete lito železo, aluminij, ali kaljenega jekla, je razumevanje lastnosti teh materialov skrivnost za boljše odklepanje življenjska doba orodja in površinsko obdelavo.

Zakaj je izbira materiala rezilnega orodja ključnega pomena za vaše strojne postopke?

The izbira rezalnega orodja je nedvomno najpomembnejša odločitev v proizvodnem procesu. The orodje za rezanje je stična točka med vašim dragim strojno orodje in surovo obdelovanec. Če ta kontaktna točka odpove, se vse drugo ustavi.

Najprej upoštevajte vročino. Med strojne obdelave, temperature pri rezalni rob se lahko dvigne nad 1000°C. Če je material za rezalno orodje manjka vroča trdota, se bo zmehčalo in deformiralo. To vodi do slabih toleranc in zavrženega dela. Materiali, ki se uporabljajo v rezalnih orodjih morajo ohraniti svojo stabilnost tudi, ko je ogrevanje vključeno.

Drugič, o tem se moramo pogovoriti odpornost proti obrabi. Orodje, ki se prehitro obrabi, zahteva pogoste menjave. Ta izpad ubija učinkovitost. Z izbiro desno rezalno orodje z ustreznim ravnovesjem žilavost in odpornost proti obrabi, zagotovite, da se vaša proizvodna linija neprekinjeno premika. Gre za predvidljivost. Ko distributer, kot ste vi, proda orodje strojni delavnici, mora vedeti, da bo zdržalo 500 delov, ne pa da bo odpovedalo pri 50.

Katere so glavne vrste materialov za rezalna orodja, ki so danes na voljo?

Zgodovina rezanje kovine je res zgodovina znanosti o materialih. V zadnjem stoletju smo prešli s preprostih ogljikovih jekel na napredne kompozite, ki lahko režejo utrjene zlitine kot maslo.

Tukaj je hitra razčlenitev vrste materialov za rezalna orodja pogosto vidimo:

• Hitrorezno jeklo (HSS): Stari zanesljiv. Težko, vendar manjka hitrosti.
• Cementni karbid: Delovni konj. Odlično odpornost proti obrabi in hitrostne zmogljivosti.
• Keramika: Demoni hitrosti. Odlično za visoko vročino, vendar krhko.
• Kermeti: Mešanica keramike in kovine. Odlično za končno obdelavo.
• Supertrdi materiali (CBN in PCD): Specialisti za ekstremno trdote ali abrazivne materiale.

Razumevanje teh vrste rezanja Materiali vam pomagajo uskladiti orodje z aplikacijo. Ne bi uporabili steklenega kladiva za zabijanje žeblja in ne bi smeli uporabljati HSS za struženje kaljenega kalupnega jekla.

Zakaj je karbidna trdina industrijski standard za sodobno obdelavo?

Če stopite v katero koli sodobno CNC trgovino, je velika večina orodij, ki jih vidite – čelni rezkarji, svedri, vložki – izdelanih iz cementni karbid. Toda kaj točno je?

Cementni karbid je kompozitni material. Sestavljen je iz trdih volframov karbid delci, ki so povezani s kovinskim vezivom, običajno kobaltom. Pomislite na to kot na beton: volfram je agregat (kamen), kobalt pa je cement. Ta kombinacija daje orodja iz karbidne trdine edinstvena prednost. So neverjetno trdi, ponujajo visoko odpornost proti obrabi, vendar kobaltno vezivo zagotavlja dovolj žilavosti, da prenese rezalne sile, ne da bi se takoj razbil.

Pri Drillstarju uporabljamo visokokakovostna mikrozrna karbid palice za izdelavo naših Trdne karbidne palice. Bolj ko je drobno zrno, ostrejši rob lahko brusimo in močnejše je orodje. Rezalna orodja iz karbidne trdine lahko deluje s hitrostjo, ki je 2- do 3-krat hitrejša od HSS, kar neposredno pomeni prihranek denarja pri strojnem času.

Kakšna so orodja za hitrorezno jeklo (HSS) v primerjavi z rezalnimi orodji iz karbidne trdine?

Morda se sprašujete, če karbid je tako super, zakaj hitrorezno jeklo še obstaja? Hitrorezno jeklo (HSS) je bila revolucija, ko je bila uvedena, saj je omogočila veliko visoke rezalne hitrosti kot starejši ogljikova orodna jekla.

Glavna prednost HSS je njegova žilavost. Lahko absorbira udarce in tresljaje, ki bi lahko zlomili a karbid orodje. Zaradi tega je HSS idealen za:

• Starejši, manj stabilni stroji.
• Prekinjeni rezi.
• Orodja kompleksne oblike, ki jih je težko brusiti iz trdnega karbida.

Vendar ima HSS veliko slabost: vroča trdota. Ko je hitrost rezanja poveča, toplota nastaja hitro. Pri približno 600 °C, HSS izgubi svojo trdoto. V nasprotju s tem orodja iz karbidne trdine ohranijo trdoto pri veliko višjih temperaturah. Za visoko produktivna okolja, kjer je čas cikla kralj, karbidno rezanje je skoraj vedno najboljša izbira.

Kdaj morate v svojem stroju uporabiti orodja za rezanje keramike?

Orodja za rezanje keramike so fascinantna kategorija. Sestavljeni so predvsem iz aluminijev oksid oz silicijev nitrid. Ti materiali so neverjetno trdi in kemično stabilni. Ne reagirajo z material obdelovanca, ki preprečuje vrsto obrabe, imenovano kraterska obraba.

Rezanje keramike sije v posebnih scenarijih:

1. Hitro struženje: Keramiko lahko vodite pri neverjetnih površinskih hitrostih.
2. Trdo obračanje: Obdelava kaljenega jekla (do 60-65 HRC).
3. Superzlitine: Obdelava zlitin na osnovi niklja, ki se uporabljajo v reaktivnih motorjih.

vendar keramični materiali imajo nizka toplota odpornost na udarce (v nekaterih razredih) in so zelo krhki. Če imate stroj z ohlapnimi ležaji ali če opravljate težke prekinjene reze, a orodje za rezanje keramike se lahko razbije. Zahtevajo togo nastavitev. Toda ob pravilni uporabi, orodja za rezanje keramike lahko odstrani kovino s hitrostjo, ki karbid preprosto se ne more dotakniti.

Kaj je kubični borov nitrid (CBN) in zakaj je drugi najtrši material?

Ko govorimo o najtrših materialih na zemlji, je diamant številka ena. Ampak takoj za tem je kubični borov nitrid (CBN). CBN je drugi najtrši material znano človeku.

CBN se uporablja predvsem za strojno obdelavo trdih železnih kovin. Za razliko od diamanta CBN ne reagira z ogljikom pri visokih temperaturah, zaradi česar je varen za rezanje jekla. Uporabljajo se orodja s CBN konicami za strojno obdelavo kaljenega jekla, litega železa in sintranega železa.

Uporaba CBN proizvajalcem omogoča zamenjavo brušenja s strojno obdelavo. To je postopek, znan kot "trdo struženje". Namesto nastavitve brusa uporabite CBN ploščico za struženje kaljene gredi na želeno velikost. To je veliko hitreje in bolj okolju prijazno, saj porabi manj hladilne tekočine.

Ali so diamantna rezalna orodja (PCD) najboljša rešitev za neželezne materiale?

Orodja s polikristalnim diamantom (PCD) so najtrša orodja za rezanje. Diamantno rezanje ponuja neprimerljivo odpornost proti obrabi. Vendar pa obstaja ulov. Za rezanje jekla ne morete uporabiti diamanta.

Zakaj? Ker jeklo vsebuje ogljik, diamant pa je čisti ogljik. Pri visokih temperaturah strojne obdelave želijo ogljikovi atomi v diamantu migrirati v jeklo. To povzroči hitro kemično obrabo.

zato PCD orodja so najboljše orodje za rezanje izbira za neželezni materiali. To vključuje:

• Aluminij zlitine (zlasti aluminij z visoko vsebnostjo silicija, ki se uporablja v avtomobilskih motorjih).
• Baker in medenina.
• Kompoziti iz ogljikovih vlaken.
• Abrazivni materiali kot sta les in keramika.

Če obdelujete aluminijasta ohišja za elektroniko, lahko orodje PCD zdrži 50- do 100-krat dlje kot rezalno orodje iz karbidne trdine.

Kako premazi, kot je titanov nitrid, izboljšajo rezilo?

Osnovni material je le polovica zgodbe. Da bi kar najbolje izkoristili orodje, pogosto nanesemo tanek premaz. Najbolj znan je zlati premaz, ki ga vidite na svedrih: Titanov nitrid (TiN).

Premazi imajo več namenov:

1. Trdota: So trši od podlage in ščitijo rezalni rob.
2. Mazljivost: Zmanjšujejo trenje med orodjem in odrezkom, kar zmanjšuje toploto.
3. Toplotna pregrada: Imajo nižje toplotna prevodnost, ohranjanje toplote v odrezku in zunaj orodja.

Poleg TiN uporabljamo napredne premaze, kot sta titanov karbonitrid (TiCN) in aluminijev titanov nitrid (AlTiN). AlTiN je še posebej dober za karbidna rezalna orodja uporablja se pri suhi obdelavi, ker ko se segreje, tvori zaščitno plast aluminijev oksid.

Kateri dejavniki bi morali voditi vašo izbiro rezalnega orodja?

The izbira materiala za rezalno orodje ne bi smelo biti ugibanje. To bi morala biti izračunana odločitev na podlagi posebnih spremenljivk. Ko se posvetujemo s strankami o naših Karbidni svedri, sprašujemo:

1. Material obdelovanca: Je mehak aluminij ali abrazivno lito železo? Materiali, kot so titan zahteva orodja s posebnimi kemijskimi lastnostmi, da se prepreči zasuk.
2. Trdota: Če je HRC nad 50, potrebujete visoko zmogljiv karbid ali CBN.
3. Stanje stroja: Je vaše vreteno togo? Če da, lahko uporabite trše, bolj krhke vrste. Če ne, potrebujete trdnost.
4. Obseg proizvodnje: Za prototip je lahko HSS poceni in v redu. Za 10.000 delov je cena na del prevlečenega karbid orodje je veliko nižje.

The pravo orodje je tista, ki vam nudi najnižji strošek na luknjo ali obdelano površino, ne nujno tista z najnižjo ceno na škatli.

Kako definiramo in merimo življenjsko dobo orodja v različnih materialih?

Življenjska doba orodja je na splošno opredeljen kot čas, v katerem orodje učinkovito reže, preden odpove ali proizvede nesprejemljive dele. Neuspehi se zgodijo zaradi obraba orodja, drobljenje ali plastična deformacija.

notri rezanje iz karbidne trdine, iščemo predvidljive vzorce obrabe. Želimo, da obraba bokov raste počasi in enakomerno. Če je rezalni rob ostružkov (mikrorazpok), lahko orodje katastrofalno odpove.

Drugačen vrste rezanja ustvarjajo drugačno obrabo.

• Obraba kraterja: Konkavna vdolbina na obraz orodja, ki ga povzročata kemična reakcija in toplota. Pogost pri rezanju jekla.
• Obraba boka: Odrgnina na strani orodja. To je za večino običajen mehanizem ob koncu življenja orodja iz karbidne trdine.

Uporaba materialov z visoko vroča trdota in kemična stabilnost (npr titanov karbid obloge oz silicijev nitrid keramika) upočasni te mehanizme obrabe.

Kako toplotna prevodnost vpliva na postopek rezanja?

Toplota je sovražnik. Sposobnost materiala za prenašanje toplote je določena z njegovo toplotna prevodnost.

V nekaterih primerih želite visoko prevodnost. Na primer, PCD (diamant) ima zelo visoko toplotno prevodnost, ki med strojno obdelavo pomaga odvajati toploto stran od območja rezanja. aluminij.

V drugih primerih želite nizko prevodnost. Material za keramično rezalno orodje pogosto ima nizko toplotno prevodnost. To ohranja toploto v odrezku in obdelovancu ter ščiti strukturo orodja. Vendar to pomeni tudi keramika je dovzetna za toplotni šok. Če hladilno tekočino udarite po vročem keramičnem vložku, lahko ta poči kot vroč kozarec v hladni vodi.

Razumevanje tega pomaga pri izbira rezalnega orodja strategije – na primer, ali naj teče mokro (s hladilno tekočino) ali suho.

Ravnovesje med stroški in zmogljivostjo: perspektiva proizvajalca

Kot proizvajalec Vložki iz karbidne trdine, moram pogosto razlagati distributerjem, zakaj orodje stane toliko, kot je.

Standardno orodje lahko uporablja bolj groba zrna volframov karbid. Je ceneje. Vrhunsko orodje uporablja submikro zrnati karbid z 12 % kobalta in večslojno nano prevleko. Vrhunsko orodje lahko stane 30 % dražje, vendar traja 300 % dlje.

Za strojne obdelave kjer so izpadi dragi (na primer na masivni avtomatizirani proizvodni liniji), je drago orodje pravzaprav cenejša možnost. Vendar pa je za majhno delavnico, ki opravlja enkratna popravila, visoko rezanje učinkovitost vrhunskih razredov je lahko pretirana.

The vodnik za rezalno orodje nakup je preprost: izračunajte ceno na del, ne ceno na orodje.

Povzetek: Ključni izvlečki pri izbiri materialov za rezalna orodja

Krmarjenje po svetu vložki za rezalno orodje trdna orodja pa so lahko zapletena. Tu so najpomembnejše stvari, ki si jih morate zapomniti iz tega vodnika:

• Cementirani karbid je kralj: Ponuja najboljše ravnotežje med trdota in žilavost za 80 % aplikacije za rezanje.
• Ujemanje materiala: Uporabite PCD za neželezni materiali kot aluminij. Uporabite CBN za trda jekla. Uporabite keramiko za superzlitine.
• Upravljanje toplote: Visoke temperature orodja za ubijanje. Izberite ustrezne materiale vroča trdota in toplotna prevodnost.
• Premazi zadevajo: Titanov nitrid in druge PVD/CVD prevleke znatno podaljšajo življenjska doba orodja z zmanjšanjem trenja in blokiranjem toplote.
• Cena v primerjavi z vrednostjo: Ne glejte samo na cenik. A oster rezalni rob ki traja dlje, zmanjša čas izpadov stroja in stopnjo odpadkov.
• HSS ima nišo: Ne popuščajte hitrorezno jeklo za nestabilne nastavitve ali starejše stroje, kjer žilavost premaga hitrost.

Pri Drillstarju smo predani temu, da vam pomagamo najti desno rezalno orodje za službo. Ali potrebujete standard Stroj za brušenje svedrov rešitev ali karbidnih profilov po meri, je razumevanje znanosti o materialu prvi korak k uspehu strojne obdelave.