Nowoczesne materiały na narzędzia skrawające mają ponad 100-letnią historię rozwoju, od węglowej stali narzędziowej po stal narzędziową szybkotnącą,węglik spiekany, narzędzie ceramiczneIsupertwarde materiały narzędziowe. W drugiej połowie XVIII wieku pierwotnym materiałem narzędziowym była głównie węglowa stal narzędziowa. Ponieważ w tamtym czasie był używany jako najtwardszy materiał, z jakiego można było wykonać narzędzia skrawające. Jednakże, ze względu na bardzo niską temperaturę odporności na ciepło (poniżej 200°C), węglowe stale narzędziowe mają tę wadę, że natychmiastowo i całkowicie tępią się pod wpływem ciepła skrawania podczas skrawania z dużymi prędkościami, a zakres skrawania jest ograniczony. Dlatego z niecierpliwością czekamy na materiały narzędziowe, które można skrawać z dużymi prędkościami. Materiałem odzwierciedlającym te oczekiwania jest stal szybkotnąca.
Stal szybkotnąca, zwana także stalą czołową, została opracowana przez amerykańskich naukowców w 1898 roku. Nie chodzi o to, że zawiera mniej węgla niż węglowa stal narzędziowa, ale o dodatek wolframu. Ze względu na rolę twardego węglika wolframu jego twardość nie zmniejsza się w warunkach wysokiej temperatury, a ponieważ można go ciąć z prędkością znacznie większą niż prędkość skrawania węglowej stali narzędziowej, nazywa się go stalą szybkotnącą. W latach 1900~-1920 pojawiła się stal szybkotnąca z wanadem i kobaltem, której odporność cieplna wzrosła do 500~600°C. Prędkość cięcia stali osiąga 30 ~ 40 m/min, co zwiększa się prawie 6-krotnie. Od tego czasu, wraz z serializacją jego elementów składowych, powstały wolframowe i molibdenowe stale szybkotnące. Do tej pory jest szeroko stosowany. Pojawienie się stali szybkotnącej spowodowało
rewolucja w obróbce skrawaniem, znacznie poprawiająca produktywność skrawania metalu i wymagająca całkowitej zmiany konstrukcji obrabiarki w celu dostosowania do wymagań wydajności skrawania tego nowego materiału narzędziowego. Z kolei pojawienie się i dalszy rozwój nowych obrabiarek doprowadziło do opracowania lepszych materiałów narzędziowych, a także stymulowano i rozwijano narzędzia. W nowych warunkach technologii wytwarzania narzędzia ze stali szybkotnącej borykają się również z problemem ograniczenia trwałości narzędzia ze względu na ciepło skrawania podczas skrawania z dużą prędkością. Gdy prędkość skrawania osiągnie 700 ° C, stal szybkotnąca
końcówka jest całkowicie tępa, a przy prędkości skrawania powyżej tej wartości cięcie jest całkowicie niemożliwe. W rezultacie pojawiły się materiały narzędziowe z węglików spiekanych, które utrzymują wystarczającą twardość w warunkach wyższej temperatury skrawania niż powyższe i można je skrawać w wyższych temperaturach skrawania.
Miękkie materiały można ciąć twardymi materiałami, a aby ciąć twarde materiały, konieczne jest użycie materiałów twardszych od nich. Najtwardszą substancją na Ziemi jest obecnie diament. Chociaż naturalne diamenty od dawna odkryto w przyrodzie i mają długą historię wykorzystywania ich jako narzędzi skrawających, syntetyczne diamenty również były z powodzeniem syntetyzowane już na początku lat 50. XX wieku, ale rzeczywiste wykorzystanie diamentów do szerokiego zastosowaniaprzemysłowe materiały na narzędzia skrawająceto wciąż kwestia ostatnich dziesięcioleci.
Z jednej strony, wraz z rozwojem nowoczesnych technologii kosmicznych i technologii lotniczej, zastosowanie nowoczesnych materiałów inżynierskich staje się coraz powszechniejsze, chociaż ulepszona stal szybkotnąca, węglik spiekany inowe ceramiczne materiały narzędzioweprzy cięciu przedmiotów o tradycyjnej obróbce prędkość skrawania i wydajność skrawania podwoiły się, a nawet kilkunastokrotnie wzrosły, jednak przy zastosowaniu ich do obróbki ww. materiałów trwałość narzędzia i wydajność skrawania są w dalszym ciągu bardzo niskie, a jakość skrawania trudna aby zagwarantować, czasami nawet niemożliwą do przetworzenia, potrzebę stosowania ostrzejszych i bardziej odpornych na zużycie materiałów narzędziowych.
Z drugiej strony, wraz z szybkim rozwojem nowoczesnościprodukcja maszyni przemyśle przetwórczym, szerokie zastosowanie automatycznych obrabiarek, centrów obróbczych sterowanych numerycznie (CNC) i warsztatów obróbki bezzałogowej, w celu dalszej poprawy dokładności przetwarzania, skrócenia czasu wymiany narzędzi i poprawy wydajności przetwarzania, pojawiają się coraz pilniejsze wymagania wykonane z trwalszych i stabilnych materiałów narzędziowych. W tym przypadku narzędzia diamentowe rozwinęły się szybko, a jednocześnie rozwinęły sięmateriały narzędziowe diamentowezostał również mocno wypromowany.
Materiały narzędziowe diamentowemają szereg doskonałych właściwości, z wysoką dokładnością przetwarzania, dużą szybkością cięcia i długą żywotnością. Na przykład zastosowanie narzędzi Compax (blacha kompozytowa z diamentu polikrystalicznego) może zapewnić obróbkę dziesiątek tysięcy części pierścieni tłokowych ze stopu krzemowo-aluminiowego, a ich końcówki narzędzi pozostaną zasadniczo niezmienione; Obróbka aluminiowych dźwigarów lotniczych za pomocą frezów Compax o dużej średnicy umożliwia osiągnięcie prędkości skrawania do 3660 m/min; Są one nieporównywalne z narzędziami węglikowymi.
Nie tylko to, wykorzystaniemateriały narzędziowe diamentowemoże również rozszerzyć pole przetwarzania i zmienić tradycyjną technologię przetwarzania. W przeszłości do obróbki luster można było zastosować wyłącznie proces szlifowania i polerowania, ale obecnie można zastosować nie tylko narzędzia z naturalnego diamentu monokrystalicznego, ale w niektórych przypadkach można również zastosować supertwarde narzędzia kompozytowe PDC do superprecyzyjnego cięcia z bliska, aby osiągnąć toczenie zamiast szlifować. Z zastosowaniemsupertwarde narzędzia, pojawiły się nowe koncepcje w dziedzinie obróbki skrawaniem, takie jak zastosowanie narzędzi PDC, ograniczającą prędkość toczenia nie jest już narzędzie, ale obrabiarka, a gdy prędkość toczenia przekracza pewną prędkość, przedmiot obrabiany i narzędzie nie nie ciepło. Konsekwencje tych przełomowych koncepcji są głębokie i oferują nieograniczone perspektywy dla nowoczesnego przemysłu obróbki skrawaniem.
Czas publikacji: 02 listopada 2022 r
