Nowoczesne materiały narzędzi skrawających przeszły ponad 100 lat historii rozwoju od stali narzędziowej węglowej do stali narzędziowej szybkotnącej,węglik spiekany, narzędzie ceramiczneIsupertwarde materiały narzędzioweW drugiej połowie XVIII wieku pierwotnym materiałem narzędziowym była głównie stal narzędziowa węglowa. Była ona wówczas wykorzystywana jako najtwardszy materiał, z którego można było wytwarzać narzędzia skrawające. Jednak ze względu na bardzo niską temperaturę żaroodporności (poniżej 200°C), stale narzędziowe węglowe mają tę wadę, że natychmiast i całkowicie stępiają się pod wpływem ciepła podczas skrawania z dużymi prędkościami, a zakres skrawania jest ograniczony. Dlatego poszukujemy materiałów narzędziowych, które można skrawać z dużymi prędkościami. Materiałem, który spełnia te oczekiwania, jest stal szybkotnąca.
Stal szybkotnąca, znana również jako stal czołowa, została opracowana przez amerykańskich naukowców w 1898 roku. Nie chodzi o to, że zawiera mniej węgla niż węglowa stal narzędziowa, ale o to, że zawiera dodatek wolframu. Ze względu na rolę twardego węglika wolframu, jej twardość nie zmniejsza się w warunkach wysokich temperatur, a ponieważ można ją ciąć z prędkością znacznie wyższą niż prędkość skrawania węglowej stali narzędziowej, nazywa się ją stalą szybkotnącą. W latach 1900-1920 pojawiła się stal szybkotnąca z wanadem i kobaltem, a jej odporność na ciepło wzrosła do 500-600 °C. Prędkość skrawania stali sięga 30-40 m/min, co stanowi wzrost prawie 6-krotny. Od tego czasu, wraz z szeregowaniem jej składników, powstały stale szybkotnące z wolframem i molibdenem. Są one nadal szeroko stosowane do dziś. Pojawienie się stali szybkotnącej spowodowało
Rewolucja w obróbce skrawaniem, znacznie poprawiająca wydajność skrawania metali i wymagająca całkowitej zmiany konstrukcji obrabiarki, aby dostosować ją do wymagań dotyczących wydajności skrawania tego nowego materiału narzędziowego. Pojawienie się i dalszy rozwój nowych obrabiarek z kolei doprowadziły do opracowania lepszych materiałów narzędziowych, a narzędzia zostały pobudzone i udoskonalone. W nowych warunkach technologii produkcji, narzędzia ze stali szybkotnącej również borykają się z problemem ograniczenia trwałości narzędzia z powodu ciepła skrawania podczas skrawania z dużą prędkością. Gdy prędkość skrawania osiągnie 700°C, stal szybkotnąca
Końcówka jest całkowicie stępiona, a przy prędkości skrawania powyżej tej wartości skrawanie jest całkowicie niemożliwe. W rezultacie pojawiły się węglikowe materiały narzędziowe, które zachowują wystarczającą twardość w wyższych temperaturach skrawania niż wymienione powyżej i mogą być skrawane w wyższych temperaturach.
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 odkryto w naturze dawno temu i od dawna wykorzystuje się je jako narzędzia tnące, diamenty syntetyczne z powodzeniem syntetyzowano już na początku lat 50. XX wieku, ale rzeczywiste zastosowanie diamentów do produkcji szerokiej gamy…materiały na przemysłowe narzędzia skrawającejest nadal kwestią ostatnich dziesięcioleci.
Z jednej strony, wraz z rozwojem nowoczesnej technologii kosmicznej i lotniczej, coraz powszechniejsze staje się stosowanie nowoczesnych materiałów inżynierskich, chociaż ulepszona stal szybkotnąca, węglik spiekany inowe ceramiczne materiały narzędziowePrzy obróbce konwencjonalnej materiałów obrabianych prędkość i wydajność cięcia wzrastają dwukrotnie, a nawet kilkudziesięciokrotnie, ale przy ich stosowaniu do obróbki ww. materiałów trwałość narzędzia i wydajność cięcia jest nadal bardzo niska, a jakość cięcia trudno zagwarantować, niekiedy wręcz niemożliwa do obróbki, co wymusza konieczność stosowania ostrzejszych i bardziej odpornych na zużycie materiałów narzędziowych.
Z drugiej strony, wraz z szybkim rozwojem nowoczesnychprodukcja maszynW przemyśle przetwórczym, szerokim zastosowaniu automatycznych obrabiarek, centrów obróbczych CNC (komputerowe sterowanie numeryczne) i bezobsługowych warsztatów obróbczych, w celu dalszej poprawy dokładności obróbki, skrócenia czasu wymiany narzędzi i poprawy wydajności, coraz pilniejsze stają się wymagania dotyczące trwalszych i stabilniejszych materiałów narzędziowych. W tym przypadku narzędzia diamentowe rozwijają się dynamicznie, a jednocześnie rozwija sięmateriały na narzędzia diamentowerównież został mocno wypromowany.
Materiały narzędziowe diamentowecharakteryzują się szeregiem doskonałych właściwości, charakteryzujących się wysoką dokładnością obróbki, dużą prędkością skrawania i długą żywotnością. Na przykład, zastosowanie narzędzi Compax (polikrystalicznego kompozytu diamentowego) pozwala na obróbkę dziesiątek tysięcy pierścieni tłokowych ze stopu krzemowo-aluminiowego, a ich końcówki narzędzi pozostają praktycznie niezmienione. Obróbka dźwigarów aluminiowych samolotów za pomocą frezów Compax o dużej średnicy pozwala na osiągnięcie prędkości skrawania do 3660 m/min. Są one nieporównywalne z narzędziami węglikowymi.
Nie tylko to, użyciemateriały na narzędzia diamentoweMoże również rozszerzyć zakres obróbki i zmienić tradycyjną technologię. W przeszłości obróbka lustrzana mogła wykorzystywać jedynie proces szlifowania i polerowania, ale teraz można stosować nie tylko naturalne narzędzia z monokryształu diamentu, ale w niektórych przypadkach również supertwarde narzędzia kompozytowe PDC do precyzyjnego cięcia z bliska, aby uzyskać toczenie zamiast szlifowania. Dzięki zastosowaniunarzędzia supertwardeW dziedzinie obróbki skrawaniem pojawiły się nowe koncepcje, takie jak zastosowanie narzędzi PDC. Graniczną prędkością toczenia nie jest już narzędzie, lecz obrabiarka, a po przekroczeniu określonej prędkości toczenia przedmiot obrabiany i narzędzie nie nagrzewają się. Implikacje tych przełomowych koncepcji są głębokie i otwierają nieograniczone perspektywy dla nowoczesnego przemysłu obróbczego.
Czas publikacji: 02-11-2022
