ŘEZNÉ MATERIÁLY. SLO/UMT1 Zdeněk Baďura

Transkript

1 ŘEZNÉ MATERIÁLY SLO/UMT1 Zdeněk Baďura

2 Současný poměrně široký sortiment materiálu pro řezné nástroje ( od nástrojových ocelí až po syntetický diamant) je důsledkem dlouholetého intenzivního výzkumu a vývoje. Má velmi úzkou souvislost s rozvojem konstrukčních materiálů určených k obrábění.

3 Oblasti použití řezných materiálů

4 Hodnoty vybraných řezných materiálů

5 Kriteria při volbě nástroje Složitost tvaru obrobku a obrobitelnost jeho materiálu Druh operace obrábění Možnosti volby řezných parametrů Výkon obráběcího stroje Požadované parametry obrobeného povrchu (drsnost, rozměrová a tvarová přesnost) Náklady

6 Rychlořezné oceli: mají nejvyšší houževnatost, ale ve srovnání s ostatními materiály je jejich tvrdost nízká. Jsou z nich vyráběny nástroje pro obrábění nízkými rychlostmi, nástroje vystavené nárazům při přerušovaném řezu, tvarově složité nástroje, které nelze vyrobit z jiných řezných materiálů (tvarové nože, frézy, vrtáky, závitořezné nástroje)

7

8 Slinuté karbidy: výroba práškovou metalurgií spékáním karbidů (WC, TiC, CrC, ), jako pojivo se používá Co lepší otěruvzdornost než rychlořezné oceli, mají sklon k vydrolování břitů, obtížně obrobitelné Rozdělení: P (modrá) SK pro obrábění materiálů dávající plynulou třísku K- (červená) SK pro obrábění materiálů dávající krátkou třísku M- (žlutá) SK pro obrábění materiálů dávající plynulou i krátkou třísku

9

10 SK mohou být použity pro obrábění vysokými posuvnými rychlostmi a pro těžké přerušované řezy. Nemohou být použity pro vysoké řezné rychlosti, zejména kvůli nízké termochemické nestabilitě. Pouze malý počet SK je použit používán pro lehké dokončovací práce.

11

12 Povlakované SK Na podkladový materiál (SK-K,M,P) se nanáší tenká vrstva materiálu s vysokou tvrdostí a vynikající odolností proti opotřebení. Tyto vlastnosti plynou z toho, že povlakový materiál neobsahuje žádná pojiva a má o jeden nebo více řádů jemnější zrnitost a méně defektů. Metody povlakování: PVD ( Physical Vapour Deposition) CVD (Chemical Vapour Deposition)

13 Rozdělení povlakovaných SK: - 1. Generace: jednovrstvý povlak (nejčastěji TiC) asi 7μm - 2. Generace: jednovrstvý povlak (TiC, TiCN, TiN) až 13 μm - 3. Generace: 2-4 vrstvy (TiC-Al 2 O 3, TiC- TiN,TiC-TiN, ) - 4. Generace: speciální vícevrstvý (až 10 vrstev a mezivrstev), stejné materiály jako u 3.Generace

14 2. Generace (Sandvick-Coromant, Švédsko)

15 3. Generace (Kennametal, USA)

16 4. Generace (Valenite, USA)

17 4. Generace (SHM Šumperk, ČR)

18 Základní vlastnosti povlaků

19 Nanokompozitní povlaky - pravidelné střídání dvou vrstev s rozdílnými fyzikálními vlastnostmi - tloušťky monovrstev jsou velmi malá (kolem 10 nm) - povlaky jsou často z více druhů materiálu - při optimálním poměru jednotlivých složek je vytvořena termodynamicky stabilní struktura s unikátními fyzikálními vlastnostmi

20 Struktura nanokompozitního povlaku (Platit, Švýcarsko)

21 CERMETY Název CERMET vznikl složením ceramics a metal Tento materiál měl podle názvu kombinovat nejlepší vlastnosti keramiky ( tvrdost) a nástrojových ocelí (houževnatost) Základní složení TiN+TiC+Ni,Mo Hlavní výhodou je vysoká tvrdost i při vyšších teplotách, jsou levnější než SK, odolnost proti tvorbě nárůstku (Dokončovací práce, jsou schopny vytvořit nízkou povrchovou drsnost)

22

23 Řezná keramika Oxidická keramika Čistá (Al 2 O 3 ) Polosměsná (Al 2 O 3 + ZrO 2 + CoO ) Směsná (Al 2 O 3 + TiC+(ZrO 2,TiN )) Nitridová (Si 3 N 4 + (Y 2 O 3 )) Vyztužená (oxidická nebo nitridová vyztužená pomocí whiskerů ( v rozsahu objem.%. )) K základním vlastnostem polykrystalických keramických materiálů patří malý rozměr zrna (velmi často pod 1 μm), vysoká tvrdost, nízká houževnatost (důvod zvýšené křehkosti) a nízká měrná hmotnost

24 Keramika Al 2 O 3

25 Keramika Al 2 O 3 +TiC

26 Keramika Si 3 N 4

27 Keramika Si 3 N 4 vyztužená SiCw

28 Uplatnění- obrábění šedé litiny, tvárné litiny, cementovaných ocelí, nástrojových a rychlořezných ocelí Vysoké řezné rychlosti, vysoké teploty, hlavně dokončovací práce

29 Supertvrdé nástrojové materiály Pod všeobecný název supertvrdé materiály lze zahrnout dva synteticky vyrobené materiály a to polykrystalický diamant (PD) a polykrystalický kubický nitrid boru (PKNB ). Vzhledem k vynikajícím mechanickým vlastnostem (pevnost v tlaku, tvrdost ) lze PD i PKNB s výhodou použít jako řezné nástrojové materiály pro speciální aplikace.

30 Protože diamant má poměrně nízkou teplotní stálost (při dosažení teplot nad 800 ºC se mění na grafit), nesmí být používán pro obrábění materiálů na bázi železa (oceli, litiny), kde dochází k difúzi mezi nástrojem a obráběným materiálem Aplikační možnosti PD : hliníkové slitiny zejména s vysokým obsahem křemíku, který působí na nástroj velmi silným abrazivním účinkem, bronzy, mosazi, kompozity vyztužené různými druhy vláken (skleněná, uhlíková, polyetylénová, atd.), titan a jeho slitiny, keramika, tvrdé přírodní materiály (žula, mramor, apod.).

31

32 Průmyslově je diamant vyráběn z velmi čistého grafitu, kubický nitrid boru z nitridu boru. Grafit i nitrid boru mají hexagonální mřížku a podobají se i některými vlastnostmi, jako je velmi nízká tvrdost, nízký koeficient tření a dobrá elektrická vodivost. Působením vysoké teploty a tlaku se hexagonální mřížka grafitu i nitridu boru transformuje na mřížku kubickou.

33 Mřížka PD a PKNB

34 Děkuji za pozornost

35 Zdroje Nauka o materiálnu II (Ptáček a kolektiv, CERM 2002) Technologické procesy obrábění (Prokop,Kocman, CERM 2001) Technologie 1,2 (Humár, CERM 2003) Materiály pro řezné nástroje (Humár, CERM 2006)