Poznámka: tyto materiály slouží pouze pro opakování STT žáků SPŠ Na Třebešíně, Praha 10; s platností do r. 2016 v návaznosti na platnost norem. Zákaz šíření a modifikace těchto materiálů. Děkuji Ing. D. Kavková Řezné materiály
Řezné materiály výsledek intenzivních vývojových prací (20.století, zejména pak od jeho 30 let) vývoj řezných materiálů významně přispěl k výkonnosti dnešního moderního světového průmyslu řezné materiály dnes umožňují optimalizaci každé operace obrábění
čas obrábění (min) Vývoj - grafické znázornění např. operace obrábění v roce 1900 trvající 100min., dnes trvá méně než 1min. rok
Nástroj řeže kov, protože je relativně ostřejší a tvrdší než obrobek je vhodný pro jednu operaci obrábění musí být kombinací - geometrie břitu - řezného materiálu, který musí zohledňovat základní faktory
Základní faktory nástroje 1. druh operace obrábění 2. materiál a tvar obrobku 3. obráběcí stroj 4. řezné podmínky 5. požadovaná jakost povrchu 6. stabilita technologie obrábění 7. náklady na obrábění
Vlastnosti ideálního řezného materiálu dostatečná tvrdost (odolnost proti opotřebení a plastické deformaci břitu) vysoká houževnatost (ochrana proti lomu) chemicky neutrální chování vůči materiálu obrobku chemická stabilita (proti oxidaci a difúzi) dobrá odolnost proti zatížení tepelným šokem
Přehled řezných materiálů
Přehled řezných materiálů polykrystalický diamant kubický nitrid boru oxidická keramika Al 2 O 3 směsná keramika neoxidická keramika Si 3 N 4 povlakovaný slinutý karbid povlakovaný slinutý karbid nepovlakovaný slinutý karbid materiál Coronite Cermet
Slinuté karbidy produkt práškové metalurgie karbidy - WC, TiC, TaC, NbC kovové pojivo - Co, Ni vlastnosti značně kolísají dle: - typu a velikosti tvrdých částic - druhu kovového pojiva a jeho podílu - výrobní technologie - kvality výroby
Slinuté karbidy dvousložkové vhodné pro obrábění šedé litiny složka α - tvrdý WC složka β - pojivo obrábění ocelí - opotřebení v podobě žlábku Co WC
Slinuté karbidy trojsložkové obrábění - ocelí - neželezných kovů - litých materiálů složka α - tvrdý WC složka β - pojivo Co, Ni složka γ - přidání dalších karbidů Ti, Ta, Nb WC TiC Co
Struktury slinutých karbidů A. α a β s hrubým zrnem, ISO = K20 B. α a β s jemným zrnem, ISO = K10 C. α, β a γ s velkým podílem kovového pojiva, ISO = P40 D. α, β a γ s malým podílem kovového pojiva, ISO = P10 A. C. B. D.
Klasifikační systém - ISO 513 rozdělení do 7 aplikačních skupin - hlavní aplikační oblasti rozděleny dle druhu obráběného materiálu - každá skupina obsahuje podskupiny identifikační znaky - písmeno - barva - dvojciferné číslo (nižší číslo - vyšší řezná rychlost a otěruvzdornost vyšší číslo - vyšší pevnost a posuvová rychlost)
Klasifikační systém - ISO 513 modrá P - mat. tvořící dlouhou třísku (oceli) žlutá M - obrábění korozivzdorných, žárovzdorných mat., legovaných litin aj. červená K - mat. tvořící krátkou třísku (šedá litina, kalená ocel, bronzy ) WR - odolnost proti opotřebení T - houževnatost, kolísá dle způsobu obrábění
Klasifikační systém - ISO 513 zelená N - obrábění materiálů z neželezných kovů (zejména slitin Al) a nekovových materiálu hnědá S obrábění tepelně odolných slitin na bázi Fe, Ni, Co, Ti (těžce obrobitelné slitiny) šedá H - obrábění kalených a vysoce tvrdých ocelí, tvrzených a kalených litin Bílá O plasty (2012 doplněno)
Materiálové skupiny 1. dlouhá tříska - většina ocelí 2. korozivzdorné oceli 3. krátká tříska - např. šedá litina 4. žáropevné mat. - např. slitiny niklu 5. měkké mat.- např. hliník 6. tvrdé mat. - např. tvrzená litina 7. titan
Povlakované slinuté karbidy konec 60. let 20 stol. - zavedeno velmi tenké povlakování SK tvrdým materiálem dramatické zvýšení - řezné rychlosti - trvanlivosti břitu mat. pro povlakování - TiC, TiN, Al 2 O 3, TiCN
Povlakování slinutých karbidů hlavní cíl povlaků - snížit koeficient tření na čele - získat tvrdý povrch při zachování houževnatého jádra - zamezit vzniku nárůstku - prodloužit životnost nástroje
Vlastnosti povlaku - tloušťka (μm) TiC (barva šedá), Al 2 O 3 (barva černá) - velmi tvrdá vrstva, zaručuje odolnost proti opotřebení a chemickou neutralitu TiN (zlaté zabarvení) - na čele destičky menší součinitel tření - vyšší odolnost proti opotřebení ve tvaru žlábku TiCN (zlaté zabarvení) - odolnost proti opotřebení na hřbetu - vyšší houževnatost
Mitsubishi - Japonsko TiCN - odolnost proti mechanickému opotřebení Al 2 O 3 - odolnost proti difúzi a adhezi TiN - snížení koeficientu tření, odolnost proti korozi
Valenite - USA 62 alternujících vrstev TiN / TiCN - odolnost proti šíření trhlin
Seko - Švédsko alternující vrstvy TiN TiC zvýšený obsah kobaltu na povrchu podkladu zlepšuje houževnatost povlaku
AC304 - nové plátky pro nerezové ocele nově vyvinutý plátek povlakovaný vrstvami TiN - Al 2 O 3 - TiCN se speciálním karbidovým základem vrchní vrstva TiN zlepšuje adhezní vlastnosti druhá vrstva Al 2 O 3 zlepšuje tepelnou odolnost při vysokých řezných rychlostech třetí vrstva z TiCN zvyšuje odolnost proti opotřebení všechny vrstvy jsou naneseny poslední CVD povlakovou technologií
AC304 - nové plátky pro nerezové ocele vlastnosti 2-3 krát delší životnost při rychlostech (80 až 180) m/min obrábění nerezové ocele použití - obrábění načisto i hrubování (náhrada řezných materiálů M20-30, P10-30)
ZX povlaky firma Sumitomo Electric - vyvinula technologii nanášení supertenkých vrstev povlak ZX - z materiálu TiN-AlN se skládá z 2000 dvouvrstev (tloušťka jedné vrstvy 2,5nm) vlastnosti - výborné řezné vlastnostmi - vysoká tvrdost (až 4000HV) - srovnatelné s tvrdostí CBN
ZX povlaky - použití vysokorychlostní obrábění ocelí, zápustkových ocelí, temperovaných litin a šedé litiny povlak aplikován na výměnné plátky pro frézy a na povlaky stopkových fréz
Cermety niklokobaltové pojivo název pro všechny tvrdé kovokeramické materiály - tvrdé složky jsou tvořeny TiC, TiCN, TiN cermety lze považovat za slinuté karbidy zhotovené na bázi TiC, místo na bázi WC TiC TiCN TiN, Al 2 O 3
Cermety - vlastnosti vysoká odolnost proti opotřebení hřbetu a čela vysoká chemická stabilita a tvrdost za tepla malý sklon k vytváření nárůstku malý sklon k oxidačnímu opotřebení obr. vyměnitelné destičky z cermetu pro frézování a obrábění na čisto
T1200A nový cermet nová technologie výroby umožnila vytvoření jemné homogenní mikrostruktury vlastnosti - výborná odolnost proti šíření lomu - otěrová odolnosti - houževnatost použití - vysokorychlostní soustružení ocelí načisto pro nepřerušovaný i přerušovaný řez
Keramika vlastnosti - vysoká tvrdost zatepla - nereaguje chemicky s materiálem obrobku - zaručuje dlouhou trvanlivost břitu použití - velkosériová a hromadná výroba - vysoké řezné rychlosti
Dva základní typy keramiky na bázi Al 2 O 3 (oxidu hlinitého) - čistá keramika - směsná keramika - vyztužená keramika na bázi Si 3 N 4 (nitridu křemíku) obr. - mikrostruktura Al 2 O 3
Čistá keramika (99% Al 2 O 3 ) vlastnosti - relativně nízká pevnost a houževnatost - malá tepelná vodivost (vylamování břitů) - zvýšení houževnatosti i tvrdosti docíleno přidáním zirkonu (barva bílá či šedá) použití - vysoké řezné teploty (až 1200 C) - řezná rychlost až 1000 m/min - obrábění šedé litiny a konstrukčních ocelí nepřerušovaným řezem
Směsná keramika vlastnosti - přidáním kovové fáze (20 až 40)% TiC, TiN se zvýší odolnost proti tepelnému šoku - zvýšená tvrdost (barva černá) použití - obrábění tvrzené litiny a kalených ocelí (do 64 HRC), včetně středního a jemného frézování - částečně přerušovaný řez
Vyztužená keramika keramika zesílená viskerem (zhruba 30% SiC vysoké pevnosti) vlastnosti - podstatné zvýšení - houževnatosti - pevnosti - odolnosti proti tepelnému šoku - tvrdosti zatepla - odolnosti proti opotřebení (barva zelená)
Nitridová keramika (na bázi Si 3 N 4 ) vlastnosti - velmi vysoká houževnatost - vysoký stupeň tvrdosti zatepla (barva modrá) použití - obrábění běžným přerušovaným řezem - obrábění litin za sucha i při chlazení rychlostí až 400m.min -1 - vhodné pro frézování (hrubování)
Ukázka keramiky
Coronite vlastnosti - vysoká houževnatost - odolnost proti opotřebení - vysoká trvanlivost břitu (vysoká jakost povrchu) použití - obrábění ocelí - slitin lehkých neželezných kovů - šedé litiny
Výrobní technologie nástroje ocelové jádro (pružinová ocel zvlášť vysoké houževnatosti) vrstva materiálu Coronite o tloušťce cca 15% průměru vnější, fyzikálně nanesený povlak (TiCN nebo TiN) - tloušťka cca 2µm
Povlak na bázi AlCrN díky Cr - vyšší tvrdost - odolnost vůči oxidaci za tepla - vysoká odolnost proti opotřebení vysoká výkonnost životnost až o 400% vyšších rychlostech a bez mazání
Kubický nitrid boru (CBN) vlastnosti - zvlášť tvrdý materiál i při extrémních teplotách (2000 C) - vysoká odolnost proti abrazivnímu opotřebení - dobrá chemická stabilita - relativně křehký - horší chemická a tepelná vodivost
Výroba a použití spojení CBN s pojivem (keramické či kovové) - vysoké teploty a tlaky nízký obsah CBN - větší odolnost proti opotřebení (obrábění tvrdé oceli) vysoký obsah CBN - vyšší houževnatost (obrábění tvrdých druhů litin a žáruvzdorných slitin) CBN s keramickou vazbou
Použití CBN materiály o tvrdosti nad 48 HRC (jinak hrozí mimořádně velké opotřebení břitu) vynikající kvalita obrobeného povrchu (R a = 0,3μm) vysoká přesnost (tolerance ±0,01mm)
Stopková fréza - břit CBN fréza - karbidové tělo a jeden břit z CBN ve tvaru šroubovice (snižení vibrací) - možnost osazení dvěma břity použití - obrábění obvodem nebo čelem - velmi přesné dokončení povrchu (náhrada broušení) - obrábění kalených ocelí a dalších zušlechtěných materiálů
Mini karbidová vyvrtávací tyč - typ BNZ s CBN plátkem použití - obrábění kalených ocelí (HRC 45-68) - obrábění exotických materiálů - štíhlé díry (od D =7mm) - nepřerušovaný i přerušovaný řez vlastnosti - vysoká tuhost
Polykrystalický diamant - PCD 70 léta 20 stol. struktura - jemné krystaly diamantu spojeny slinováním - poloha krystalů nahodilá vlastnosti - tvrdost téměř přírodního monokrystalického diamantu - tvrdost ve všech směrech stejná - odolnost proti opotřebení malé břity z PCD uchyceny na vyměnitelné destičce ze SK (pevnost a odolnost)
Polykrystalický diamant - PCD použití - teploty v oblasti řezání pod 600 C - obrábění abrazivních neželezných a nekovových materiálů (zejména slitiny Al, Si) - jemné obrábění soustružením, vrtáním, frézováním (vyloučení přerušovaných řezů) obr. diamantem povlakovaná břitová destička
Zdroje www.sgac-turnov.cz www.misan.cz