Materiały narzędziowe stosowane w obróbce wiórowej:

Wymagania:



duża twardość, znacznie większa od materiału obrabianego,



duża wytrzymałość na ścinanie, skrawanie, zginanie,



duża udarność,



zachowanie właściwości skrawnych w wysokich temperaturach,



dobra przewodność cieplna i duże ciepło właściwe,



odporność na zużycie (ścierne, adhezyjne, dyfuzyjne, chemiczne)

Najczęściej stosowane materiały:



stale szybkotnące,



węgliki spiekane,



cermetale,



spieki ceramiczne (ceramika narzędziowa),
_ ceramika tlenowa,
_ ceramika mieszana, tlenowo-węglowa,
_ tlenkowa wzmacniana whiskerami (SiC)
_ azotowa (Si

4

N

4

)



materiały supertwarde,

_ diament polikrystaliczny (DP)
_ regularny azotek boru (CBN)

Materiał ochronny na ostrze narzędzia:

Głównym celem powłok ochronnych jest ograniczenie zużycia ostrza poprzez:

 zmniejszenie współczynnika tarcia w strefie kontaktu narzędzia z wiórem i

przedmiotem obrabianym,

 zwiększenie twardości warstw wierzchnich powierzchni roboczych narzędzia,
 stworzenie bariery dla wnikania ciepła w narzędzie,
 ograniczenie dyfuzji,
 zmniejszenie zmian chemicznych w warstwach wierzchnich ostrza.

Kolejnymi korzyściami stosowania powłok może być:

 zmniejszenie sił skrawania,
 obniżenie temperatury skrawania,
 zmniejszenie nagrzewania się narzędzia i przedmiotu obrabianego,
 zmniejszenie skłonności do tworzenie się narostu,
 zmniejszenie chropowatości obrobionych powierzchni,
 ułatwienie transportu wióra w rowkach wiórowych,
 możliwość skrawania bez konieczności stosowania płynów obróbkowych,
 znaczne zwiększenie okresu trwałości narzędzi lub alternatywnie zwiększenie

okresowej prędkości skrawania,

 ułatwienie wizualnej oceny stanu zużycia ostrza, jeśli zewnętrzna warstwa powłoki

ma barwę różniącą się od podłoża, np. w kolorze złotym wykonaną z TiN,

 znaczne rozszerzenie uniwersalności zastosowań ostrzy wykonanych z takich

materiałów narzędziowych, jak: stale szybkotnące, węgliki spiekane i cermetale itp.

Cechy materiału narzędziowego:

Wymagania stawiane materiałom narzędziowym są bardzo wysokie. Należą do nich:

 duża twardość, znacznie większa od twardości materiału obrabianego,
 duża wytrzymałość na ściskanie, skręcanie, zginanie i rozciąganie,
 duża udarność,
 odporność zmęczeniowa,
 zachowanie właściwości skrawnych w wysokich temperaturach,
 odporność na szoki termiczne i mechaniczne,
 dobra przewodność cieplna,
 mała rozszerzalność cieplna,
 odporność na zużycie: ścierne, adhezyjne, dyfuzyjne i chemiczne,
 stabilność krawędzi skrawającej,
 jednorodność właściwości materiału w obrębie jednego ostrza, jak i całej serii

ostrzy,

 względnie niska cena w porównaniu do jego możliwości skrawnych.

W przypadku stali narzędziowych pożądanymi cechami są dodatkowo:



mała segregacja węglików,



dobra obrabialność,



dobra podatność na obróbkę plastyczną,



dobra hartowność,



mała wrażliwość na przegrzanie,



mała skłonność do odwęglania,



mała podatność do odkształceń w procesie obróbki cieplnej,



mała wrażliwość na odpuszczanie podczas szlifowania.

Zużycie ostrza:

Zużycie ostrza to zaistniałe zmiany geometryczne, związane lub niezwiązane z
ubytkiem materiału, zmiany właściwości wywołane odkształceniami, temperaturą,
chemicznymi działaniami ośrodka współpracującego, itp.



mechaniczne,

 ścierne,
 wytrzymałościowe,

 wyszczerbienia,
 wykruszenia,
 wyłamania,
 pęknięcia



dyfuzyjne,



cieplne,



chemiczne,

Przyczyny zużywania się ostrzy:
- Wysoka temperatura skrawania.
- Bardzo duże naciski jednostkowe, często o udarowym charakterze.
- Względne przemieszczanie się materiału obrabianego i ostrza.

Przebieg zużycia ostrza:
Początkowy (A), krótkotrwały okres zużycia wstępnego zwanego naturalnym docieraniem
(usuwanie ostrych nierówności) powierzchni ostrza.
Drugi okres (B) – najdłuższy o stałej intensywności zużycia, w którym ustalają się warunki
normalnej pracy narzędzia.
Trzeci okres zużycia (C) przyspieszonego o dużym gradiencie; w fazie tej zużycie może być
tak gwałtowne, że prowadzi do całkowitego zniszczenia narzędzia (zużycia katastroficznego).

Stępienie ostrza jest to taki stan wywołany zużywaniem się ostrza, w którym nastąpiła taka
utrata jego własności skrawnych, że dalsze skrawanie, bez przywrócenia mu tych właściwości
(np. przez przestrzenie) nie może być kontynuowane.
Można wyróżnić następujące kryteria stępienia ostrza:
- geometryczne (VBB, KT, KE itp.),
- technologiczne (Ra, dokładność),
- fizykalne (temperatura, drgania, siły itp.),
- ekonomiczne (koszty, wydajność, produktywność).

Trwałość narzędzia Tc jest to wielkość charakteryzująca w sposób bezpośredni czas
skrawania lub pośrednio liczbę wykonanych operacji, względnie długość drogi skrawania do
chwili osiągnięcia kryterium stępienia. Trwałość narzędzia wyrażoną czasem skrawania
nazywamy okresem trwałości narzędzia.

Narost:

Narost jest to klinowa warstwa materiału obrabianego, powstającego na ostrzu, w
określonych granicach prędkości skrawania, i zrywana z niego cyklicznie z częstotliwością od
kilku do kilkuset herców.

Przyczyny powstawania narostu:
· duże współczynniki tarcia na powierzchniach roboczych ostrza
· silne zjawiska adhezji między materiałem obrabianym a ostrzem (czemu sprzyja wysoka
temperatura),
· duże naciski powierzchniowe,
· powinowactwo między materiałem ostrza i obrabianym,
· czyste fizycznie i chemicznie powierzchnie kontaktowe,
· umocnienie materiału w wyniku silnych odkształceń plastycznych itp.

Narost może przyczyniać się do:
· zwiększenia chropowatości obrabianej powierzchni,
· pogorszenia dokładności obróbki,
· zmniejszenia sił skrawania,
· zwiększenia wytrzymałościowego zużycia ostrza,
· ochrony ostrza przed zużyciem ściernym i dyfuzyjnym.

Ograniczenie tworzenia się narostu można uzyskać m.in. przez:
· stosowanie powierzchniowo aktywnych płynów obróbkowych,
· zmianę prędkości skrawania (zmniejszenie lub zwiększenie),
· stosowanie na ostrza powłok zmniejszających powinowactwo adhezyjne z materiałem
obrabianym i zmniejszające wsp. tarcia.

Przy mniejszych wartościach prędkości narost nie powstaje z powodu zbyt małej temperatury,
a więc zbyt małych sił adhezyjnych, natomiast przy dużych prędkościach jest coraz bardziej
uplastyczniony, aż w końcu zamienia się w cienką warstwę.