Materiały narzędziowe

Stal szybkotnąca

Stale te wykazują wysokie właściwości skrawania. Zależą one od procentowej zawartości poszczególnych dodatków stopowych oraz ich wzajemnego stosunku ilościowego. Stale te wykazują wysokie właściwości skrawane. Zawartość węgla zmienia się od 0,75 do 1.45%, a dodatki stopowe to około 20%. Właściwości można dodatkowo polepszyć dzięki specjalnym zabiegom obróbki cieplno-chemicznej np. azotowanie, tlenoazotowanie. Temperatura pracy stali szybkotnących waha się od 550 do 650^oC, a twardość narzędzi dochodzi po hartowaniu do około 66 HRC.

Węgliki spiekane

Składają się z wysokotopliwych węglików wolframu WC, tytanu TiC, tantalu TaC, niobu NbC, irydu, molibdenu oraz kobaltu jako metalu wiążącego. Są one materiałami znacznie przewyższającymi właściwości stali szybkotnących. Są bardzo twarde, co wiąże się z gęstością węglików, która jest bardzo duża. Węgliki odznaczają się dużą odpornością na ścieranie oraz mogą pracować przy dużych temperaturach - do około 1300^oC.

Ceramika

Ceramika czysta tlenkowa

Jest prawie wyłącznie z tlenku aluminium, stąd jej nazwa. Tlenek aluminium jest bardzo tani, jednakże jego obróbka stanowi pewne koszty finansowe, toteż ceramika jest droższa niż węgliki spiekane. Materiał ten jest twardy i odporny na działanie wysokich temperatur. Dzięki temu możliwe jest skrawanie przy wyższych prędkościach skrawania.

Ceramika mieszana

Dzięki dodaniu do czystej ceramiki tlenkowej 20-40% węgliku tytany TiC i azotku tytanu TiN uzyskano lepsza przewodność cieplną oraz odporność na szok termiczny.

Ceramika wzmocniona wiskerami

Jest to ceramika tlenkowa czysta z dodatkiem węglika krzemu SiC. SiC jest wytwarzany sztucznie, więc cena tej ceramiki jest bardzo wysoka. Materiał ten jest odporny na wysokie temperatury i szoki termiczne.

Ceramika azotkowa

Są to materiały oparte na azotku krzemu Si₃N₄, które charakteryzują się wysoką wytrzymałością oraz twardością. Przez to, iż ceramika azotkowa ma większa przewodność cieplną niż ceramika tlenkowa, jest bardziej odporna na szoki termiczne.

Cermetale

Materiał powstały z połączenia ceramiki z węglikiem tytanu oraz azotku tytanu. Dzięki temu połączeniu zyskujemy na twardości narzędzia oraz uzyskujemy większą odporność na utlenianie. Poprzez dużą przewodność cieplną możemy zwiększyć prędkość skrawania, co jest bardzo ekonomiczne. Ma mniejszą gęstość, ciągliwość, ale jest odporny chemicznie.

Diament monokrystaliczny - MKD

Stosowany jest przy wyjątkowych sytuacjach, ponieważ w temperaturze powyżej 800^oC przemienia się w grafit i reaguje z żelazem. Jest bardzo twardym materiałem, który może pracować przy dość wysokich temperaturach.

Diament polikrystaliczny - PKD

Jest to diament syntetyczny otrzymywany jako spiek diamentu monokrystalicznego w kobaltowej osnowie. Mimo wysokiej twardości nie nadają się do obróbki stali ze względu na gwałtowne zużycie.

Sześcienny azotek boru - CBN

Materiał o bardzo dużej twardości i odporności na ściernie, jednak gorszej stabilności chemicznej oraz podatności na szok termiczny. Im materiał obrabiany jest twardszy, tym zużycie narzędzia jest mniejsze, tak więc Borazon nie powinien być stosowany do materiałów o twardości niższej niż 49 HRC.

Porównanie najważniejszych właściwości materiałów narzędziowych

Materiał	Odporność na ścieranie	Twardość	Temperatura pracy
Stal szybkotnąca	Duża	64-66 HRC	550-650^oC
Węgliki spiekane	Bardzo duża	92 HRA	870-1270^oC
Ceramika czysta tlenkowa	Duża	90-95 HRA	1300^oC
Ceramika tlenkowa mieszana	Średnia	Ok. 97 HRA	1300^oC
Ceramika tlenkowa wzmocniona wiskerami	Duża	Ok. 97 HRA	1400^oC
Ceramika azotkowa	Mała	2000HV	1700^oC
Cermetale	Średnia	94 HRA	1100^oC
Diament monokrystaliczny MKD	Duża	10 Mohsa	800^oC
Diament polikrystaliczny PKD	Bardzo duża	8 Mohsa	800^oC
Sześcienny azotek boru CBN	Bardzo duża	6 Mohsa	1300^oC

Wnioski

Jak mogliśmy się przekonać na własne oczy, narzędzi do obróbki skrawaniem jest bardzo dużo. Poczynając od narzynek i gwintowników, poprzez nawiertaki, przeciągacze, a skończywszy na wytaczakach, czy rozwiertakach. Na ćwiczeniu miałem za zadanie opisać jeden z rozwiertaków. Rozwiertak jest narzędziem służącym do końcowej obróbki otworu walcowego. Otrzymałem rozwiertak wykańczak nasadzany, który charakteryzuje się parzystą liczbą ostrzy, które są do siebie równoległe.

Jeżeli chodzi o materiały, z który narzędzia do obróbki skrawaniem są zrobione, to mamy tu do czynienia także ze sporą grupą materiałów.

Ceramika jest często wykorzystywana w obróbce skrawaniem, ponieważ posiada bardzo dobre właściwości. Wyróżniamy ceramikę tlenkową i azotkową. Ceramika tlenkowa czysta nie ulega reakcjom chemicznym, toteż nie tworzy się na nich narost i nie ulegają utlenianiu.

Jednak ma bardzo małą odporność na szok termiczny. W grupie ceramiki tlenkowej jest też ceramika mieszana oraz ceramika wzmacniana wiskerami, która posiada zdolność mechanizmu mostkowania, polegająca na utrzymaniu pęknięcia. Jest ona jednak droga, ponieważ SiC jest wytwarzany sztucznie, stąd jego cena wzrasta.

Ceramika azotkowa natomiast ma wysoką ciągliwość i często pokrywana jest azotkiem tytanu TiN.

Wyróżniamy także stale szybkotnące, cermetale, materiały supertwarde oraz węgliki spiekane. Węgliki są to materiały bardzo twarde, ale możemy uwzględnić, że im więcej kobaltu w spiekanym węgliku, tym jest on bardziej ciągliwy i miękki.

Jak widzimy temat narzędzi do obróbki skrawaniem jest bardzo obszerny, a dobór odpowiedniego materiału na narzędzie jest trudniejsze niż mogłoby się to wydawać.

---