Obrobka skrawaniem 04 materialy narzedziowe

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem
Prof. Krzysztof Jemielniak krzysztof.jemielniak@pw.edu.pl
http://www.zaoios.pw.edu.pl/kjemiel
Obróbka Skrawaniem -
podstawy, dynamika, diagnostyka
4. Materiały narzędziowe

2
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji
Zakład Automatyzacji i Obróbki SkrawaniemProf. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak
Plan wykładu Obróbka skrawaniem
1. Wstęp
2. Pojęcia podstawowe
3. Geometria ostrza
4. Materiały narzędziowe
5. Proces tworzenia wióra
6. Siły skrawania
7. Dynamika procesu skrawania
8. Ciepło w procesie skrawania, metody chłodzenia
9. Zużycie i trwałość ostrza
10. Diagnostyka stanu narzędzia i procesu
skrawania
11. Skrawalność
12. Obróbka materiałów stosowanych w przemyśle
lotniczym
Materiały narzędziowe
strony 52-95

3
• Ogólna charakterystyka materiałów narzędziowych
• Stale narzędziowe
• Stale szybkotnące
• Węgliki spiekane
• Spieki ceramiczne
• Materiały supertwarde
4 Materiały narzędziowe
Ogólna charakterystyka materiałów narzędziowych

4
Wymagania stawiane materiałom narzędziowym
• Twardość
• zwłaszcza twardość na gorąco, tak że twardość i wytrzymałość są zachowane w
temperaturach występujących przy skrawaniu
• do wykonania skrawania narzędzie musi być ok. 30 HRC twardsze niż materiał
obrabiany
• Wytrzymałość
• narzędzie musi wytrzymywać znaczne i zmienne obciążenia, nie ulegając
złamaniom czy wykruszeniom
• Odporność na zużycie
• by mogło skrawać przez odpowiednio długi czas między przeostrzeniami czy
wymianami
• Stabilność chemiczna
• w odniesieniu tak do materiału obrabianego jak cieczy chłodzącej
• Racjonalnie niski koszt
• by zapewnić ekonomiczną obróbkę

5
Wybór materiału ostrza
Zależy od:
• sposobu obróbki skrawaniem
• wielkości naddatku (obróbka zgrubna czy
wykańczająca)
• materiału obrabianego (gatunek, kształt, stan
powierzchni)
• sztywności i mocy obrabiarki

6
Materiał części chwytowej
• wytrzymałość wystarczająca do przeniesienia sił
skrawania
• zdolność do tłumienia drgań
• dobra przewodność cieplna
• rozszerzalność cieplna podobna do
rozszerzalności materiału części roboczej
• niski koszt
Z reguły stale konstrukcyjne stopowe

7
Materiały narzędziowe
diament (PCD)
regularny azotek boru (CBN)
ceramika
węgliki spiekane
węgliki spiekane
drobnoziarniste
węgliki spiekane
pokrywane
cermetale
stal szybkotnąca
wytrzymałość, udarność
odpornośćnazużycie,twardość
stale narzędziowe
B.Shaw, IMTS 2004

8
Zależność twardości podstawowych materiałów
narzędziowych od temperatury

9
Rozwój możliwych do zastosowania prędkości
skrawania
CIRP Encyclopedia of Production Engineering

węgliki
47%
stal szybkotnąca
28%
Cermet 7%
inne
4%
9%
5%
Zastosowanie materiałów narzędziowych na
świecie (2004)

11
Stale narzędziowe

12
Stale narzędziowe węglowe
Skład: 0.5-1.4% węgla oraz niewielką ilość (0.15-0.35%, powiedzmy ok. 0.3%)
dodatków stopowych Mn, Si, Cr, Ni i Cu.
Struktura: martenzytyczna
Twardość: w stanie zmiękczonym 200 HB, zahartowane 60HRC.. ale tracą ją ok.
200 °C
Zastosowanie: obróbka ręczna materiałów o dobrej skrawalności,
Podział na:
• Płytko hartujące się: mała wrażliwość na przegrzanie, do małych narzędzi
(D<20mm): N7E-N12E
• Głęboko hartujące się, do większych narzędzi, zawierające nieco więcej
dodatków: N5-N12
Cyfra w oznaczeniu odpowiada zawartości węgla w 0.1%
noże do drewna noże krążkowe do cięcia papieru,
gumy, tworzyw sztucznych

13
Stale narzędziowe stopowe
Skład: 0.75-2.1% węgla oraz większą ilość (zwykle do powiedzmy 3%)
dodatków stopowych Mn, Si, Cr, W i V.
Struktura: martenzytyczna
Twardość: zahartowane 62HRC.. ale tracą ją ok. 300 °C
Zastosowanie: takie samo jak stali węglowych - są nieco droższe i
nieco lepsze.
Polskie gatunki: NV, NMV, NC5... NC11, itd

14
Stale szybkotnące

15
Stale szybkotnące
pierwsze 5 lat stosowania:
• w USA wydano na narzędzia z niej zrobione 20
milionów dolarów
• wzrost wartości produkcji o 8 miliardów dolarów!
HSS wynalezione pod koniec XIX wieku przez F.W. Taylora i M. White’a
Stale narzędziowe:
• węglowe, ok. 0.3% dodatków - 200°C,
• stopowe, ok. 3% dodatków - 300 °C,
• a gdyby tak... ze 30% dodatków?

16
Stale szybkotnące
• Najbardziej wytrzymały materiał
narzędziowy
• Drugi pod względem częstości
stosowania
• Traci właściwości przy ok. 550°C
• Materiał, którym skrawa się....
najwolniej! 

17
Obróbka cieplna stali szybkotnących
• Nagrzewanie do hartowania 3-4 stopniowe (zła przewodność cieplna:)
• Chłodzenie w kąpieli solnej (550°C) lub oleju (80-200°C), a dalsze w powietrzu.
• Odpuszczanie co najmniej 2krotne: przemiana austenitu szczątkowego i usunięcie kruchości
ponadto wtórne utwardzanie
F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer 2011

18
Obróbka cieplna stali szybkotnących
Wtórne utwardzanie wynika z
tworzenia się wewnątrz
martenzytu bardzo drobnych
cząsteczek węglików z W, V, i Mo
rozpuszczonych wcześniej w
żelazie.

19
Segregacja węglików w stalach szybkotnących
• Grupowanie się węglików metali trudnotopliwych
• Wynika z nierównomiernego krzepnięcia wlewka
• Pogarsza wytrzymałość
• Zwalczanie:
• wielokrotne przekuwanie...
• lub spiekanie
O. Grinder, PM Production and Applications of HSS, 2005

20
Wytrzymałość HSS konwencjonalnych i
spiekanych
wytrzymałość
twardość
• brak segregacji
• wyższa wytrzymałość i
udarność przy tej samej
twardości
• izotropowe właściwości –
mniejsze odkształcenia w czasie
hartowania
• lepsza szlifowalność
• wyższy, bardziej powtarzalny
okres trwałości narzędzi
PM (powder metallurgy) HSS:

21
Narzędzia z HSS pokrywane azotkiem tytanu
(TiN)
Początek w latach
80tych

22
Stal szybkotnąca pokryta TiN

23
Pokrywanie narzędzi TiN metodą PVD
łuk elektryczny
elektron
atom
kropelka
Uchwyt
narzędziowy
(katoda)
Gaz neutralny
(argon)
Gaz aktywny
(azot)
Pokrywane
narzędzia
Materiał
pokrywający
(tytan)
Parownik
Plazma
Pompa
próżniowa
Odparowywany
materiał
Wysokie
napięcie
Fizyczne osadzanie z fazy gazowej
(PVD - physical vapour deposition)

24
Zużywanie się narzędzia z HSS pokrywanych TiN

25
Wpływ pokrycia na właściwości HSS
• zwiększa twardość powierzchni i odporność na zużycie
ścierne i adhezyjne
• redukuje współczynnik tarcia wióra o powierzchnię natarcia
• lepsze odprowadzanie wiórów
• mniejsze siły skrawania
• mniej wytwarzanego ciepła
• redukcja narostu
• redukuje ilość ciepła wnikającego do narzędzia (bariera
cieplna)
• zwiększa odporność na utlenianie
• poprawia jakość powierzchni obrobionej

26
Gatunki stali narzędziowych i szybkotnących
Stale narzędziowe
Stale szybkotnące

27
Węgliki spiekane

28
Węgliki spiekane
• wprowadzone w latach 30-tych
• 60-95% WC+TiC+TaC+NbC (1-10mm) + Co
• wysoka twardość (1500-1700 HV) w szerokim zakresie temperatur,
stosunkowo wysoka wytrzymałość i przewodność cieplna
• niska rozszerzalność cieplna
Podstawowy,
najczęściej
stosowany materiał
narzędziowy

29
Wytwarzanie węglików spiekanych

30
Węgliki spiekane
• Znacznie mniej wytrzymałe niż HSS
• Znacznie bardziej odporne na zużycie
• Zachowują właściwości do ok. 900°C
• Dwie podstawowe grupy:
• WC-Co
• wyższa wytrzymałość na zginanie i udarność,
• lepiej znoszą niskie prędkości skrawania i zużycie
ścierne,
• lepsza przewodność cieplna,
• WC-TiC-TaC-NbC-Co
• odporne na zużycie dyfuzyjne – obróbka stali

31
Struktura typowych węglików spiekanych
> 5.0 μm 3.5 - 5.0 μm 2.1 - 3.4 μm 1.4 - 2.0 μm 1.0 - 1.3 μm 0.5 - 0.9 μm 0.2 - 0.5 μm < 0.2 μm
Ekstra
grubo-
ziarniste
Grubo-
ziarniste
Średnio-
grubo
ziarniste
Średnio-
ziarniste
Drobno-
ziarniste
Sub
mikronowe
Ultra
drobno
ziarniste
Nano
ziarniste
Przemysł wydobywczy
Narzędzia skrawające
Odporne na uderzenia
Narzędzia skrawające wytrzymałe,
odporne na zużycie,
>1 µm <1 µm
Ultra fineExtra fineFineExtra
coarse
Coarse Medium
coarse
Medium

32
Zależność odporności na zużycie od zawartości
kobaltu, twardości i wielkości ziarna

33
Struktura typowych węglików spiekanych
Standardowa Drobnoziarnista Submikronowa
Toczenie żeliwa
białego
Trwałośćostrza(min)
(H):Twardość
HV30
(B):Wytrzymałośćna
zginanie(N/mm2)
(H)Twardość
HV30
Płytka wymienna
SPGN 120308
Ostra krawędź
kr=75°
Ziarno 0.8–1.3 μm 0.5–0.8 μm

34
Węgliki spiekane ultra drobnoziarniste
Podwyższona wytrzymałość i
odporność na zużycie zwłaszcza
małych narzędzi np. wierteł o
średnicach 0,05-0,2 mm
Ziarno 0.2–0.5 μm

35
Pokrywanie węglików spiekanych metodą CVD
• HT-CVD (high temperature CVD, 900–1100°C)
• MT-CVD (medium temperature CVD, 700–900°C)
• PA-CVD (Plasma activated CVD, 450–650°C)
Początek w latach 60-tych
Węglik K30 pokryty TiAlN
Chemiczne osadzanie z fazy gazowej
(CVD - chemical vapour deposition)

36
Węgliki pokrywane
TiN
Al2O3
TiCN
rdzeń
TiN – niskie tarcie, odporność na narost
Al2O3 – odporność na adhezję i dyfuzję, twardość na gorąco, niska przewodność
cieplna: bariera cieplna
TiC, TiCN – wysoka twardość, odporność na ścieranie
rdzeń – wysoka wytrzymałość
TiC

37
Wpływ pokrycia na promień zaokrąglenia
krawędzi skrawającej
R= promień krawędzi przed pokryciem
+
S – grubość pokrycia
=
Promień zaokrąglenia krawędzi po pokryciu
Powierzchnia natarcia
Chropowata powierzchnia Gładka powierzchnia CemeCon

38
Wpływ pokrycia ostrza z WS na zużycie ostrza

39
Właściwości różnych pokryć
Stabilność
chemiczna
współczynnik
tarcia
odporność
na zużycie
Al2O3
TiC
Ti (C, N)
Ti (Al, N)
TiN
ZrN

40
Podwyższenie wytrzymałości przez
zwiększenie zawartości kobaltu pod pokryciem
IC 848IC 848
IC 825IC 825 IC 8025IC 9025
IC 8048
Al2O3
TiN

41
Pokrywanie węglików metodą PVD

42
Typy pokryć PVD
TiCNTiN TiCN + TiN TiAlN
• Proces PVD zachodzi w temperaturze poniżej 600°
• Może być stosowany do ostrych naroży
• Pierwsze były pokrycia azotkiem tytanu TiN
• Kolejna generacja – węgliko-azotek tytanu TiCN.
• Stosowana jest kombinacja tych pokryć
• Dodanie aluminium do TiN dało TiAlN
• wyższą twardość,
• odporność na utlenianie i wytrzymałość w temperaturach do 900°

43
Właściwości i zastosowanie pokryć PVD TiAlN
• Pokrycie TiAlN 2-6 mm, metodą PVD
• Właściwości:
• 3000-3500 HV
• doskonała twardość na gorąco
• świetna odporność na utlenianie
• mała przewodność cieplna
• ostra krawędź skrawająca
• przy wysokich temperaturach powstaje
warstewka ochronna tlenków Al
• Zastosowanie
• materiały trudnoobrabialne
• obróbka z wysokimi prędkościami (HSM)
• obróbka na sucho
• obróbka żeliwa i stali nierdzewnych
• frezowanie i toczenie stopów tytanu

44
Proces CVD PVD
temperatura 800° - 1100° C 200° - 500°C
warstwy pokrywające węgliki, azotki, tlenki TiN, TiCN, TiAlN
całkowita
grubość pokrycia 2 – 15 mm 2 – 5 mm
kierunkowość ze wszystkich kierunkowe
pokrycia stron
charakterystyka więcej możliwych ostra krawędź skrawająca,
ogólna kombinacji pokryć, gorsze przyleganie pokrycia,
dobre przyleganie mniejsze naprężenia między,
pokrycia rdzeniem i pokryciem
Porównanie pokrywania metodą CVD i PVD

45
Rozkład naprężeń w pokryciu i rdzeniu
5 10
Coating Substrate
Depth (mm)
CompressionStressTensileStress
rdzeń
CVD Coating (5-10 mm)
Coating Substrate
CompressionStressTensileStress
5 10 Depth (mm)
rdzeń
PVD Coating (2-6 mm)Pokrycie CVD Pokrycie PVD
naprężeniaściskającenaprężenierozciągające
naprężeniaściskającenaprężenierozciągające
pokrycie rdzeń pokrycie rdzeń
głębokość (mm) głębokość (mm)

46
CVD aktywowane plazmowo
450–650°C !

47
Rynek narzędzi
niepokrywane
PVD
CVD
Rozwój metod pokrywania materiałów
narzędziowych
L. A. Dobrzański, A. . Dobrzańska-Danikiewicz, 2011

48
Zestawienie metod pokrywania

49
Porównanie właściwości pokryć
1. Zużycie ścierne
2. Zużycie wytrzymałościowe
(statyczne i dynamiczne)
3. Zużycie adhezyjne
4. Deformacje plastyczne
5. Wykruszenia, pęknięcia
6. Możliwość utworzenia ostrej krawędzi
1 2 3 4 5 6
B. Ljungberg, M. Castner, Coating Improvements For Steel Turning

50
Cermetale
Węglik tytanu (TiC) i węgliko-azotek tytanu
(TiCN) ze spoiwem kobaltowo-niklowym (Co-Ni)

51
Porównanie cermetali z węglikami spiekanymi
Właściwości
• wyższa twardość i odporność na wysokie
temperatury
• wyższa odporność na zużycie
• niższe tarcie wióra o powierzchnię natarcia
i narzędzia o przedmiot
• minimalny narost
• niższa wytrzymałość
• łatwiejsze wykruszanie
Zastosowanie
• wyższe prędkości skrawania
• toczenie wykańczające
• lepsza jakość powierzchni
obrobionej
• mniejsze siły skrawania
• głównie do obróbki ciągłej

52
Zastosowanie węglików spiekanych i cermetali

53
Węgliki spiekane – gatunki

54
Narzędzia z płytkami węglików

55
26% HSS
50% jednolity
lub lutowany
WS
24% płytki
wymienne
WS
rozwiercanie
81% HSS
19% jednolity
WS
nacinanie uzębień 5% lutowane
ostrza WS
95% HSS
piłowanie
86% HSS
14% WS
przeciąganie
2% lutowane WS
98% płytki
wymienne WS
toczenie
9% jednolity WS
33% HSS
58% płytki
wymienne
WS
frezowanie
95% HSS
5%
jednolity WS
gwintowanie
51% HSS
27% płytki
wymienne WS
22%
jednolity WS
wiercenie
Zastosowanie stali szybkotnących i węglików
spiekanych w różnych sposobach obróbki
Valerius, E., Riou, A., New Technologies in the Cutting Tool Industry, First International HSS FORUM Conference, 2005

56
Spieki ceramiczne

57
Spieki ceramiczne – ceramika tlenkowa
Ceramika tlenkowa, oparta na Al2O3
• Wytwarzanie – prasowanie i spiekanie
(podobnie jak WS)
• indywidualne płytki (białe)
• prasowanie na gorąco dużych walców,
ciętych na płytki
• Drobne ziarno (do 5 mm), porowatość <2%
• Twardość w temperaturze pokojowej ok. 1600 HV
• Wytrzymałość na ściskanie ok. 2750 Mpa
• Podział na
• czystą
• mieszaną
• zbrojoną

58
Spieki ceramiczne – ceramika Al2O3 czysta
• Skład:
• prawie wyłącznie Al2O3
• dodatki ZrO2 (poprawa udarności i wytrzymałości)
• MgO i TiO – poprawa zagęszczenia i właściwości skrawnych
• Zalety:
• wysoka twardość, do wyższych temperatur niż WS
• małe powinowactwo z metalami, nie uleganie reakcjom chemicznym
(stabilność chemiczna)
• brak narostu, dyfuzji, utleniania
• Wady:
• mała wytrzymałość, udarność (3x mniejsza niż WS)
• niska przewodność cieplna

59
Spieki ceramiczne – ceramika Al2O3 czysta
Zastosowanie
• toczenie żeliwa szarego w ustabilizowanych warunkach, gdy potrzebna jest
duża gładkość (bez szlifowania) – czoła sprzęgieł i hamulców samochodowych
• prędkości skrawania 2-3x wyższe niż dla WS (ok. 600 m/min)
B.Shaw, IMTS 2004

60
Spieki ceramiczne – ceramika Al2O3 mieszana
• Skład
• dodatek 20-30% TiC i TiN (ceramika czarna)
• Właściwości
• wyższa przewodność cieplna
• odporność na szok termiczny
• wyższa udarność
• Zastosowanie
• obróbka żeliwa w szerszym zakresie,
• obróbka stopów żarowytrzymałych jak stopów niklu
• obróbka materiałów twardych (poniżej 65 HRC)

61
Spieki ceramiczne – ceramika Al2O3 zbrojona
• Skład
• dodanie przed spiekaniem ok. 25% włókien SiC 2x20mm
• Właściwości
• odporność na wysoką temperaturę,
• odporność na szok termiczny
• odporność na zużycie
• Zastosowanie
• obróbka żeliwa stopowego,
• obróbka stopów żarowytrzymałych jak stopów niklu
• obróbka stali utwardzonej
• obróbka przerywana
• obróbka szybkościowa stali

62
Spieki ceramiczne – ceramika azotkowa - Si3N4
Azotek krzemu (Si3N4) ma bardzo korzystne właściwości jako materiał
narzędziowy:
• wysoka odporność na szok termiczny związany z niską
rozszerzalnością,
• wysoka przewodność cieplna
• wytrzymałość
Czysty Si3N4 spieka się bardzo trudno 
Dodatki MgO i Y2O3 ułatwiają spiekanie, lecz zmniejszają wytrzymałość w
wysokich temperaturach
Ułatwienie spiekania przy zachowaniu właściwości Si3N4 oraz stabilności
chemicznej Al2O3 uzyskano przez połączenie tych materiałów

63
Spieki ceramiczne – ceramika azotkowa - Sialon
• Skład
• Si3N4+Al2O3 Si-Al-O-N
• Wytwarzanie
• prasowanie na zimno, następnie spiekanie (jak węgliki)
• spiekanie pod wysokim ciśnieniem (HPSN - hot pressed silicon nitride) –
wyższa gęstość i lepsze właściwości

64
Spieki ceramiczne – ceramika azotkowa - Sialon
• Właściwości
• b. dobra przewodność cieplna i niska rozszerzalność:
odporność na szok termiczny i zużycie
• nie wchodzi w reakcje z materiałami nieżelaznymi,
• odporna na utlenianie
• wysoka wytrzymałość i udarność, zachowana do
wysokich temperatur – ok 1000C
• Zastosowanie
• obróbka żeliwa na sucho i z chłodzeniem,
• szybkościowa obróbka żarowytrzymałych stopów niklu
(Inconel 718)

65
Zastosowanie narzędzi ceramicznych
Ceramika tlenkowa Ceramika azotkowa
Żeliwo
Stale hartowane
Żeliwo
Stopy żarowytrzymałe

66
Ceramika pokrywana TiN do toczenia na twardo
B.Shaw, IMTS 2004
Może być używana zamiast CBN
przy obróbce ciągłej lub z
niewielkimi przerwami
Pokrycie zwiększa stabilność,
poprawia gładkość powierzchni
obrobionej, przeciwdziała
wykruszaniu.
Redukuje powstawanie krateru
wydłużając trwałość ostrza

67
Narzędzia z płytkami ceramicznymi
Płytki ze wzmocnioną krawędzią skrawającą
ostra
honowana
fazowana
fazowana i honowana
Wzrostwytrzymałości

68
Wpływ sfazowania krawędzi na trwałość
narzędzi ceramicznych

69
Narzędzia z płytkami ceramicznymi
Oprawki podobne jak dla węglików, ale płytki są grubsze,
więc oprawki inne

70
Materiały supertwarde

71
Regularny azotek boru i diament

72
CBN lub diament
Spoiwo
Podkład z
węglików
Podkład z
węglików
Podkład z
węglików
CBN lub diament ze
spoiwem
Cięcie na
pożądane kształty
CBN lub diament
Podkład z
węglików
Drut
WEDM
Lutowanie
Płytka z
węglików
Stop lutowniczy
Szlifowanie
wykończeniowe
Płytka skrawająca z ostrzem
CBN lub diamentowym
Wytwarzanie płytek PCD i CBN
ciśnienie
ciśnienie
Spiekanie w wysokiej temperaturze,
pod wysokim ciśnieniem
Komora
spiekania
Brad Mutchler, New CBN Tooling for Hard Turning, IMTS Manufacturing Conference, Chicago 2004

73
Regularny azotek boru (CBN, PCBN)
• PCBN – polikrystaliczny CBN spiekany ze
spoiwem ceramicznym lub TiN
• Bardziej odporny na zużycie, twardszy niż
ceramika
• Twardość i przewodność cieplna ustępuje tylko
diamentowi
• Bardzo drogi! (~10 x droższy niż węgliki
spiekane)
• Narzędzia:
• płytki z warstwą (< 5 mm) na podkładzie z
węglika spiekanego,
• naroża w płytce z węglika bądź też w postaci
jednolitych płytek.
• często sfazowanie krawędzi skrawającej, starannie
wygładzanej
~100zł

74
Regularny azotek boru (CBN, PCBN)
• Obróbka:
• stali hartowanych
• białych żeliw stopowych,
• Żeliwa szare perlityczne
• elementów utwardzanych powierzchniowo,
• oparte na niklu i kobalcie stopy żaroodporne
• Warunki skrawania
• niewielkie prędkości i przekroje warstwy skrawanej
• duże siły – duże moce
• konieczna odpowiednia moc i sztywność obrabiarek

75
Koncentracja CBN
• Niska koncentracja CBN (45-50%)
• toczenie wykończeniowe stali hartowanych
• obróbka ciągła lub z niewielkimi przerwami
• jeden lub więcej wierzchołków wlutowanych w płytkę z węglików
• Średnia koncentracja CBN (50-60%)
• do obróbki stali hartowanych
• obróbka ciągła lub z niewielkimi przerwami
• submikronowe ziarno i specjalne spoiwo ceramiczne zwiększa wytrzymałość
i stabilność chemiczną
• Wysoka koncentracja CBN (80-90%)
• obróbka zgrubna stali hartowanych i szybkościowa obróbka żeliwa
• wytrzymuje szerszy zakres obróbki przerywanej
• dobra wytrzymałość i odporność na zużycie materiałów dających krótkie
wióry i spieków
B.Shaw, IMTS 2004

76
twardość(HRC)
miękki materiał
Temperatura (°C)
70
60
50
40
30
20
10
200 400 600 800
Materiał hartowany
Temperatura ostrza
niezbędna do
efektywnego wykorzystania
PCBN
Twardość materiału obrabianego w funkcji
temperatury

77
Regularny azotek boru (CBN, PCBN) - gatunki

78
Porównanie różnych materiałów do obróbki na
twardo
vc = 400 m/min
f = 0.12 mm
ap = 0.30 mm
Inconel 718
Na mokro

79
Porównanie CBN i ceramiki przy obróbce na
twardo
• CBN jest bardziej korzystny przy obróbce
przerywanej
• Umożliwia uzyskanie ostrzejszych
krawędzi skrawających, co redukuje siły
skrawania
• Jest bardziej korzystny gdy konieczny
jest mały promień naroża
Pod względem kosztów – przy obróbce ciągłej twardych
materiałów, narzędzia ceramiczne osiągają duże okresy
trwałości ostrza, wysoką jakość powierzchni przy
znacznie niższym koszcie niż CBN
Ceramika jest lepsza do
obróbki na twardo!!!
CBN jest
lepszy!
B.Shaw, IMTS 2004

80
Diament (PCD)
• Najtwardszy ze wszystkich materiałów,
najwyższa przewodność cieplna, doskonała
stabilność chemiczna
• Przy temperaturze ponad 650°C może
ulegać grafityzacji
• Nie stosować do obróbki stali !

81
Zastosowanie diamentu polikrystalicznego (PCD)
• nadeutektyczne stopy aluminium i krzemu (korpusy
silników samochodowych)
• stopy miedzi,
• materiały niemetalowe o silnych własnościach
ścierne jak tworzywa sztuczne warstwowe czy
obwody drukowane
• szkło, ceramika, materiały kompozytowe
• Obróbka precyzyjna materiałów niemetalowych
(bardzo ostra krawędź skrawająca)

82
Pokrycia diamentowe CVD
• CVD diamentu zachodzi z trudem na innych
podłożach, stąd nanocząsteczki diamentowe są
najpierw nanoszone powierzchnię narzędzia
• Rozmieszone rzadko (większe) dają w wyniku
większe ziarna diamentu na powierzchni
• Rozmieszczone gęsto dają mniejsze ziarna
C.D. Torres et al., Int.J.Mach.Tools&Manuf., 2009

83
Pokrycia diamentowe CVD
• Standardowo występuje struktura mikrokrystaliczna
• Można dobrać warunki tak, że ciągle powstają nowe zarodniki i nowe kryształy – struktura
nanokrystaliczna
• Połączenie typów daje strukturę wielowarstwową zwiększającą wytrzymałość, bardziej
odporną na pęknięcia

85
Mikrofrez pokrywany PCD
ostrze niepokrywane ostrze pokrywanie PCD
C.D. Torres et al. Int.J. Mach.Tools&Manuf. 49 (2009) 599–612

86
Lustra metalowe obrabiane narzędziami
diamentowymi
13” Free Form Mirror
http://niprooptics.com/single-point-diamond-turning/

87
Diament (PCD) - gatunki

88
Porównanie zastosowania PCD i PCBN
PCD PCBN
• drewno
• metale nieżelazne
• tworzywa sztuczne
• minerały
• twarde stale
• żeliwa hartowane
• twarde warstwy zewnętrzne
• żeliwo szare perlityczne
Stabilność termiczna
grafityzacja w wysokich temperaturach,
dyfuzja węgla
Pokrewieństwo z żelazem
Odporność na ścieranie

89
Klasyfikacja twardych materiałów
narzędziowych wg ISO 513:2004
Grupa ISO Materiał obrabiany
kierunek zmian
właściwości
parametry
skrawania
P
niebieski
M
żółty
K
czerwony
N
zielony
S
brązowy
H
biały
P01
:
:
:
P50
M10
:
:
M40
K01
:
:
K40
N01
:
:
N30
S01
:
:
S30
H01
:
:
H30
Stale i staliwa z wyjątkiem
austenitycznych, żeliwa ciągliwe
Stale nierdzewne, austenityczne,
austenityczne-ferrytyczne, staliwa
Żeliwa: szare, sferoidalne, ciągliwe
Metale nieżelazne: aluminium i
inne, tworzywa sztuczne, drewno
Trudnoobrabialne, żarowytrzymałe
stopy oparte na żelazie, niklu i kobalcie,
tytan i jego stopy
Hartowana stal, hartowane
żeliwo, żeliwo białe
odpornośćnazużycie
udarnośćposuw,głębokość
prędkośćskrawania

90
Klasyfikacja materiałów obrabianych

91

92

93

94
Materiały ostrza – do materiałów obrabianych

95
Materiały ostrza – do
materiałów obrabianych

96
Jakieś pytania?
Perykles (gr. Περικλῆς Perikles – otoczony chwałą, ur. ok. 495 p.n.e.,
zm. 429 p.n.e.) – ateński polityk, mówca, reformator ateńskiej demokrac
latach 444 – 429 p.n.e., był wybierany corocznie na stanowisko stratega
dowódcy wojskowego mającego jednocześnie wpływ na politykę Aten.
Rozszerzył i wzmocnił ustrój demokratyczny, otaczał opieką filozofów i
artystów. Zaoszczędzone pieniądze przeznaczał na budowę wspaniałych
gmachów (Partenon 447 — 438 p.n.e., Propyleje).

Obrobka skrawaniem 04 materialy narzedziowe

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Obrobka skrawaniem 04 materialy narzedziowe