NÁSTROJOVÉ MATERIÁLY

Report
DTB Technologie obrábění
Téma 3
NÁSTROJOVÉ MATERIÁLY
Úvod
• Požadavky
Tvrdost, odolnost proti opotřebení, tepelná
vodivost, pevnost v ohybu, houževnatost
- při vysokých teplotách
- po dostatečně dlouhou dobu
• Druhy nástrojových materiálů
Nástrojové oceli, slinuté karbidy, cermety,
řezná keramika, supertvrdé materiály
Zařazení nástrojových materiálů podle normy ISO 513 [H-I1/58]
Oblasti použití nástrojových materiálů [H-I1/57a]
Technologické parametry řezných materiálů [H-I1/57]
1 Nástrojové oceli
Rozdělení, označování, vlastnosti a užití nástrojových ocelí
[H-I1/59]
3.1 Nástrojové oceli nelegované
• Teplota břitu do 200° C, řezné rychlosti do 15 m.min-1
• Tepelné zpracování
kalení - 750 až 770° C do vody nebo 790 až 890° do oleje,
100 až 250° C, tvrdost 64 HRC
popouštění při
3.2 Nástrojové oceli legované
• Karbidotvorné legující prvky Cr, V, W, Mo – vytváří tvrdé a až
do vysokých teplot stálé karbidy.
Další legující prvky Ni, Si, Co nejsou karbidotvorné.
• Teplota břitu 250 až 350° C, řezné rychlosti 15 až 25 m.min-1
• Tepelné zpracování
kalení - 250 až 350° C do oleje, popouštění při 100 až 250° C,
tvrdost 64 HRC
• Použití
všechny druhy řezacích, stříhacích a tvářecích nástrojů
1.3 Rychlořezné oceli
RO – rychlořezné ocelHSS – High Speed Steel
• Obsahují karbidotvorné prvky W, Cr. V a nekarbidotvorný Co
Uhlíku obsahují méně než 1%
• Teplota břitu 500 až 600° C, řezné rychlosti 25 až 50 m.min-1
• Tepelné zpracování
kalení - 1210 až 1270° C na vzduchu nebo do oleje,
popouštění při 550 až 580° C, tvrdost 64 HRC
• Použití – vysocevýkoné řezné nástroje
Rychlořezné oceli vyrobené práškovou metalurgií
• Tekutá ocel se rozprašuje tryskami a potom lisuje do
polotovarů
• Velmi jemná struktura a rovnoměrné rozložení karbidů
• Zlepšená houževnatost a stálost
• Výroba ocelí s vyšším obsahem legur
• Metoda ASP (Anti-Segregation-Process)
Rychlořezné oceli povlakované
• Zvýšení trvanlivosti nástrojů
• Metoda PVD (Physical Vapour Deposicion = fyzikální
napařování) – pod 600° C
2 Slinuté karbidy
• Slinuté karbidy – SK – produkt práškové metalurgie – různé
karbidy a kovové pojivo
• Karbid wolframu WC, karbid titanu TiC, karbid tantalu TaC,
karbid niobu NbC, pojivo kobalt Co
• SK nepovlakované, SK povlakované
2.1 Nepovlakované slinuté karbidy
Slinuté karbidy typu P – WC+TiC+Co
• Obrábění materiálů, které tvoří dlouhé třísky – oceli na
odlitky, temperovaná litina, feritické korozivzdorné oceli.
Modrá barva.
• Označení: P05, P10, P20, P30, P40, P50
SK skupiny P [H-I1/61]
Slinuté karbidy typu M – WC+TiC+TaC+Co
• Obrábění materiálů, které tvoří dlouhé a střední třísky - lité
oceli, manganové oceli, austenické korozivzdorné oceli,
tvárné litiny. Žlutá barva.
• Označení: M10, M20, M30, M40
SK skupiny M [H- I1/61]
Slinuté karbidy typu K – WC+CO
• Obrábění materiálů, které tvoří krátké a drobivé třísky –
litiny, neželezné slitiny a nekovové materiály. Červená barva.
• Označení: K05, K10, K20, K30, K40
Hrubozrnný SK skupiny K [H-I1/61]
Jemnozrnný SK skupiny K [H-I1/61]
Složení a vlastnosti slinutých karbidů skupiny P, M, K
[KP/62, H-I1/62]
Slinuté karbidy typu N
Obrábění neželezných kovů – slitiny hliníku, nekovové materiály.
Zelená barva.
Označení: N05, N10, N25
Slinuté karbidy typu S
Obrábění žáropevných slitin na bázi Ni, Co, Fe, Ti.
Hnědá barva.
Označení: S05, S10, S25, S30
Slinuté karbidy typu H
Obrábění zušlechtěných ocelí o pevnosti nad 1500 MPa a
tvrzených kokilových litin.
Šedá barva.
Označení: H01, H05, H10, H15, H25
2.2 Povlakované slinuté karbidy
• Otěruvzdorné vrstvy na běžných SK
• Jednovrstvé povlaky – TiC nebo TiCN, případně TiN – tlouštˇka
až 13 µm
• Vícevrstvé povlaky - dvě, tři a více vrstev – TiC+Al2O3,
TiC+TiN, TiC+TiCN+TiN, TiC+Al2O3+TiN
• Pozitiva povlakování
Zvýšená trvanlivost břitu
Nižší řezné síly
Možnost vyšších řezných a posuvových rychlostí
Možnost obrábění nasucho
Snažší obrábění tvrdých materiálů do 65 HRC
Vícevrstvý povlak (Kennametal USA) [H-I1/66]
Metody povlakování
Metoda CVD – Chemical Vapour Deposition = chemické
napařování z plynné fáze
probíhá za vysokých teplot (900 až 1200° C)
vrstvy až 13 µm
nelze povlakovat ostré hrany
Metoda PVD – Phisical Vapour Deposition = fyzikální napařování
probíhá za nižších teplot (pod 600° C)
vyžaduje důkladnější přípravu povrchu
umožňuje povlakovat ostré hrany
Základní vlastnosti vybraných povlaků [H-I1/70]
3 Cermety
• Řezný materiál obsahující tvrdé částice (TiC, TiN, TiCN, TaN)
v kovovém pojivu (Ni, Mo, Co)
• CERamics + METal – kombinace vysoké tvrdosti a
houževnatosti
• Vlastnosti
Vysoká pevnost hřbetních ploch a odolnost proti vymílání
Vysoká chemická stabilita a tvrdost za tepla
Nízký sklon k tvorbě nárůstku a k opotřebení oxidací
• Použití
Obrábění na čisto, stabilní obráběcí proces, obrábění „nasucho“
• Složení vybraných cermetů
Krupp Widia Gmb označení TTI TiC+TiN+Co
Sumitomo
označení T12A TaN+TiN+Mo+Ni
Schéma struktury cermetu [H-I1/73]
4 Řezná keramika
4.1 Oxidická keramika
Řezná keramika na bázi oxidu hlinitého Al2O3
• Čistá keramika
Al2O3
• Polosměsná keramika
Al2O3+ZrO2+CoO
• Směsná keramika
Al2O3+TiC, Al2O3+ZrO2+TiO
Al2O3+TiC+TiN
Vybrané druhy řezné keramiky [KP/66]
Druh
Označení
Složení
DISAL 100
Čistá
Polosměsná
99%
Al2O3
DISAL 210
DISAL 220
DISAL 230
Al2O3 +
+ ZrO2
Směsná
DISAL 310
DISAL 320
Al2O3 +
+ TiC
Vlastnosti
Použití
Vysoká tvrdost a
odolnost proti
opotřebení za
vysokých teplot
(1200oC). Řezné
rychlosti až
1000 m.min-1
Obrábění šedé litiny
a konstrukčních ocelí
nepřerušovaným řezem.
Vysoká tvrdost,
odolnost proti
opotřebení za
vysokých teplot,
Zvýšená houževnatost
Obrábění šedé, sférické
i temperované litiny,
zušlechtěných
konstrukčních ocelí
i rychlořezných ocelí
Vysoká tvrdost a
houževnatost,
zvýšená odolnost
proti
teplotním šokům
Obrábění kalených ocelí
plynulým i přerušovaným
řezem, lze použít chladicí
kapalinu.
Dokončovací frézování.
Čistá keramika Al2O3 [H-Il/75]
Polosměsná keramika Al2O3+15% ZrO2 [H-I1/75]
Směsná keramika Al2O3 +TiC [H-I1/75]
4.2 Nitridová keramika
Řezná keramika na bázi nitridu křemíku
• Si3N4, Si3N4+TiN, Si3N4+Y2O3
• Vysoká odolnost proti mechanickému porušení břitu
• Vysoká tvrdost za tepla
• Použití – obrábění litin za sucha, řezná rychlost až 400 m.min-1
Nitridová keramika Si3N4+TiC [H-I1/75]
4.3 Vyztužená keramika
Oxidická nebo nitridová keramika vyztužená vlákny SiC
(whiskery) - (20 až 30) % objemu
• Whiskery – vlákna o průměru d(0,5 až 1,0) µm a délce
l = (10až20)d
• Zvýšená odolnost proti vydrolování a vylamování ostří
• Vyšší odolnost proti oxidaci
• Vyšší řezné výkony
Nitridová keramika Si3N4 vyztužená SiC whiskery [H- I1/75]
5 Super tvrdé řezné materiály
• Nejtvrdší řezné materiály
• Polykrystalický kubický nitrid bóru PKNB a polykrystalický
diamant PD
• Vysoká pořizovací cena
• Segmenty využívané na vyměnitelných břitových destičkách
Fyzikální vlastnosti supertvrdých řezných materiálů [H-I1/78]
5.1 Polykrystalický nitrid bóru
• Provedení
- monolitní vyměnitelná destička
- povlak nanesený na SK
- řezná část připojená na SK
• Vlastnosti
- obsah CBN 60 až 93%
- vysoká tvrdost za tepla až do 2000
- vysoká lomová houževnatost
- vysoká tepelná vodivost
- vysoká odolnost proti abrazivnímu opotřebení
- dobrá chemická stabilita během obrábění
• Použití
Obrábění - kalené oceli, tvrzené litiny
Mikrostruktura kubického nitridu bóru [Garant146]
Obecné trendy vlastností PKNB [Garant147]
5.2 Polykrystalický diamant
• Provedení
- jemné krystaly diamantu jsou spojovány slinováním za
vysokých teplot a tlaků
- břity z PD jsou zakotveny ve vyměnitelné břitové destičce ze
SK
• Vlastnosti
- nejtvrdší materiál
- nelze použít k obrábění železných materiálů, afinita s uhlíkem
- nevhodný k obrábění houževnatých a vysokopevných
materiálů
- vyžaduje stabilní podmínky obrábění, tuhé stroje a nástroje
- umožňuje aplikaci vysokých řezných rychlostí
• Použití
Obrábění neželezných a nekovových materiálů
Porovnání nákladů na obrábění nástrojem z SK a PKD
[ Garant148]
6 Brousicí materiály
6.1 Standardní brousicí materiály
Brousicí materiály typu
Al2O3 (umělý korund, elektrit)
Brousicí materiály typu
SiC (karborundum)
Označování standardních brousicích materiálů dle
ČSN ISO 525 (22 4503)
Charakteristiky - druh, zrnitost, tvrdost, struktura, pojivo
Příklad označení
A 36 L V
Zrnitost
36
střední
Tvrdost
L
střední
Struktura 5
polohutná
Pojivo
V
keramické
Specifikace brousicích materiálů Al2O3 a SiC - ČSN 22 4501
a ČSN ISO 525 (22 4503)
Označení
Vyjádření
Charakteristika
Druh
Zrnitost
Tvrdost
Struktura
Pojivo
ČSN 22 4501
ČSN ISO 525
(22 4502)
SiC černý
C 48
SiC zelený
C 49
Al2O3 bílý
A 99 B
Al2O3 barvený
A 99
Al2O3 růžový
A 94
Al2O3 manganový
A 98 M
Al2O3 hnědý
A 96
Al2O3 zirkonový
A 97 E
Al2O3 mikrokrystalický
A 97 M
Al2O3 polokřehký
A 97 P
velmi hrubá
250, 200, 160
není
hrubá
125, 100, 80, 63
4,5,6,7,8,10,12,14,16,
20,22,24
střední
50, 40, 32, 25
30,36,40,46,54,60
jemná
20, 16, 12, 10
70,80,90,100,120,150,180
velmi jemná
8, 6, 6
220,240,280,320,360,
400,500,600,800,1000,1200
zvlášť jemná
4, 3, M32, M22, M15
není
velmi měkký
G, H
není
měkký
I, J, K
A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K
střední
L, M, N, O
L,M,N,O,P,Q
tvrdý
P, Q, R, S
R,S,T,U,V,W,X,Y
velmi tvrdý
T, U
není
zvlášť tvrdý
V, W, Z
není
velmi hutný
1, 2
hutný
3, 4
polohutný
5, 6
0,1,2,3,4,5,6,7,8,
pórovitý
7, 8
9,10,11,12,13,14 atd.
velmi pórovitý
9, 10
zvlášť pórovitý
11, 12, 13
keramické
V
V
silikátové
S
není
pryžové
R
pryžové s výztuží
RF
umělá pryskyřice
B
umělá pryskyřice s výztuží
BF, BF-Flex
šelakové
E
magneziové
Mg
polyuretanové
U
C
A
R
RF
B
BF
E
Mg
není
Doporučení pro volbu standardních brousicích materiálů
• Druh – podle materiálu obrobku
Al2O3 – ocel, ocel na odlitky, temperovaná litina, tvrdý bronz
• Zrnitost – podle požadované drsnosti broušené plochy, čím vyšší
požadavek, tím jemnější zrnitost
ČSN ISO 525 Zrnitost vyjadřuje počet ok kontrolního síta
na jeden palec (25,4 mm)  čím vyšší číslo, tím jemnější zrno
ČSN 22 0541 - Zrnitost vyjadřuje rozměr brousicího zrna (zrnitost
x 10 = rozměr zrna v µm)  čím vyšší číslo, tím hrubší zrno
• Tvrdost - je identifikovaná soudržností hmoty brousicího
materiálu.
Pravidlo „Čím tvrdší broušený materiál, tím měkčí materiál
brousicí“ . Samoostření, uvolňování otupených zrn
• Struktura - vyjadřuje vzdálenost mezi brousicími zrny nebo také
hutnost. Čím menší číslo, tím je vzdálenost mezi zrny menší a
hutnost větší a naopak. Hutná struktura – broušení tvrdých a
křehkých materiálů. Pórovitá struktura materiály – broušení
houževnatých materiálů
6.2 Diamantové brousicí materiály
• Diamantové brousicí materiály jsou naneseny na pracovní
část brousicího nástroje
• Pojiva – kovová a pryskyřicová
• Charakteristika
- základní surovina diamantových zrn
- druh diamantového prášku
- zrnitost
- koncentrace diamantů
• Použití
- broušení tvrdých a těžko obrobitelných materiálů
- jemné dokončovací broušení
- ostření řezných nástrojů se slinutými karbidy
- dokončovací broušení a lapování
6.3 Brousicí materiály z kubického nitridu bóru
• Zrna kubického nitridu bóru jsou nanesena na pracovní část
brousicího nástroje
• Pojiva – organická, kovová a keramická
• Charakteristika
- zrnitost
- koncentrace KNB
• Použití
- broušení tvrdých a těžko obrobitelných materiálů
- ostření řezných nástrojů se slinutými karbidy
- tvarové broušení zplna
DTB Technologie obrábění
Konec přednášky
+ Téma 3
NÁSTROJOVÉ MATERIÁLY
Děkuji za pozornost

similar documents