Struktura

Řezné materiály

Řezné materiály

Řezné materiály jsou materiály pro výrobu břitů nástrojů určených pro třískové obrábění.

Oceli třídy 19 (nástrojové oceli)

Nástrojové oceli se dělí podle chemického složení, které ovlivňuje vlastnosti těchto materiálů např. tvrdost, houževnatost, tepelnou odolnost apod. Tyto vlastnosti následně ovlivňují použití nástrojových ocelí.

Uhlíkové nástrojové oceli (nelegované)

Používají se hlavně pro ruční nástroje. Vlastnosti jsou dány obsahem uhlíku, který se pohybuje v rozsahu 1,0 - 1,5%

Nástrojové oceli legované manganem

Používají se pro nástroje, které vyžadují dobrou tvarovou a rozměrovou stálost.

Nástrojové oceli legované chromem

Chrom zvyšuje prokalitelnost. Při obsahu 4% Cr jsou nástroje kalitelné na vzduchu. Chromové oceli mají výbornou řezivost a odolnost proti otěru.

Jsou vhodné pro obrábění skla, mramoru a mateirálů se špatnou vodivostí tepla.

Nástrojové oceli legované kombinací více prvků

Jsou určeny hlavně pro nástroje na tváření za tepla i za studena.

Nástrojové oceli legované wolframem

Jsou náročné na tepelné zpracování. Ale po zakalení si zachovají tvrdost a odolnost proti otěru i při vyšších teplotách.

Rychlořezné oceli (RO).

Obsahují karbidotvorné kovy wolfram, chrom, vanad a molybden. Uhlíku mívají většinou méně než 1%. Pro své vlastnosti jsou vhodné pro nejvíce namáhané nástroje k obrábění ocelí, ocelí na odlitky a těžko obrobitelných materiálů.

Slinuté karbidy (SK)

Jsou nástrojové materiály vyráběné práškovou metalurgií.

Vyrábějí z karbidů těchto kovů:

  • Karbid wolframu – zaručuje tvrdost za vysoké teploty, odolnost proti opotřebení a chemickou stálost,

  • Karbid titanu – zvyšuje tvrdost a chemickou stálost za vyšších teplot, snižuje však pevnost slinutých karbidů v ohybu a zvyšuje křehkost, zhoršuje tepelnou vodivost a zvětšuje tepelnou roztažnost,

  • Karbid tantalu – má stejné účinky jako karbid titanu, ale zjemňuje strukturu slinutých karbidů,

  • Kobalt – není to karbidotvorný prvek, ale vytváří síťové pojivo mezi zrny karbidů. Je nositelem pevnosti v ohybu ve slinutých karbidech.

V porovnání s rychlořeznými ocelemi jsou slinuté karbidy tvrdší a otěruvzdornější, mají větší pevnost v tlaku, vyšší tuhost, ale jsou méně houževnaté.

obrazek

Obr. 1: Povlakovaný slinutý karbid

Výhody:

  • Dobrá tepelná vodivost, umožňující zejména karbidy skupiny „K“ používat tam, kde je potřeba rychle odvádět z místa řezu teplo,

  • Vyrábějí se ve tvaru destiček normalizovaných tvarů a rozměrů. Destičky se pájí nebo mechanicky upínají na držáky řezných nástrojů.

Obr. 2: Držák destičky ze slinutého karbidu

Od konce 60. let se řezné destičky ze SK také povlakují i několika vrstvami (až 15) karbidů speciálních vlastností, které zajišťují tvrdost a otěruvzdornost. Způsoby povlakování:

Novou technologií je povlakování diamantem tloušťkou 0,005 mm, což umožňuje zvýšit řeznou rychlost až na 500m/min.

Keramické řezné materiály (KM)

Je to další druh tvrdých řezných materiálů. Pro jejich výrobu je výchozí surovinou oxid hlinitý (Al2O3). Vyrábějí se práškovou metalurgií do tvaru řezných destiček.

obrazek

Obr. 3: Řezná keramika

Mají velmi malou pevnost v ohybu a nejsou proto vhodné k obrábění přerušovaným řezem a k obrábění s většími průřezy třísek. Při porovnání se slinutými karbidy jsou podstatně odolnější proti otěru a jejich použití je až do 1 200°C.

Keramické materiály se dělí do tří skupin:

  • čisté oxidy,
  • cermenty,
  • karbidové oxidy.

Čisté oxidy

Je téměř čistý oxid hlinitý (Al2O3) s malým obsahem mineralizátorů (asi 3% hořečnatých sloučenin) snižujících teplotu slinování. Je to materiál velmi tvrdý, málo houževnatý a má malou odolnost proti tepelnému rázu.

Cermenty

Jsou kovokeramika (ceramic metal), tvořená spojením keramické a kovové struktury. Obvykle tvoří hlavní složku cermetu karbidy, karbonitridy nebo nitridy titanu, pojivem jsou Mo, Ni, Co.

Složení je např. TiC-Ni-Mo, TiC-TiN-Ni-Mo. Kromě toho mohou obsahovat v menším množství přísady jiných tvrdých karbidů (TaC, Mo2C, WC, NbC).

Složky jsou vázány slitinou niklu a kobaltu s částečnou přísadou molybdenu pro zlepšení houževnatosti.

V porovnání se slinutými karbidy se cermety vyznačují:

  • Větší chemickou stálostí,

  • Velkou tvrdostí, která zlepšuje odolnost proti abrazivnímu otěru hřbetu břitů nástrojů,

  • Cermety s TaC a NbC mají vyšší houževnatost,

  • Umožňují větší rozsah používaných řezných rychlostí,

  • Při malých řezných rychlostech nevznikají nárůstky na čelech břitů, takže obrobené plochy mají menší drsnost povrchu.

Přísady TaC a NbC u nových druhů cermetů zvětšují odolnost proti plastickým deformacím a TiN zvyšuje houževnatost.

Karbidové oxidy

Základní látkou je oxid hlinitý nebo oxid hořečnatý a až 50 % karbidů kovů ( TiC, Mo2C, WC), případně dalších oxidů (např.ZrO2) a nitridů (např.Si3N4). Mají vyšší houževnatost než čisté oxidy a mimořádně jemnou strukturu a odolnost proti opotřebení.

Technický diamant

Je čistý uhlík se stopami příměsí. Je to nejtvrdší minerál a nelze jej nahradit ani keramickými materiály, ani slinutými karbidy.

Technické diamanty rozlišujeme na:

  • Přírodní,

  • Uměle vyrobené (syntetické).

obrazek

Obr. 4: Polykrystalický diamant

Syntetické jsou levnější a mají lepší mechanické vlastnosti, protože ve všech třech osách mají stejnou pevnost.

Nevýhodou jsou relativně malé krystaly, které se nedají mechanicky upnout do držáků řezných nástrojů. Tato nevýhoda je odstraněna tím, že se na houževnatý slinutý karbid nanáší vrstva diamantu o tloušťce asi 1mm, čímž vznikne tzv. kompakt. Ten se pak pájí nebo mechanicky upíná do držáků řezných nástrojů.

Jako řezný materiál se diamant používá pro:

  • Jednoduché jednobřitové nože k jemnému obrábění s nepřerušovaným řezem,

  • K obrábění měkkých houževnatých materiálů neželezných kovů a jejich slitin,

  • K obrábění tvrzené pryže, plastů, lepenky a všech materiálů s malou tepelnou vodivostí.

Nevýhodou diamantu je velmi dobrá slučivost s kovy, proto může obrábět do teplot 700°C.

Kubický nitrid boru (CBN)

Tvrdost a vlastnosti jsou podobné jako u diamantu. Vyrábí se z něho kompakty podobně jako u diamantu a lze s ním obrábět velmi tvrdé materiály, např. kalenou ocel o tvrdosti 65 HRC při hloubce řezu až 4 mm.

obrazek

Obr. 5: Polykrystalický kubický nitrid boru

Teplota při obrábění může dosáhnout hodnoty 1 400 až 1 600°C , aniž by došlo ke změně vlastností.

Nástroje osazené CBN jsou určené k opracování velmi velkými řeznými rychlostmi, ale musí být velmi přesně a stabilně uchyceny, nelze proto provést jednoduchou záměnu CBN a SK destičky. Je nutná změna technologického postupu obrábění.

Zdroje

  • BARTOŠ, Libor. Technologie 2. ročník: Obrábění. Lipová-lázně, 2008. Dostupné z: http://oulipova.cz/vyuka/strojari/Obrabeni.pdf
  • DILLINGER, Josef. A KOL. Moderní strojírenství pro školu a praxi. Praha: Europa - Sobotáles cz., 2007. ISBN 978-80-86706-19-1
  • DRIENSKY, Dušan, Pavel FÚRIK, Terézia LEHMANOVÁ a Josef TOMAIDES. Strojní obrábění I. Praha: SNTL, 1988.
  • FISCHER, Ulrich. A KOL. Základy strojnictví. Praha: Europa - Sobotáles cz., 2004. ISBN 80-86706-09-5
  • HLUCHÝ, Miroslav a Václav HANĚK. Strojírenská technologie 2: Koroze, základy obrábění, výrobní postupy 2. díl. Praha: Scientia spol. s.r.o., 2001. ISBN 80-7183-245-6.
  • Povlakovaný slinutý karbid. Sandvik Coromant [online]. © 2000 - 2012 [cit. 2014-11-08]. Dostupné z: http://www.sandvik.coromant.com/cs-cz/knowledge/materials/cutting_tool_materials/coated_cemented_carbide/pages/default.aspx

Obrázky

 

Rozšiřující pojmy

Příklady použití uhlíkových nástrojových ocelí 19 015 Formy - menší cementované formy pro tváření plastů a pryže – video vakuové tváření plastů. Obr. 6: Vyfukovací formy Měř... Zobrazit více

Rozšiřující pojmy

Příklady použití nástrojových ocelí legovaných manganem 19 313 Závitníky – video řezání závitu závitořeznou reverzní hlavou. Obr. 12: Sada metrických závitníků Závitové čeli... Zobrazit více

Rozšiřující pojmy

Příklady použití nástrojových ocelí legovaných chromem 19 436 Řezné nástroje - video ruční a strojní řezání kovů . Nástroje pro stříhání za studena – video postupové střihadlo . ... Zobrazit více

Rozšiřující pojmy

Příklady použití nástrojových ocelí legovaných kombinací více prvků 19 564 Protlačovací nástroje – video výroba potápěčské lahve . Obr. 17: Protlačovací nástroje Nástroje pr... Zobrazit více

Rozšiřující pojmy

Příklady použití nástrojových ocelí legovaných wolframem 19 712 Frézy – video konvenční frézování. Obr. 22: Frézy Vrtáky – video vrtání otvoru do trubky . Obr. 23: ... Zobrazit více

Rozšiřující pojmy

Příklady použití rychlořezných ocelí 19 820 ... Zobrazit více

Graf

Content vlastnosti reznych materialu

Porovnání řezných materiálů z hlediska tvrdosti a houževnatosti. Zdroj: DILLINGER, Josef. A KOL. Moderní strojírenství pro školu a praxi. Praha: Europa - Sobotáles cz., 2007. ISBN 978-80-86706-19-1

 

 

Graf

Content tvrdost reznych materialu

Porovnání řezných materiálů v závislosti na teplotě. Zdroj: FISCHER, Ulrich. A KOL. Základy strojnictví. Praha: Europa - Sobotáles cz., 2004. ISBN 80-86706-09-5

Logolink