Ak ste niekedy sledovali, ako v dielni bzučí CNC fréza alebo sústruh, možno ste si pomysleli: „Ako sa ten ostrý nástroj neopotrebuje pri brúsení cez kov celý deň?“ Ako človek, ktorý už viac ako desať rokov dodáva diely na mieru – vyrába všetko od malých hliníkových nástavcov pre automobilovú elektroniku až po náboje kolies návesov pre veľké zaťaženie – som sa naučil, že materiál rezného nástroja je vhodný pre kvalitu dielov aj rýchlosť výroby. Zahrabal som sa s väčším množstvom nástrojov, ako dokážem spočítať, a dnes rozoberiem tie najbežnejšie, plus to, ako každý pracuje s dielmi, ktoré vyrábame každý jeden týždeň.
Najprv začnime s OG rezných nástrojov: Vysokorýchlostná oceľ (HSS). Ak ste niekedy otáčali drevenú nohu stoličky pre domácich majstrov alebo vŕtali cez tenký hliníkový plech, použili ste HSS. Je húževnatý, relatívne lacný a ľahko sa ostrí, vďaka čomu je ideálny pre nízko-dávkové práce. „Vysokorýchlostná“ časť pochádza z jej schopnosti zostať tvrdá pri vyšších teplotách, takže ju môžete spustiť rýchlejšie ako obyčajnú uhlíkovú oceľ bez toho, aby sa roztavila do vášho obrobku. Ale tu je háčik: HSS zmäkne, ak sa hrot príliš zahreje, takže nie je vhodný na rezanie super tvrdých materiálov, ako je tvrdená oceľ alebo titán. V našom obchode používame HSS väčšinou na zákazkové prototypové diely – napríklad keď zákazník potrebuje jednorazovú grafitovú samomaznú medenú manžetu (odkaz: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/graphite-self-lubricating-copper-sleeve.html) na testovanie v novom priemyselnom čerpadle. Tieto úlohy nevykonávame pri plnej produkčnej rýchlosti, takže HSS obstojí v pohode. Je to tiež vhodné pre rezanie závitov z mäkkej mosadze alebo hliníka, pretože malé hroty závitníkov neznášajú údery, ako by to urobila stopková fréza.
Ďalej je o krok vyššie HSS: Cemented Carbide alebo skrátene len karbid. Toto je ťažný kôň moderného obrábania a to je to, čo používame pre 70 % našich výrobných sérií, vrátane obrábaného nástavca z hliníkovej zliatiny (odkaz: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/aluminium-alloy-machined-boss.html), ktorý vyrábame pre kompaktné držiaky motorov automobilov. Karbid je kompozit vyrobený z malých častíc karbidu volfrámu spojených spolu s kobaltom, takže je oveľa tvrdší ako HSS - asi 2-3 krát tvrdší - a zachováva si svoju tvrdosť pri šialene vysokých teplotách (až 1 500 ° C, čo je oveľa teplejšie ako kuchynská rúra). To znamená, že môžeme bežať naše CNC stroje na plný náklon a prerezať hrubé hliníkové bloky v priebehu niekoľkých minút namiesto hodín, bez toho, aby sa nástroj opotreboval po 10 dieloch. Jediná nevýhoda? Je oveľa krehkejší ako HSS, takže ho nemôžete použiť na veci, ako je rezanie tenkých materiálov alebo vykonávanie jemných rezov náchylných na otrasy – hrot by ste okamžite odštiepili. Na tvrdšie materiály používame aj doštičky z karbidu s povlakom, napríklad pri obrábaní oceľových nábojov kolies prívesov. Povlak (zvyčajne nitrid titánu alebo karbón podobný diamantu) znižuje trenie, takže nástroj vydrží dlhšie a poskytuje hladší povrch, čo je obrovské pre diely, ktoré musia tesne priliehať, ako sú napríklad náboje kolies prívesu.
Počkajte, keď už hovoríme o prívesoch, povedzme si o cermetoch a keramických nástrojoch, ktoré sú absolútnou šelmou na rezanie kalenej ocele a iných super húževnatých kovov. Cermety sú zmesou keramiky a kovu, takže sú tvrdšie ako karbid a majú lepšiu tepelnú odolnosť, ale stále sú o niečo pružnejšie ako čistá keramika. Cermety používame na polodokončovacie a dokončovacie rezy dielov, ako je vreteno nábojov kolies prívesu (odkaz: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-spindle.html), ktoré potrebujú zrkadlovo hladký povrch, aby sa mohli otáčať bez trenia. Čisto keramické nástroje sú ešte tvrdšie – sú vyrobené z oxidu hlinitého alebo nitridu kremíka – a dokážu prerezať kalenú oceľ, ktorá už bola tepelne spracovaná na 50+ HRC, čo by otupilo karbidový nástroj v priebehu niekoľkých minút. Úlovok? Cermety aj keramika sú oveľa krehkejšie ako karbid, takže ich môžete použiť iba na ľahké a stabilné rezy. Ak nástroj narazíte do obrobku alebo ho spustíte v nesprávnom uhle, rozbije sa ako hrnček s kávou spadnutý na betón. Ukladáme si ich pre vysoko presné práce, kde záleží viac ako na rýchlosti, ako sú súčiastky pre medicínske prístroje alebo letecké komponenty, nie pre ťažké návesy, ktoré sú na cestách porazené.
Potom sú tu fantastické veci pre super tvrdé materiály: kubický nitrid bóru (CBN) a polykryštalický diamant (PCD). CBN je druhý najtvrdší materiál na Zemi (po diamante) a je vyrobený zo stlačených častíc nitridu bóru. CBN nástroje vyťahujeme len na tie najnáročnejšie práce, ako je obrábanie kalenej nástrojovej ocele pre ťažké puzdro na lisovanie kolesa prívesu (odkaz: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-stamping-hub.html), ktoré unesie viac ako 10 000 libier. CBN dokáže rezať oceľ plnou rýchlosťou bez zmäkčenia, takže je oveľa efektívnejšie ako brúsenie týchto častí. PCD je v podstate diamant - polykryštalický diamant spojený s karbidovým substrátom. Je ideálny na rezanie neželezných kovov, ako je hliník, meď a dokonca aj grafit, pretože diamant sa na tieto materiály nelepí (na druhej strane železo rozpúšťa diamant, takže PCD by ste nikdy nepoužili na oceľ). Pri obrábaní hliníkových dielov, ktoré sa používajú v elektrických vozidlách, používame nástroje PCD, pretože potrebujú extrémne úzke tolerancie – napríklad v rozmedzí 0,001 palca – aby správne fungovali. Nevýhoda? CBN aj PCD sú šialene drahé, takže ich používame len vtedy, keď nič iné nezvládne prácu, a dbáme na to, aby sme optimalizovali každý rez, aby sme ich neplytvali.
Teraz nemôžem hovoriť o rezných nástrojoch bez toho, aby som nespomenul obrovskú zmenu v dnešnej dobe: nástroje s povlakom. Počkajte, skôr som sa dotkol povlakov s karbidom, ale teraz je ich toľko druhov a robia obrovský rozdiel. Napríklad pri obrábaní hliníkových dielov používame diamantové povlaky na tvrdokovových nástrojoch, pretože hliník má tendenciu sa „lepiť“ na nepovlakované nástroje a zanechávať nečistoty na celom obrobku, čo ničí povrch. Diamantový povlak pôsobí ako nepriľnavá panvica, takže časť je čistá a hladká. Na diely z nehrdzavejúcej ocele používame aj povlaky z karbonitridu titánu, ktoré odolávajú teplu a znižujú trenie, takže stroje môžeme bežať rýchlejšie bez opotrebovania nástrojov. Niektoré nové povlaky majú dokonca samomazné vlastnosti, čo je veľká vec pre diely, ako je grafitová samomazná medená manžeta, o ktorej som sa zmienil vyššie – potrebujú konzistentný mazací povrch a potiahnutý nástroj to pomáha udržiavať počas obrábania.
Bežnou chybou, ktorú robia noví strojári (a dokonca aj niektoré dielne s malými dielmi), je výber nesprávneho materiálu nástroja pre danú prácu. Napríklad pri použití lacného nástroja HSS pre hrubý oceľový náboj prívesu získate jednu mizernú časť a nástroj sa po 5 minútach zlomí. Alebo použitie super drahého PCD nástroja na prototype z mäkkého hliníka – míňate tisíce dolárov na nástroj, ktorý je prehnaný. Pre nás je kľúčom prispôsobenie materiálu nástroja materiálu dielu, objemu výroby a požadovanej povrchovej úpravy. Napríklad, keď vyrábame súpravu nábojov kolies prívesu (odkaz: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-kit.html) vo veľkom množstve, používame doštičky z karbidu s povlakom, pretože sú dosť lacné na pravidelnú výmenu, ale dosť ťažké na to, aby pojali až 100+ dielov na jednu doštičku. V prípade maloobjemových a vysoko presných vlastných dielov môžeme utrácať cermetové nástroje, aby sme dosiahli dokonalý povrch bez dodatočného leštenia.
Nakoniec, materiály pre rezné nástroje nie sú len abstraktným inžinierskym pojmom – priamo ovplyvňujú diely, ktoré vyrábame, ako rýchlo ich vieme dostať k zákazníkom a koľko stoja. Po 10 rokoch v tomto biznise som sa naučil, že šetrenie na nástrojových materiáloch sa vám takmer vždy vráti: zlá kvalita dielov, neskoré dodávky a nespokojní zákazníci. Či už potrebujete jednoduchý hliníkový nástavec pre auto, ťažký náves prívesu pre vašu prácu alebo vlastné grafitové puzdro pre priemyselný stroj, výberom správneho rezného nástroja vyrábame diely, ktoré pracujú rovnako tvrdo ako naši zákazníci.
Ak hľadáte obrábané diely na mieru, či už sú to komponenty, ktoré som tu spomenul, alebo niečo úplne iné, môj tím a ja máme odborné znalosti na výber správnych nástrojov a materiálov, aby boli vaše diely správne, načas a v rámci rozpočtu. Obráťte sa na nás, aby sme prediskutovali váš projekt – vždy vám radi pomôžeme.
Referencie
ASM International. (2016). Materiály rezných nástrojov. Príručka ASM, zväzok 16: Obrábanie.
DeGarmo, EP, Black, JT a Kohser, RA (2020). Materiály a procesy vo výrobe (13. vydanie). Wiley.
Machinery's Handbook (31. vydanie). (2020). Priemyselný lis.
