Obróbka Skrawaniem -

Transkrypt

1 Prof. Krzysztof Jemielniak Obróbka Skrawaniem - podstawy, dynamika, diagnostyka 4. Materiały narzędziowe, Instytut Technik Wytwarzania

2 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 strony

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

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 4

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 5

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 6

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

8 Zależność twardości podstawowych materiałów narzędziowych od temperatury 8

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

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

11 4 Materiały narzędziowe Ogólna charakterystyka materiałów narzędziowych Stale narzędziowe Stale szybkotnące Węgliki spiekane Spieki ceramiczne Materiały supertwarde 11

12 Stale narzędziowe węglowe Skład: % węgla oraz niewielką ilość ( %, 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, noże do drewna noże krążkowe do cięcia papieru, gumy, tworzyw sztucznych 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% 12

13 Stale narzędziowe stopowe Skład: % 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 13

14 4 Materiały narzędziowe Ogólna charakterystyka materiałów narzędziowych Stale narzędziowe Stale szybkotnące Węgliki spiekane Spieki ceramiczne Materiały supertwarde 14

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

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

17 Obróbka cieplna stali szybkotnących Nagrzewanie do hartowania 3-4 stopniowe (zła przewodność cieplna:) Chłodzenie w kąpieli solnej (550 C) lub oleju ( 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

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. 18

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,

20 wytrzymałość Wytrzymałość HSS konwencjonalnych i spiekanych PM (powder metallurgy) HSS: 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 twardość 20

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

22 Stal szybkotnąca pokryta TiN 22

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

24 Zużywanie się narzędzia z HSS pokrywanych TiN 24

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 25

26 Gatunki stali narzędziowych i szybkotnących Stale narzędziowe Stale szybkotnące 26

27 4 Materiały narzędziowe Ogólna charakterystyka materiałów narzędziowych Stale narzędziowe Stale szybkotnące Węgliki spiekane spiekane Spieki ceramiczne Materiały supertwarde 27

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

29 Wytwarzanie węglików spiekanych 29

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 30

31 Struktura typowych węglików spiekanych Ekstra ziarniste gruboziarniste Gruboziarniste Średniogrubo Średnioziarniste Drobnoziarniste Sub mikronowe Ultra drobno ziarniste Nano ziarniste > 5.0 μm μm μm μm μm μm μm < 0.2 μm Extra coarse Coarse Medium coarse Medium Fine Extra fine Ultra fine >1 µm <1 µm Przemysł wydobywczy Narzędzia skrawające Odporne na uderzenia Narzędzia skrawające wytrzymałe, odporne na zużycie, 31

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

33 Struktura typowych węglików spiekanych (H):Twardość HV30 (H)Twardość HV30 (B):Wytrzymałość na zginanie (N/mm 2 ) Trwałość ostrza (min) Ziarno μm μm Standardowa Drobnoziarnista Submikronowa Toczenie żeliwa białego Płytka wymienna SPGN Ostra krawędź k r =75 F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer

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

35 Pokrywanie węglików spiekanych metodą CVD Początek w latach 60-tych Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD - chemical vapour deposition) Węglik K30 pokryty TiAlN CIRP Encyclopedia of Production Engineering HT-CVD (high temperature CVD, C) MT-CVD (medium temperature CVD, C) PA-CVD (Plasma activated CVD, C) 35

36 Węgliki pokrywane TiN Al 2 O 3 TiCN TiC rdzeń TiN niskie tarcie, odporność na narost Al 2 O 3 odporność na adhezję i dyfuzję, twardość na gorąco, niska przewodność cieplna: bariera cieplna TiC, TiCN wysoka twardość, odporność na ścieranie rdzeń wysoka wytrzymałość 36

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 37

38 Wpływ pokrycia ostrza z WS na zużycie ostrza CIRP Encyclopedia of Production Engineering 38

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

40 Podwyższenie wytrzymałości przez zwiększenie zawartości kobaltu pod pokryciem IC 848 IC 8048 Al 2 O 3 IC 825 IC TiN 40

41 Pokrywanie węglików metodą PVD CIRP Encyclopedia of Production Engineering 41

42 Typy pokryć PVD Proces PVD zachodzi w temperaturze poniżej 600 Może być stosowany do ostrych naroży TiN TiCN TiCN + TiN TiAlN 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 CIRP Encyclopedia of Production Engineering 42

43 Właściwości i zastosowanie pokryć PVD TiAlN Pokrycie TiAlN 2-6 mm, metodą PVD Właściwości: 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 43

44 Porównanie pokrywania metodą CVD i PVD Proces CVD PVD temperatura C 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 44

45 Rozkład naprężeń w pokryciu i rdzeniu naprężenia ściskające naprężenie rozciągające Compression Stress Tensile Stress naprężenia ściskające naprężenie rozciągające CVD Pokrycie Coating CVD(5-10 mm) PVD Pokrycie Coating PVD (2-6 mm) rdzeń rdzeń 5 10 głębokość Depth (mm) (mm) pokrycie Coating Substrate rdzeń Coating pokrycie Substrate rdzeń Compression Stress Tensile Stress 5 10 głębokość Depth (mm) (mm) 45

46 CVD aktywowane plazmowo C! F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer

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

48 Zestawienie metod pokrywania F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer

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 B. Ljungberg, M. Castner, Coating Improvements For Steel Turning 49

50 Cermetale Węglik tytanu (TiC) i węgliko-azotek tytanu (TiCN) ze spoiwem kobaltowo-niklowym (Co-Ni) F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer

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

52 Zastosowanie węglików spiekanych i cermetali 52

53 Węgliki spiekane gatunki 53

54 Narzędzia z płytkami węglików 54

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

56 4 Materiały narzędziowe Ogólna charakterystyka materiałów narzędziowych Stale narzędziowe Stale szybkotnące Węgliki spiekane Spieki ceramiczne Materiały supertwarde 56

57 Spieki ceramiczne ceramika tlenkowa Ceramika tlenkowa, oparta na Al 2 O 3 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 HV Wytrzymałość na ściskanie ok Mpa Podział na czystą mieszaną zbrojoną 57

58 Spieki ceramiczne ceramika Al 2 O 3 czysta Skład: prawie wyłącznie Al 2 O 3 dodatki ZrO 2 (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) Wady: brak narostu, dyfuzji, utleniania mała wytrzymałość, udarność (3x mniejsza niż WS) niska przewodność cieplna 58

59 Spieki ceramiczne ceramika Al 2 O 3 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) 59 B.Shaw, IMTS 2004

60 Spieki ceramiczne ceramika Al 2 O 3 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) 60

61 Spieki ceramiczne ceramika Al 2 O 3 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 61

62 Spieki ceramiczne ceramika azotkowa - Si 3 N 4 Azotek krzemu (Si 3 N 4 ) ma bardzo korzystne właściwości jako materiał narzędziowy: wysoka odporność na szok termiczny związany z niską rozszerzalnością, wysoka przewodność cieplna wytrzymałość Czysty Si 3 N 4 spieka się bardzo trudno Dodatki MgO i Y 2 O 3 ułatwiają spiekanie, lecz zmniejszają wytrzymałość w wysokich temperaturach Ułatwienie spiekania przy zachowaniu właściwości Si 3 N 4 oraz stabilności chemicznej Al 2 O 3 uzyskano przez połączenie tych materiałów CIRP Encyclopedia of Production Engineering 62

63 Spieki ceramiczne ceramika azotkowa - Sialon Skład Si 3 N 4 +Al 2 O 3 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 63

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) 64

65 Zastosowanie narzędzi ceramicznych Ceramika tlenkowa Ceramika azotkowa Stale hartowane Żeliwo Żeliwo Stopy żarowytrzymałe CIRP Encyclopedia of Production Engineering 65

66 Ceramika pokrywana TiN do toczenia na twardo 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 66 B.Shaw, IMTS 2004

67 Narzędzia z płytkami ceramicznymi Wzrost wytrzymałości Płytki ze wzmocnioną krawędzią skrawającą ostra honowana fazowana fazowana i honowana CIRP Encyclopedia of Production Engineering 67

68 Wpływ sfazowania krawędzi na trwałość narzędzi ceramicznych F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer

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

70 4 Materiały narzędziowe Ogólna charakterystyka materiałów narzędziowych Stale narzędziowe Stale szybkotnące Węgliki spiekane Spieki ceramiczne Materiały supertwarde 70

71 Regularny azotek boru i diament 71

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

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 73

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 74

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 75 B.Shaw, IMTS 2004

76 twardość (HRC) Twardość materiału obrabianego w funkcji temperatury Materiał hartowany Temperatura ostrza niezbędna do efektywnego wykorzystania PCBN miękki materiał Temperatura ( C) 76

77 Regularny azotek boru (CBN, PCBN) - gatunki 77

78 Porównanie różnych materiałów do obróbki na twardo v c = 400 m/min f = 0.12 mm a p = 0.30 mm Inconel 718 Na mokro F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer

79 Porównanie CBN i ceramiki przy obróbce na twardo CBN jest bardziej korzystny przy obróbce przerywanej Ceramika jest lepsza do obróbki na twardo!!! Umożliwia uzyskanie ostrzejszych krawędzi skrawających, co redukuje siły skrawania CBN jest lepszy! 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 79 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! 80

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) 81

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.,

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 F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer

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

85 Lustra metalowe obrabiane narzędziami diamentowymi 13 Free Form Mirror 86

86 Diament (PCD) - gatunki 87

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

88 posuw, głębokość udarność Klasyfikacja twardych materiałów narzędziowych wg ISO 513:2004 Grupa ISO Materiał obrabiany kierunek zmian właściwości parametry skrawania P niebieski M żółty K czerwony P01 : : : P50 M10 : : M40 K01 : : K40 Stale i staliwa z wyjątkiem austenitycznych, żeliwa ciągliwe Stale nierdzewne, austenityczne, austenityczne-ferrytyczne, staliwa Żeliwa: szare, sferoidalne, ciągliwe odporność na zużycie N zielony S brązowy H biały N01 : : N30 S01 : : S30 H01 : : H30 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 89 prędkość skrawania

89 Klasyfikacja materiałów obrabianych 90

90 Klasyfikacja materiałów obrabianych 91

91 Klasyfikacja materiałów obrabianych 92

92 Klasyfikacja materiałów obrabianych 93

93 Materiały ostrza do materiałów obrabianych 94

94 Materiały ostrza do materiałów obrabianych 95

95 Perykles (gr. Περικλῆς Perikles otoczony chwałą, ur. ok. 495 p.n.e., zm. 429 p.n.e.) ateński polityk, mówca, reformator ateńskiej demokrac latach 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 p.n.e., Propyleje). Jakieś pytania? 96