Priemyselné cermetové materiály majú zložité chemické zloženie. Tento nástrojový materiál sa vyrába pridaním sekundárnych karbidov (ako WC, Mo2C, TaC a Co Ni) ako spojiva do matrice TiC TiN. Komercializované cermetové materiály majú vysokú tvrdosť a pevnosť a húževnatosť porovnateľnú so slinutým karbidom. S neustálym zlepšovaním výkonu cermetu sa stal veľmi obľúbeným nástrojom na rezanie kovov.
Cermet je vhodný na stredne zaťažené obrábanie, polodokončovanie a dokončovanie rôznych oceľových a železných odliatkov. Keď je hĺbka rezu (ap) menšia ako 2,5 mm, posuv na otáčku (fn) je menší ako 0,25 mm/ot, posuv na zub (fz) je menší ako 0.20 mm/zub, cermetový nástroj má vynikajúci rezný výkon. Cermet môže byť použitý na obrábanie rôznych oceľových materiálov a niektoré spôsoby spracovania (ako sú sústruženie, frézovanie a frézovanie na konci).
Vzhľadom na svoje materiálové vlastnosti je cermet veľmi vhodný na vysokorýchlostné rezanie a nie je ľahké vytvárať nánosy triesok, čo používateľom zabezpečí veľmi presné výsledky spracovania. Samotný cermetový materiál má dobrú tepelnú odolnosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Preto v porovnaní s nástrojmi zo slinutého karbidu, ktoré si dokážu zachovať svoj fyzický tvar po dlhú dobu, môžu cermetové nástroje pomerne ľahko udržať ostrosť rezných hrán po dlhú dobu. V porovnaní s nástrojmi zo slinutého karbidu je povrch obrobku vyrezaný kovokeramickými nástrojmi hladší.
Pôvod a vývoj cermetu
Aplikácia cermetu na rezné nástroje sa začala experimentálnym štúdiom zlúčenín TiC v 20. rokoch 20. storočia. V 50. rokoch 20. storočia bol cermet TiC Mo Ni prvýkrát použitý ako nástrojový materiál na vysokorýchlostné presné rezanie ocele. Niektoré vynikajúce vlastnosti cermetu na báze TiC umožnili stať sa náhradným materiálom za slinutý karbid na báze WC. V 70. rokoch 20. storočia sa vyvinul cermet na báze TiC TiN s jemnými časticami s dobrou húževnatosťou. Odvtedy sa cermet široko používa pri vývoji nástrojov a dnes vykazuje vynikajúci rezný výkon pri presnom obrábaní. WC je hlavnou zložkou slinutého karbidu a s prudkým nárastom globálnej ceny volfrámu sa metalokeramike dostáva čoraz väčšej pozornosti.
Správny výber kovovej keramickej čepele
Pri obrábaní musia používatelia starostlivo vyberať vhodné kovokeramické doštičky, pretože ich charakteristiky obrábania sú značne odlišné od vlastností potiahnutých slinutých karbidov. Na rozdiel od povlakovaných slinutých karbidov nie sú cermety vhodné na hrubé obrábanie. Keď je trieska veľká, strihový účinok a rezný odpor sa výrazne zmenia. Pri veľkom hlbokom rezaní náraz veľkých valčekov triesok na zadnú časť nástroja zhorší opotrebovanie ryhy, čím sa poškodí kovový keramický nástroj. Pri rezaní ťažko obrobiteľných materiálov je malé riziko ryhovania. Preto kovokeramické nástroje nie sú vhodné na rezanie ťažko obrobiteľných materiálov. Z tohto dôvodu sú povlakované karbidové nástroje vhodnejšie na rezanie ťažko obrobiteľných materiálov a hrubé obrábanie ako cermetové nástroje.
Tabuľka 1 porovnáva životnosť nástroja a úber triesky slinutého karbidu, potiahnutého slinutého karbidu a cermetu pri sústružení uhlíkovej ocele. Je vidieť, že vysokorýchlostné rezanie má lepšiu hospodárnosť vďaka väčšiemu úberu triesok.
Vlastnosti a výkonnosť pri obrábaní hliníka
Hliníkové zliatiny ako A380 alebo A390 s vysokým obsahom kremíka dokážu rýchlo opotrebovať nástroje. Kobaltové spojivo v karbide z neho robí šampióna v odolnosti voči abrazívnemu opotrebeniu pri hrubovaní. Štúdia Mouralova a kol. 2023 ukázala, že karbid si zachováva výhodu pri vysokých rýchlostiach odoberania materiálu, zatiaľ čo pre dokončovanie preberú vedenie cermety. Uvedená tlakovka liatina ukazuje, že cermet na dokončovanie dosahuje oveľa dlhšiu životnosť a stabilitu pri jemných rezových operáciách.
Príklad z praxe: obchod s elektronikou frézovanie hliníka - chladiče pre LED zostavy boli opracované cermetom. Odolnosť rezných doštičiek im umožnila zvýšiť rezné rýchlosti o 30 % a skrátiť čas cyklu každej súčiastky o 10 sekúnd. Pri sérii 100 000 dielov to predstavuje značné úspory, aj keď cermetové doštičky boli na začiatku drahšie.
Povrchová úprava a rozmerová presnosť
Pri výrobe súčiastok, ako sú piesty alebo konzoly pre letecký priemysel, povrchová úprava nie je len kozmetická - je rozhodujúca pre tolerancie. Cermety s ostrými a jemnými hranami poskytujú hladšie povrchy. Letecký závod rezal hliník 7075 rýchlosťou 1 200 m/min a dosiahol Ra 0,3 µm oproti karbidu s rovnakou rýchlosťou, čo viedlo k zníženiu nepodarkov o 5 %. Karbid potrebuje nižšie rýchlosti (600 m/min) a tým aj vyššie riziko mikroodštiepkovania a predĺžené cyklové časy. Húževnatosť karbidu odovzdáva ostrosť, ktorá môže nepriaznivo vplývať na prísne tolerancie.
Rezné rýchlosti a produktivita
Dielne s veľkým objemom výroby využívajú rozdielne režimy rezania: cermet pre dokončovanie umožňuje vyššie rýchlosti a kratšie cykly, zatiaľ čo karbid je spoľahlivý pri hrubovaní. Napríklad LED dielne s cermetom dosiahla zvýšenie otáčok vretena z 10 000 na 12 000 ot./min a zlepšenie výkonu o 15 %. V inej dielni s bežnými hliníkovými polotovarmi sa pri hrubovaní s karbidom dosiahla rýchlosť 500 cm³/min; rovnaké nastavenie s cermetom spôsobilo prasknutie doštičiek po 50 kusoch, čo ukazuje potrebu vyvažovať výber podľa úlohy.
Ekonomické aspekty veľkoobjemovej výroby
Počiatočné náklady na cermetové doštičky sú o 20 - 30 % vyššie než u karbidových. V dielni s produkciou 500 000 dielov ročne môže rozdiel v cene doštičiek výrazne narásť. V praxi môžu byť ceny doštičiek napríklad 15 USD za cermet a 10 USD za karbid. Z dlhodobého hľadiska môže vyššia životnosť a nižšie prestoje kompenzovať vyššiu počiatočnú cenu, najmä pri dokončovacích operáciách.
Prípadová štúdia ukazuje, že kombinácia karbidu na hrubovanie a cermetu na dokončovanie prináša významné úspory: v sérii s miliónom dielov predstavuje celková úspora v porovnaní s jedným typom nástroja až 138 900 USD, pričom akumulované úspory na pracovnú silu a čas cyklu sú výrazné.
Výzvy a obmedzenia
Najväčšie slabé miesta karbidu pri obrábaní hliníka spočívajú v problémoch s dokončovaním vysokými rýchlosťami a potreba chladiaceho média pri hrubovaní. Naopak, cermety sú krehké a môžu sa pri ťažkých rezoch alebo náhlych teplotných zmenách ľahko odštiepiť. Tepelný šok a potreba jemného zaobchádzania s chladiacou kvapalinou sú preto tiež dôležité faktory pri rozhodovaní.
Vylepšenia procesov zahŕňajú zmeny posuvov a rýchlostí: liatie pod tlakom a vylepšené CNC systémy sa dokážu prispôsobovať za chodu a zvyšovať výkon. Moderné povlaky - napríklad DRAGONSKIN a povlaky na báze CVD - znižujú drsnosť a zlepšujú odolnosť proti opotrebeniu, pričom umožňujú lepšiu kontrolu triesky aj pri nízkej hĺbke rezu.
Povlak a materiály doštičiek
Povlaky sú dôležitou súčasťou výberu doštičiek. Povlaky CVD sú prvou voľbou pre široký rozsah obrábania, najmä tam, kde je kľúčová odolnosť proti opotrebeniu. Povlaky PVD sú tiež bežné a poskytujú húževnatosť a ostré hrany. Pre špeciálne aplikácie, ako je obrábanie dreva, sú dostupné karbidové vymeniteľné doštičky. Materiál vložky určuje odolnosť proti opotrebeniu a teplotnú odolnosť; bežne používané materiály zahŕňajú HM (tvrdokov), HSS, keramiku, diamant a ďalšie, pričom každý typ je vhodný pre určité aplikácie.
Špecifikácie a označenia závitových nožov a vymeniteľných doštičiek
Pri výbere závitových sústružníckych nožov a vymeniteľných doštičiek je dôležité porozumieť konštrukcii, geometrickým parametrom a ISO označeniam. Rozmery pracovného noža, uhol britu a ďalšie parametre určujú, či nástroj zvládne oblasť závitov alebo konkrétnu geometriu obrobku. Uhol nastavenia noža a veľkosť rohového radiusu ovplyvňujú stabilitu rezania a kvalitu povrchu. Geometria a materiál vložky sú kritické pre efektivitu obrábania a životnosť nástroja.
Medzi bežné typy vymeniteľných doštičiek patria plátky pre všeobecné použitie (UNI), závitové plátky, HM (tvrdokovové) plátky a špecializované typy pre konkrétne operácie. Existuje množstvo značiek a sád doštičiek, ktoré zohľadňujú rôzne aplikácie - Bernardo HM, ISCAR a ďalšie. Nástroje na vnútorné závity často využívajú špeciálne držiaky a výmenné plátky s vnútorným chladením, čo umožňuje obrábanie náročnejších materiálov a vysokých rezových parametrov.
Všeobecné vymeniteľné plátky a závitové nože sú dôležitými súčasťami CNC obrábania. Správny výber a nastavenie rezných podmienok, geometrie a povlakov zvyšujú produktivitu, znižujú prestoje a zabezpečujú kvalitný povrch obrobkov.
Praktické tipy pre výber a nastavenie
- Vyberajte podľa obrábaného materiálu a požadovanej kvality povrchu: karbid na hrubovanie, cermet na dokončovanie.
- Pri vysokom dopyte po presnom povrchu zvoľte cermetové doštičky s jemným zrnom a ostrou hranou.
- Používajte vhodný povlak (CVD pre široký rozsah obrábania, PVD pre odolnosť a húževnatosť) v závislosti od materiálu a procesu.
- Zvážte ekonomiku veľkoobjemovej výroby: vyššiu počiatočnú cenu cermetu môže kompenovať dlhšia životnosť a vyššia rýchlosť dokončovania.
- Optimalizujte rezné podmienky a riadiace procesy s inteligentnými CNC systémami, ktoré sa prispôsobujú podľa potreby.
Príkladová tabuľka: porovnanie nákladov a výkonu (skrátená verzia)
| Parametr | Karbid | Cermet |
|---|---|---|
| Počiatočné náklady na doštičku | nižšie | vyššie |
| Životnosť pri hrubovaní | nižšia | vyššia |
| Životnosť pri dokončovaní | nižšia | vyššia |
| Rýchlosť dokončovania | nižšia | vyššia |
| Povrch obrobku | hrubší | hladší |
Napokon, výber medzi karbidom a cermetom nie je o tom, kto je „lepší“. Je to o tom, ako zladiť vlastnosti materiálu s požadovanou úlohou v rámci veľkoobjemovej výroby. Hybridné nastavenie - karbid na hrubovanie a cermet na dokončovanie - ukazuje významnú ekonomickú výhodu a umožňuje úsporu nákladov pri vyššej produktivite.
Tvrdokovové mikroštruktúry a jemné zrná cermetu poskytujú vysokú presnosť a hladký povrch. Ciele vašej dielne - špecifikácie dielov, objem výroby, rozpočet - sú kľúčové. Moderná CNC technológia a inteligentné úpravy procesov môžu oba nástroje posunúť ďalej. Vedzte, čo každý z nich prináša, a udržíte svoje stroje v chode a svoje zisky spokojné.