Kompletny przewodnik po tym, jak powstają frezy palcowe z węglików spiekanych

1. Wybór surowca

„Węglik” w frezy trzpieniowe z węglików spiekanych jest w rzeczywistości węglikiem spiekanym, wykonanym z cząstek węglika wolframu (WC) połączonych razem metalowym spoiwem, zwykle kobaltem (Co).

Węglik wolframu: Niezwykle twardy (9 w skali Mohsa, twardość Vickersa ~2600 HV). Zapewnia odporność na zużycie.

Kobalt: twarda, plastyczna faza spoiwa, która pochłania wstrząsy i zapobiega kruchości.

Dlaczego skład ma znaczenie:

Więcej kobaltu → twardsze, ale nieco bardziej miękkie narzędzie (dobre do obróbki przerywanej).

Mniej kobaltu → twardszy, ale bardziej kruchy (dobry do ciągłego cięcia w sztywnych konfiguracjach).

Wielkość ziarna WC wpływa na ostrość krawędzi i odporność na zużycie:

Ultradrobne (0,2–0,5 μm) zapewniające wysoką twardość i ostre krawędzie.

Grubsze ziarna (>1 μm) zapewniają odporność na uderzenia.

2. Mieszanie i kondycjonowanie proszku

Proszek węglika wolframu, proszek kobaltu i niewielkie ilości innych węglików (tantalu, tytanu, węglików niobu) są mierzone wagowo.

Młyn kulowy lub młyn ścierny miesza je w etanolu lub wodzie ze spoiwem woskowo-parafinowym, aby uzyskać jednorodną zawiesinę.

Cel: Zapewnienie równomiernego rozprowadzenia kobaltu, zapobieganie aglomeracji i pokrycie każdego ziarna WC spoiwem w celu uzyskania mocnych wiązań spiekanych.

3. Suszenie rozpyłowe

Zawiesinę wprowadza się do suszarki rozpyłowej, w której powstają kuliste aglomeraty proszku.

Aglomeraty te płyną jak drobny piasek — niezbędny do równomiernego prasowania.

Zawartość wilgoci jest ściśle kontrolowana; zbyt suche → pęknięcia; zbyt mokry → słabe dociśnięcie.

4. Naciśnięcie zielonego pustego miejsca

Dwie główne metody:

Jednoosiowe tłoczenie matrycowe → dobre do półfabrykatów z chwytem prostym.

Prasowanie przez wytłaczanie → umożliwia tworzenie długich prętów lub prętów z wewnętrznymi kanałami chłodzącymi.

Powstała część nazywana jest zieloną wypraską – słabą i kruchą, ale o przybliżonych wymiarach końcowego pręta.

Kierunek prasowania i równomierność nacisku bezpośrednio wpływają na rozkład gęstości, co później wpływa na wytrzymałość narzędzia.

5. Spiekanie wstępne (odspajanie)

Surową wypraskę podgrzewa się w piecu niskotemperaturowym (~600–800°C) w celu usunięcia spoiwa woskowo-parafinowego bez powodowania utleniania lub deformacji.

Pozostawiają jedynie luźno połączone ze sobą proszki metali.

6. Spiekanie (spiekanie w fazie ciekłej)

Główny etap zagęszczania: podgrzewanie do temperatury 1400–1500 °C w próżni lub atmosferze wodoru.

Kobalt topi się (faza ciekła) i przepływa pomiędzy ziarnami WC, ściągając je razem poprzez działanie kapilarne.

Część kurczy się liniowo o ~ 18–22%, osiągając teoretyczną gęstość 99%.

Wynik:
W pełni zwarty, niezwykle twardy pręt bez porowatości, gotowy do szlifowania.

7. Przygotowanie pręta

Pręty węglikowe są przycinane na odpowiednią długość za pomocą piły diamentowej lub elektrodrążarki drutowej.

Końce mogą być fazowane, aby zapobiec odpryskom podczas manipulacji.

W przypadku narzędzi kombinowanych (głowica tnąca z chwytem stalowym z węglika spiekanego) na tym etapie odbywa się lutowanie.

8. Szlifowanie geometrii CNC

Szlifowanie fletu

Wykonywane na 5-osiowych szlifierkach narzędziowych CNC przy użyciu ściernic diamentowych.

Maszyny utrzymują tolerancje w granicach kilku mikronów.

Parametry obejmują:

Liczba fletów (2, 3, 4 lub więcej)

Kąt pochylenia linii śrubowej (niska spirala zapewniająca wytrzymałość, duża spirala zapewniająca szybsze odprowadzanie wiórów)

Grubość rdzenia (wpływa na sztywność i przestrzeń na wióry)

Szlifowanie geometrii końcowej

Końcówka narzędzia ma kształt — płaska, kulista, z promieniem naroża lub ma specjalny kształt.

Dodatkowe kąty przyłożenia i kąty natarcia są szlifowane w celu optymalizacji wydajności cięcia.

W przypadku narzędzi precyzyjnych stosuje się przygotowanie krawędzi (honowanie) w celu kontrolowania ostrości w porównaniu z odpornością na odpryski.

9. Opcjonalnie: wiercenie otworów przez chłodziwo

Jeżeli frez palcowy jest zaprojektowany z wewnętrznymi kanałami chłodzącymi, powstają one podczas wytłaczania pręta lub w wyniku wiercenia EDM po spiekaniu.

EDM (obróbka elektroerozyjna) może wytwarzać małe, precyzyjne otwory bez uszkadzania węglika.

10. Powłoka (PVD/CVD)

Cel: Wydłużenie żywotności narzędzia, zmniejszenie tarcia, odporność na ciepło.

Typowe powłoki:

TiAlN / AlTiN: Odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze.

DLC (węgiel diamentopodobny): Niskie tarcie, doskonałe do obróbki metali nieżelaznych.

Powłoki nanokompozytowe: wyjątkowo drobna struktura zapewniająca wyjątkową odporność na zużycie.

Procesy:

PVD (fizyczne osadzanie z fazy gazowej): niższa temperatura (~450–600 °C), pozwala zachować ostre krawędzie.

CVD (chemiczne osadzanie z fazy gazowej): wyższa temperatura (~900–1050 °C), grubsza powłoka, może wymagać dodatkowego szlifowania.

11. Kontrola końcowa

Mikrometry laserowe mierzą średnicę, koncentryczność i bicie.

Komparatory optyczne sprawdzają kształt fletu.

Badana jest przyczepność powłoki i chropowatość powierzchni.

Wysokowydajne młyny są dynamicznie wyważane dla wrzecion o dużej prędkości.

12. Opakowanie

Każde narzędzie jest czyszczone ultradźwiękowo w celu usunięcia pozostałości po szlifowaniu i powlekaniu.

Pakowane w pojedyncze plastikowe tuby zapobiegające odpryskiwaniu podczas transportu.

Tabela podsumowująca: