Kompletný sprievodca, ako sa vyrábajú stopkové frézy z tvrdokovu

1. Výber surovín

„Karbid“ v karbidové stopkové frézy je vlastne slinutý karbid vyrobený z častíc karbidu volfrámu (WC), ktoré drží pohromade kovové spojivo, zvyčajne kobalt (Co).

Karbid volfrámu: Mimoriadne tvrdý (9 na Mohsovej stupnici, tvrdosť ~2600 HV Vickers). Poskytuje odolnosť proti opotrebovaniu.

Kobalt: Pevná, ťažná fáza spojiva, ktorá absorbuje nárazy a zabraňuje lámavosti.

Prečo je zloženie dôležité:

Viac kobaltu → tvrdší, ale o niečo mäkší nástroj (vhodný na prerušované rezy).

Menej kobaltu → tvrdšie, ale krehkejšie (vhodné na nepretržité rezanie v pevných zostavách).

Veľkosť zrna WC ovplyvňuje ostrosť hrán a odolnosť proti opotrebovaniu:

Ultra jemné (0,2–0,5 μm) pre vysokú tvrdosť, ostré hrany.

Hrubšie zrná (>1 μm) pre odolnosť proti nárazu.

2. Miešanie a úprava prášku

Práškový karbid volfrámu, kobaltový prášok a malé množstvá iných karbidov (karbidy tantalu, titánu, nióbu) sa merajú podľa hmotnosti.

Guľový mlyn alebo trecí mlyn ich zmiešava v etanole alebo vode s voskom/parafínovým spojivom, aby sa vytvorila homogénna kaša.

Účel: Zabezpečiť rovnomernú distribúciu kobaltu, zabrániť aglomerácii a pokryť každé zrno WC spojivom pre silné spekacie väzby.

3. Sušenie rozprašovaním

Suspenzia sa privádza do rozprašovacej sušičky, ktorá vytvára sférické aglomeráty prášku.

Tieto aglomeráty tečú ako jemný piesok – nevyhnutný pre rovnomerné lisovanie.

Obsah vlhkosti je prísne kontrolovaný; príliš suché → praskliny; príliš mokré → slabé lisovanie.

4. Stlačením zeleného poľa

Dve hlavné metódy:

Jednoosové lisovanie → vhodné pre polotovary s rovnou stopkou.

Extrudné lisovanie → umožňuje vytváranie dlhých tyčí alebo tyčí s vnútornými kanálikmi chladiacej kvapaliny.

Výsledná časť sa nazýva zelený kompakt - slabý a krehký, ale s hrubými rozmermi konečnej tyče.

Smer lisovania a rovnomernosť tlaku priamo ovplyvňujú rozloženie hustoty, čo neskôr ovplyvňuje pevnosť nástroja.

5. Predspekanie (odväzovanie)

Surový výlisok sa zahrieva v nízkoteplotnej peci (~600–800 °C), aby sa odstránilo voskové/parafínové spojivo bez toho, aby došlo k oxidácii alebo deformácii.

Zostanú tak iba kovové prášky, voľne držané pohromade.

6. Spekanie (spekanie v kvapalnej fáze)

Hlavný krok zahusťovania: zahrievanie na 1400–1500 °C vo vákuu alebo vo vodíkovej atmosfére.

Kobalt sa topí (kvapalná fáza) a preteká medzi zrnami WC, pričom ich spája kapilárnym pôsobením.

Časť sa lineárne zmršťuje o ~ 18–22 %, čím sa dosiahne 99 % teoretická hustota.

výsledok:
Plne hustá, extrémne tvrdá tyč bez pórovitosti, pripravená na brúsenie.

7. Príprava tyče

Karbidové tyče sa režú na dĺžku pomocou diamantovej píly alebo drôtového EDM.

Konce môžu byť skosené, aby sa zabránilo odštiepeniu pri manipulácii.

V prípade kombinovaných nástrojov (rezná hlava z tvrdokovu s oceľovou stopkou) sa v tejto fáze vykonáva spájkovanie.

8. CNC brúsenie geometrie

Brúsenie flauty

Vykonávané na 5-osových CNC nástrojových brúskach s použitím diamantových brúsnych kotúčov.

Stroje majú tolerancie v rozmedzí niekoľkých mikrónov.

Medzi parametre patrí:

Počet píšťal (2, 3, 4 alebo viac)

Uhol špirály (nízka špirála pre pevnosť, vysoká špirála pre rýchlejší odvod triesok)

Hrúbka jadra (ovplyvňuje tuhosť a priestor pre triesky)

Koncové brúsenie geometrie

Hrot nástroja je tvarovaný — plochý, guľový, polomer rohu alebo špeciálny tvar.

Sekundárne uhly reliéfu a uhly čela sú brúsené, aby sa optimalizoval rezný výkon.

Pri vysoko presných nástrojoch sa používa príprava hrán (honovanie) na kontrolu ostrosti vs. odolnosti proti vylamovaniu.

9. Voliteľné: Vŕtanie priechodného otvoru pre chladiacu kvapalinu

Ak je stopková fréza navrhnutá s vnútornými kanálikmi chladiva, tieto sa vytvárajú pri vytláčaní tyče alebo vŕtaním EDM po spekaní.

EDM (Electrical Discharge Machining) dokáže vytvárať malé, presné otvory bez poškodenia karbidu.

10. Povlak (PVD/CVD)

Účel: Predĺženie životnosti nástroja, zníženie trenia, odolnosť voči teplu.

Bežné nátery:

TiAlN / AlTiN: Odolnosť proti oxidácii pri vysokej teplote.

DLC (Diamond-Like Carbon): Nízke trenie, vynikajúce na obrábanie neželezných kovov.

Nano-kompozitné povlaky: Extrémne jemná štruktúra pre extrémnu odolnosť proti opotrebovaniu.

Procesy:

PVD (Physical Vapour Deposition): Nižšia teplota (~450–600 °C), zachováva ostré hrany.

CVD (Chemical Vapour Deposition): Vyššia teplota (~900–1050 °C), hrubšia vrstva, môže vyžadovať dodatočné brúsenie.

11. Záverečná kontrola

Laserové mikrometre merajú priemer, sústrednosť a hádzanie.

Optické komparátory kontrolujú tvar flauty.

Testuje sa priľnavosť náteru a drsnosť povrchu.

Vysokovýkonné frézy sú dynamicky vyvážené pre vysokorýchlostné vretená.

12. Balenie

Každý nástroj je čistený ultrazvukom, aby sa odstránili zvyšky brúsenia a povlaku.

Balené v jednotlivých plastových tubách, aby sa zabránilo odštiepeniu počas prepravy.

Súhrnná tabuľka: