Obrobek, který byl obroben pomocí modulu SNAP

Vlastnosti kovů: Průvodce obráběním

V tomto obsáhlém článku vám vysvětlíme všechny důležité vlastnosti kovů z hlediska obrábění a mechanické úpravy. Dozvíte se, čím se kovy vyznačují, jak jejich struktura určuje jejich obrobitelnost a jaké Výzvy a funkce z toho vyplývají pro průmysl. Tyto základní znalosti jsou rozhodující pro spolehlivý a efektivní výrobní proces.
Nástroj COFA pro odhrotování provádí odhrotování na kovovém bloku v oblasti CNC obrábění

To nejdůležitější v kostce

  • Základy: Kovy jsou chemické prvky s charakteristickými vlastnostmi, které významně ovlivňují jejich obrobitelnost. Zhruba 80 % všech prvků v periodické tabulce tvoří kovy.
  • Struktura: Kovová mřížka s volně se pohybujícími elektrony (elektronový plyn) je zodpovědná za typické vlastnosti kovů, jako je tvárnost. Ta zásadně určuje tvorbu třísek a otřepů během obrábění. Kovová vazba drží kladně nabité atomové jádra pohromadě.
  • Význam pro obrábění: Vlastnosti jako tvrdost, houževnatost, tepelná vodivost a chemická reaktivita určují opotřebení nástrojů, řezné parametry a dosažitelnou kvalitu povrchu. Porozumění těmto souvislostem je klíčem k optimalizaci každého výrobního procesu a obrábění pomocí správných nástrojů.

Co jsou kovy? Definice a základní pojmy

Kovy tvoří většinu chemických prvků a v periodické tabulce se nacházejí na levé straně a pod dělicí čarou od boru po polonium. Tato skupina zahrnuje přibližně 80 % všech známých prvků a hraje klíčovou roli v moderní výrobě. Od hliníkových dílů v lehké konstrukci přes měděné komponenty v elektrotechnice až po vysoce pevné ocelové nosníky – kovy jsou přítomny všude.

 

Pojem „kov“ je odvozen z řeckého slova „metallon“, což znamená „důl“ nebo „těžba“. Tyto materiály se vyznačují specifickými fyzikálními a chemickými vlastnostmi, které je jasně odlišují od nekovů a polokovů. V periodické tabulce tvoří jasně vymezenou skupinu, přičemž přechod k polokovům je plynulý.

Metallgitter mit Elektronen und Elektronengas

Struktura kovů: Kovová mřížka jako klíč k obrobitelnosti

Zvláštní struktura kovové mřížky vysvětluje všechny charakteristické vlastnosti kovů. V této struktuře jsou kladně nabité atomové jádra pravidelně uspořádány, zatímco valenční elektrony se mohou volně pohybovat mezi atomy jako takzvaný „elektronový plyn“. Tyto volně pohyblivé elektrony jsou klíčem k pochopení fyziky kovů a jejich obrobitelnosti.

 

Kovová vazba vzniká díky elektrostatické přitažlivosti mezi kladně nabitými atomovými jádry a záporně nabitým elektronovým plynem. Tato soudržnost zajišťuje mechanickou stabilitu, zatímco pohyblivost elektronů a mřížková struktura určují jedinečné vlastnosti a chování kovu při působení vnějších sil.

 

Materiály s vyšší tažností, jako je měď nebo hliník, vyžadují speciálně přizpůsobené nástroje, aby bylo možné zvládnout výzvy spojené s tvorbou otřepů a nárůstem břitů. Naše nástroje jsou navrženy tak, aby u těchto materiálů poskytovaly nejvyšší přesnost a dlouhou životnost.

Fyzikální vlastnosti relevantní pro obrábění

Fyzikální vlastnosti kovů přímo vyplývají z jejich atomové struktury. Pro obrábění však nejsou všechny vlastnosti stejně důležité.

 

Deformovatelnost (tažnost) a tvorba třísek

Ohebnost a tvárnost kovů patří k nejdůležitějším vlastnostem pro obrábění. Vyplývají ze zvláštního způsobu kovové vazby. Při mechanickém namáhání ostřím nástroje se mohou atomové vrstvy v kovové mřížce posouvat vůči sobě, aniž by došlo k přetržení vazby.

 

  • Tuhé materiály (např. měď, nerezová ocel): Vysoká tvárnost vede k tvorbě dlouhých tekutých třísek a výrazných otřepů. To klade vysoké nároky na řízení procesu. Použitím nástrojů speciálně přizpůsobených pro tyto aplikace lze tyto třísky efektivně odvádět, např. pomocí zařízení pro odhrotování firmy HEULE.
  • Křehké materiály (např. litina): Nižší tvárnost vede ke vzniku krátkých třísek a menšímu tvorbě otřepů.
  • Zlato (Au) je typickým příkladem extrémní tvárnosti a lze jej válcovat do tenoučkých plátků.

Tvrdost a mechanické vlastnosti

Tvrdost kovů má zásadní vliv na opotřebení nástrojů a potřebné řezné síly. Zatímco čistý hliník je relativně měkký, kalené slitiny, jako je chrom-vanadiová ocel nebo chrom-niklová ocel, dosahují extrémních stupňů tvrdosti. Pevnost v tahu a mez kluzu jsou rozhodující parametry, které definují, jak materiál reaguje na působení síly na řeznou hranu nástroje.

BSF_Action_2344x1088

Tepelná vodivost

Úzce souvisí s elektrickou vodivostí schopnost kovů vést teplo. Tato vlastnost je při obrábění rozhodující:

 

  • Dobří tepelný vodiči (např. hliník, měď): Teplo vznikající při obrábění je rychle odváděno z nástroje do třísek a obrobku.
  • Špatní vodiče tepla (např. titan, nerezová ocel): Teplo se koncentruje na řezné hraně nástroje, což vede k extrémně vysokému opotřebení. Cílené Chlazení je zde nezbytné.

Chemické vlastnosti a jejich vliv na obrábění

Z chemického hlediska mají kovy tendenci uvolňovat elektrony. Tato reaktivita má přímý vliv na obrábění.

 

Nobelkovy kovy, jako je železo, zinek nebo hliník, snadno reagují s jinými látkami. Při obrábění hliníku to může vést k tvorbě nánosů, při nichž se materiál přilepí na ostří nástroje.

 

Ušlechtilé kovy, jako je zlato nebo platina, vykazují velmi nízkou reaktivitu. Mají menší sklon k chemickým reakcím s materiálem nástroje. Zatímco extrémně reaktivní prvky, jako je sodík (Na 2 – zde se pravděpodobně jedná o překlep místo Na), nehrají v čisté formě při obrábění žádnou roli, stupnice reaktivity je rozhodující pro výběr povlaků nástrojů.

Klasifikace kovů pro dílnu

Klasifikace kovů se provádí podle různých kritérií. Z praktického hlediska je relevantní především rozdělení podle hustoty a odolnosti proti korozi.

 

Lehké kovy vs. těžké kovy

Za mezní hodnotu se považuje hustota 5 g/cm³.

 

  • Lehké kovy: Typickými zástupci jsou hliník (2,7 g/cm³), hořčík (1,74 g/cm³) a titan (4,5 g/cm³). Často se dobře obrábějí, mohou však představovat specifické Výzvy, jako je vysoká tepelná roztažnost (hliník) nebo nízká tepelná vodivost (titan).
  • Těžké kovy: olovo (11,34 g/cm³), měď (8,96 g/cm³) nebo zlato (19,32 g/cm³). Jejich vysoká hustota ovlivňuje manipulaci, ale jejich obrobitelnost je určována jinými faktory.

Ušlechtilé kovy vs. neušlechtilé kovy

Toto rozdělení podle odolnosti proti korozi často souvisí s chemickou reaktivitou při obrábění.

 

  • Ušlechtilé kovy: zlato, stříbro, platina. Jsou většinou měkké, houževnaté a mají sklon k tvorbě silných otřepů.
  • Nobelkoviny: železo, zinek, hliník. Jejich náchylnost k oxidaci je pro obrábění méně relevantní než jejich sklon k chemickým reakcím pod tlakem a při teplotách na řezné hraně.
7f44f2d4-34a5-4fd9-aeda-cf8cc5f4ba3f

Slitiny: Cílené přizpůsobení vlastností při obrábění

Slitiny vznikají smícháním různých kovů nebo přidáním nekovů. Toto složení umožňuje cíleně přizpůsobit vlastnosti pro konkrétní použití a pro lepší obrobitelnost.

 

  • Ocel: Vzniká přidáním uhlíku k železu. Hlavním účelem je Výroba různých druhů oceli.
  • Chrom-niklová ocel (nerezová ocel): Kombinuje odolnost proti korozi s vysokou houževnatostí, ale kvůli špatné tepelné vodivosti se obtížně obrábí.
  • Chrom-vanadiová ocel: Používá se na výrobu nástrojů a kombinuje vysokou pevnost s houževnatostí.
  • Automatové oceli: Cílenými úpravami olovem nebo sírou se zlepšuje lámavost třísek, což výrazně usnadňuje obrábění.

Konkrétní příklady kovů a jejich obrobitelnost

Rozmanitost kovů se projevuje v různých výzvách, které s sebou přináší jejich obrábění.

Werkstück Aluminium_Entgraten

Hliník

Jako lehký kov se hliník obecně dobře obrábí a umožňuje vysoké řezné rychlosti.

  • Výzva: Materiál má silnou tendenci k tvorbě nadměrných hran a otřepů. Dlouhé třísky vyžadují dobré odvod třísek.
  • Řešení: Jsou nutné velmi ostré řezné hrany, leštěné povrchy Nástroje a vysoké řezné rychlosti.
  • Vhodné nástroje: Hliník lze velmi dobře obrábět všemi systémy společnosti HEULE, například odhrotovačem COFA, nástroji pro srážení hran SNAP nebo zpětnou frézou BSF. Díky optimálně povlakovaným nožům se snižuje ulpívání materiálu. Kritickým faktorem jsou tupé nástroje – rychle vedou k mazání a nekontrolovanému tvorbě otřepů.
Werkstück_Kupfer_Entgraten

Měď

Měď je po stříbře kovem s nejlepší elektrickou vodivostí. Při obrábění je však náročná.

  • Výzva: Extrémní houževnatost a tvárnost vedou k dlouhým, houževnatým třískám a k velmi silnému tvorbě otřepů, které se obtížně odstraňují.
  • Řešení: K čistému odřezávání třísek a minimalizaci tvorby otřepů jsou nezbytné ostré nástroje se speciální geometrií.
  • Vhodné nástroje: Měď vyžaduje velmi ostré břitové hrany a nízké obráběcí síly. Nástroje společnosti HEULE pro obrábění otvorů ze zadní strany (např. COFA, DL2 a DEFA) pracují všechny s definovanými břity. Jsou proto ideální pro obrábění obrobků z mědi.
werkstück_Stahl_entgraten

Železo/ocel

Jako nejčastěji používaný kov tvoří železo základ pro různé druhy oceli.

  • Čisté železo: Relativně měkké a houževnaté, při obrábění podobné mědi.
  • Ocelové slitiny: Obrousitelnost se výrazně liší. Nelegovaná konstrukční ocel se dobře obrábí, zatímco vysoce legované nerezové oceli (např. chrom-niklová ocel) patří díky své houževnatosti a nízké tepelné vodivosti k nejnáročnějším materiálům.
  • Výzva: Vysoké řezné síly a vznik tepla vedou k opotřebení nástrojů a mohou negativně ovlivnit kvalitu dílu.
  • Řešení: Rozhodující jsou odolné řezné materiály, stabilní procesy a přizpůsobené řezné parametry.
  • Vhodné nástroje: Ocel je ideální oblastí použití pro nástroje společnosti HEULE. Díky speciálně potaženým nožům zajišťují tyto nástroje i při vysokém zatížení konzistentní odhrotování (COFA, DL2, COFA-X), srážení hran (SNAP, DEFA, GH-K) nebo zahlubování (BSF, SOLO). Problémem by naopak byly nepovlakované nástroje resp. nože – rychle se opotřebovávají a vedou k nečistým výsledkům.
Werkstück_Titan_Entgraten

Titan

Titan je vysoce výkonný materiál s velmi vysokou pevností a nízkou hmotností.

  • Výzva: Nízká tepelná vodivost vede k silnému zahřívání na řezné hraně. Současně hrozí vznik trhlin způsobených napětím v materiálu.
  • Řešení: Jsou nezbytné vysoce kvalitní řezné materiály a kontrolované řezné podmínky.
  • Vhodné nástroje: Titan vyžaduje stabilní nástroje s vysokou kontrolou řezu. COFA zajišťuje bezpečné odhrotování, SNAP umožňuje přesné srážení hran, zatímco zpětný zhlubovač BSF díky svým karbidovým břitem zajišťuje čisté zhlubování i při vysokém zatížení.
Gussteil_Maschinenbau

Litin

Litin je typický odlitkový materiál s nerovnoměrným povrchem a tolerancemi.

  • Výzva: Nepravidelné hrany a výškové rozdíly ztěžují rovnoměrné odhrotování.
  • Řešení: Nástroje musí být schopny pružně reagovat na geometrické odchylky.
  • Vhodné nástroje: Zde se plně projevují přednosti systémů s pohyblivou řeznou hranou. Nůž totiž začíná při odhrotování používat nástroje až při kontaktu s hranou otvoru. Tak lze například spolehlivě a s konzistentním výsledkem odhrotování opracovávat odlitky s jejich typickými výkyvy v tolerancích. Všechna řešení společnosti HEULE, například odhrotovač COFA nebo nástroj pro srážení hran SNAP (viz video), tak zajišťují rovnoměrné výsledky. Pevné nástroje nejsou vhodné, protože nedokážou kompenzovat tolerance.
Werkstück_Inconel_Entgraten

Inconel

Inconel patří mezi nejnáročnější materiály při obrábění.

  • Výzva: Extrémní tepelná odolnost, vysoká pevnost a tvorba dlouhých třísek vedou k rychlému opotřebení nástroje.
  • Řešení: Jsou nezbytné speciální řezné materiály a optimalizované řízení procesu.
  • Vhodné nástroje: Inconel způsobuje vysoké opotřebení nástrojů a vytváří dlouhé třísky. COFA umožňuje spolehlivé odhrotování i u obtížných hran. Pro silnou tvorbu otřepů je ideální DEFA , protože je speciálně navržena pro přerušované řezy. SNAP navíc zajišťuje čisté, přesně definované srážení hran v jediném pracovním kroku.

Správný nástroj pro každý materiál

Vlastnosti kovů mají zásadní vliv na úspěch vašeho obráběcího procesu. Ať už obrábíte houževnatou nerezovou ocel, měkký hliník nebo abrazivní litinu – pro každou Výzvu existuje optimální řešení v podobě nástroje, který odstraní otřepy a zajistí dokonalý povrch.

 

Znalost materiálu je nedílnou součástí každého dobrého návrhu procesu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat také bezpečnosti práce, protože při extrémních procesech, jako je vysokorychlostní obrábění bez Chlazení, mohou lokálně vzniknout velmi vysoké teploty, které by teoreticky mohly vést ke vzniku kovových výparů.

Kontakt

Máte výzvu s nějakým specifickým materiálem?

Rádi vám poskytneme poradenství.

Naši aplikační technici analyzují váš materiál a vaše konkrétní použití, aby našli optimální nástroj HEULE pro spolehlivý a efektivní proces. Využijte našich desetiletých zkušeností.

Najít kontaktní osobu
HEULE Beratung
FAQ

Často kladené otázky týkající se vlastností kovů