Vật Liệu Dụng Cụ Cắt Gọt Trong Gia Công Cơ Khí

Tìm hiểu vật liệu dụng cụ cắt gọt trong gia công cơ khí: HSS, carbide, Cermet, ceramic, CBN, PCD và cách lựa chọn dao phù hợp cho CNC. Việc lựa chọn vật liệu và phân loại dụng cụ cắt gọt là một trong những yếu tố quan trọng cần xem xét khi áp dụng để thực hiện gia công cắt gọt kim loại thành công.

Trong gia công cơ khí hiện đại, dụng cụ cắt gọt là yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, độ chính xác và chất lượng bề mặt của chi tiết. Cùng một loại máy CNC, việc lựa chọn vật liệu dao khác nhau có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể về tốc độ cắt, tuổi thọ dụng cụ và hiệu quả sản xuất.

Để đáp ứng các yêu cầu gia công ngày càng cao, dụng cụ cắt được chế tạo từ nhiều loại vật liệu như thép gió HSS, carbide, ceramic, Cermet, CBN và PCD. Mỗi loại có đặc tính về độ cứng, độ dai, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống mài mòn khác nhau.

Vậy vật liệu dụng cụ cắt gọt là gì? Có những loại nào phổ biến và nên lựa chọn như thế nào? Hãy cùng GBTECH tìm hiểu chi tiết.

1. Vật liệu dụng cụ cắt gọt là gì?

Vật liệu dụng cụ cắt gọt là vật liệu được sử dụng để chế tạo phần làm việc của dao, mảnh cắt hoặc dụng cụ gia công nhằm thực hiện quá trình bóc tách vật liệu khỏi phôi.

Trong quá trình cắt, lưỡi dao phải chịu đồng thời:

• Lực cắt lớn.
• Ma sát.
• Nhiệt độ cao.
• Va đập.
• Mài mòn.
• Áp lực cơ học.

Do đó, vật liệu làm dao cần có sự cân bằng giữa nhiều đặc tính.

Một vật liệu dụng cụ cắt tốt thường cần có:

Độ cứng cao

Giúp lưỡi cắt chống biến dạng khi gia công vật liệu có độ cứng cao.

Độ bền nóng

Khả năng duy trì độ cứng và tính chất cơ học khi nhiệt độ vùng cắt tăng.

Khả năng chống mài mòn

Giúp kéo dài tuổi thọ dụng cụ.

Độ dai

Giúp dao chịu được rung động và tải cắt thay đổi mà không dễ bị nứt hoặc gãy.

Khả năng chống sốc nhiệt

Đặc biệt quan trọng trong những ứng dụng có sự thay đổi nhiệt độ nhanh.

Không có một vật liệu dao nào tối ưu cho tất cả ứng dụng. Việc lựa chọn cần dựa trên vật liệu phôi, phương pháp gia công và điều kiện máy.

2. Thép dụng cụ – Tool Steel

Thép dụng cụ là một trong những nhóm vật liệu truyền thống được sử dụng để chế tạo dụng cụ cắt.

Ưu điểm của thép dụng cụ là:

• Dễ gia công và chế tạo.
• Chi phí tương đối thấp.
• Có độ dai tốt.
• Phù hợp với một số ứng dụng tốc độ thấp.

Tuy nhiên, khả năng chịu nhiệt và duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao hạn chế hơn so với nhiều vật liệu dao hiện đại.

Vì vậy, thép dụng cụ hiện ít được ưu tiên cho những nguyên công CNC tốc độ cao.

3. Thép gió HSS

HSS (High Speed Steel) là vật liệu dụng cụ cắt phổ biến, đặc biệt trong các loại dao như:

• Mũi khoan.
• Dao phay.
• Dao tiện.
• Mũi taro.
• Dao chuốt.
• Một số dụng cụ tạo hình.

So với thép dụng cụ thông thường, HSS có khả năng duy trì độ cứng tốt hơn khi làm việc ở nhiệt độ cao.

Ưu điểm của HSS

• Độ dai tốt.
• Chịu va đập tương đối tốt.
• Ít bị mẻ hơn một số vật liệu dao rất cứng.
• Có thể mài lại nhiều lần.
• Chi phí hợp lý.

Hạn chế

• Độ cứng và khả năng chịu nhiệt thấp hơn carbide.
• Không phù hợp bằng carbide trong nhiều ứng dụng CNC tốc độ cao.

HSS vẫn là lựa chọn hữu ích cho các ứng dụng cần độ dai và khả năng chịu va đập.

4. Carbide – Hợp kim cứng

Carbide (cemented carbide) là một trong những vật liệu quan trọng nhất trong dụng cụ cắt hiện đại.

Carbide thường được sử dụng để chế tạo:

• Dao phay ngón.
• Dao tiện.
• Dao phay.
• Mảnh insert.
• Mũi khoan.
• Dụng cụ gia công CNC chính xác.

Carbide có độ cứng cao và khả năng duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao tốt hơn HSS, cho phép sử dụng tốc độ cắt cao hơn trong nhiều ứng dụng.

Ưu điểm

• Độ cứng cao.
• Chống mài mòn tốt.
• Khả năng chịu nhiệt tốt.
• Phù hợp với gia công CNC năng suất cao.
• Có nhiều cấp vật liệu cho các nhóm phôi khác nhau.

Hạn chế

Carbide có độ dai thấp hơn HSS ở nhiều cấp, vì vậy có thể nhạy cảm hơn với rung động hoặc va đập nếu lựa chọn và sử dụng không đúng.

Do đó, độ cứng vững của máy và hệ thống gá đóng vai trò quan trọng khi sử dụng dao carbide.

5. Carbide phủ – Coated Carbide

Để nâng cao hiệu suất của carbide, bề mặt dụng cụ thường được phủ thêm một hoặc nhiều lớp vật liệu có tính chất phù hợp.

Một số lớp phủ phổ biến trong ngành dụng cụ cắt gồm:

• TiN.
• TiCN.
• TiAlN.
• AlTiN.
• AlCrN.
• Các hệ phủ đa lớp và lớp phủ chuyên dụng khác.

Lớp phủ có thể giúp cải thiện:

• Khả năng chống mài mòn.
• Khả năng chịu nhiệt.
• Khả năng giảm ma sát.
• Tuổi thọ dao.

Tuy nhiên, mỗi lớp phủ có vùng ứng dụng khác nhau. Không nên mặc định rằng một lớp phủ duy nhất phù hợp với tất cả vật liệu.

6. Cermet

Cermet là vật liệu kết hợp giữa đặc tính của ceramic và kim loại, thường được sử dụng trong một số ứng dụng gia công thép.

Cermet có thể mang lại:

• Độ cứng cao.
• Khả năng chống mài mòn tốt.
• Khả năng tạo bề mặt tốt trong một số điều kiện.
• Khả năng duy trì cạnh cắt.

Cermet thường được cân nhắc trong các nguyên công tiện hoặc gia công tinh khi điều kiện cắt tương đối ổn định.

Tuy nhiên, độ dai của Cermet thường thấp hơn carbide, vì vậy không phải lựa chọn lý tưởng cho các điều kiện cắt có va đập mạnh hoặc rung động lớn.

7. Ceramic – Gốm cắt gọt

Ceramic là nhóm vật liệu dụng cụ có độ cứng và khả năng chịu nhiệt rất cao.

Một số loại ceramic được sử dụng trong gia công:

• Gang.
• Thép tôi trong những điều kiện phù hợp.
• Hợp kim chịu nhiệt.
• Một số vật liệu khó gia công.

Ưu điểm lớn của ceramic là khả năng làm việc ở tốc độ cắt cao trong điều kiện phù hợp.

Tuy nhiên, ceramic có độ giòn tương đối cao.

Do đó, cần đặc biệt chú ý đến:

• Độ cứng vững của máy.
• Rung động.
• Va đập.
• Chiều sâu cắt.
• Hình học dao.

Ceramic thường phù hợp hơn với những quy trình có điều kiện cắt ổn định.

8. CBN – Cubic Boron Nitride

CBN (Cubic Boron Nitride) là một trong những vật liệu dụng cụ có độ cứng rất cao.

CBN đặc biệt được sử dụng trong gia công:

• Thép đã tôi.
• Gang cứng.
• Vật liệu có độ cứng cao.
• Các nguyên công yêu cầu khả năng chống mài mòn tốt.

Một trong những ứng dụng điển hình là gia công tinh các chi tiết đã qua nhiệt luyện.

Ưu điểm của CBN

• Độ cứng cao.
• Chống mài mòn tốt.
• Khả năng chịu nhiệt tốt.
• Phù hợp với vật liệu có độ cứng cao.

Hạn chế

• Chi phí dụng cụ cao hơn nhiều loại carbide thông thường.
• Yêu cầu máy và điều kiện gia công phù hợp.
• Không phải mọi loại CBN đều phù hợp với mọi vật liệu.

Do đó, CBN thường được sử dụng khi hiệu quả gia công mang lại đủ lớn để bù đắp chi phí dụng cụ.

9. PCD – Kim cương đa tinh thể

PCD (Polycrystalline Diamond) là vật liệu dụng cụ có độ cứng và khả năng chống mài mòn rất cao.

PCD thường được sử dụng để gia công:

• Nhôm.
• Hợp kim nhôm.
• Đồng.
• Hợp kim màu.
• Composite.
• Vật liệu phi kim trong những ứng dụng phù hợp.

Đặc biệt, PCD có khả năng chống mài mòn tốt khi gia công các vật liệu có tính mài mòn.

Ưu điểm

• Độ cứng rất cao.
• Chống mài mòn tốt.
• Có thể đạt chất lượng bề mặt cao.
• Phù hợp với gia công vật liệu màu và một số vật liệu composite.

Hạn chế

PCD không phải lựa chọn thông thường cho gia công thép ở nhiệt độ cao do đặc tính hóa học của carbon ở điều kiện gia công phù hợp với từng ứng dụng.

Vì vậy, PCD thường được tập trung sử dụng cho nhôm và các vật liệu phi sắt.

10. Kim cương tự nhiên

Kim cương tự nhiên có độ cứng cực cao và khả năng tạo cạnh cắt rất sắc.

Tuy nhiên, chi phí cao và phạm vi ứng dụng đặc thù khiến nó chủ yếu được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu rất cao về độ chính xác và chất lượng bề mặt.

Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, PCD và các giải pháp dụng cụ kim cương tổng hợp thường có tính ứng dụng rộng hơn.

11. So sánh các vật liệu dụng cụ cắt gọt

Vật liệu	Độ cứng	Độ dai	Khả năng chịu nhiệt	Ứng dụng tiêu biểu
Thép dụng cụ	Trung bình	Cao	Thấp	Gia công tốc độ thấp
HSS	Cao	Tốt	Khá	Khoan, taro, phay
Carbide	Rất cao	Khá	Cao	CNC, phay, tiện
Cermet	Rất cao	Trung bình	Cao	Gia công thép, tinh
Ceramic	Rất cao	Thấp	Rất cao	Gia công tốc độ cao
CBN	Rất cao	Trung bình	Rất cao	Thép tôi, gang cứng
PCD	Cực cao	Thấp	Theo điều kiện ứng dụng	Nhôm, hợp kim màu, composite

Bảng trên mang tính định hướng. Tính chất thực tế phụ thuộc vào cấp vật liệu, thành phần, cấu trúc, lớp phủ và thiết kế dụng cụ.

12. Lựa chọn vật liệu dao theo vật liệu phôi

Đây là nguyên tắc quan trọng khi lựa chọn dụng cụ.

 

Gia công nhôm

Có thể cân nhắc:

• Carbide chuyên dụng.
• PCD trong những ứng dụng yêu cầu chống mài mòn và năng suất cao.

Dao cần có khả năng thoát phoi tốt và hạn chế hiện tượng dính vật liệu.

 

Gia công thép

Carbide phủ là lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng CNC.

Tùy loại thép và nguyên công, có thể sử dụng Cermet hoặc các vật liệu khác.

 

Gia công inox

Cần chú ý đến khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn và kiểm soát biến cứng của vật liệu.

Carbide với cấp phù hợp thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng.

 

Gia công gang

Carbide, ceramic hoặc CBN có thể được lựa chọn tùy độ cứng và điều kiện gia công.

 

Gia công thép tôi

CBN thường được cân nhắc trong các nguyên công gia công vật liệu có độ cứng cao.

 

Gia công Titan

Carbide với cấp và hình học phù hợp thường được sử dụng. Kiểm soát nhiệt và thông số cắt là yếu tố đặc biệt quan trọng.

13. Vật liệu dao ảnh hưởng thế nào đến năng suất CNC?

Vật liệu dao quyết định một phần khả năng làm việc của dụng cụ.

Một dụng cụ có khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn tốt có thể cho phép sử dụng tốc độ cắt cao hơn trong điều kiện phù hợp.

Điều này ảnh hưởng đến:

• Thời gian chu kỳ.
• Số lượng chi tiết sản xuất.
• Tuổi thọ dao.
• Chi phí dụng cụ trên mỗi sản phẩm.
• Chất lượng bề mặt.

Tuy nhiên, dao đắt hơn không đồng nghĩa với chi phí gia công thấp hơn.

Một loại dao có giá cao nhưng tuổi thọ tốt và năng suất cao có thể có chi phí trên mỗi chi tiết thấp hơn. Ngược lại, dao giá thấp nhưng nhanh mòn có thể làm tăng chi phí thay dao và thời gian dừng máy.

14. Những yếu tố cần cân nhắc khi chọn vật liệu dụng cụ

Để lựa chọn đúng vật liệu dao, cần xem xét ít nhất:

1. Vật liệu phôi

Xác định mác vật liệu và độ cứng.

2. Kiểu gia công

Phay, tiện, khoan, taro, gia công ren hoặc gia công tinh.

3. Điều kiện máy

Công suất, tốc độ trục chính và độ cứng vững.

4. Chế độ cắt

Tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt.

5. Độ ổn định của hệ thống

Độ cứng vững của máy, đồ gá, bầu kẹp và dao.

6. Yêu cầu bề mặt

Độ nhám và độ chính xác kích thước.

7. Sản lượng

Gia công đơn chiếc và sản xuất hàng loạt có thể có tiêu chí tối ưu khác nhau.

8. Chi phí trên mỗi chi tiết

Không nên chỉ tính giá mua dao mà cần tính tổng chi phí sử dụng.

15. GBTECH cung cấp dụng cụ cắt gọt cho gia công CNC

GBTECH cung cấp các sản phẩm phục vụ ngành gia công cơ khí và CNC, trong đó có nhiều nhóm dụng cụ cắt gọt và phụ kiện dao.

Sản phẩm có thể bao gồm:

• Dao phay CNC.
• Dao phay ngón.
• Dao phay gắn mảnh.
• Mảnh Insert.
• Bầu kẹp dao.
• Collet.
• Chìa mở.
• Cán nối.
• Chuôi rút.
• Các phụ kiện phục vụ máy CNC.

Khi lựa chọn dao, khách hàng nên cung cấp thông tin về vật liệu gia công, độ cứng, đường kính dao, kiểu gia công, máy CNC và yêu cầu bề mặt để có cơ sở lựa chọn dụng cụ phù hợp.

Vật liệu dụng cụ cắt gọt là một trong những yếu tố nền tảng của công nghệ gia công cơ khí. Từ HSS, carbide đến Cermet, ceramic, CBN và PCD, mỗi vật liệu đều có ưu điểm và giới hạn riêng.

Không có loại vật liệu dao nào phù hợp cho mọi trường hợp. Lựa chọn hiệu quả cần dựa trên sự kết hợp giữa:

Vật liệu phôi + dụng cụ cắt + máy CNC + thông số cắt + đồ gá + phương pháp làm mát + yêu cầu sản phẩm.

Trong đó, carbide hiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng CNC, trong khi CBN thường được lựa chọn cho vật liệu có độ cứng cao và PCD phù hợp với nhiều ứng dụng gia công nhôm, hợp kim màu và composite.

Việc hiểu rõ đặc tính của từng loại vật liệu dụng cụ sẽ giúp doanh nghiệp lựa chọn dao phù hợp, tối ưu năng suất, kiểm soát tuổi thọ dụng cụ và giảm chi phí gia công.

Đối với những quy trình sản xuất yêu cầu độ ổn định cao, nên tham khảo thông số kỹ thuật từ nhà sản xuất dụng cụ và thực hiện gia công thử trước khi áp dụng cho sản xuất hàng loạt.

 

Vật Liệu Của Dụng Cụ Cắt Gọt Trong Gia Công Cơ Khí

Việc lựa chọn vật liệu và phân loại dụng cụ cắt gọt là một trong những yếu tố quan trọng cần xem xét khi áp dụng để thực hiện gia công cắt gọt kim loại thành công.

 

Vì vậy, một kiến thức cơ bản về từng vật liệu dụng cụ cắt gọt và hiệu suất của nó là rất quan trọng để có thể lựa chọn chính xác cho từng ứng dụng. Việc xem xét bao gồm vật liệu phôi được gia công, loại thành phần và hình dạng, điều kiện gia công và mức chất lượng bề mặt cần thiết cho mỗi ứng dụng vận hành.

Mục đích của phần này là cung cấp thông tin bổ sung về từng vật liệu dụng cụ cắt, ưu điểm của nó và các khuyến nghị để sử dụng tốt nhất.

 

Ký hiệu chữ cái chỉ định vật liệu cắt cứng:

Hợp kim cứng:

 

– HW: Hợp kim không tráng phủ, thành phần chủ yếu chứa cacbua vonfram (WC) và Cobalt. Dùng cho gia công các loại thép sau tôi, gang, hợp kim chịu nhiệt, phi sắt (nhôm, đồng, titan…). Nếu có thêm thành phần TiC trong hợp kim nữa thì dùng cho chuyên gia công thép và thép không gỉ.

 

– HT: Hợp kim gốm, còn được gọi là cermet, thành phần chủ yếu là Carbua Titanium (TIC) hoặc titan nitrides (TIN) hoặc cả hai. Dùng cho gia công thép carbon và gang ở công đoạn hoàn thiện.

 

– HC: Hợp kim có tráng phủ (CVD/PVD).

 

Gốm:

– CA: Gốm oxit thành phần chủ yếu là oxit nhôm (Al2O3).

– CM: Hợp chất gốm. Thành phần chủ yếu là oxit nhôm (Al2O3) và các thành phần khác.

– CN: Gốm Nitride gốm chứa chủ yếu là silicon nitride (Si3N4).

– CC: Gốm có phủ.

 

Vật liệu dụng cụ cắt dùng cho gia công gang hoặc thép sau nhiệt ở tốc độ thấp.

 

Kim cương:

– DP: Kim cương đa tinh thể nung kết PCD để gia công nguyên liệu phi sắt (nhôm, đồng..) công đoạn hoàn thiện và tốc độ cao.

– Boron Nitrit CBN: Boron nitride tinh thể dùng cho gia công gang hoặc thép sau tôi với tốc độ cao.

– PCD và CBN đều là những vật liệu cắt siêu cứng.

 

Vật liệu cho dụng cụ cắt gọt trong gia công cơ khí có sự kết hợp khác nhau giữa độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn, và được chia thành nhiều loại với các đặc tính cụ thể. Nói chung, sử dụng thành công một vật liệu dụng cụ cắt trong ứng dụng nào đó phải là:

 

• Cứng, để chống mài mòn cạnh cắt và biến dạng

• Bền, để chống bể

• Không phản ứng hoá học vối nguyên liệu gia công.

• Ổn định hoá học, để chống oxy hóa và khuyếch tán.

• Chịu sốc nhiệt.

 

Nếu như bạn muốn nâng cao năng suất, hiệu quả trong mảng gia công cắt gọt kim loại hãy đến với GBTECH. Chúng tôi sẽ giúp bạn nâng cao hiệu quả và hiệu suất gia công bằng giải pháp, sản phẩm và dịch vụ thích hợp.

 

Hãy trải nghiệm với tư vấn, sản phẩm và dịch vụ của chúng tôi để được đón nhận nhiều hơn nữa những giá trị thật sự mà bạn đang cần.

 

---