Nel taglio dei metalli, la scelta del materiale della fresa non solo determina la durata dell'utensile e la precisione della lavorazione, ma influisce anche direttamente sull'efficienza produttiva, sul carico della macchina e sulla qualità del prodotto finale. Cobalto eCarburosono le due qualità per frese a candela più comunemente utilizzate nella produzione industriale e differiscono significativamente per durezza, tenacità, resistenza al calore ed efficienza in termini di costi-.
Cosa sono le frese al cobalto
Le frese al cobalto sono in acciaio-rapido (HSS) con l'aggiunta di una certa percentuale di cobalto (tipicamente dal 5% all'8%). I gradi comuni includono M35 (5% di cobalto) e M42 (8% di cobalto). L'aggiunta di cobalto modifica il meccanismo di indurimento secondario dell'acciaio, rallentando la perdita di durezza durante il taglio ad alta-temperatura.
Caratteristiche prestazionali principali:
- Equilibrio tra durezza e tenacità: la durezza Rockwell è di circa 65~70 HRC, con una forte resistenza agli urti.
- Buona resistenza al calore: può mantenere la nitidezza a circa 600 gradi, prolungando il tempo di taglio.
- Forte adattabilità alla lavorazione: può tagliare acciaio inossidabile, acciaio per utensili, lega di titanio e altri metalli resistenti.
- Prestazioni ad alto costo: il costo di produzione è inferiore a quello degli utensili in metallo duro e il costo di un singolo utensile può essere ridotto del 30%~50%.
Scenari applicativi comuni:
- Lavorazione a media e bassa velocità (velocità di taglio 20~40 m/min)
- Acciaio strutturale, acciaio legato, parti in acciaio inossidabile
- Riparazione di utensili e matrici e produzione di prova-di un pezzo singolo
- Condizioni di taglio interrotto, come scanalatura e fresatura di spallamenti
Cosa sono le frese in metallo duro
Frese in metallo durosono prodotti mediante metallurgia delle polveri mediante sinterizzazione di carburo di tungsteno (WC) e cobalto (Co). Il carburo di tungsteno rappresenta circa dall'88% al 94% del materiale, mentre il cobalto, come legante, rappresenta dal 6% al 12%. La microstruttura degli utensili in metallo duro determina la loro eccezionale durezza e resistenza all'usura.
Caratteristiche prestazionali principali:
- Durezza estremamente elevata: HRA 90+, può mantenere una durezza superiore a 800 gradi, adatta per il taglio ad alta-velocità.
- Elevata resistenza all'usura: mostra un tasso di usura estremamente basso nel taglio continuo a lungo-termine.
- Buona stabilità dimensionale: basso coefficiente di dilatazione termica, mantenimento della precisione di lavorazione.
- Rivestimenti compatibili: rivestimenti comuni come TiAlN e AlTiN possono migliorare ulteriormente la durata dell'utensile e la velocità di taglio.
Scenari applicativi comuni:
- Lavorazione ad alta-velocità (velocità di taglio 100~300 m/min)
- Lega di alluminio, acciaio temprato, acciaio per stampi, produzione ad alto-volume
- Produzione di stampi di precisione, lavorazione di componenti aeronautici
- Ambienti con elevata rigidità della macchina utensile e velocità del mandrino
Carburo contro cobalto: effetti del rivestimento
Il rivestimento è un mezzo importante per migliorare le prestazioni dell'utensile. Anche se il substrato è lo stesso, un rivestimento ragionevole può prolungare significativamente la durata dell’utensile e migliorare l’efficienza di taglio.
Gli utensili da taglio in cobalto fanno affidamento sui rivestimenti per compensare la loro mancanza di durezza e resistenza all'usura, quindi quando si scelgono i rivestimenti, viene posta maggiore enfasi su "prolungare la durata dell'utensile" e "ridurre l'adesione dell'utensile".
Utensili in metallo durostessi hanno un'elevata durezza e una forte resistenza all'usura. L'importanza principale del rivestimento è migliorare la resistenza al calore ed espandere la finestra di sicurezza per il taglio ad alta-velocità.
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Tipo di rivestimento |
Funzione principale |
Frese al cobalto |
Frese in metallo duro |
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TiN (nitruro di titanio) |
Migliora la resistenza all'usura e riduce l'attrito |
Prolunga significativamente la durata di circa il 50%, adatto per la lavorazione a media e bassa velocità di acciaio e acciaio inossidabile |
La durata è limitata, migliorando principalmente la finitura superficiale |
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TiCN (carbonitruro di titanio) |
Migliora la durezza e riduce il rischio di attaccare il coltello |
Affronta efficacemente l'acciaio legato ad alta-durezza e ritarda l'usura degli utensili |
Migliora la resistenza all'usura nella lavorazione ad alta-velocità, ma la sua resistenza al calore non è buona quanto il TiAlN |
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TiAlN / AlTiN |
Resistenza all'ossidazione ad alta temperatura, adatta per il taglio a secco |
Resistenza al calore migliorata, consentendo un leggero aumento della velocità di taglio |
Prolunga significativamente la durata della lama di 2~3 volte durante il taglio ad alta-velocità e riduce il rischio di scheggiatura dei bordi |
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DLC (Diamante-come Carbonio) |
Attrito ultra-basso, evita che si attacchi |
Ha evidenti effetti raffreddanti e antiaderenti-sulla lavorazione dei metalli duttili (alluminio, rame) |
Prestazioni eccezionali nel taglio ad alta-velocità di metalli non-ferrosi, mantenendo l'affilatura per periodi più lunghi |
Carburo Vs Cobalto: prestazioni di taglio
Lavorazione ad alta-velocità
Sebbene le frese in acciaio al cobalto abbiano una buona resistenza al calore, la loro durezza non è sufficiente per sostenere un taglio prolungato a velocità estremamente elevate. Durante il funzionamento prolungato ad alta-velocità, la taglierina è suscettibile all'ammorbidimento termico e all'usura accelerata, rendendola più adatta a condizioni di taglio stabili a velocità medio-basse.
Al contrario, le frese in metallo duro hanno un'elevata durezza e una forte resistenza al calore e possono mantenere l'affilatura a velocità elevate di 100~300 m/min. Se combinati con macchine utensili ad alta-rigidità, possono migliorare significativamente l'efficienza di lavorazione e la qualità della superficie.
Taglio interrotto
Nel taglio interrotto gli utensili sono spesso soggetti a carichi d'urto. Le frese in acciaio al cobalto sono adatte per applicazioni a contatto intermittente come scanalatura e fresatura di spallamenti grazie alla loro elevata tenacità, forte resistenza agli urti e resistenza alla scheggiatura.
Le frese in metallo duro sono più fragili e soggette a microfessure o scheggiature durante il taglio intermittente, soprattutto quando la profondità di taglio è elevata o la rigidità di bloccaggio è insufficiente. Pertanto, in tali condizioni di lavoro sono generalmente preferiti gli utensili in acciaio al cobalto.
Taglio a secco
In assenza di refrigerante, le frese in acciaio al cobalto accelerano lo smussamento dovuto al calore da attrito, riducendone significativamente la durata. Solitamente sono adatti solo per operazioni di taglio a secco a bassa-velocità o a breve-termine.
Quando le frese in metallo duro sono combinate con rivestimenti resistenti al calore- (come TiAlN e AlTiN), possono inibire efficacemente l'usura ossidativa durante il taglio a secco ad alta-velocità e mantenere l'affilatura del tagliente, rendendole adatte a scenari in cui è necessario ridurre l'uso del refrigerante.
Taglio ad umido
Il raffreddamento e la lubrificazione migliorano significativamente le prestazioni di entrambi gli strumenti. Le frese in acciaio al cobalto possono ridurre la temperatura di taglio, ritardare l'usura e migliorare la qualità della superficie di taglio durante il taglio a umido, rendendole particolarmente adatte per la lavorazione a media e bassa velocità.
Anche le frese in metallo duro traggono notevoli vantaggi dal taglio a umido. Durante la lavorazione di acciaio ad alta-durezza o di metalli non-ferrosi, il refrigerante può ridurre il rischio di cricche termiche e migliorare la stabilità dimensionale e la durata complessiva dell'utensile.
Frese al cobalto e al carburo
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CONTRO |
Frese al cobalto |
Frese in metallo duro |
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Struttura del substrato |
Acciaio rapido + cobalto |
Carburo di tungsteno + Cobalto |
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durezza |
HRC 65~70 |
HRA 90+ |
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tenacità |
Alto, non facile da scheggiare |
Basso, fragile |
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Resistenza al calore |
Alto, può resistere a 600 gradi |
Estremamente alto, può resistere a 800 gradi + |
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velocità di taglio |
Velocità medio-bassa (20-40 m/min) |
Alta velocità (100~300 m/min) |
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resistenza all'usura |
medio |
Molto alto |
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Dipendenza dal rivestimento |
alto |
medio |
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costo |
Inferiore |
Più alto |
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Macchine utensili applicabili |
Macchine utensili a bassa e media rigidità |
Macchine utensili ad alta rigidità e ad alta velocità |
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Applicazioni tipiche |
Taglio intermittente, lavorazione in piccoli lotti |
Taglio ad alta-velocità, lavorazione-di precisione su larga scala |
Fine dell'articolo
Nella lavorazione moderna, il cobalto e il carburo si completano a vicenda anziché sostituirsi a vicenda. Gli utensili in acciaio al cobalto, con la loro tenacità e il loro rapporto costo-efficacia-, eccellono nei volumi di piccole- e medie-tagli interrotti. Gli utensili in metallo duro, con la loro elevata durezza e resistenza all'usura, sono insostituibili nella produzione di massa ad alta-velocità.
Sebbene il carburo abbia un prezzo unitario elevato, il costo unitario della parte può essere ridotto riducendo la frequenza dei cambi utensile e abbreviando i tempi di lavorazione, e la durata utile può solitamente raggiungere da 2 a 5 volte quella del cobalto.
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