Kompletní průvodce, jak se vyrábějí stopkové frézy z tvrdokovu

1. Výběr surovin

"Karbid" v stopkové frézy z tvrdokovu je ve skutečnosti slinutý karbid vyrobený z částic karbidu wolframu (WC), které drží pohromadě kovové pojivo, obvykle kobalt (Co).

Karbid wolframu: Extrémně tvrdý (9 na Mohsově stupnici, tvrdost ~2600 HV podle Vickerse). Poskytuje odolnost proti opotřebení.

Kobalt: Pevná, tažná pojivová fáze, která absorbuje nárazy a zabraňuje křehnutí.

Proč na složení záleží:

Více kobaltu → tužší, ale o něco měkčí nástroj (dobré pro přerušované řezy).

Méně kobaltu → tvrdší, ale křehčí (dobré pro kontinuální řezání v tuhých sestavách).

Velikost zrna WC ovlivňuje ostrost hran a odolnost proti opotřebení:

Ultra jemný (0,2–0,5 μm) pro vysokou tvrdost, ostré hrany.

Hrubší zrna (>1 μm) pro odolnost proti nárazu.

2. Míchání a úprava prášku

Prášek karbidu wolframu, prášek kobaltu a malá množství jiných karbidů (karbidy tantalu, titanu, niobu) se měří hmotnostně.

Kulový mlýn nebo atritorový mlýn je mísí v ethanolu nebo vodě s voskovým/parafínovým pojivem za vzniku homogenní kaše.

Účel: Zajistěte rovnoměrnou distribuci kobaltu, zabraňte aglomeraci a potáhněte každé WC zrno pojivem pro silné slinovací vazby.

3. Sušení rozprašováním

Kaše se přivádí do rozprašovací sušárny, která produkuje sférické aglomeráty prášku.

Tyto aglomeráty tečou jako jemný písek – nezbytný pro rovnoměrné lisování.

Obsah vlhkosti je přísně kontrolován; příliš suché → praskliny; příliš mokré → špatné lisování.

4. Stisknutím zeleného prázdného místa

Dvě hlavní metody:

Jednoosé lisování → vhodné pro polotovary s rovnou stopkou.

Extruzní lisování → umožňuje vytvoření dlouhých tyčí nebo tyčí s vnitřními chladicími kanály.

Výsledná část se nazývá zelený výlisek — slabý a křehký, ale s hrubými rozměry konečné tyče.

Směr lisování a rovnoměrnost tlaku přímo ovlivňují rozložení hustoty, což později ovlivňuje pevnost nástroje.

5. Předslinování (odvazování)

Surový výlisek se zahřívá v nízkoteplotní peci (~600–800 °C), aby se odstranilo voskové/parafínové pojivo, aniž by došlo k oxidaci nebo deformaci.

Zůstanou tak pouze kovové prášky, volně držené pohromadě.

6. Slinování (slinování v kapalné fázi)

Hlavní zhušťovací krok: zahřátí na 1400–1500 °C ve vakuu nebo vodíkové atmosféře.

Kobalt se taví (kapalná fáze) a proudí mezi zrny WC a přitahuje je k sobě kapilárním působením.

Díl se zmenšuje o ~18–22 % lineárně a dosahuje 99 % teoretické hustoty.

výsledek:
Plně hustá, extrémně tvrdá tyč bez poréznosti, připravená k broušení.

7. Příprava tyče

Karbidové tyče jsou řezány na délku pomocí diamantové pily nebo drátového EDM.

Konce mohou být zkosené, aby se zabránilo odštípnutí při manipulaci.

U kombinovaných nástrojů (řezná hlava z tvrdokovu s ocelovou stopkou) se v této fázi provádí pájení.

8. CNC broušení geometrie

Broušení flétny

Provádí se na 5osých CNC nástrojových bruskách s použitím diamantových brusných kotoučů.

Stroje udržují tolerance v rozmezí několika mikronů.

Mezi parametry patří:

Počet fléten (2, 3, 4 nebo více)

Úhel šroubovice (nízká šroubovice pro pevnost, vysoká šroubovice pro rychlejší odvod třísek)

Tloušťka jádra (ovlivňuje tuhost a prostor pro třísky)

Koncové broušení geometrie

Špička nástroje je tvarovaná — plochá, s kulovou hlavou, s poloměrem rohu nebo se speciálním tvarem.

Sekundární úhly podbroušení a úhly čela jsou broušeny pro optimalizaci řezného výkonu.

U vysoce přesných nástrojů se používá příprava břitu (honování) pro kontrolu ostrosti vs. odolnosti proti vylamování.

9. Volitelně: Vrtání průchozího otvoru pro chladicí kapalinu

Pokud je stopková fréza navržena s vnitřními kanály chladicí kapaliny, jsou tyto vytvořeny při vytlačování tyče nebo elektroerozivním vrtáním po slinování.

Elektroerozivní obrábění EDM (Electrical Discharge Machining) může vytvářet malé, přesné otvory bez poškození karbidu.

10. Povlak (PVD/CVD)

Účel: Prodloužit životnost nástroje, snížit tření, odolat teplu.

Běžné nátěry:

TiAlN / AlTiN: Odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách.

DLC (Diamond-Like Carbon): Nízké tření, vynikající pro obrábění neželezných kovů.

Nanokompozitní povlaky: Extrémně jemná struktura pro extrémní odolnost proti opotřebení.

Procesy:

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

CVD (Chemical Vapour Deposition): Vyšší teplota (~900–1050 °C), silnější povlak, může vyžadovat dodatečné broušení.

11. Závěrečná kontrola

Laserové mikrometry měří průměr, soustřednost a házivost.

Optické komparátory kontrolují tvar flétny.

Testuje se přilnavost povlaku a drsnost povrchu.

Vysoce výkonné frézy jsou dynamicky vyváženy pro vysokorychlostní vřetena.

12. Balení

Každý nástroj je čištěn ultrazvukem, aby se odstranily zbytky po broušení a povlaku.

Baleno v jednotlivých plastových tubách, aby se zabránilo odštípnutí během přepravy.

Souhrnná tabulka: