Những dụng cụ cắt gọt CNC này đa dạng chủng loại, kiểu dáng, thiết kế và chúng sẽ hoạt động khi được lắp vào các máy công cụ như máy tiện, máy phay, máy khoan, máy bào,… để thực hiện các chức năng gia công chuyên dụng trong cơ khí như tiện, phay, khoan, doa, bào, taro,… giúp tạo và hoàn thiện các chi tiết, đáp ứng cho việc lắp ráp, chế tạo hoặc sửa chữa máy móc, thiết bị.
Trong gia công cơ khí, vật liệu làm dụng cụ cắt (dao phay, dao tiện, mũi khoan, taro...) đóng vai trò quyết định đến hiệu suất, độ chính xác và tuổi thọ của quá trình gia công. Mỗi loại vật liệu dụng cụ sẽ phù hợp với một dải vật liệu gia công và điều kiện cắt khác nhau.
Dưới đây là những vật liệu chế tạo dụng cụ cắt gọt phổ biến nhất hiện nay:
Các dụng cụ cắt gọt phổ biến trong SolidCAM
1. Thép gió (HSS – High Speed Steel)
Thép gió là loại thép có hàm lượng cao carbon và các nguyên tố kim loại vonfram (W), molibden (Mo), crom (Cr) và vanadi (V). Nó có độ cứng, độ bền mòn và độ bền nhiệt cao, điều này cho phép những dụng cụ cắt gọt làm việc ở tốc độ cao mà không làm giảm độ cứng của dụng cụ. Cũng vì thế mà thép gió được gọi là “thép cắt nhanh” ở nhiều quốc gia (ví dụ trong tiếng Anh là high speed steel).
Các công cụ cắt gọt được làm từ thép gió có khả năng chịu nhiệt lên tới 500 – 600 oC, với tốc độ cắt lên đến 50 – 60 m/phút.
Đối với các dụng cụ cắt gọt vật liệu thông dụng thì thường được chế tạo từ những mác thép gió P6M5 ( 6% vonfram, 5% molipden), P6M3 ( 6% vonfram, 3% molipden), P12 (12% vonfram). Đối với các dụng cụ cắt gọt dùng cho thép không gỉ và thép hợp kim có độ cứng và độ dẻo cao (trong điều kiện cắt gọt có va đập) thì thường dùng những mác thép gió P18KM2, P10K5M3, P9K5, P6M5K5, P12M2K8M3, P9M4K8, . .
Đặc điểm:
- Chống mài mòn và chịu nhiệt tốt hơn thép carbon.
- Có độ dẻo dai cao, dễ mài lại.
- Cắt được ở tốc độ trung bình.
Ứng dụng:
- Dùng cho các loại mũi khoan, dao tiện, taro, dao phay nhỏ.
- Phù hợp với máy công suất nhỏ, tốc độ không quá cao.
Ưu điểm:
- Giá thành rẻ.
- Dễ chế tạo và dễ hàn lắp.
2. Hợp kim cứng (Carbide )
Đặc điểm:
Đây là loại vật liệu chế tạo dụng cụ cắt gọt có tính cứng nóng rất cao, có thể chịu được nhiệt độ hơn 800 oC và có thể đạt tốc độ cắt lên đến hàng trăm m/phút. Hợp kim cứng được cấu thành từ hợp chất của carbon và các kim loại như vonfram, titan, tantan, và chất kết dính là coban. Có hai loại hợp kim cứng được dùng phổ biến là:
- Hợp kim Vonfram –Coban (thường được ký hiệu là BK): nhóm này được dùng chế tạo các công cụ cắt gọt gia công các vật liệu giòn như gang, đồng thau, thép tôi, chất dẻo. Tốc độ cắt có thể đạt 200 m/phút.
- Hợp kim Titan – Vonfram – Coban (thường được ký hiệu là T K): nhóm này dùng cho các công cụ cắt gia công các vật liệu dẻo như thép, đồng đỏ. Tốc độ cắt có thể đạt 350 m/phút.
Hiện nay, người ta cũng sử dụng loại hợp kim ba cacbit ( Cacbit Volfram, Cacbit Titan và Cacbit Tantan – ký hiệu là TTK) để chế tạo các dụng cụ cắt gọt, loại này có độ bền cao hơn lợi TK 1,5-2 lần.
Ứng dụng:
- Phay thép, inox, hợp kim nhôm, gang...
- Gia công tốc độ cao và CNC hiện đại.
Ưu điểm:
- Tuổi thọ cao, ít mài mòn.
- Cho phép cắt ở tốc độ cao, năng suất lớn.
Nhược điểm:
- Giòn, dễ sứt mẻ khi va đập mạnh.
3. Ceramic (Gốm kỹ thuật)
Đặc điểm:
- Gồm oxit nhôm (Al₂O₃), nitride silicon (Si₃N₄): bằng cách nghiền nhỏ rồi ép và thiêu kết. Được sử dụng chủ yếu để chế tạo thành các mảnh cắt giống như hợp kim cứng. Hợp kim khoáng gốm có ưu điểm là độ bền nhiệt và độ chống mòn cao hơn hợp kim cứng, nhưng lại có độ giòn cao và độ bền cơ học thấp hơn hợp kim cứng.
- Cực kỳ cứng và chịu nhiệt lên tới 1000–1200°C.
Ứng dụng:
- Gia công thép tôi, gang cầu, vật liệu cứng khó gia công.
- Dùng nhiều trong tiện tinh, gia công tốc độ rất cao.
Ưu điểm:
- Không cần dung dịch làm mát.
- Tuổi thọ cao hơn carbide khi gia công vật liệu cứng.
4. CBN (Cubic Boron Nitride)
Đặc điểm:
Là loại vật liệu đa tinh thể được tạo thành từ Boron Nitride. Nó có độ bền nhiệt cao hơn so với hợp kim cứng và hợp kim khoáng gốm. Thường được dùng để mạ các mảnh dao hợp kim cứng hay để chế tạo dụng cụ hạt mài để mài dao cắt. Vật liệu siêu cứng (CTM) phù hợp cho gia công thép, gang, hợp kim khó gia công.
- Là vật liệu cứng thứ 2 sau kim cương.
- Chịu nhiệt rất cao (~1400°C), chống mài mòn vượt trội.
Ứng dụng:
- Gia công tinh thép đã tôi (hardened steel), thép dụng cụ, thép gió...
- Dùng trong tiện tinh, phay biên dạng chi tiết cứng.
Ưu điểm:
- Độ chính xác cao, giữ dao lâu mòn.
- Gia công khô (không cần dung dịch tưới nguội).
5.Kim cương nhân tạo PCD (Polycrystalline Diamond)
Đặc điểm:
Kim cương nhân tạo có thể được chế tạo ở dạng bột hoặc dạng tinh thể, chúng có các tính chất vật lý tương tự như kim cương tinh khiết trong tự nhiên. Có hai phương pháp tạo kim cương nhân tạo chính là phương pháp cao áp cao nhiệt HPHT (sử dụng nhiệt độ và áp suất cực cao nhằm tái tạo môi trường giống như môi trường tạo kim cương trong lòng đất), và phương pháp bốc hơi lắng tụ hóa học CVD (sử dụng sự bốc hơi hóa học của hợp chất khí Carbon dưới tác động của tia nhiệt plasma tạo ra sự phân chia phân tử khí cho đến khi chỉ còn lại nguyên tử carbon lắng tụ và phát triển trên mầm kim cương sẵn có).
- Là kim cương tổng hợp đa tinh thể.
- Độ cứng cao nhất trong các vật liệu dụng cụ hiện nay.
Ứng dụng:
Được ứng dụng ngày càng nhiều hơn trong các dụng cụ cắt gọt, chẳng hạn như mũi mài kim cương, đá cắt kim cương, dao cắt kim cương, mảnh dao tiện ngoài mũi kim cương,… kim cương nhân tạo có ưu điểm là góc cắt đẹp, cải thiện bề mặt gia công, cũng như giá thành tương đối hợp lý. Chúng cũng được dùng làm lớp phủ trên các công cụ cắt gọt như chip tiện, mũi khoan, doa… Các dao kim cương nhân tạo chủ yếu dùng trong gia công tinh kim loại màu, hợp kim và vật liệu phi kim loại.
- Gia công vật liệu phi kim loại: nhôm, đồng, composite, nhựa, gỗ…
- Dùng trong ngành khuôn mẫu, hàng không, điện tử.
Ưu điểm:
- Độ bóng bề mặt rất cao.
- Tuổi thọ dụng cụ cực kỳ lâu dài.
Nhược điểm:
- Không phù hợp gia công thép do bị phân hủy ở nhiệt độ cao (>700°C).
6. Kim cương đơn tinh thể (Single Crystal Diamond – SCD)
Đặc điểm:
- Là dạng kim cương tự nhiên hoặc nhân tạo đơn tinh thể.
- Độ sắc bén cực cao, dùng trong gia công siêu tinh.
Ứng dụng:
- Tiện gương, tiện siêu chính xác (trong quang học, điện tử).
- Gia công vật liệu mềm như nhôm siêu tinh khiết, đồng điện phân...
Ứng dụng khai báo vật liệu cắt gọt trong SolidCAM
Thế mạnh phá thô tốc độ cao Imachining 2D và Imachining 3D là tự động tính toán chế độ cắt. Người làm chương trình cần phải khai báo đúng các thông số máy, thông số của vật liệu gia công. Thì ngoài ra cũng cần phải khai báo chuẩn các thông số vật liệu của công cụ cắt để phần mềm có thể tính toán chế độ cắt một cách chuẩn xác nhất khi đưa vào gia công thực tế.
Việc chọn đúng vật liệu chế tạo dụng cụ cắt là yếu tố then chốt giúp:
- Tối ưu năng suất gia công.
- Tăng tuổi thọ dao.
- Giảm chi phí và thời gian thay dao.
- Nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết.
Tùy vào loại vật liệu gia công, điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật, kỹ thuật viên cần lựa chọn loại dụng cụ phù hợp nhất để đạt hiệu quả tối ưu.