Najlepsze Płytki Skrawające do Stali Hartowanej – Poradnik 2025

Obróbka stali hartowanej to jedno z największych wyzwań w świecie metalurgii i produkcji precyzyjnej. Kiedy standardowe narzędzia kruszą się pod naporem ekstremalnej twardości materiału, sięgającej nierzadko powyżej 60 stopni w skali HRC, pojawia się kluczowe pytanie: Jakie płytki do stali hartowanej są w stanie podołać temu twardemu orzechowi do zgryzienia? Odpowiedź, choć na pierwszy rzut oka prosta, kryje w sobie dekady inżynierii materiałowej i obróbki skrawaniem: do skutecznego i ekonomicznego skrawania materiałów o tak wysokiej twardości wykorzystuje się przede wszystkim płytki z polikrystalicznego regularnego azotku boru (PCBN). To one stanowią obecnie czołówkę rozwiązań dla najbardziej wymagających aplikacji, często eliminując potrzebę końcowego szlifowania.

• Rodzaje Materiałów Płytek do Obróbki Stali Hartowanej
• Geometrie i Powłoki Płytzek do Stali Hartowanej
• Dobór Parametrów Skrawania dla Płytek w Stali Hartowanej

Próby obróbki stali hartowanej za pomocą niewłaściwie dobranych narzędzi to prosta droga do kosztownych uszkodzeń – zarówno obrabianego detalu, jak i samej maszyny. To trochę jak próbować przebić diament gwoździem; skończy się jedynie zniszczeniem gwoździa. Materiał o tak specyficznej, zagęszczonej mikrostrukturze wymaga narzędzia, które nie tylko jest od niego twardsze, ale także potrafi wytrzymać ekstremalne temperatury i siły dynamiczne generowane podczas procesu skrawania.

Aby dogłębnie zrozumieć, dlaczego akurat PCBN króluje w tej dziedzinie i czym różni się od innych dostępnych materiałów, spójrzmy na porównanie kluczowych cech płytek stosowanych (lub sporadycznie rozważanych) w obróbce twardych stopów żelaza. Analizując parametry, widzimy wyraźnie różnice decydujące o efektywności, trwałości narzędzia i kosztach jednostkowych operacji, co pozwala podjąć świadomą decyzję o wyborze.

Jak widać z powyższych danych porównawczych, polikrystaliczny regularny azotek boru (PCBN) charakteryzuje się bezkonkurencyjną twardością w zestawieniu ze stosowanymi alternatywami dla prawdziwie hartowanej stali. Ta ekstremalna odporność na ścieranie jest kluczowa przy kontakcie z zagęszczoną i twardą mikrostrukturą stali o twardości powyżej 60 HRC, gdzie tradycyjne węgliki spiekanne czy nawet zaawansowane ceramiki ulegają natychmiastowemu, katastrofalnemu zużyciu. Chociaż koszt jednostkowy płytki PCBN jest znacząco wyższy od standardowych węglików, a często też od ceramiki, jego nieporównywalnie dłuższa żywotność w odpowiednich zastosowaniach i możliwość uzyskania wymaganej jakości powierzchni (nawet Ra < 0.2 μm) bez dodatkowych, kosztownych operacji (jak szlifowanie) często rekompensują tę początkową inwestycję w perspektywie długoterminowej produkcji. W specyficznych przypadkach, dla stali o nieco niższej twardości (poniżej 60 HRC, ale powyżej typowych możliwości węglika) lub przy mniej stabilnych warunkach skrawania, płytki ceramiczne o zwiększonej odporności na wstrząsy mogą stanowić akceptowalny kompromis.

Zobacz także: Po jakim czasie od gruntowania można kłaść płytki

Rodzaje Materiałów Płytek do Obróbki Stali Hartowanej

Wybór odpowiedniego materiału na płytkę skrawającą jest absolutnie fundamentalny, gdy przychodzi nam mierzyć się z wyzwaniem obróbki stali hartowanej. To nie jest po prostu jeden z wielu czynników – to pierwsza i najważniejsza decyzja, która zadecyduje o możliwości przeprowadzenia operacji, trwałości narzędzia i końcowej jakości detalu. Płytki przeznaczone do takich zastosowań muszą charakteryzować się ekstremalną twardością, odpornością na bardzo wysokie temperatury generowane w strefie skrawania oraz chemiczną obojętnością w stosunku do obrabianego materiału. Bez spełnienia tych podstawowych kryteriów, sukces w obróbce stali o twardości 60 HRC i wyżej jest po prostu niemożliwy, co potwierdza codzienna praktyka w wielu zaawansowanych zakładach produkcyjnych.

PCBN: Twardość na Wskroś dla Stali Hartowanej

Materiał, który zrewolucjonizował obróbkę stali hartowanej, to bez wątpienia polikrystaliczny regularny azotek boru, znany szerzej jako PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride). Jest to syntetyczny supertwardy materiał, którego głównym składnikiem jest regularny azotek boru (cBN) – substancja o twardości ustępującej jedynie diamentowi. Kryształy cBN są spiekane pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze z ceramicznym lub metalicznym spoiwem, tworząc solidną, jednorodną masę lub cienką warstwę (zazwyczaj 0.5 mm do 1.0 mm grubości) osadzoną na podłożu z węglika spiekanego. Ta unikalna struktura nadaje płytkom PCBN wyjątkowe właściwości mechaniczne i termiczne, absolutnie niezbędne do skrawania materiałów o twardości przekraczającej możliwości standardowych narzędzi, takich jak węglik spiekany.

Wyróżniamy generalnie dwa główne typy PCBN, które różnią się zawartością cBN i rodzajem spoiwa, co wpływa na ich zastosowanie i odporność na różne rodzaje zużycia. PCBN o wysokiej zawartości cBN (ponad 80%) charakteryzuje się najwyższą twardością i odpornością na ścieranie, co czyni go idealnym wyborem do ciągłego toczenia wykańczającego stali hartowanej o bardzo wysokiej twardości (powyżej 60-62 HRC), na przykład stali łożyskowej 100Cr6 (SAE 52100) do 64 HRC czy stali narzędziowej D2 do 62 HRC. Ten typ materiału PCBN doskonale radzi sobie z wysokimi temperaturami generowanymi podczas skrawania z dużymi prędkościami, a dzięki swojej inercyjności chemicznej minimalizuje reakcję z obrabianym materiałem, co redukuje zużycie dyfuzyjne i kraterowe.

Zobacz także: Po jakim czasie można chodzić po płytkach w 2025 roku

Drugi typ, PCBN o niższej zawartości cBN (zwykle 40-65%) i większej ilości metalicznego spoiwa, jest nieco mniej twardy, ale znacznie bardziej odporny na złamania i wykruszenia. Ta zwiększona udarność sprawia, że jest to materiał preferowany do obróbki stali hartowanej z wstrząsami (np. toczenie z przerwami, frezowanie), gdzie siły skrawania są zmienne i generują dynamiczne obciążenia. Płytki te są również stosowane do obróbki stali o twardości w zakresie 55-62 HRC. Choć mogą charakteryzować się nieco krótszą żywotność narzędzia w porównaniu do typów o wysokiej zawartości cBN w ciągłym skrawaniu bardzo twardych materiałów, ich odporność na wykruszenia w trudnych warunkach czyni je niezastąpionymi.

Koszt płytek PCBN, choć wysoki w przeliczeniu na sztukę (często od 100 do ponad 300 PLN za płytkę, w zależności od rozmiaru, geometrii i gatunku PCBN), jest uzasadniony ich wyjątkowymi osiągami. W porównaniu do standardowych płytek z węglika spiekanego, które kosztują od 15 do 40 PLN, PCBN może wydawać się drogi. Jednak kiedy weźmiemy pod uwagę możliwość kilkunastokrotnie, a nawet kilkudziesięciokrotnie dłuższą żywotność w stali hartowanej oraz fakt, że obróbka tokarska twarda przy użyciu PCBN może zastąpić kosztowny proces szlifowania, kalkulacja ekonomiczna często przechyla się na korzyść PCBN. To inwestycja, która zwraca się poprzez zwiększoną produktywność, redukcję czasu przezbrojeń maszyny i eliminację dodatkowych etapów obróbki.

Technologia produkcji płytek PCBN stale ewoluuje, wprowadzając nowe gatunki i kompozycje spoiw, które dodatkowo poprawiają ich właściwości, takie jak odporność na zużycie przy określonych prędkościach skrawania czy lepsze rozpraszanie ciepła. Wybierając PCBN, decydujemy się na materiał zaprojektowany specjalnie z myślą o najbardziej ekstremalnych warunkach obróbkowych, gdzie liczy się wysoka twardość i bezkompromisowa wydajność. Zastosowanie PCBN w toczeniu twardym (hard turning) stało się standardem w produkcji precyzyjnych komponentów, takich jak części przekładni, wały korbowe, czy elementy narzędzi.

Zobacz także: Czas schnięcia wylewki pod płytki

Ceramika: Kompromis w Wybranych Zastosowaniach Hartowanej Stali

Choć PCBN jest dominującym materiałem do obróbki stali o twardości powyżej 60 HRC, płytki ceramiczne znajdują zastosowanie w obróbce stali hartowanej o nieco niższej twardości, zazwyczaj w zakresie 50-58 HRC. Materiały ceramiczne, takie jak ceramika tlenkowa na bazie tlenku glinu (Al2O3), ceramika mieszana (Al2O3 + TiC/TiN), ceramika z wąsami węglika krzemu (Al2O3 + SiCw) czy azotek krzemu (Si3N4), charakteryzują się znacznie wyższą twardością i stabilnością temperaturową w porównaniu do węglików spiekanych. To pozwala im pracować przy wyższych prędkościach skrawania niż węgliki, co jest korzystne dla produktywności.

Ceramika tlenkowa (często stosowana w czystej postaci lub jako cermet z dodatkami TiC, TiN) jest bardzo twarda i odporna na zużycie abrazyjne oraz chemiczne, co sprawia, że nadaje się do ciągłego skrawania z dużymi prędkościami. Jednakże, jest to materiał dość kruchy i bardzo wrażliwy na szoki termiczne, co dyskwalifikuje go w większości zastosowań z wstrząsami lub tam, gdzie używa się chłodziwa. Stosowanie jej w stali hartowanej jest ograniczone do bardzo stabilnych warunków obróbki i niższych wartości HRC niż dla PCBN.

Zobacz także: Jakie Płytki na Schody Wewnętrzne 2025

Ceramika mieszana, zawierająca dyspersję tlenków (np. TiC w osnowie Al2O3), charakteryzuje się lepszymi właściwościami mechanicznymi, w tym zwiększoną wytrzymałością na zginanie, co czyni ją nieco bardziej odporną na wstrząsy niż czysta ceramika tlenkowa. Nadal jednak pozostaje wrażliwa w porównaniu do węglików czy PCBN o niskiej zawartości cBN, co ogranicza jej zastosowanie w stali hartowanej do łagodniejszych warunków, typowo do finiszowania materiałów o twardości poniżej 58 HRC, gdzie wstrząsy są minimalne.

Ceramika z wąsami węglika krzemu (SiCw) to materiał, w którym włókna (wąsy) SiC są rozproszone w osnowie tlenku glinu. Te wąsy działają jako elementy wzmacniające, zwiększając wytrzymałość materiału na złamanie i udarność w porównaniu do standardowej ceramiki. Ceramika z wąsami SiC jest bardziej odporna na wstrząsy i może być stosowana w warunkach lekkiego skrawania z wstrząsami lub do obróbki materiałów utwardzanych, takich jak stopy na bazie niklu (Inconel), gdzie temperatura i siły są ekstremalne. W przypadku stali hartowanej, ich zastosowanie jest bardziej marginalne i zazwyczaj ogranicza się do niższych twardości niż te obsługiwane przez PCBN.

Płytki z azotku krzemu (Si3N4), a zwłaszcza ich ulepszone formy (Sialony), charakteryzują się wysoką wytrzymałością i odpornością na wstrząsy, co czyni je doskonałymi do obróbki żeliwa szarego i sferoidalnego, często z użyciem chłodziwa. Choć są twardsze i bardziej odporne na złamania niż ceramika tlenkowa, ich zastosowanie w obróbce stali, zwłaszcza stali hartowanej, jest ograniczone ze względu na większą skłonność do zużycia chemicznego przy wysokich temperaturach charakterystycznych dla skrawania stali. W stali hartowanej mogą być sporadycznie używane do obróbki materiałów o twardości < 58 HRC w określonych warunkach.

Zobacz także: Jakie płytki na schody zewnętrzne antypoślizgowe

Płytki ceramiczne stanowią pewien pomost pomiędzy węglikami spiekanymi a PCBN. Oferują lepsze osiągi niż węgliki w zakresie prędkości i twardości materiału, ale zazwyczaj ustępują PCBN pod względem twardości, odporności na najwyższe temperatury i zdolności do pracy z materiałami powyżej 60 HRC. Są zazwyczaj droższe od węglików (40-120 PLN), ale tańsze niż PCBN, co może sprawić, że są rozważane tam, gdzie wymagania co do twardości nie sięgają ekstremów obsługiwanych przez PCBN, a koszty jednostkowe są priorytetem, chociaż trzeba liczyć się z krótszą żywotnością i mniejszą wszechstronnością w zakresie obsługiwanych twardości.

Podsumowując kwestię materiałów: dla stali hartowanej powyżej 60 HRC, wybór jest właściwie jeden – PCBN. Dla zakresu 55-60 HRC PCBN (zwłaszcza typu o niskiej zawartości cBN) jest nadal najlepszym, najbardziej stabilnym i produktywnym wyborem, choć w specyficznych, łagodniejszych warunkach mogą być rozważane niektóre zaawansowane ceramiki. Węgliki spiekanne są po prostu niewystarczające dla materiałów o tak wysokiej twardości i ich użycie do skrawania powyżej 58 HRC to rzadkość, zarezerwowana dla bardzo specyficznych gatunków węglików w bardzo łagodnych warunkach, co i tak prowadzi do drastycznie krótkiej żywotności.

Geometrie i Powłoki Płytzek do Stali Hartowanej

Po wyborze odpowiedniego materiału na płytkę, takim jak PCBN dla prawdziwie hartowanej stali, kluczową rolę odgrywa jej geometria i, w niektórych przypadkach, specjalne powłoki. To właśnie precyzyjnie ukształtowana krawędź skrawająca i odpowiednia forma płytki pozwalają materiałowi o wyjątkowej twardości efektywnie pracować w ekstremalnych warunkach. Nie chodzi tu tylko o sam kształt płytki (np. CNMG, DNMG, WNMG), który determinuje mocowanie, ale przede wszystkim o mikro-geometrię krawędzi tnącej, kąty natarcia i przyłożenia, a także formę powierzchni natarcia.

Krawędź Tnąca: Tajemnica Wytrzymałości

W przypadku obróbki materiałów twardych i kruchych, takich jak stal hartowana, tradycyjnie ostra krawędź tnąca, pożądana przy obróbce materiałów plastycznych, jest wręcz niepożądana. Bardzo ostra krawędź w kontakcie z twardym materiałem jest niezwykle podatna na mikro-wykruszenia i szybkie zużycie katastroficzne. Zamiast tego, płytki do stali hartowanej (szczególnie te z PCBN) są zazwyczaj przygotowywane z zaokrągloną (honing, oznaczany np. jako S01-S04, gdzie S01 to mały promień, S04 duży) lub fazowaną (chamfer, oznaczany np. jako T01-T04) krawędzią. Czasami stosuje się kombinację fazy i zaokrąglenia (K-land geometry).

Faza na krawędzi tnącej, o typowej szerokości 0.05 mm do 0.3 mm i kącie natarcia wynoszącym od -10 do -25 stopni (tzw. "negative chamfer"), ma na celu zwiększenie kąta klinowego i wzmocnienie krawędzi tnącej w bezpośredniej strefie kontaktu z obrabianym materiałem. Ta faza działa jak "płaszczyzna oporowa", która przenosi część sił skrawania na masę płytki i materiału, chroniąc główną, nieco ostrzejszą część krawędzi przed przeciążeniem i odpryskami. Dzięki fazie, płytka staje się znacznie bardziej odporna na uderzenia, szczególnie przy wstrząsach.

Zaokrąglenie krawędzi tnącej (promień hone) o wielkości od 0.02 mm do 0.1 mm działa w podobny sposób, rozprowadzając siły skrawania na większym obszarze i zapobiegając koncentracji naprężeń, które mogłyby prowadzić do wykruszeń. Rodzaj i wielkość przygotowania krawędzi (fazowanie, zaokrąglenie) są ściśle związane z materiałem płytki (PCBN, ceramika), twardością obrabianego materiału, parametrami skrawania (ciągłe/wstrząsy) i pożądaną jakością powierzchni. Agresywniejsze przygotowanie krawędzi (większa faza, większe zaokrąglenie) zapewnia większą odporność na wykruszenia, ale jednocześnie zwiększa siły skrawania i może negatywnie wpływać na jakość powierzchni i wydzielanie ciepła.

Geometria Płytki: Kąty i Formy

Standardem w obróbce stali hartowanej jest stosowanie płytek z ujemnym kątem natarcia (typowo od -5 do -10 stopni w dalszej części powierzchni natarcia poza fazą/hone). Wynika to z faktu, że materiały supertwarde, takie jak PCBN, charakteryzują się znacznie większą wytrzymałością na ściskanie niż na rozciąganie. Ujemny kąt natarcia kieruje siły skrawania głównie na ściskanie materiału płytki, wykorzystując w pełni jej najmocniejszą stronę. Pozytywny kąt natarcia jest w tej aplikacji rzadkością, używaną sporadycznie tylko w bardzo specyficznych przypadkach niestabilnych maszyn lub cienkościennych detali, gdyż zwiększa on siły rozciągające w krawędzi, prowadząc do szybkiego uszkodzenia kruchego materiału.

Jeśli chodzi o formę powierzchni natarcia, w przypadku stali hartowanej, która podczas skrawania tworzy krótkie, kruche wióry (w przeciwieństwie do długich, ciągłych wiórów ze stali miękkiej), tradycyjne łamacze wiórów zaprojektowane do zwijania i łamania wiórów plastycznych są zazwyczaj zbędne, a wręcz szkodliwe, zwiększając siły i temperaturę. Dlatego płytki do obróbki stali hartowanej często mają gładką powierzchnię natarcia (tzw. geometria T-land, Smooth) lub z minimalnymi, płaskimi facetami w strefie za krawędzią tnącą, które mają na celu jedynie minimalną kontrolę kierunku odprowadzania wiórów. Brak klasycznego łamacza wiórów upraszcza geometrię i zwiększa wytrzymałość samej płytki w strefie natarcia.

Promień naroża (nose radius, oznaczany np. jako R0.4, R0.8) odgrywa kluczową rolę w obróbki twardych materiałów. Mniejszy promień (np. 0.2-0.4 mm) zmniejsza siły skrawania głównego i jest preferowany przy profilowaniu lub toczeniu złożonych kształtów, ale kosztem gorszej jakości powierzchni i mniejszej wytrzymałości wierzchołka. Większy promień naroża (np. 0.8-1.2 mm) jest standardem przy toczeniu wykańczającym (finiszowaniu) prostych powierzchni; zapewnia lepszą jakość powierzchni (niższe Ra), większą wytrzymałość krawędzi wierzchołka i lepsze odprowadzanie ciepła ze strefy skrawania. Wadą większego promienia naroża są większe siły promieniowe, co wymaga sztywniejszego zamocowania i stabilniejszej maszyny, aby uniknąć drgań.

Powłoki: Wsparci w Twardej Walce?

Rola powłok na płytkach PCBN do stali hartowanej jest nieco odmienna niż w przypadku powłok na węglikach spiekanych. Sama warstwa PCBN jest już materiałem supertwardym, odpornym na ścieranie i wysoką temperaturę, więc grube powłoki CVD (Chemical Vapor Deposition), typowe dla węglików do stali, nie są potrzebne, a temperatura procesu CVD mogłaby wręcz degradować strukturę PCBN. Częściej stosuje się cieńsze powłoki PVD (Physical Vapor Deposition), np. AlTiN, TiN, naniesione na spoiwo lub powierzchnię PCBN.

Te powłoki PVD, zazwyczaj o grubości od kilku setnych do kilku mikrometrów, nie dodają znacząco do twardości samej krawędzi skrawającej (to domena PCBN), ale mogą poprawiać pewne aspekty pracy płytki. Mogą zmniejszać tarcie między wiórem a powierzchnią natarcia, co wpływa na redukcję ciepła. Mogą też zwiększać odporność na zużycie adhezyjne i dyfuzyjne, a także poprawiać estetykę wióra. Ich główną rolą jest często ochrona spoiwa PCBN lub wsparcie krawędzi tnącej w warunkach z wstrząsami. Jednak najważniejszym czynnikiem pozostaje sam materiał PCBN i jego odpowiednia geometria.

Podsumowując kwestię geometrii i powłok: przy obróbki twardych stopów, prawidłowe przygotowanie krawędzi tnącej (faza/zaokrąglenie), wybór ujemnego kąta natarcia, brak agresywnych łamaczy wiórów oraz optymalny promień naroża są kluczowe dla zapewnienia wytrzymałości płytki i osiągnięcia pożądanej jakości powierzchni. Powłoki PVD mogą stanowić dodatkowe wsparcie, ale nie zastępują fundamentalnie ważnego doboru materiału (PCBN) i jego mikro-geometrii, dostosowanej do ekstremalnych warunków panujących w strefie skrawania stali hartowanej. Ignorowanie tych elementów geometrycznych, nawet przy najlepszym materiale PCBN, to prosta droga do szybkiego uszkodzenia narzędzia.

Dobór Parametrów Skrawania dla Płytek w Stali Hartowanej

Mając już w ręku odpowiednio dobraną płytkę z PCBN o optymalnej geometrii i ewentualnie powłoce, stajemy przed trzecim, równie kluczowym wyzwaniem: właściwym doborem parametrów skrawania. Nawet najlepsze narzędzie, użyte z niewłaściwą prędkością, posuwem czy głębokością, może zawieść w mgnieniu oka lub, co gorsza, uszkodzić drogi detal. Skrawanie stali hartowanej wymaga specyficznego podejścia do parametrów, znacznie różniącego się od obróbki stali miękkiej czy stopowej o niższej twardości. To trochę jak jazda wyścigowym samochodem – musisz znać optymalne prędkości, ciśnienie na gazie i odpowiednie tory jazdy, aby osiągnąć metę, a nie skończyć na bandzie.

Prędkość Skrawania (Vc): Gorączka Kontrolowana

Prędkość skrawania (Vc, podawana w metrach na minutę, m/min) jest jednym z najbardziej wpływowych parametry skrawania w obróbce twardego toczenia. Intuicja podpowiadałaby, że do twardych materiałów należy stosować niskie prędkości, ale w przypadku PCBN i stali hartowanej jest często odwrotnie, przynajmniej do pewnego stopnia. Stosuje się relatywnie wysokie prędkości skrawania, zazwyczaj w zakresie 100-250 m/min, w zależności od twardości materiału, stabilności układu i typu operacji (ciągłe vs. z wstrząsami).

Wysoka prędkość skrawania generuje znaczne ciepło w strefie skrawania. To ciepło, skoncentrowane głównie w cienkiej warstwie materiału przed krawędzią tnącą i w samym wiórze, prowadzi do lokalnego zmiękczenia stali w tym obszarze (zjawisko tzw. ścinania adiabatycznego). Skutkuje to powstawaniem kruchych, łatwo łamliwych wiórów i paradoksalnie zmniejsza siły działające na narzędzie, ponieważ PCBN skrawa teraz "gorący" i bardziej podatny na odkształcenia materiał. Praca w tych warunkach wysokiej temperatury wymaga od PCBN niezwykłej stabilności termicznej, którą ten materiał posiada.

Jednak zbyt wysokie prędkości mogą prowadzić do nadmiernego wzrostu temperatury, co może wpływać negatywnie na mikrostrukturę samej stali hartowanej pod powierzchnią skrawaną (wtórne odpuszczanie, które zmniejsza twardość) lub powodować zbyt szybkie zużycie dyfuzyjne i kraterowe płytki PCBN. Dobór optymalnej prędkości skrawania jest kluczowy dla osiągnięcia równowagi między produktywnością, trwałością narzędzia i jakością powierzchni detalu. Dla ciągłego skrawania stali 62-64 HRC typowe prędkości mogą wynosić 150-200 m/min, podczas gdy przy stali 55-58 HRC mogą być wyższe (np. 200-250 m/min) lub przy wstrząsach niższe (np. 100-150 m/min) w celu uniknięcia wykruszeń.

Posuw (fn): Jakość Powierzchni pod Kontrolą

Posuw (fn, podawany w milimetrach na obrót, mm/obr) w obróbce stali hartowanej przy użyciu PCBN jest zazwyczaj stosunkowo niski, szczególnie przy operacjach wykańczających. Typowe wartości posuwu mieszczą się w zakresie od 0.05 mm/obr do 0.2 mm/obr. Niski posuw jest niezbędny do uzyskania wysokiej jakości powierzchni (niskie wartości Ra, rzędu 0.1-0.4 μm), co jest często głównym celem toczenia twardego, zastępującego szlifowanie. Posuw bezpośrednio wpływa na teoretyczną chropowatość powierzchni, determinowaną przez promień naroża płytki i wartość posuwu.

Wyższe wartości posuwu (np. 0.15-0.3 mm/obr) są możliwe w operacjach zgrubnych lub półwykańczających, gdzie wymagania dotyczące chropowatości nie są tak restrykcyjne. Zwiększenie posuwu skutkuje zwiększeniem wydajności usuwania materiału (MRR - Material Removal Rate), ale jednocześnie zwiększa siły skrawania i temperaturę, co może skracać żywotność narzędzia. Należy zachować ostrożność przy zwiększaniu posuwu, monitorując stabilność procesu i stan narzędzia. W stali hartowanej, gdzie materiał jest kruchy, wióry formują się łatwo, a niski posuw sprzyja generowaniu minimalnego nacisku, co jest korzystne dla delikatnej krawędzi narzędzia pracującego w ekstremalnych warunkach.

Głębokość Skrawania (ap): Trafienie w Sedno

Głębokość skrawania (ap, podawana w milimetrach, mm) w obróbce stali hartowanej może być zróżnicowana w zależności od etapu obróbki. W operacjach wykańczających, zastępujących szlifowanie, głębokość skrawania jest zazwyczaj bardzo mała, często w zakresie od 0.05 mm do 0.3 mm na promień (co daje od 0.1 mm do 0.6 mm całkowitego zdjęcia materiału na średnicy). Celem jest zdjęcie minimalnej warstwy materiału, aby usunąć niedoskonałości powstałe na wcześniejszych etapach i osiągnąć wymaganą jakość powierzchni. Przy takich małych głębokościach, kluczową rolę odgrywa precyzja maszyny i stabilność układu.

W przypadku toczenia twardego zgrubnego (choć nie jest to tak powszechne jak wykańczanie, chyba że obrabiamy wstępnie materiał po hartowaniu, ale przed finiszowaniem), możliwe są większe głębokości skrawania, rzędu 0.3 mm do 1.0 mm na promień. Jednak takie operacje wymagają płytek PCBN o wyższej udarności (niższa zawartość cBN), bardzo sztywnej maszyny i stabilnego mocowania detalu. Ważne jest również, aby głębokość skrawania była zawsze większa niż grubość warstwy utwardzonej lub zmienionej mikrostrukturalnie, która mogła powstać podczas poprzednich operacji (np. zgorzelina, warstwa wybielona po szlifowaniu). Nóż musi "wejść" w stabilny, twardy materiał, a nie tylko drapać powierzchnię.

Chłodzenie: Gorący Temat, Często w Cudzysłowie

W przypadku toczenia twardego stali hartowanej z wykorzystaniem płytek PCBN, w większości przypadków zaleca się obróbkę na sucho, bez użycia chłodziwa. Dlaczego? Ponieważ chłodziwo, stosowane przerywanie (np. dysza skierowana na narzędzie w trybie on/off), powoduje gwałtowne zmiany temperatury na krawędzi tnącej, która podczas skrawania osiąga kilkaset stopni Celsjusza. Te gwałtowne schłodzenia mogą prowadzić do szoków termicznych, powstawania mikropęknięć i wykruszeń kruchego materiału PCBN, drastycznie skracając jego żywotność narzędzia. Co więcej, dla PCBN praca w wysokich temperaturach strefy skrawania jest zjawiskiem pożądanym, wspomagającym proces skrawania twardej stali.

Istnieją wyjątki od tej reguły, głównie w przypadku niektórych typów płytek ceramicznych, które zostały specjalnie zaprojektowane do pracy z chłodziwem, ale dla standardowego toczenia twardego PCBN obróbka na sucho jest bezpieczniejsza i bardziej efektywna pod kątem trwałości narzędzia. Jeśli chłodziwo jest absolutnie konieczne ze względu na usuwanie wiórów lub wymagania procesowe, powinno być stosowane w sposób ciągły i obfity, zanurzając strefę skrawania w cieczy, aby minimalizować wahania temperatury, ale i tak niesie to ryzyko. Najlepiej, jeśli to możliwe, skrawać na sucho i stosować skuteczne systemy usuwania wiórów (nadmuch, transport śrubowy itp.).

Sztywność Układu: Fundament Sukcesu

Ostatni, ale równie ważny "parametr" – choć nie jest to parametr geometryczny ani skrawania – to sztywność całego układu obrabiarka-mocowanie detalu-oprawka narzędziowa-płytka. Obróbka stali hartowanej generuje znaczne siły skrawania, nawet przy małych głębokościach skrawania, a materiał jest mało podatny na drgania. Jakakolwiek wibracja (drgania chatter) przeniesiona na krawędź tnącą, która jest ekstremalnie twarda, ale też krucha (zwłaszcza PCBN o wysokiej zawartości cBN), prowadzi do natychmiastowego wykruszenia. To jak próba jazdy na gokarcie po polu minowym – prędzej czy później coś pójdzie nie tak. Dlatego maszyna musi być masywna, jej wrzeciono sztywne, mocowanie detalu solidne (uchwyt, kły, imadło), a oprawka narzędziowa jak najkrótsza i jak najbardziej stabilna (np. oprawki hydraulicze, na zaciski, czy systemy Capto). To absolutny wymóg, bez którego optymalny dobór materiału, geometrii czy prędkości nie uchroni nas przed awarią narzędzia i potencjalnym uszkodzeniem detalu. Parametry skrawania, nawet te optymalne, działają tylko w idealnie stabilnych warunkach, a w przypadku stali hartowanej definicja "stabilności" jest wyjątkowo rygorystyczna.

Aby zilustrować wpływ różnych materiałów na trwałość narzędzia w obróbce stali hartowanej, przedstawiamy poniższy wykres porównawczy. Pokazuje on szacowaną średnią trwałość (wyrażoną w minutach pracy), jaką można osiągnąć dla typowych płytek wykonanych z różnych materiałów przy finiszującym toczeniu stali o twardości około 60 HRC w optymalnych, ciągłych warunkach skrawania.