HSS, hardmetaal of diamant: wat is het meest geschikte snijmateriaal?

Het bewerken van de verschillende houtsoorten, moderne plaatmaterialen, kunststoffen en niet-ijzerhoudende legeringen vraagt om het meest geschikte snijmateriaal voor de snijgereedschappen. Het antwoord op die vraag heeft onze specialist Ad Biemans voor u uitgezocht.

Hoe harder het snijmateriaal, hoe minder elastisch en schokbestendig het is. Die eigenschappen staan haaks tegenover elkaar. Een juist advies hierbij is van belang, omdat een ander snijmateriaal meestal ook een ander concept van het gereedschap vraagt.

• Uit HSS en hardmetaal kunnen kleinere gereedschappen in volmateriaal vervaardigd worden.
• Voor alle diamantsoorten is een draaglichaam noodzakelijk.
• Met de modernste technologie worden nieuwe materialen en slijptechnieken onderzocht.

De verschillende materialen:

Voor de vervaardiging van gereedschappen kan gekozen worden uit verschillende materialen. Waar bestaan ze uit en waarvoor zijn ze geschikt:

HSS (Hooggelegeerd werkstuigstaal)

• De legeringsbestanddelen zijn hoofdzakelijk:
  – Wolfram            (ca. 25%)
  – Chroom             (ca. 25%)
  – Kobalt                (ca. 25%)
  – Vanadium         (ca. 25%)
• Het staal wordt gehard door een thermische behandeling
• Dit snijmateriaal wordt meestal gebruikt voor het bewerken van zachte massieve houtsoorten
• De reden daarvoor is dat er aan HSS een kleine wighoek geslepen kan worden. Dan is het gereedschap scherper.

HM (Hardmetaal)

Als snijmateriaal wordt HM toegepast voor wisselplaten, profielplaten en alle beleggingsvormen voor zagen, messen, frezen, boven frezen en boren. Kleine boven frezen en boren worden in massief HM gemaakt. Het wordt meestal gebruikt voor abrassieve plaatmaterialen en harde houtsoorten.

• Het hoofdbestanddeel van hardmetaal zijn wolfraamcarbide-poeders, samengehouden door metaalbinders.
• Het aandeel van de carbide ligt meestal tussen 70% en 97% van het totale gewicht in de samenstelling.
• Ook voor HM geldt de regel: hoe zachter de HM-soort, hoe kleiner de wighoek is die men kan aanslijpen.
• Slijpen kan alleen gebeuren met diamantschijven.

PKD (Polykristallijn Diamant)

Het snijmateriaal PKD is een laagje van 0.5 – 0.7 mm kleine zwarte diamantkorrels die met zeer hoge druk en op een hoge temperatuur samengeperst worden op een hardmetaaldrager. Om het beste snijgereedschap in PKD te maken, kan er gekozen worden tussen verschillende korrelgroottes, die met een hoog of laag kobaltgehalte verbonden zijn. Deze verbinding gebeurt gedeeltelijk door samengroeien en deels door metaalbinding met kobalt.

• PKD platen worden versneden met draaderosiemachines, waarna ze zorgvuldig gesoldeerd worden op een draaglichaam.
• Het afwerken of naslijpen van de snede gebeurt met een draaiende Electro Discharge Machine (EDM), waarbij de kobaltbinder tussen de diamantkorrels wordt verbrand waardoor deze uitvallen.
• De fijnheid van de snede wordt bepaald door de grootte van de diamantkorrels en het afstellen van de generator op de EDM. Hoe kleiner de vonken, hoe langer de erosietijd duurt en hoe fijner de snede wordt.
• Het snijmateriaal PKD kan ook met diamantslijpschijven geslepen worden, maar dat is zeer duur omdat veel diamant uit de slijpschijf nodig is om de PKD te slijpen en het slijpproces dan ook zeer lang duurt.

MKD (Monokristallijn Diamant)

MKD zijn goudkleurige synthetische diamantkristallen. De afmetingen zijn zeer beperkt. Ze hebben een dikte tot 2 mm en een lengte tot max. 8 mm. Het voordeel ten opzichte van het snijmateriaal natuurdiamant is dat alle kristallen identiek zijn. Bij natuurdiamant zijn ze allen verschillend. MKD kan gebruikt worden waar een zeer hoge afwerkingskwaliteit vereist is of waar een lange standtijd nodig is op harde materialen. Toepassingen voor de zuivere afwerking zijn bijvoorbeeld het draaien van oog contactlenzen, aluminium of het glanzend bewerken van plexiglas. 

• Een snede wordt niet door korrels onderbroken, waardoor extreem harde en zuivere snijkanten mogelijk zijn.
• MKD kan alleen met een laser gesneden worden en met zeer fijne diamantkorrels gepolijst.
• Tegenover de hoge hardheid staat dat ze zeer broos zijn, waardoor een grote wighoek noodzakelijk is om stabiel te zijn.
• In de houtbewerking zijn er toepassingen voor het bewerken van zeer abrassieve materialen, zoals de aluminiumoxide houdende bovenlaag van laminaatparket.

CVDD (Chemical Vapour Deposition Diamond)

Het snijmateriaal CVDD is een chemische dampneerslag. Onder een plasmaboog verhit men waterstofgas + methaan, waardoor men een diamantneerslag bekomt op een substraat (meestal HM). Proeven met dunne deklaagjes (enkele duizendsten van een mm) zijn al enkele jaren bezig. (In de houtbewerking zijn er nog wel enkele problemen met de fijne snede aan het gereedschap).

• In de non-ferro metaalbewerking werden al zeer goede resultaten bereikt
• Dikkere (+/- 0.5 mm) thick-film CVDD lagen op een hardmetaal drager, bieden voor de houtbewerking misschien betere mogelijkheden.
• CVDD kan ook gemaakt worden in grotere platen.
• CVDD is nog zeer moeilijk te slijpen. Er worden testen gedaan om het te kunnen bewerken met EDM (vonkerosie) net zoals PKD.

X-Ray van een CVD Crystal

Grafiek standtijden

Wat zijn de standtijden (in meters) bij de verschillende materialen? In onderstaande grafieken geven we het weer.

• HSS en Hardmetaal

• Hardmetaal – PKD

De hardheid t.o.v. de buigsterkte
Van HSS tot diamant: hoe verhoudt de hardheid zich tot de buigsterkte. In onderstaande tabel geven we het weer.

Wat is nu het ideale snijmateriaal?

Het ideale snijmateriaal is uiteindelijk afhankelijk van het te verspanen materiaal en de daarbij behorende eigenschappen van het gereedschap, die vereist worden. Dat blijft het uitgangspunt.

Welke snijmateriaal kunt u het beste gebruiken als u rekening houdt met hardheid, slijtvastheid en taaiheid en elasticiteit? Is de benodigde hardheid en slijtvastheid groot, dan komt u uit bij diamant gereedschappen. Gaat het om taaiheid en elasticiteit kies dan voor hardmetaal of HSS! We hebben het overzichtelijk samengevat in onderstaande weergave.

Heeft u advies nodig voor de inzet van gereedschappen bij uw specifieke projecten?

Neem contact op met een van onze specialisten!