Nástrojová ocel pro dřevoobráběcí nástroje: Výběr a úvahy

Introduction

From chisels and planes to saw blades and router bits, tool steel is an essential material for constructing high performance woodworking tools. The unique properties of tool steels enable the cutting edges, wear resistance, and strength required to efficiently shape and machine wood.

This article provides guidance on selecting appropriate tool steel grades for various woodworking applications based on the stresses, wear, and operating conditions encountered. Heat treating considerations specific to developing optimal woodworking tool properties are discussed. Recommendations are also provided for applying coatings or other enhancements to maximize performance.

Overview of Tool Steels for Woodworking

Tool steels for woodworking tools include:

• Carbon tool steels – Simple steels like W1/W2 providing a basic balance of hardness and toughness
• Shock resisting grades – Types like S7 with additional alloying to improve fracture resistance
• Cold work tool steels – Such as O1 or A2 offering increased hardness potential
• High speed steel – Providing the ultimate resistance to softening and wear but are more challenging to sharpen

By selecting the proper grade, tool steels can be tailored to meet the demands of various woodcutting, planing, turning, and other woodworking applications.

Key Properties Required in Woodworking Tool Steels

Critical performance needs include:

• Tvrdost – For sharp, durable cutting edges and resistance to abrasive wear
• Houževnatost – To absorb shock loads and prevent chipping or fracture
• Síla – To withstand bending or prying stresses without permanent deformation
• Odolnost proti opotřebení – To maintain the cutting geometry in service against abrasive wood fibers
• Corrosion Resistance – For storage and environmental protection when not in use
• Ease of Sharpening – Allowing quick reconditioning of cutting edges as needed

The proper balance of these characteristics maximizes woodworking tool utility and longevity.

Tool Steel Selection Guidelines for Woodworking Tools

Recommended selections based on application:

Chisels and Hand Planes

• O1 or A2 cold work tool steel provides ideal combination of hardness, ease of sharpening, and toughness

Woodturning Tools

• HSS grades like M2 or M42 offer superior resistance to abrasive wear from wood fibers at higher cutting speeds

Saw Blades

• Carbon grades like W1 or W2 offer a good balance of hardness, toughness, and value

Router Bits

• Carbide tipped inserts brazed into steel shanks the best option for longevity
• HSS ideal for all-steel bits; coatings like TiN improve wear life

Block Planes

• Oil hardening shock resisting (ORSR) grades designed specifically for handling impact loads

Selecting tool steel matched to the particular woodworking function ensures optimal performance.

Heat Treating Considerations for Woodworking Tool Steels

Proper heat treatment development of woodworking tools necessitates:

• Teploty austenitizace dostatečně vysoké k rozpuštění komplexních karbidů
• Rychlé kalení v oleji nebo na vzduchu pro přeměnu na martenzit; zabránění vzniku trhlin.
• Kalení při nižších teplotách 300-400 °F pro dosažení maximální tvrdosti.
• Dvojité nebo trojité popouštění pro dosažení požadované houževnatosti
• Ošetření pod bodem mrazu může u některých tříd dále zlepšit vlastnosti.
• Odlehčení napětí při obrábění, aby se zabránilo deformaci

Cílem je dosáhnout tvrdosti potřebné pro ostré a trvanlivé hrany a zároveň dostatečné odolnosti proti zlomení při proměnlivém zatížení při řezání dřeva.

Broušení a údržba dřeva Tool Steels

Účinné ostření a údržba prodlužují řezný výkon:

• K běžnému broušení hran používejte diamantové kameny nebo vodní kameny z karbidu křemíku.
• Brusné kotouče často oblékejte, abyste odhalili čerstvá brusná zrna.
• Broušení břitů na kůži pomocí hladicí směsi pro dosažení maximální ostrosti
• Sledujte hrany, zda se na nich neobjevují mikrotrhliny nebo opotřebení, které indikují potřebu přebroušení.
• Při skladování chraňte inhibitory rzi, abyste zabránili změně barvy nebo korozi.
• Pravidelná kontrola prasklin nebo poškození zajišťuje dobrý stav.

Správné a důsledné broušení maximalizuje životnost ocelí pro obrábění dřeva.

Surface Treatments to Improve Wood Tool Performance

Některé možnosti vylepšení povrchu zahrnují:

Ochranné nátěry

• Nitrid titanu (TiN) nebo jiné PVD povlaky snižují tření a zvyšují odolnost proti opotřebení.

Povlaky proti ulpívání

• Zabraňte ulpívání dřevěné smoly, mízy nebo pryskyřice na řezných hranách.

Antikorozní nátěry

• Zajišťují ochranu během skladování; umožňují zřídkavé broušení bez degradace.

Laserové gravírování

• Poskytuje vizuálně výrazné značení a zároveň zlepšuje úchop a držení v rukojetích.

Aplikace vhodných povlaků nebo úprav na místa s vysokým opotřebením rozšiřuje užitné vlastnosti nástrojové oceli pro zpracování dřeva.

Innovations in Manufacturing Methods

Nové metody výroby nástrojové oceli nabízejí nový potenciál:

• Prášková metalurgie - Umožňuje velmi homogenní jemnozrnné mikrostruktury pro lepší zachování hran.
• Vstřikování kovů - Umožňuje efektivní sériovou výrobu složitých tvarových nástrojů pro soustružení dřeva.
• Aditivní výroba - Umožňuje 3D tisk řezných geometrií na míru přímo z nástrojové oceli.
• Tvarování nástřikem - Vytváří jedinečné jemné rozložení karbidu pro zvýšenou odolnost proti opotřebení.

Využití těchto pokročilých technik může posunout výkon dřevoobráběcích nástrojů na novou úroveň.

Ekonomické úvahy pro Tool Steel Nástroje na zpracování dřeva

Důležité nákladové faktory při výběru jakostí nástrojové oceli:

• Levnější uhlíkové a slitinové třídy často poskytují odpovídající výkon při podstatně nižších nákladech než prémiové třídy.
• Velkoobjemové komoditní nástroje na zpracování dřeva využívají levnější olejové kalení nebo uhlíkové třídy.
• Náročnější nástroje na opracování dřeva odůvodňují použití prvotřídních tříd HSS nebo PM pro maximální životnost.
• Karbidové destičky zapájené do ocelových těles nabízejí vynikající odolnost při nízkých nákladech.
• Řízení nákladů dále usnadňují vhodné postupy broušení.

Vyvážení výkonnosti nástrojové oceli s ohledem na náklady na životní cyklus a objem výroby umožňuje nákladově efektivní konstrukce nástrojů pro obrábění dřeva.

Summary

Klíčové poznatky týkající se nástrojových ocelí pro zpracování dřeva jsou:

• K dispozici je mnoho druhů nástrojových ocelí, které odpovídají výkonnostním požadavkům dané aplikace.
• Tepelné zpracování se zaměřuje na dosažení vysoké tvrdosti a dostatečné lomové houževnatosti.
• Nátěry a povrchové úpravy zabraňují opotřebení, zvyšují odolnost proti korozi a zabraňují ulpívání smoly nebo šťávy.
• Prášková metalurgie a aditivní výroba poskytují prostředky k dalšímu zlepšení vlastností a geometrie.
• Cost considerations dictate use of value grades for high volume commodity wood tools.

With the proper selection and processing, tool steels continue providing the high performance cutting edges demanded by woodworkers.

Frequently Asked Questions

What are some differences in properties between tool ocels for woodworking vs. metalworking?

Woodworking tool steels emphasize fracture toughness and ease of sharpening more than extreme wear resistance. Hardness levels around 60 HRC are typical for wood whereas metalworking applications often demand 65+ HRC.

Why are powder metallurgy tool steels not used more extensively for woodworking?

The higher cost of PM tool steels can’t always be justified for woodworking applications except for very high end custom tools. The more uniform carbide distributions offer only moderate benefits for cutting wood compared to metal alloys.

What heat treating differences are required for a large saw blade vs. a small chisel?

The higher section size of saw blades necessitates more complex stepped austenitizing and tempering cycles along with consideration of quenchant flow and agitation to avoid property variations from surface to core.

What are some coatings options used to improve performance of woodturning tools?

Titanium nitride and titanium carbonitride coatings deposited by PVD methods are excellent options for woodturning tools, providing lower friction, better heat resistance, and enhanced wear life.

Why has high speed steel not fully replaced carbon tool steels for saw blades?

The combination of additional cost along with sharpening and set-resetting challenges for HSS has limited its adoption, especially in cost-driven construction applications. However, HSS provides better wear life in industrial woodshops.

Please let me know if you have any other questions!