Материал, из которого изготовлена фреза, определяет срок её службы, чистоту резания и типы реставрационных материалов, с которыми она может работать. На рынке стоматологических и промышленных фрез доминируют два семейства материалов: быстрорежущая инструментальная сталь (HSS) и твёрдый сплав. Каждый материал имеет свои преимущества в зависимости от области применения, фрезерного станка и обрабатываемого материала.
В этой статье рассматриваются состав, механические свойства и практические компромиссы обоих типов материалов, чтобы зубные техники и руководители лабораторий могли принимать обоснованные решения о закупках с учётом требований конкретного рабочего процесса.
Фрезы из быстрорежущей инструментальной стали (HSS)
Быстрорежущая сталь — это семейство инструментальных сталей, легированных вольфрамом, хромом, молибденом и ванадием. Эти элементы образуют твёрдые карбидные частицы в стальной матрице, благодаря чему бор сохраняет острую режущую кромку при повышенных температурах. HSS подразделяется на стали общего назначения (M2, M7) и специальные марки (M35, M42), содержащие добавленный кобальт для повышения красностойкости.
Основные свойства HSS
| Свойство | Типичное значение | Клиническое значение |
|---|---|---|
| Твёрдость после закалки | HRC 62 - 70 | Достаточна для фрезерования PMMA, воска и более мягких композитов |
| Максимальная рабочая температура | Приблизительно 600 градусов C | Сохраняет стабильность режущей кромки при умеренной подаче |
| Вязкость | Высокая | Устойчива к сколам и разрушению при прерывистом резании |
| Обрабатываемость | Отличная | Сложные геометрии канавок легко шлифовать и перетачивать |
Преимущества фрез из HSS
- Устойчивость к вибрации. Внутренняя вязкость HSS хорошо поглощает силы резания, поэтому такие боры подходят для старых или менее жёстких фрезерных станков, передающих инструменту больше вибраций. Это свойство также снижает риск микротрещин в хрупких восковых моделях во время фрезерования.
- Простота изготовления. HSS можно ковать, подвергать термообработке и шлифовать на стандартном производственном оборудовании. Это обеспечивает более низкие производственные затраты по сравнению с твёрдым сплавом, для которого требуются специализированные печи для спекания и алмазные шлифовальные круги.
- Возможность переточки. Когда бор из HSS затупляется, его можно многократно перетачивать на стандартном заточном станке до тех пор, пока геометрия не ухудшится сверх допустимого уровня. Это увеличивает срок службы и снижает стоимость единицы продукции для лабораторий, обрабатывающих большие объёмы восковых или PMMA-моделей.
- Поддержка сложной геометрии. Поскольку HSS легче обрабатывать, производители могут выпускать боры со сложными конструкциями канавок, стружколомами и переменными углами подъёма спирали, изготовление которых из твёрдого сплава было бы слишком дорогим. Такая гибкость позволяет оптимизировать геометрию канавок под конкретные материалы и конфигурации станков.
Ограничения HSS
Несмотря на эти преимущества, HSS уступает при фрезеровании более твёрдых стоматологических материалов. Его износостойкость значительно ниже, чем у твёрдого сплава, поэтому он быстрее затупляется при обработке диоксида циркония, дисиликата лития или кобальто-хромовых сплавов. Более низкая красностойкость также ограничивает подачу и частоту вращения шпинделя, которые можно использовать без риска термического размягчения режущей кромки. В условиях крупносерийного производства частая необходимость переточки или замены может свести на нет первоначальную экономию при выборе HSS вместо твёрдого сплава.
Фрезы из твёрдого сплава
Твёрдый сплав (также называемый карбидом вольфрама или просто «карбидом») — это композиционный материал, получаемый методом порошковой металлургии. Мелкие частицы карбида вольфрама, иногда смешанные с карбидом титана, спекаются с кобальтовой связкой при высокой температуре и давлении. В результате получается чрезвычайно твёрдый и износостойкий инструментальный материал, превосходящий HSS в большинстве сложных фрезерных операций.
Основные свойства твёрдого сплава
| Свойство | Типичное значение | Клиническое значение |
|---|---|---|
| Диапазон рабочей температуры | 800 - 1000 градусов C | Сохраняет режущие свойства при высокой частоте вращения шпинделя |
| Твёрдость при комнатной температуре | HRA 89 - 93 (прибл. HRC 74 - 82) | Обрабатывает диоксид циркония, стеклокерамику и сплавы CoCr |
| Допустимая скорость резания | В 4 - 8 раз выше, чем у HSS | Более короткие циклы фрезерования и высокая производительность лаборатории |
| Прочность на изгиб | Ниже, чем у HSS | Более чувствителен к разрушению при тяжёлом прерывистом резании |
Преимущества фрез из твёрдого сплава
- Высокая износостойкость. Карбидные боры сохраняют геометрию режущей кромки значительно дольше HSS при обработке абразивных материалов, таких как предварительно спечённый диоксид циркония или композиты, наполненные стекловолокном. Это обеспечивает более стабильную точность краёв при длительных производственных циклах и уменьшает количество замен инструмента в процессе работы.
- Более высокие допустимые скорости резания. Поскольку твёрдый сплав сохраняет твёрдость при повышенных температурах, лаборатории могут эксплуатировать свои фрезерные станки CAD/CAM на более высоких скоростях шпинделя и подачи без разрушения кромки. Результат — сокращение времени цикла каждой реставрации и повышение ежедневной производительности.
- Стабильность размеров. Низкий коэффициент теплового расширения карбида вольфрама означает, что геометрия бора почти не изменяется во время длительных сеансов фрезерования, сохраняя точность готовой ортопедической конструкции даже после нескольких часов непрерывной работы.
- Широкая совместимость с материалами. Один комплект карбидных фрез может обрабатывать PMMA, воск, композитную смолу, диоксид циркония, дисиликат лития и кобальто-хром, сокращая количество замен инструмента в лаборатории, работающей с разными материалами.
Ограничения твёрдого сплава
Твёрдый сплав более хрупок, чем HSS. При тяжёлом прерывистом резании или смещении заготовки в креплении карбидный бор с большей вероятностью даст скол или разрушится, чем аналогичный бор из HSS. Карбидные боры также обычно нецелесообразно перетачивать в условиях лаборатории, поскольку для этого требуются алмазное шлифовальное оборудование и точное восстановление под управлением ЧПУ. Более высокие затраты на сырьё и производство означают большие первоначальные вложения в каждый бор, хотя более длительный срок службы часто компенсирует их при расчёте стоимости обработки одной единицы материала.
Три категории твёрдых сплавов
Не все твёрдые сплавы идентичны. На рынках стоматологической и промышленной оснастки выделяют три основные подкатегории, каждая из которых оптимизирована для разных материалов заготовок:
- Вольфрам-кобальтовые (WC-Co) сплавы. Наиболее распространённая марка для стоматологического фрезерования. Обеспечивает отличный баланс твёрдости и вязкости и является стандартным выбором для фрезерования диоксида циркония и PMMA. Большинство пятиосевых стоматологических станков поставляются с борами WC-Co в стандартной комплектации.
- Вольфрам-титан-кобальтовые (WC-TiC-Co) сплавы. Добавление карбида титана повышает стойкость к кратерному износу при обработке металлических материалов, таких как кобальто-хром или титан. Лаборатории, регулярно фрезерующие металлические каркасы, получают преимущества от этой марки, поскольку она противостоит адгезионному износу, возникающему при более высоких температурах резания.
- Сплавы общего назначения (многокарбидные марки). Эти составы объединяют несколько типов карбидов для достижения универсального баланса, подходящего для смешанных рабочих процессов, в которых непрактично менять боры между разными материалами. Они жертвуют максимальной производительностью на отдельных материалах ради приемлемых результатов в целом.
HSS и твёрдый сплав: сравнительная таблица
| Параметр | HSS | Твёрдый сплав |
|---|---|---|
| Твёрдость | HRC 62 - 70 | Эквивалент HRC 74 - 82 |
| Термостойкость | До 600 градусов C | До 1000 градусов C |
| Износостойкость | Средняя | Отличная |
| Вязкость | Высокая | Средняя |
| Переточка | Простая, недорогая | Сложная, требует алмазной оснастки |
| Скорость резания | Базовая | В 4 - 8 раз выше |
| Лучшие материалы | Воск, PMMA, мягкие композиты | Диоксид циркония, стеклокерамика, CoCr, PMMA |
| Стоимость единицы | Ниже | Выше (компенсируется более длительным сроком службы) |
Какой материал выбрать?
Для лабораторий, специализирующихся преимущественно на восковых моделях, временных конструкциях из PMMA или малосерийном производстве, фрезы из HSS являются экономичным начальным вариантом с высокой устойчивостью к разрушению. Для лабораторий, выполняющих крупносерийное производство конструкций из диоксида циркония, дисиликата лития или металла на современных пятиосевых системах CAD/CAM, фрезы из твёрдого сплава являются очевидным отраслевым стандартом.
Многие загруженные лаборатории используют оба типа: боры из HSS — для черновой обработки мягких материалов, где риск разрушения повышен, а карбидные боры — для чистовых проходов и обработки твёрдых материалов, где особенно важны сохранение режущей кромки и качество поверхности. Такой двойной запас инструмента позволяет сбалансировать стоимость оснастки и эффективность производства, а также подобрать материал бора для каждой конкретной задачи.
Независимо от выбранного материала, правильная подача охлаждающей жидкости и корректные настройки частоты вращения шпинделя остаются обязательными. Работа любого фрезерного бора за пределами рекомендованного диапазона параметров ускоряет износ и ухудшает посадку реставрации. Всегда обращайтесь к техническому паспорту производителя бора для получения рекомендаций по скорости и подаче с учётом обрабатываемого материала.
Burdental поставляет как твердосплавные боры, так и полный ассортимент лабораторных алмазных боров, разработанных для современных цифровых процессов фрезерования. Каждый бор изготавливается с соблюдением строгих допусков на размеры и проходит проверку режущих характеристик до отправки с завода, обеспечивая стабильные результаты во всей линейке продукции.
