Jokaisen työn kohdalla työkalun valinta on monien osien summa, mutta yksi oleellisin tekijä on luonnollisesti työstettävä materiaali. Jokaisessa materiaalissa on erityispiirteitä, jotka vaikuttavat työkalulta vaadittaviin ominaisuuksiin.
Vaikka yleiskäyttöiset työkalut ovat käytännöllisiä valintoja monissa tilanteissa, vähentää niiden käyttö tehokkuutta – työstöprosessin nopeus kärsii ja työkalujen kuluminen ja/tai lastujen kiinnittyminen haastavat kestävyyttä. Materiaalikohtainen työkalu voi pidemmän päälle säästää sekä työajassa että työkalukustannuksissa.
Esimerkiksi vaihtopalatyökaluissa kannattaakin tarkistaa, että työkalun runkoon olisi saatavilla mahdollisimman laajasti teräpaloja tai kärkiä, jotta eri materiaalien työstämiseen saadaan vaadittua suorituskykyä. Tiettyjen materiaalien kohdalla terän materiaalilla ja käytetyillä pinnoitteilla voidaan suuresti vaikuttaa saavutettavissa olevaan tehoon ja laatuun.
N-luokka on laaja ja monipuolinen, sisältäen kaikki ei-rautametallit, joihin lukeutuvat muun muassa messinki, pronssi, alumiini ja kupari, tai erilaiset näitä sisältävät seokset. Yleisesti ottaen N-luokan materiaalit ovat pehmeämpiä kuin rautametallit. Useimmiten N-alueen materiaaleista konepajoilla työstetään alumiinia tai alumiiniseoksia, joita käytetään muun muassa liikennevälineissä tai erilaisten koneiden ja laitteiden osissa.
Vaikka yleisesti ottaen tämän ryhmän materiaalien työstäminen on kohtuullisen helppoa, on siinä muutamia seikkoja, jotka työkalujen näkökulmasta olisi syytä ottaa huomioon, erityisesti alumiinin työstämisessä.
Alumiinin pehmeys vaatii teräviä leikkuusärmiä, jotta leikkuussa ehkäistään reunapurseen muodostus. Tämä on erityisen tärkeää silloin, kun työstettävänä on pii-pitoisuudeltaan alhainen alumiini. Jos taas pii-pitoisuus on korkea, alumiini kuluttaa teriä nopeasti.
Lisäksi puhdas alumiini on hyvin tahmaista, joten se vaatii työkalujen pinnoitteita, joilla minimoidaan tämän ominaisuuden vaikutus työstöön.
Työkaluissa erityisesti PCD-terämateriaali lisää materiaalin poistonopeutta, ja yhdistettynä suuriin leikkuunopeuksiin ja syöttöihin se parantaa tuottavuutta ja työkalujen kestävyyttä. Kennametalin PCD-työkalut mahdollistavat porauksessa ja kalvinnassa jopa 900 m/min, ja jyrsinnässä jopa 6 000 m/min nopeuden. Tämä antaa huomattavasti suuremman tuottavuuden kuin muista materiaaleista valmistetuilla työkaluilla.
P-alue eli teräs on suurin ja yleisin työstettävien materiaalien ryhmä, joka sisältää seostamattomia, niukkaseoksisia ja runsasseoksisia teräksiä. Nämä voivat olla pehmeitä karkaisemattomia teräksiä, nuorrutusteräksiä tai H-alueen kovia karkaistuja teräksiä. Teräs koostuu suurimmaksi osaksi raudasta ja seostetuissa laaduissa käytetään erilaisia seosaineita.
Työkalujen kannalta tämä ryhmä on haasteellinen sen moninaisuuden takia. Materiaalin lastuttavuus riippuu esimerkiksi käytetyistä seosaineista ja siitä, miten työstettävä aihio on valmistettu. Jokaisen työstökappaleen kohdalla työkaluvalinnat pitää tehdä erikseen, sillä kahden eri aihion terässeos voi olla sama, mutta erilainen materiaalin esikäsittely vaatii erilaiset terägeometriat.
Teräksen lujuus (vetomurtolujuus) rasittaa työkaluja ja vaatii teräsärmältä sitkeyttä, kun taas pehmeiden seosten terägeometrioissa pitää huomioida tehokas työstäminen. Esimerkiksi polttoleikattu aihio aiheuttaa haasteita koneistuksessa: usein leikkauspinta on kova, mutta sen alla materiaali on pehmeämpää. Se, mikä toimii kovaan pintaan, ei toimikaan yhtä ideaalisti pehmeämmän osan kohdalla. Usein tämä vaatii kompromisseja työkalujen suhteen.
Erityisesti tässä luokassa työkaluilta vaaditaan kulutuskestoa, jolloin kovametalli on varsin varteenotettava vaihtoehto työkalumateriaalina. Lisäksi työkalujen pinnoitteilla saadaan lisättyä lämpö- ja kulutuskestävyyttä. Myös työkalun ja teräpalan maksimaalinen materiaalin poistokyky eli (MRR) on hyvä huomioida, jotta tuotanto pysyy tehokkaana.
Hoffman & Vratny on kehittänyt kattavan EXPK1-sarjan erityisesti P-ryhmän materiaaleille ja työkalut soveltuvat myös valuraudoille. Sarjan työkaluissa on huomioitu tämän materiaaliryhmän erityisvaatimukset, kuten suuret nopeudet ja kestävyys, paranneltu työkalujen murtumissitkeys ja geometriat, jotka on suunniteltu monimutkaisia vaatimuksia silmällä pitäen.
K-alue koostuu valuraudoista ja yleisimmin konepajoilla työstetään harmaata valurautaa ja grafiittisulkeutumien muodon perusteella luokiteltuja suomugrafiittivalurautaa, tylppägrafiittivalurautaa, pallografiittivalurautaa sekä valkoista valurautaa, joka ei sisällä grafiittisulkeumia. Jokaisella valurautaluokalla on erilaiset mekaaniset ominaisuudet.
Yleisesti ottaen valurauta on kova materiaali, joka kuluttaa työkaluja abrassiivisesti, joten työkaluissa kannattaa kiinnittää huomiota kulutuskestävyyteen. Vinkkinä on myös hyödyntää keraamisia terämateriaaleja, kuten Kennametalin KYK-sarjan teräpaloja, jotka on suunniteltu erityisesti valuraudan suurten nopeuksien jatkuvaan tai hakkaavaan sorvaukseen. Niissä on huomioitu erityisesti parempi murtumissitkeys, korkeiden lämpötilojen sieto ja kulumiskestävyys.
Ruostumaton teräs on suurimmaksi osaksi rautaa ja ominaisuuksien parantamiseksi siihen voidaan lisätä erilaisia seosaineita. Käytetyistä seosaineista ja aihion valmistusmenetelmästä riippuu, kuinka lastuttavaa materiaali on.
Työkaluilta ruostumaton teräs vaatii särmäterävyyttä, positiivista leikkuuta ja kevyttä leikkaamista. Ruostumaton teräs on vastusta tarjoava materiaali, joten terävät ja kevytleikkuiset terät ovat ehdoton edellytys, jotta vältetään ylimääräiset työstövoimat ja värinät.
Muun muassa Kennametalin HARVI I TE Duo-Lock modulaarinen varsijyrsin tarjoaa ainutlaatuisia ominaisuuksia ja täyskovametallin suorituskykyä myös ruostumatomien terästen jyrsintään. Duo-Lock -liitos takaa mahdollisimman suuren tukevuuden ja HARVI I TE -jyrsin soveltuu kattavasti erilaisiin menetelmiin kuten semidynaamiseen jyrsintään tai ramppaukseen. Jyrsimen geometria tehostaa leikkuusärmien vakautta, parantaa ramppaus- ja helical-interpolointimahdollisuuksia sekä lisää työkalun käyttöikää. Lastu-urien muotoilu taas pienentää lastunpoiston vaatimaa energiaa ja optimoi jäähdytysnesteen pääsyn lastu-uriin.
Tähän ryhmään kuuluvat kuumalujat superseokset, kuten nikkeli-, rauta- ja kobolttipohjaiset seokset sekä titaaniseokset. Jos ruostumaton teräs asettaa jo suuret vaatimukset työkaluille, vievät S-alueen materiaalit ne uudelle tasolle. Materiaalin kovuus, sitkeys ja erityisesti kuumalujuus tuottavat korkeita lämpötiloja materiaaleja työstettäessä, ja ne kuluttavat työkaluja todella paljon.
Näiden materiaalien kohdalla työkaluissa pitää monesti hakea tasapainoa terän sitkeyden ja kulutuskeston kanssa. Työkalujen pitää olla todella teräviä, kevyesti leikkaavia ja samalla kestää äärimmäistä kulutusta.
Keraamiset työkalut soveltuvat myös hyvin S-alueen materiaalien työstöön ja myös CBN-terämateriaalit vievät leikkuunopeudet ja materiaalin poiston ihan uudelle tasolle tässä ryhmässä.
