Dobry koń potrzebuje dobrego siodła i korzysta z zaawansowanego sprzętu do obróbki CNC. Jeśli zostaną użyte niewłaściwe narzędzia, będą one bezużyteczne! Wybór odpowiedniego materiału narzędziowego ma ogromny wpływ na żywotność narzędzia, wydajność obróbki, jakość obróbki i koszt obróbki. W tym artykule znajdziesz przydatne informacje na temat wiedzy o nożach, zbierz je i przekaż, uczmy się razem.
Materiały narzędziowe powinny mieć podstawowe właściwości
Wybór materiałów narzędziowych ma ogromny wpływ na trwałość narzędzia, wydajność obróbki, jakość obróbki i koszt obróbki. Narzędzia muszą wytrzymywać wysokie ciśnienie, wysoką temperaturę, tarcie, uderzenia i wibracje podczas cięcia. Dlatego materiały narzędziowe powinny mieć następujące podstawowe właściwości:
(1) Twardość i odporność na zużycie. Twardość materiału narzędzia musi być wyższa niż twardość materiału przedmiotu obrabianego, która na ogół powinna przekraczać 60HRC. Im wyższa twardość materiału narzędzia, tym lepsza odporność na zużycie.
(2) Siła i wytrzymałość. Materiały narzędziowe powinny charakteryzować się dużą wytrzymałością i ciągliwością, aby wytrzymać siły skrawania, uderzenia i wibracje oraz zapobiegać kruchemu pękaniu i odpryskom narzędzia.
(3) Odporność na ciepło. Materiał narzędzia ma dobrą odporność na ciepło, wytrzymuje wysokie temperatury skrawania i ma dobrą odporność na utlenianie.
(4) Wydajność i ekonomiczność procesu. Materiały narzędziowe powinny mieć dobrą wydajność kucia, wydajność obróbki cieplnej, wydajność spawania; wydajność szlifowania itp. i powinna dążyć do wysokiego stosunku wydajności do ceny.
Rodzaje, właściwości, charakterystyka i zastosowanie materiałów narzędziowych
1. Materiały narzędziowe diamentowe
Diament jest odmianą alotropową węgla i jest najtwardszym materiałem występującym w przyrodzie. Diamentowe narzędzia skrawające mają wysoką twardość, wysoką odporność na zużycie i wysoką przewodność cieplną i są szeroko stosowane w obróbce metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych. Szczególnie w przypadku szybkiego cięcia aluminium i stopów krzemowo-aluminiowych narzędzia diamentowe są głównym rodzajem narzędzi skrawających, które są trudne do zastąpienia. Narzędzia diamentowe, które mogą osiągnąć wysoką wydajność, wysoką stabilność i długą żywotność, są niezbędnymi i ważnymi narzędziami w nowoczesnej obróbce CNC.
⑴ Rodzaje narzędzi diamentowych
① Narzędzia z diamentu naturalnego: Diamenty naturalne są używane jako narzędzia skrawające od setek lat. Narzędzia diamentowe z naturalnego monokryształu zostały drobno oszlifowane, dzięki czemu krawędź tnąca jest wyjątkowo ostra. Promień krawędzi skrawającej może osiągnąć 0,002 μm, co pozwala uzyskać ultracienkie cięcie. Może obrabiać niezwykle wysoką precyzję przedmiotu obrabianego i wyjątkowo niską chropowatość powierzchni. Jest to uznane, idealne i niezastąpione ultraprecyzyjne narzędzie obróbcze.
② Narzędzia diamentowe PCD: Diamenty naturalne są drogie. Najszerzej stosowanym diamentem w obróbce skrawaniem jest diament polikrystaliczny (PCD). Od początku lat 70. XX wieku opracowywany jest diament polikrystaliczny (diament polikrystaliczny, określany jako ostrza PCD) wytwarzany przy użyciu technologii syntezy wysokotemperaturowej i wysokociśnieniowej. Po jego sukcesie narzędzia skrawające z naturalnego diamentu były wielokrotnie zastępowane sztucznym diamentem polikrystalicznym. Surowce PCD są bogate w źródła, a ich cena wynosi zaledwie kilka do jednej dziesiątej ceny naturalnego diamentu. Narzędzia skrawające PCD nie mogą być szlifowane w celu uzyskania wyjątkowo ostrych narzędzi skrawających. Jakość powierzchni krawędzi skrawającej i obrabianego przedmiotu nie jest tak dobra jak w przypadku naturalnego diamentu. Produkcja ostrzy PCD z łamaczami wiórów w przemyśle nie jest jeszcze wygodna. Dlatego PCD można stosować tylko do precyzyjnego cięcia metali nieżelaznych i niemetali, a osiągnięcie bardzo precyzyjnego cięcia jest trudne. Precyzyjne cięcie luster.
③ Diamentowe narzędzia skrawające CVD: Od końca lat 70. do początku lat 80. w Japonii pojawiła się technologia diamentów CVD. Diament CVD odnosi się do zastosowania chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) w celu syntezy warstwy diamentu na heterogenicznej matrycy (takiej jak węglik spiekany, ceramika itp.). Diament CVD ma dokładnie taką samą strukturę i właściwości jak diament naturalny. Wydajność diamentu CVD jest bardzo zbliżona do wydajności diamentu naturalnego. Ma zalety naturalnego diamentu monokrystalicznego i diamentu polikrystalicznego (PCD) i w pewnym stopniu pokonuje ich wady.
⑵ Charakterystyka wydajności narzędzi diamentowych
① Niezwykle wysoka twardość i odporność na zużycie: Naturalny diament jest najtwardszą substancją występującą w przyrodzie. Diament ma wyjątkowo wysoką odporność na zużycie. Podczas obróbki materiałów o wysokiej twardości żywotność narzędzi diamentowych jest 10 do 100 razy większa niż w przypadku narzędzi węglikowych, a nawet setki razy.
② Ma bardzo niski współczynnik tarcia: Współczynnik tarcia pomiędzy diamentem a niektórymi metalami nieżelaznymi jest niższy niż w przypadku innych narzędzi skrawających. Współczynnik tarcia jest niski, odkształcenie podczas obróbki jest niewielkie, a siłę skrawania można zmniejszyć.
③ Krawędź tnąca jest bardzo ostra: Krawędź tnącą narzędzia diamentowego można szlifować bardzo ostro. Naturalne narzędzie diamentowe z monokryształu może mieć wysokość nawet 0,002 ~ 0,008 μm, co pozwala na ultracienkie cięcie i ultraprecyzyjną obróbkę.
④ Wysoka przewodność cieplna: Diament ma wysoką przewodność cieplną i dyfuzyjność cieplną, dzięki czemu ciepło skrawania jest łatwo rozpraszane, a temperatura części tnącej narzędzia jest niska.
⑤ Ma niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej: Współczynnik rozszerzalności cieplnej diamentu jest kilkukrotnie mniejszy niż węglika spiekanego, a zmiana wielkości narzędzia spowodowana ciepłem skrawania jest bardzo mała, co jest szczególnie ważne w przypadku obróbki precyzyjnej i ultraprecyzyjnej, gdzie wymaga dużej dokładności wymiarowej.
⑶ Zastosowanie narzędzi diamentowych
Narzędzia diamentowe są najczęściej używane do precyzyjnego cięcia i wytaczania metali nieżelaznych i materiałów niemetalowych przy dużych prędkościach. Nadaje się do obróbki różnych odpornych na zużycie niemetali, takich jak półwyroby z metalurgii proszków włókna szklanego, materiały ceramiczne itp.; różne odporne na zużycie metale nieżelazne, takie jak różne stopy krzemowo-aluminiowe; i obróbka wykańczająca różnych metali nieżelaznych.
Wadą narzędzi diamentowych jest to, że mają słabą stabilność termiczną. Gdy temperatura cięcia przekroczy 700 ℃ ~ 800 ℃, całkowicie stracą swoją twardość. Ponadto nie nadają się do cięcia metali żelaznych, ponieważ diament (węgiel) łatwo reaguje z żelazem w wysokich temperaturach. Działanie atomowe przekształca atomy węgla w strukturę grafitu, a narzędzie łatwo ulega uszkodzeniu.
2. Materiał narzędziowy z sześciennego azotku boru
Regularny azotek boru (CBN), drugi supertwardy materiał syntetyzowany metodą podobną do produkcji diamentu, ustępuje jedynie diamentowi pod względem twardości i przewodności cieplnej. Ma doskonałą stabilność termiczną i może zostać podgrzany do 10 000 ° C w atmosferze. Nie zachodzi żadne utlenianie. CBN ma wyjątkowo stabilne właściwości chemiczne metali żelaznych i może być szeroko stosowany w przetwarzaniu wyrobów stalowych.
⑴ Rodzaje narzędzi skrawających z sześciennego azotku boru
Regularny azotek boru (CBN) to substancja, która nie występuje w przyrodzie. Dzieli się na monokrystaliczny i polikrystaliczny, mianowicie monokrystaliczny CBN i polikrystaliczny sześcienny azotek boru (polikrystaliczny sześcienny azotek boru, w skrócie PCBN). CBN jest jedną z odmian alotropowych azotku boru (BN) i ma strukturę podobną do diamentu.
PCBN (polikrystaliczny sześcienny azotek boru) to materiał polikrystaliczny, w którym drobne materiały CBN są spiekane razem poprzez fazy wiążące (TiC, TiN, Al, Ti itp.) w wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Jest to obecnie drugi pod względem twardości sztucznie syntetyzowany materiał. Diamentowy materiał narzędziowy, razem z diamentem, nazywany jest zbiorczo supertwardym materiałem narzędziowym. PCBN jest używany głównie do produkcji noży i innych narzędzi.
Narzędzia skrawające PCBN można podzielić na ostrza pełne PCBN i ostrza kompozytowe PCBN spiekane węglikiem.
Ostrza kompozytowe PCBN są wytwarzane przez spiekanie warstwy PCBN o grubości od 0,5 do 1,0 mm na węgliku spiekanym o dobrej wytrzymałości i wytrzymałości. Jego działanie łączy w sobie dobrą wytrzymałość z wysoką twardością i odpornością na zużycie. Rozwiązuje problemy niskiej wytrzymałości na zginanie i trudnego spawania ostrzy CBN.
⑵ Główne właściwości i cechy sześciennego azotku boru
Chociaż twardość sześciennego azotku boru jest nieco niższa niż diamentu, jest znacznie wyższa niż w przypadku innych materiałów o wysokiej twardości. Wyjątkową zaletą CBN jest to, że jego stabilność termiczna jest znacznie wyższa niż diamentu, osiągając temperatury powyżej 1200°C (diament ma 700-800°C). Kolejną wyjątkową zaletą jest to, że jest chemicznie obojętny i nie reaguje z żelazem w temperaturze 1200-1300°C. reakcja. Główne właściwości użytkowe sześciennego azotku boru są następujące.
① Wysoka twardość i odporność na zużycie: struktura kryształu CBN jest podobna do diamentu i ma podobną twardość i wytrzymałość jak diament. PCBN szczególnie nadaje się do obróbki materiałów o wysokiej twardości, które można było wcześniej tylko zeszlifować, i pozwala uzyskać lepszą jakość powierzchni przedmiotu obrabianego.
② Wysoka stabilność termiczna: Odporność cieplna CBN może osiągnąć 1400 ~ 1500 ℃, czyli prawie 1 razy więcej niż odporność cieplna diamentu (700 ~ 800 ℃). Narzędzia PCBN mogą ciąć stopy wysokotemperaturowe i stal hartowaną z dużymi prędkościami, od 3 do 5 razy większymi niż narzędzia z węglików spiekanych.
③ Doskonała stabilność chemiczna: nie wchodzi w interakcję chemiczną z materiałami na bazie żelaza w temperaturach do 1200-1300°C i nie zużywa się tak ostro jak diament. W tym czasie może nadal utrzymywać twardość węglika spiekanego; Narzędzia PCBN nadają się do cięcia części ze stali hartowanej i żeliwa schłodzonego, mogą być szeroko stosowane w szybkim skrawaniu żeliwa.
④ Dobra przewodność cieplna: Chociaż przewodność cieplna CBN nie dotrzymuje kroku diamentowi, przewodność cieplna PCBN wśród różnych materiałów narzędziowych ustępuje jedynie diamentowi i jest znacznie wyższa niż stal szybkotnąca i węglik spiekany.
⑤ Ma niższy współczynnik tarcia: Niski współczynnik tarcia może prowadzić do zmniejszenia siły skrawania podczas skrawania, obniżenia temperatury skrawania i poprawy jakości obrabianej powierzchni.
⑶ Zastosowanie narzędzi skrawających z sześciennego azotku boru
Sześcienny azotek boru nadaje się do wykańczania różnych trudnych do obróbki materiałów, takich jak hartowana stal, twarde żeliwo, stopy wysokotemperaturowe, węglik spiekany i materiały natryskiwane powierzchniowo. Dokładność przetwarzania może osiągnąć IT5 (otwór to IT6), a wartość chropowatości powierzchni może wynosić zaledwie Ra1,25 ~ 0,20 μm.
Materiał narzędziowy z sześciennego azotku boru ma słabą wytrzymałość i wytrzymałość na zginanie. Dlatego narzędzia tokarskie z sześciennego azotku boru nie nadają się do obróbki zgrubnej przy niskich prędkościach i dużych obciążeniach udarowych; jednocześnie nie nadają się do cięcia materiałów o dużej plastyczności (takich jak stopy aluminium, stopy miedzi, stopy na bazie niklu, stale o dużej plastyczności itp.), gdyż przy cięciu tych materiałów powstaną poważne narosty na krawędziach z metalem, niszcząc obrabianą powierzchnię.
3. ceramiczne materiały narzędziowe
Ceramiczne narzędzia skrawające charakteryzują się wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie, doskonałą odpornością na ciepło i stabilnością chemiczną oraz nie są łatwe do połączenia z metalem. Narzędzia ceramiczne odgrywają bardzo ważną rolę w obróbce CNC. Narzędzia ceramiczne stały się jednym z głównych narzędzi do szybkiego cięcia i obróbki materiałów trudnych w obróbce. Ceramiczne narzędzia skrawające znajdują szerokie zastosowanie w skrawaniu z dużymi prędkościami, cięciu na sucho, cięciu twardym oraz cięciu materiałów trudnych w obróbce. Narzędzia ceramiczne mogą wydajnie obrabiać materiały o wysokiej twardości, których tradycyjne narzędzia w ogóle nie są w stanie obrobić, realizując „toczenie zamiast szlifowania”; optymalna prędkość skrawania narzędzi ceramicznych może być od 2 do 10 razy większa niż narzędzi węglikowych, co znacznie poprawia wydajność skrawania. ; Głównymi surowcami stosowanymi w ceramicznych materiałach narzędziowych są pierwiastki najobficiej występujące w skorupie ziemskiej. Dlatego też promocja i zastosowanie narzędzi ceramicznych ma ogromne znaczenie dla poprawy produktywności, obniżenia kosztów obróbki i oszczędności strategicznych metali szlachetnych. Będzie to również znacznie promować rozwój technologii cięcia. postęp.
⑴ Rodzaje ceramicznych materiałów narzędziowych
Ceramiczne materiały narzędziowe można ogólnie podzielić na trzy kategorie: ceramikę na bazie tlenku glinu, ceramikę na bazie azotku krzemu i kompozytową ceramikę na bazie azotku krzemu i tlenku glinu. Wśród nich najczęściej stosowane są ceramiczne materiały narzędziowe na bazie tlenku glinu i azotku krzemu. Wydajność ceramiki na bazie azotku krzemu jest lepsza niż ceramiki na bazie tlenku glinu.
⑵ Wydajność i właściwości ceramicznych narzędzi skrawających
① Wysoka twardość i dobra odporność na zużycie: Chociaż twardość ceramicznych narzędzi skrawających nie jest tak wysoka jak PCD i PCBN, jest znacznie wyższa niż w przypadku narzędzi skrawających z węglików spiekanych i stali szybkotnącej, osiągając 93-95HRA. Ceramiczne narzędzia skrawające mogą obrabiać materiały o dużej twardości, które są trudne w obróbce tradycyjnymi narzędziami skrawającymi i nadają się do cięcia z dużymi prędkościami i cięcia twardego.
② Odporność na wysoką temperaturę i dobra odporność na ciepło: Ceramiczne narzędzia skrawające mogą nadal ciąć w wysokich temperaturach powyżej 1200°C. Ceramiczne narzędzia skrawające mają dobre właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Ceramiczne narzędzia skrawające A12O3 mają szczególnie dobrą odporność na utlenianie. Nawet jeśli krawędź tnąca jest rozgrzana do czerwoności, może być używana w sposób ciągły. Dlatego narzędzia ceramiczne umożliwiają cięcie na sucho, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania chłodziwa.
③ Dobra stabilność chemiczna: Ceramiczne narzędzia skrawające nie są łatwe do łączenia z metalem, są odporne na korozję i mają dobrą stabilność chemiczną, co może zmniejszyć zużycie narzędzi skrawających.
④ Niski współczynnik tarcia: powinowactwo narzędzi ceramicznych do metalu jest małe, a współczynnik tarcia jest niski, co może zmniejszyć siłę skrawania i temperaturę skrawania.
⑶ Noże ceramiczne mają zastosowanie
Ceramika jest jednym z materiałów narzędziowych stosowanych głównie do obróbki wykańczającej i półwykańczającej z dużą prędkością. Ceramiczne narzędzia skrawające nadają się do skrawania różnych rodzajów żeliwa (żeliwa szarego, żeliwa sferoidalnego, żeliwa ciągliwego, żeliwa schłodzonego, żeliwa wysokostopowego trudnościeralnego) i materiałów stalowych (stal konstrukcyjna węglowa, stal konstrukcyjna stopowa, stal o wysokiej wytrzymałości, stal wysokomanganowa, stal hartowana itp.), może być również stosowana do cięcia stopów miedzi, grafitu, tworzyw konstrukcyjnych i materiałów kompozytowych.
Właściwości materiałowe ceramicznych narzędzi skrawających powodują problemy związane z niską wytrzymałością na zginanie i słabą udarnością, co czyni je nieodpowiednimi do cięcia przy niskich prędkościach i obciążeniach udarowych.
4. Powlekane materiały narzędziowe
Powlekanie narzędzi skrawających jest jednym z ważnych sposobów poprawy wydajności narzędzi. Pojawienie się narzędzi powlekanych spowodowało znaczący przełom w zakresie wydajności narzędzi skrawających. Narzędzia powlekane są powlekane jedną lub kilkoma warstwami związków ogniotrwałych o dobrej odporności na zużycie na korpusie narzędzia i dobrej wytrzymałości. Łączy matrycę narzędzia z twardą powłoką, znacznie poprawiając w ten sposób wydajność narzędzia. Narzędzia powlekane mogą poprawić wydajność obróbki, poprawić dokładność obróbki, wydłużyć żywotność narzędzi i obniżyć koszty obróbki.
Około 80% narzędzi skrawających stosowanych w nowych obrabiarkach CNC wykorzystuje narzędzia powlekane. Narzędzia powlekane będą w przyszłości najważniejszą odmianą narzędzi w dziedzinie obróbki CNC.
⑴ Rodzaje narzędzi powlekanych
Według różnych metod powlekania, narzędzia powlekane można podzielić na narzędzia powlekane metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) i narzędzia powlekane metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD). Narzędzia skrawające z węglika powlekanego zazwyczaj wykorzystują metodę chemicznego osadzania z fazy gazowej, a temperatura osadzania wynosi około 1000°C. Narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej powlekanej zazwyczaj wykorzystują metodę fizycznego osadzania z fazy gazowej, a temperatura osadzania wynosi około 500°C;
W zależności od różnych materiałów podłoża narzędzi powlekanych, narzędzia powlekane można podzielić na narzędzia powlekane węglikiem, narzędzia powlekane stalą szybkotnącą i narzędzia powlekane na ceramice i materiałach supertwardych (diament i sześcienny azotek boru).
W zależności od właściwości materiału powłokowego narzędzia powlekane można podzielić na dwie kategorie, a mianowicie narzędzia powlekane „twardo” i narzędzia powlekane „miękko”. Głównymi celami narzędzi z „twardą” powłoką jest wysoka twardość i odporność na zużycie. Jego głównymi zaletami są wysoka twardość i dobra odporność na zużycie, zazwyczaj powłoki TiC i TiN. Celem narzędzi do powlekania „miękkiego” jest niski współczynnik tarcia, zwany także narzędziami samosmarującymi, które trą z materiałem przedmiotu obrabianego. Współczynnik jest bardzo niski, tylko około 0,1, co może zmniejszyć przyczepność, zmniejszyć tarcie i zmniejszyć skrawanie siłę i temperaturę cięcia.
Niedawno opracowano narzędzia skrawające z nanopowłoką (nanoeoatingiem). W takich powlekanych narzędziach można stosować różne kombinacje materiałów powłokowych (takich jak metal/metal, metal/ceramika, ceramika/ceramika itp.), aby spełnić różne wymagania funkcjonalne i wydajnościowe. Odpowiednio zaprojektowane nanopowłoki mogą sprawić, że materiały narzędziowe będą miały doskonałe właściwości zmniejszające tarcie i zużycie oraz właściwości samosmarujące, dzięki czemu nadają się do szybkiego cięcia na sucho.
⑵ Charakterystyka narzędzi skrawających z powłoką
① Dobra wydajność mechaniczna i skrawanie: Narzędzia powlekane łączą w sobie doskonałe właściwości materiału podstawowego i materiału powłoki. Nie tylko zachowują dobrą wytrzymałość i wysoką wytrzymałość materiału podstawowego, ale także mają wysoką twardość, wysoką odporność na zużycie i niski współczynnik tarcia. Dlatego prędkość skrawania narzędzi powlekanych można zwiększyć ponad 2 razy w porównaniu z narzędziami niepowlekanymi, a także dopuszczalne są wyższe posuwy. Zwiększona jest także trwałość narzędzi powlekanych.
② Duża wszechstronność: Narzędzia powlekane mają szeroką wszechstronność i znacznie rozszerzają zakres obróbki. Jedno narzędzie powlekane może zastąpić kilka narzędzi niepowlekanych.
③ Grubość powłoki: Wraz ze wzrostem grubości powłoki żywotność narzędzia również wzrośnie, ale gdy grubość powłoki osiągnie nasycenie, trwałość narzędzia nie będzie już znacząco rosła. Gdy powłoka będzie zbyt gruba, łatwo spowoduje łuszczenie się; gdy powłoka jest zbyt cienka, odporność na zużycie będzie słaba.
④ Możliwość ponownego szlifowania: Ostrza powlekane mają słabą zdolność do ponownego szlifowania, skomplikowany sprzęt do powlekania, wysokie wymagania procesowe i długi czas powlekania.
⑤ Materiał powłoki: Narzędzia z różnymi materiałami powłoki mają różną wydajność cięcia. Na przykład: podczas cięcia z małą prędkością powłoka TiC ma zalety; podczas cięcia z dużą prędkością bardziej odpowiedni jest TiN.
⑶Zastosowanie powlekanych narzędzi skrawających
Narzędzia powlekane mają ogromny potencjał w dziedzinie obróbki CNC i w przyszłości będą najważniejszą odmianą narzędzi w dziedzinie obróbki CNC. Technologię powlekania zastosowano w frezach walcowo-czołowych, rozwiertakach, wiertłach, narzędziach do obróbki otworów kompozytowych, płytach zębatych, frezach do kształtowania kół zębatych, frezach do golenia kół zębatych, przeciągaczach formujących i różnych płytkach wymiennych mocowanych maszynowo, aby spełnić różne wymagania obróbki skrawaniem z dużą prędkością. Zapotrzebowanie na takie materiały jak stal i żeliwo, stopy żaroodporne i metale nieżelazne.
5. Materiały narzędziowe z węglików spiekanych
Narzędzia skrawające z węglików spiekanych, zwłaszcza narzędzia skrawające z węglików spiekanych, są wiodącymi produktami narzędzi do obróbki CNC. Od lat 80. XX w. asortyment różnych integralnych i wymiennych narzędzi skrawających lub płytek z węglików spiekanych został rozszerzony o różne typy. Różnorodność dziedzin narzędzi skrawających, w których narzędzia z węglików wymiennych rozszerzyły się od prostych narzędzi tokarskich i frezów czołowych do różnych dziedzin precyzyjnych, złożonych i narzędzi do formowania.
⑴ Rodzaje narzędzi skrawających z węglików spiekanych
Zgodnie z głównym składem chemicznym węglik spiekany można podzielić na węglik spiekany na bazie węglika wolframu i węglik spiekany na bazie węgla (azotku) (TiC(N)).
Węglik spiekany na bazie węglika wolframu obejmuje trzy typy: kobalt wolframu (YG), tytan-kobalt wolframu (YT) i rzadki węglik dodany (YW). Każdy ma swoje zalety i wady. Głównymi składnikami są węglik wolframu (WC) i węglik tytanu. (TiC), węglik tantalu (TaC), węglik niobu (NbC) itp. Powszechnie stosowaną fazą wiążącą metal jest Co.
Węglik spiekany na bazie węgla tytanu (azotku) to węglik spiekany z TiC jako głównym składnikiem (niektóre dodają inne węgliki lub azotki). Powszechnie stosowanymi fazami wiążącymi metale są Mo i Ni.
ISO (Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna) dzieli węgliki skrawające na trzy kategorie:
Klasa K, w tym Kl0 ~ K40, jest odpowiednikiem obowiązującej w moim kraju klasy YG (głównym składnikiem jest WC.Co).
Kategoria P, w tym P01 ~ P50, jest odpowiednikiem kategorii YT mojego kraju (głównym składnikiem jest WC.TiC.Co).
Klasa M, w tym M10 ~ M40, jest odpowiednikiem klasy YW mojego kraju (głównym składnikiem jest WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Każdy gatunek reprezentuje serię stopów o zakresie od wysokiej twardości do maksymalnej wytrzymałości, z liczbą od 01 do 50.
⑵ Charakterystyka wydajności narzędzi skrawających z węglików spiekanych
① Wysoka twardość: Narzędzia skrawające z węglików spiekanych są wykonane z węglików o wysokiej twardości i temperaturze topnienia (tzw. faza twarda) oraz spoiw metalicznych (tzw. faza spajania) w procesie metalurgii proszków, o twardości od 89 do 93HRA. , znacznie wyższa niż w przypadku stali szybkotnącej. W temperaturze 5400 C twardość może nadal osiągnąć 82 ~ 87 HRA, co jest tym samym, co twardość stali szybkotnącej w temperaturze pokojowej (83 ~ 86 HRA). Wartość twardości węglika spiekanego zmienia się wraz z rodzajem, ilością, wielkością cząstek węglików i zawartością fazy wiążącej metal i generalnie maleje wraz ze wzrostem zawartości fazy metalu wiążącego. Gdy zawartość fazy spoiwa jest taka sama, twardość stopów YT jest wyższa niż stopów YG, a stopy z dodatkiem TaC (NbC) mają wyższą twardość w wysokich temperaturach.
② Wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość: Wytrzymałość na zginanie powszechnie stosowanego węglika spiekanego mieści się w zakresie od 900 do 1500 MPa. Im wyższa zawartość fazy spoiwa metalicznego, tym wyższa wytrzymałość na zginanie. Gdy zawartość spoiwa jest taka sama, wytrzymałość stopu typu YG (WC-Co) jest wyższa niż stopu typu YT (WC-TiC-Co), a wraz ze wzrostem zawartości TiC wytrzymałość maleje. Węglik spiekany jest materiałem kruchym, a jego udarność w temperaturze pokojowej wynosi tylko 1/30 do 1/8 udarności stali szybkotnącej.
⑶ Zastosowanie powszechnie używanych narzędzi skrawających z węglików spiekanych
Stopy YG stosowane są głównie do obróbki żeliwa, metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych. Drobnoziarnisty węglik spiekany (taki jak YG3X, YG6X) ma wyższą twardość i odporność na zużycie niż węglik średnioziarnisty o tej samej zawartości kobaltu. Nadaje się do obróbki niektórych specjalnych twardych żeliw, austenitycznej stali nierdzewnej, stopów żaroodpornych, stopów tytanu, twardego brązu i odpornych na zużycie materiałów izolacyjnych itp.
Wyjątkowe zalety węglika spiekanego typu YT to wysoka twardość, dobra odporność na ciepło, wyższa twardość i wytrzymałość na ściskanie w wysokich temperaturach niż typ YG oraz dobra odporność na utlenianie. Dlatego też, gdy od noża wymagana jest wyższa odporność na ciepło i zużycie, należy wybrać gatunek o wyższej zawartości TiC. Stopy YT nadają się do obróbki materiałów plastikowych, takich jak stal, ale nie nadają się do obróbki stopów tytanu i stopów krzemowo-aluminiowych.
Stop YW ma właściwości stopów YG i YT i ma dobre wszechstronne właściwości. Można nim obrabiać stal, żeliwo i metale nieżelazne. Jeśli zawartość kobaltu w tego typu stopie zostanie odpowiednio zwiększona, wytrzymałość może być bardzo wysoka i można go stosować do obróbki zgrubnej i przerywanej różnych materiałów trudnych w obróbce.
6. Narzędzia do cięcia stali szybkotnącej
Stal szybkotnąca (HSS) to wysokostopowa stal narzędziowa, która dodaje więcej pierwiastków stopowych, takich jak W, Mo, Cr i V. Narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej charakteryzują się doskonałą wszechstronną wydajnością pod względem wytrzymałości, wytrzymałości i przetwarzalności. W skomplikowanych narzędziach skrawających, szczególnie tych o skomplikowanych kształtach ostrzy, takich jak narzędzia do obróbki otworów, frezy, narzędzia do gwintowania, narzędzia do przeciągania, narzędzia do wycinania kół zębatych itp., nadal stosowana jest stal szybkotnąca. zajmują pozycję dominującą. Noże ze stali szybkotnącej można łatwo naostrzyć i uzyskać ostre krawędzie tnące.
Według różnych zastosowań stal szybkotnącą można podzielić na stal szybkotnącą ogólnego przeznaczenia i stal szybkotnącą o wysokiej wydajności.
⑴ Uniwersalne narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej
Stal szybkotnąca ogólnego przeznaczenia. Ogólnie można go podzielić na dwie kategorie: stal wolframową i stal wolframowo-molibdenową. Ten rodzaj stali szybkotnącej zawiera od 0,7% do 0,9% (C). W zależności od różnej zawartości wolframu w stali można ją podzielić na stal wolframową o zawartości W 12% lub 18%, stal wolframowo-molibdenową o zawartości W 6% lub 8% i stal molibdenową o zawartości W 2% lub brak W. . Stal szybkotnąca ogólnego przeznaczenia ma pewną twardość (63-66HRC) i odporność na zużycie, wysoką wytrzymałość i wytrzymałość, dobrą plastyczność i technologię przetwarzania, dlatego jest szeroko stosowana w produkcji różnych złożonych narzędzi.
① Stal wolframowa: Typowym gatunkiem stali szybkotnącej ogólnego przeznaczenia jest stal wolframowa W18Cr4V (określana jako W18). Ma dobrą ogólną wydajność. Twardość w wysokiej temperaturze w temperaturze 6000 ° C wynosi 48,5 HRC i można ją stosować do produkcji różnych złożonych narzędzi. Ma zalety dobrej szlifowalności i niskiej wrażliwości na odwęglenie, ale ze względu na wysoką zawartość węglika, nierównomierny rozkład, duże cząstki oraz niską wytrzymałość i udarność.
② Stal wolframowo-molibdenowa: odnosi się do stali szybkotnącej otrzymywanej przez zastąpienie części wolframu w stali wolframowej molibdenem. Typowym gatunkiem stali wolframowo-molibdenowej jest W6Mo5Cr4V2 (określany jako M2). Cząsteczki węglika M2 są drobne i jednolite, a ich wytrzymałość, wytrzymałość i plastyczność w wysokiej temperaturze są lepsze niż w przypadku W18Cr4V. Innym rodzajem stali wolframowo-molibdenowej jest W9Mo3Cr4V (w skrócie W9). Jego stabilność termiczna jest nieco wyższa niż stal M2, jej wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość są lepsze niż W6M05Cr4V2 i ma dobrą przetwarzalność.
⑵ Wysokowydajne narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej
Wysokosprawna stal szybkotnąca odnosi się do nowego rodzaju stali, który dodaje pewną zawartość węgla, wanadu i pierwiastków stopowych, takich jak Co i Al, do składu stali szybkotnącej ogólnego przeznaczenia, poprawiając w ten sposób jej odporność na ciepło i odporność na zużycie . Są to głównie następujące kategorie:
① Stal szybkotnąca o wysokiej zawartości węgla. Wysokowęglowa stal szybkotnąca (taka jak 95W18Cr4V) ma wysoką twardość w temperaturze pokojowej i wysokiej temperaturze. Nadaje się do produkcji i obróbki stali zwykłej i żeliwa, wierteł, rozwiertaków, gwintowników i frezów o wysokich wymaganiach dotyczących odporności na zużycie lub narzędzi do obróbki twardszych materiałów. Nie nadaje się do wytrzymywania dużych uderzeń.
② Stal szybkotnąca o wysokiej zawartości wanadu. Typowe gatunki, takie jak W12Cr4V4Mo (określane jako EV4), mają zawartość V zwiększoną od 3% do 5%, mają dobrą odporność na zużycie i nadają się do skrawania materiałów powodujących duże zużycie narzędzi, takich jak włókna, twarda guma, tworzywa sztuczne itp., i może być również stosowany do obróbki materiałów takich jak stal nierdzewna, stal o wysokiej wytrzymałości i stopy wysokotemperaturowe.
③ Stal szybkotnąca kobaltowa. Jest to supertwarda stal szybkotnąca zawierająca kobalt. Typowe gatunki, takie jak W2Mo9Cr4VCo8 (określane jako M42), mają bardzo wysoką twardość. Jego twardość może osiągnąć 69-70HRC. Nadaje się do obróbki trudnych w użyciu stali żaroodpornych o wysokiej wytrzymałości, stopów wysokotemperaturowych, stopów tytanu itp. Materiały do obróbki: M42 ma dobrą szlifowalność i nadaje się do wykonywania precyzyjnych i skomplikowanych narzędzi, ale nie nadaje się do pracy w warunkach cięcia udarowego.
④ Aluminiowa stal szybkotnąca. Jest to supertwarda stal szybkotnąca zawierająca aluminium. Typowe gatunki to na przykład W6Mo5Cr4V2Al (określany jako 501). Twardość w wysokiej temperaturze przy 6000C również osiąga 54HRC. Wydajność skrawania odpowiada M42. Nadaje się do produkcji frezów, wierteł, rozwiertaków, frezów zębatych i przeciągaczy. itp., stosowane do obróbki materiałów takich jak stal stopowa, stal nierdzewna, stal o wysokiej wytrzymałości i stopy wysokotemperaturowe.
⑤ Super twarda stal szybkotnąca zawierająca azot. Typowe gatunki, takie jak W12M03Cr4V3N, określane jako (V3N), to supertwarde stale szybkotnące zawierające azot. Twardość, wytrzymałość i wytrzymałość odpowiadają M42. Można je stosować jako zamiennik stali szybkotnących zawierających kobalt i stosuje się je do niskoobrotowego skrawania materiałów trudnoobrabialnych oraz stali wolnoobrotowych i wysokoprecyzyjnych. przetwarzanie.
⑶ Wytapianie stali szybkotnącej i stali szybkotnącej metodą metalurgii proszków
Zgodnie z różnymi procesami produkcyjnymi stal szybkotnącą można podzielić na stal szybkotnącą do wytapiania i stal szybkotnącą z metalurgii proszków.
① Wytapianie stali szybkotnącej: Zarówno zwykła stal szybkotnąca, jak i wysokowydajna stal szybkotnąca są wytwarzane metodami wytapiania. Wykonuje się z nich noże w procesach takich jak wytapianie, odlewanie wlewków oraz powlekanie i walcowanie. Poważnym problemem, który łatwo pojawia się podczas wytapiania stali szybkotnącej, jest segregacja węglików. Twarde i kruche węgliki są nierównomiernie rozmieszczone w stali szybkotnącej, a ziarna są grube (do kilkudziesięciu mikronów), co wpływa na odporność na zużycie i udarność narzędzi ze stali szybkotnącej. i niekorzystnie wpływają na wydajność cięcia.
② Stal szybkotnąca wytwarzana w wyniku metalurgii proszków (PM HSS): Stal szybkotnąca wytwarzana w wyniku metalurgii proszków (PM HSS) to ciekła stal wytapiana w piecu indukcyjnym wysokiej częstotliwości, atomizowana argonem pod wysokim ciśnieniem lub czystym azotem, a następnie hartowana w celu uzyskania drobne i jednolite kryształy. Strukturuj (proszek ze stali szybkotnącej), a następnie wciśnij powstały proszek w półfabrykat noża w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem lub najpierw wykonaj kęs stalowy, a następnie kuj i zwiń go w kształt noża. W porównaniu ze stalą szybkotnącą wytwarzaną metodą topienia, PM HSS ma tę zaletę, że ziarna węglika są drobne i jednolite, a wytrzymałość, ciągliwość i odporność na zużycie są znacznie lepsze w porównaniu do stopionej stali szybkotnącej. W zakresie skomplikowanych narzędzi CNC narzędzia PM HSS będą się dalej rozwijać i zajmować ważną pozycję. Typowe gatunki, takie jak F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN itp., można stosować do produkcji wielkogabarytowych, obciążonych i wysokoudarowych narzędzi skrawających, a także precyzyjnych narzędzi skrawających.
Zasady doboru materiałów na narzędzia CNC
Obecnie szeroko stosowane materiały narzędziowe CNC obejmują głównie narzędzia diamentowe, narzędzia z sześciennego azotku boru, narzędzia ceramiczne, narzędzia powlekane, narzędzia z węglików spiekanych, narzędzia ze stali szybkotnącej itp. Istnieje wiele gatunków materiałów narzędziowych, a ich właściwości znacznie się różnią. Poniższa tabela przedstawia główne wskaźniki wydajności różnych materiałów narzędziowych.
Materiały narzędziowe do obróbki CNC należy dobierać w zależności od obrabianego przedmiotu i charakteru obróbki. Dobór materiałów narzędziowych powinien być racjonalnie dobrany do przedmiotu obróbki. Dopasowanie materiałów narzędzi skrawających i obiektów obróbki odnosi się głównie do dopasowania właściwości mechanicznych, właściwości fizycznych i właściwości chemicznych tych dwóch, aby uzyskać najdłuższą trwałość narzędzia i maksymalną wydajność skrawania.
1. Dopasowanie właściwości mechanicznych materiałów narzędzi skrawających i obrabianych przedmiotów
Problem dopasowania właściwości mechanicznych narzędzia skrawającego i przedmiotu obróbki dotyczy głównie dopasowania parametrów właściwości mechanicznych, takich jak wytrzymałość, udarność i twardość narzędzia oraz materiału przedmiotu obrabianego. Materiały narzędziowe o różnych właściwościach mechanicznych nadają się do obróbki różnych materiałów przedmiotu obrabianego.
① Kolejność twardości materiału narzędzia jest następująca: narzędzie diamentowe> narzędzie z sześciennego azotku boru> narzędzie ceramiczne> węglik wolframu> stal szybkotnąca.
② Kolejność wytrzymałości na zginanie materiałów narzędziowych jest następująca: stal szybkotnąca > węglik spiekany > narzędzia ceramiczne > narzędzia diamentowe i sześcienne z azotku boru.
③ Kolejność udarności materiałów narzędziowych jest następująca: stal szybkotnąca>węglik wolframu>sześcienny azotek boru, narzędzia diamentowe i ceramiczne.
Materiały obrabiane o wysokiej twardości należy obrabiać narzędziami o wyższej twardości. Twardość materiału narzędzia musi być wyższa niż twardość materiału przedmiotu obrabianego, która na ogół powinna przekraczać 60HRC. Im wyższa twardość materiału narzędzia, tym lepsza jego odporność na zużycie. Na przykład, gdy zawartość kobaltu w węgliku spiekanym wzrasta, jego wytrzymałość i wiązkość wzrasta, a twardość maleje, dzięki czemu nadaje się on do obróbki zgrubnej; gdy zawartość kobaltu maleje, wzrasta jego twardość i odporność na zużycie, dzięki czemu nadaje się do wykańczania.
Narzędzia o doskonałych właściwościach mechanicznych w wysokich temperaturach nadają się szczególnie do cięcia z dużymi prędkościami. Doskonała wydajność ceramicznych narzędzi skrawających w wysokich temperaturach umożliwia skrawanie z dużymi prędkościami, a dopuszczalna prędkość skrawania może być od 2 do 10 razy większa niż w przypadku węglików spiekanych.
2. Dopasowanie właściwości fizycznych materiału narzędzia skrawającego do obrabianego przedmiotu
Narzędzia o różnych właściwościach fizycznych, takie jak narzędzia ze stali szybkotnącej o wysokiej przewodności cieplnej i niskiej temperaturze topnienia, narzędzia ceramiczne o wysokiej temperaturze topnienia i małej rozszerzalności cieplnej, narzędzia diamentowe o wysokiej przewodności cieplnej i niskiej rozszerzalności cieplnej itp. obróbka różnych materiałów przedmiotu obrabianego. Przy obróbce detali o słabej przewodności cieplnej należy stosować materiały narzędziowe o lepszej przewodności cieplnej, aby ciepło skrawania było szybko odprowadzane na zewnątrz i można było obniżyć temperaturę skrawania. Diament dzięki swojej wysokiej przewodności cieplnej i dyfuzyjności cieplnej może z łatwością odprowadzić ciepło skrawania nie powodując dużych odkształceń cieplnych, co jest szczególnie ważne w przypadku precyzyjnych narzędzi skrawających, które wymagają dużej dokładności wymiarowej.
① Temperatura odporności cieplnej różnych materiałów narzędziowych: narzędzia diamentowe 700 ~ 8000C, narzędzia PCBN 13000 ~ 15000C, narzędzia ceramiczne 1100 ~ 12000C, węglik spiekany na bazie TiC(N) 900~11000C, ultradrobny na bazie WC ziarna Węglik ma temperaturę 800 ~ 9000 ° C, HSS wynosi 600 ~ 7000 ° C.
② Kolejność przewodności cieplnej różnych materiałów narzędziowych: PCD>PCBN>węglik spiekany na bazie WC>węglik spiekany na bazie TiC(N)>HSS>ceramika na bazie Si3N4>ceramika na bazie A1203.
③ Kolejność współczynników rozszerzalności cieplnej różnych materiałów narzędziowych jest następująca: HSS>węglik spiekany na bazie WC>TiC(N)>ceramika na bazie A1203>PCBN>ceramika na bazie Si3N4>PCD.
④ Kolejność odporności na szok termiczny różnych materiałów narzędziowych jest następująca: HSS>węglik spiekany na bazie WC>ceramika na bazie Si3N4>PCBN>PCD>węglik spiekany na bazie TiC(N)>ceramika na bazie A1203.
3. Dopasowanie właściwości chemicznych materiału narzędzia skrawającego do obrabianego przedmiotu
Problem dopasowywania właściwości chemicznych materiałów narzędzi skrawających i obiektów obróbki dotyczy głównie dopasowywania parametrów wydajności chemicznej, takich jak powinowactwo chemiczne, reakcja chemiczna, dyfuzja i rozpuszczanie materiałów narzędzi i materiałów przedmiotu obrabianego. Narzędzia wykonane z różnych materiałów nadają się do obróbki różnych materiałów przedmiotu obrabianego.
① Odporność temperaturowa wiązania różnych materiałów narzędziowych (ze stalą) wynosi: PCBN>ceramika>węglik wolframu>HSS.
② Temperatura odporności na utlenianie różnych materiałów narzędziowych wynosi: ceramika>PCBN>węglik wolframu>diament>HSS.
③ Siła dyfuzyjna materiałów narzędziowych (dla stali) wynosi: diament>ceramika na bazie Si3N4>PCBN>ceramika na bazie A1203. Intensywność dyfuzji (dla tytanu) wynosi: ceramika na bazie A1203>PCBN>SiC>Si3N4>diament.
4. Rozsądny wybór materiałów narzędziowych CNC
Ogólnie rzecz biorąc, PCBN, narzędzia ceramiczne, węgliki powlekane i narzędzia węglikowe na bazie TiCN nadają się do obróbki CNC metali żelaznych, takich jak stal; natomiast narzędzia PCD nadają się do materiałów z metali nieżelaznych, takich jak Al, Mg, Cu i ich stopów oraz do obróbki materiałów niemetalicznych. W poniższej tabeli wymieniono niektóre materiały przedmiotu obrabianego, które można przetwarzać za pomocą powyższych materiałów narzędziowych.
Narzędzia CNC Xinfa charakteryzują się dobrą jakością i niską ceną. Aby uzyskać szczegółowe informacje, odwiedź:
Producenci narzędzi CNC – chińska fabryka narzędzi CNC i dostawcy (xinfatools.com)
Czas publikacji: 1 listopada 2023 r
