Dobrý kôň potrebuje dobré sedlo a používa pokročilé CNC obrábacie zariadenia. Ak sa použijú nesprávne nástroje, bude to zbytočné! Výber vhodného materiálu nástroja má veľký vplyv na životnosť nástroja, efektivitu spracovania, kvalitu spracovania a náklady na spracovanie. Tento článok poskytuje užitočné informácie o znalostiach nožov, zbierajte ich a posielajte ďalej, poďme sa spolu učiť.
Materiály nástrojov by mali mať základné vlastnosti
Výber materiálov nástroja má veľký vplyv na životnosť nástroja, efektivitu spracovania, kvalitu spracovania a náklady na spracovanie. Nástroje musia pri rezaní odolávať vysokému tlaku, vysokej teplote, treniu, nárazom a vibráciám. Materiály nástrojov by preto mali mať tieto základné vlastnosti:
(1) Tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Tvrdosť materiálu nástroja musí byť vyššia ako tvrdosť materiálu obrobku, pri ktorej sa všeobecne vyžaduje, aby bola vyššia ako 60 HRC. Čím vyššia je tvrdosť materiálu nástroja, tým lepšia je odolnosť proti opotrebovaniu.
(2) Pevnosť a húževnatosť. Materiály nástrojov by mali mať vysokú pevnosť a húževnatosť, aby odolali rezným silám, nárazom a vibráciám a zabránili krehkému lomu a odštiepeniu nástroja.
(3) Tepelná odolnosť. Materiál nástroja má dobrú tepelnú odolnosť, odoláva vysokým rezným teplotám a má dobrú odolnosť proti oxidácii.
(4) Výkonnosť a hospodárnosť procesu. Nástrojové materiály by mali mať dobrý výkon pri kovaní, výkon pri tepelnom spracovaní, výkon pri zváraní; brúsny výkon atď., a mal by sledovať vysoký pomer výkonu a ceny.
Druhy, vlastnosti, charakteristiky a aplikácie nástrojových materiálov
1. Materiály diamantových nástrojov
Diamant je alotrop uhlíka a je najtvrdším materiálom v prírode. Diamantové rezné nástroje majú vysokú tvrdosť, vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a vysokú tepelnú vodivosť a sú široko používané pri spracovaní neželezných kovov a nekovových materiálov. Najmä pri vysokorýchlostnom rezaní hliníka a kremíkovo-hliníkových zliatin sú diamantové nástroje hlavným typom rezných nástrojov, ktoré sa ťažko vymieňajú. Diamantové nástroje, ktoré dokážu dosiahnuť vysokú účinnosť, vysokú stabilitu a dlhú životnosť, sú nepostrádateľnými a dôležitými nástrojmi moderného CNC obrábania.
⑴ Typy diamantových nástrojov
① Prírodné diamantové nástroje: Prírodné diamanty sa používajú ako rezné nástroje už stovky rokov. Prírodné monokryštálové diamantové nástroje boli jemne brúsené, aby bola rezná hrana extrémne ostrá. Polomer reznej hrany môže dosiahnuť 0,002 μm, čo môže dosiahnuť ultratenké rezanie. Dokáže spracovať extrémne vysokú presnosť obrobku a extrémne nízku drsnosť povrchu. Je to uznávaný, ideálny a nenahraditeľný ultra presný obrábací nástroj.
② Diamantové rezacie nástroje PCD: Prírodné diamanty sú drahé. Najpoužívanejším diamantom pri spracovaní rezaním je polykryštalický diamant (PCD). Od začiatku 70. rokov 20. storočia bol vyvinutý polykryštalický diamant (Polycrystauine diamond, označovaný ako PCD čepele) pripravený pomocou technológie vysokoteplotnej a vysokotlakovej syntézy. Po úspechu boli nástroje na rezanie prírodného diamantu pri mnohých príležitostiach nahradené umelým polykryštalickým diamantom. Suroviny PCD sú bohaté na zdroje a ich cena je len niekoľko až desatina ceny prírodného diamantu. PCD rezné nástroje nie je možné brúsiť, aby vznikli extrémne ostré rezné nástroje. Kvalita povrchu reznej hrany a opracovaného obrobku nie je taká dobrá ako pri prírodnom diamante. V priemysle zatiaľ nie je vhodné vyrábať PCD čepele s lámačmi triesok. Preto je možné PCD použiť iba na presné rezanie neželezných kovov a nekovov a je ťažké dosiahnuť ultravysokú presnosť rezania. Presné zrkadlové rezanie.
③ Diamantové rezacie nástroje CVD: Od konca 70. do začiatku 80. rokov sa v Japonsku objavila technológia CVD diamantov. CVD diamant sa vzťahuje na použitie chemického nanášania pár (CVD) na syntézu diamantového filmu na heterogénnej matrici (ako je slinutý karbid, keramika atď.). CVD diamant má presne rovnakú štruktúru a vlastnosti ako prírodný diamant. Výkon CVD diamantu je veľmi blízky výkonu prírodného diamantu. Má výhody prírodného monokryštálového diamantu a polykryštalického diamantu (PCD) a do určitej miery prekonáva ich nedostatky.
⑵ Výkonnostné charakteristiky diamantových nástrojov
① Extrémne vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu: Prírodný diamant je najtvrdšia látka v prírode. Diamant má extrémne vysokú odolnosť proti opotrebovaniu. Pri obrábaní materiálov s vysokou tvrdosťou je životnosť diamantových nástrojov 10 až 100-krát vyššia ako životnosť nástrojov z tvrdokovu, alebo dokonca stonásobná.
② Má veľmi nízky koeficient trenia: Koeficient trenia medzi diamantom a niektorými neželeznými kovmi je nižší ako u iných rezných nástrojov. Koeficient trenia je nízky, deformácia počas spracovania je malá a rezná sila sa môže znížiť.
③ Rezná hrana je veľmi ostrá: Rezná hrana diamantového nástroja môže byť veľmi ostrá. Prirodzený monokryštálový diamantový nástroj môže byť vysoký až 0,002 ~ 0,008 μm, ktorý môže vykonávať ultra tenké rezanie a ultra presné spracovanie.
④ Vysoká tepelná vodivosť: Diamant má vysokú tepelnú vodivosť a tepelnú difúziu, takže rezné teplo sa ľahko odvádza a teplota reznej časti nástroja je nízka.
⑤ Má nižší koeficient tepelnej rozťažnosti: Koeficient tepelnej rozťažnosti diamantu je niekoľkonásobne menší ako koeficient slinutého karbidu a zmena veľkosti nástroja spôsobená rezným teplom je veľmi malá, čo je obzvlášť dôležité pre presné a ultra presné obrábanie, ktoré vyžaduje vysokú rozmerovú presnosť.
⑶ Aplikácia diamantových nástrojov
Diamantové nástroje sa väčšinou používajú na jemné rezanie a vyvrtávanie neželezných kovov a nekovových materiálov pri vysokých rýchlostiach. Vhodné na spracovanie rôznych nekovov odolných voči opotrebovaniu, ako sú polotovary z práškovej metalurgie zo sklenených vlákien, keramické materiály atď.; rôzne neželezné kovy odolné voči opotrebovaniu, ako sú rôzne zliatiny kremíka a hliníka; a dokončovacie spracovanie rôznych neželezných kovov.
Nevýhodou diamantových nástrojov je slabá tepelná stabilita. Keď teplota rezania presiahne 700 ℃ ~ 800 ℃, úplne stratia svoju tvrdosť. Navyše nie sú vhodné na rezanie železných kovov, pretože diamant (uhlík) pri vysokých teplotách ľahko reaguje so železom. Atómová akcia premieňa atómy uhlíka na grafitovú štruktúru a nástroj sa ľahko poškodí.
2. Materiál nástroja z kubického nitridu bóru
Kubický nitrid bóru (CBN), druhý supertvrdý materiál syntetizovaný pomocou metódy podobnej výrobe diamantov, je po diamante druhý z hľadiska tvrdosti a tepelnej vodivosti. Má vynikajúcu tepelnú stabilitu a môže sa zohriať až na 10 000 C v atmosfére. Nedochádza k oxidácii. CBN má extrémne stabilné chemické vlastnosti pre železné kovy a môže byť široko používaný pri spracovaní výrobkov z ocele.
⑴ Typy rezných nástrojov z kubického nitridu bóru
Kubický nitrid bóru (CBN) je látka, ktorá sa v prírode nevyskytuje. Delí sa na monokryštál a polykryštalický, a to monokryštál CBN a polykryštalický kubický nitrid bóru (polykryštalický kubický bornnitrid, skrátene PCBN). CBN je jedným z alotropov nitridu bóru (BN) a má štruktúru podobnú diamantu.
PCBN (polykryštalický kubický nitrid bóru) je polykryštalický materiál, v ktorom sú jemné CBN materiály spolu spekané prostredníctvom väzobných fáz (TiC, TiN, Al, Ti atď.) pri vysokej teplote a tlaku. V súčasnosti je to druhý najtvrdší umelo syntetizovaný materiál. Diamantový nástrojový materiál sa spolu s diamantom súhrnne nazýva supertvrdý nástrojový materiál. PCBN sa používa hlavne na výrobu nožov alebo iných nástrojov.
PCBN rezné nástroje možno rozdeliť na plné PCBN čepele a PCBN kompozitné čepele spekané karbidom.
Kompozitné čepele PCBN sa vyrábajú spekaním vrstvy PCBN s hrúbkou 0,5 až 1,0 mm na slinutý karbid s dobrou pevnosťou a húževnatosťou. Jeho výkon kombinuje dobrú húževnatosť s vysokou tvrdosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu. Rieši problémy nízkej pevnosti v ohybe a náročného zvárania CBN čepelí.
⑵ Hlavné vlastnosti a charakteristiky kubického nitridu bóru
Hoci tvrdosť kubického nitridu bóru je o niečo nižšia ako u diamantu, je oveľa vyššia ako u iných materiálov s vysokou tvrdosťou. Výnimočnou výhodou CBN je, že jeho tepelná stabilita je oveľa vyššia ako u diamantu, dosahuje teploty nad 1200°C (diamant má 700-800°C). Ďalšou vynikajúcou výhodou je, že je chemicky inertný a nereaguje so železom pri 1200-1300°C. reakciu. Hlavné výkonnostné charakteristiky kubického nitridu bóru sú nasledovné.
① Vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu: Kryštálová štruktúra CBN je podobná diamantu a má podobnú tvrdosť a pevnosť ako diamant. PCBN je obzvlášť vhodný na spracovanie materiálov s vysokou tvrdosťou, ktoré bolo možné predtým iba brúsiť, a môžu tak získať lepšiu kvalitu povrchu obrobku.
② Vysoká tepelná stabilita: Tepelná odolnosť CBN môže dosiahnuť 1400 ~ 1500 ℃, čo je takmer 1-krát vyššia ako tepelná odolnosť diamantu (700 ~ 800 ℃). PCBN nástroje dokážu rezať vysokoteplotné zliatiny a kalenú oceľ pri vysokých rýchlostiach 3 až 5-krát vyšších ako karbidové nástroje.
③ Vynikajúca chemická stabilita: Nemá žiadnu chemickú interakciu s materiálmi na báze železa až do 1200-1300 °C a neopotrebuje sa tak prudko ako diamant. V tomto čase si stále môže zachovať tvrdosť slinutého karbidu; Nástroje PCBN sú vhodné na rezanie kalených oceľových dielov a chladenej liatiny, môžu byť široko používané pri vysokorýchlostnom rezaní liatiny.
④ Dobrá tepelná vodivosť: Aj keď tepelná vodivosť CBN nemôže držať krok s diamantom, tepelná vodivosť PCBN medzi rôznymi nástrojovými materiálmi je na druhom mieste za diamantom a je oveľa vyššia ako v prípade rýchloreznej ocele a slinutého karbidu.
⑤ Má nižší koeficient trenia: Nízky koeficient trenia môže viesť k zníženiu reznej sily počas rezania, zníženiu reznej teploty a zlepšeniu kvality obrobeného povrchu.
⑶ Použitie rezných nástrojov na báze kubického nitridu bóru
Kubický nitrid bóru je vhodný na konečnú úpravu rôznych ťažkoobrobiteľných materiálov, ako je kalená oceľ, tvrdá liatina, vysokoteplotné zliatiny, slinutý karbid a povrchové striekané materiály. Presnosť spracovania môže dosiahnuť IT5 (otvor je IT6) a hodnota drsnosti povrchu môže byť taká malá ako Ra1,25 ~ 0,20 μm.
Nástrojový materiál z kubického nitridu bóru má nízku húževnatosť a pevnosť v ohybe. Preto sústružnícke nástroje z kubického nitridu bóru nie sú vhodné na hrubé obrábanie pri nízkych rýchlostiach a vysokom rázovom zaťažení; zároveň nie sú vhodné na rezanie materiálov s vysokou plasticitou (ako sú zliatiny hliníka, zliatiny medi, zliatiny na báze niklu, ocele s vysokou plasticitou a pod.), pretože pri opracovaní dôjde k prerezaniu týchto vážne nahromadených hrán s kovom, čím sa zhoršuje obrobený povrch.
3. keramické nástrojové materiály
Keramické rezné nástroje sa vyznačujú vysokou tvrdosťou, dobrou odolnosťou proti opotrebovaniu, vynikajúcou tepelnou odolnosťou a chemickou stabilitou a nie je ľahké ich spájať s kovom. Keramické nástroje zohrávajú pri CNC obrábaní veľmi dôležitú úlohu. Keramické nástroje sa stali jedným z hlavných nástrojov na vysokorýchlostné rezanie a spracovanie ťažkoobrobiteľných materiálov. Keramické rezné nástroje sú široko používané pri vysokorýchlostnom rezaní, rezaní za sucha, tvrdom rezaní a rezaní ťažko obrobiteľných materiálov. Keramické nástroje dokážu efektívne spracovať vysoko tvrdé materiály, ktoré tradičné nástroje vôbec nedokážu spracovať, pričom realizujú „sústruženie namiesto brúsenia“; optimálna rýchlosť rezania keramických nástrojov môže byť 2 až 10-krát vyššia ako u tvrdokovových nástrojov, čím sa výrazne zvyšuje efektívnosť výroby rezania. ; Hlavnými surovinami používanými v keramických nástrojových materiáloch sú najrozšírenejšie prvky v zemskej kôre. Preto má propagácia a používanie keramických nástrojov veľký význam pre zlepšenie produktivity, zníženie nákladov na spracovanie a šetrenie strategických drahých kovov. Výrazne podporí aj rozvoj technológie rezania. pokrok.
⑴ Typy materiálov keramických nástrojov
Typy materiálov keramických nástrojov možno vo všeobecnosti rozdeliť do troch kategórií: keramika na báze oxidu hlinitého, keramika na báze nitridu kremíka a kompozitná keramika na báze nitridu kremíka a oxidu hlinitého. Medzi nimi sú najpoužívanejšie keramické nástrojové materiály na báze oxidu hlinitého a nitridu kremíka. Výkon keramiky na báze nitridu kremíka je lepší ako u keramiky na báze oxidu hlinitého.
⑵ Výkon a vlastnosti keramických rezných nástrojov
① Vysoká tvrdosť a dobrá odolnosť proti opotrebeniu: Hoci tvrdosť keramických rezných nástrojov nie je taká vysoká ako PCD a PCBN, je oveľa vyššia ako tvrdosť rezných nástrojov z tvrdokovu a rýchloreznej ocele a dosahuje 93-95HRA. Keramické rezné nástroje dokážu spracovať vysoko tvrdé materiály, ktoré sa ťažko spracovávajú tradičnými reznými nástrojmi a sú vhodné na vysokorýchlostné rezanie a tvrdé rezanie.
② Odolnosť voči vysokej teplote a dobrá tepelná odolnosť: Keramické rezné nástroje môžu stále rezať pri vysokých teplotách nad 1200 ° C. Keramické rezné nástroje majú dobré mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách. Keramické rezné nástroje A12O3 majú obzvlášť dobrú odolnosť proti oxidácii. Aj keď je rezná hrana rozpálená, môže sa používať nepretržite. Preto môžu keramické nástroje dosiahnuť suché rezanie, čím sa eliminuje potreba reznej kvapaliny.
③ Dobrá chemická stabilita: Keramické rezné nástroje sa nedajú ľahko spájať s kovom a sú odolné voči korózii a majú dobrú chemickú stabilitu, čo môže znížiť opotrebovanie rezných nástrojov.
④ Nízky koeficient trenia: Afinita medzi keramickými nástrojmi a kovom je malá a koeficient trenia je nízky, čo môže znížiť reznú silu a teplotu rezania.
⑶ Keramické nože majú aplikácie
Keramika je jedným z nástrojových materiálov používaných hlavne na vysokorýchlostné dokončovanie a polodokončovanie. Keramické rezné nástroje sú vhodné na rezanie rôznych liatin (sivá liatina, tvárna liatina, temperovaná liatina, chladená liatina, vysokolegovaná liatina odolná proti opotrebovaniu) a oceľových materiálov (uhlíková konštrukčná oceľ, legovaná konštrukčná oceľ, vysokopevná oceľ, oceľ s vysokým obsahom mangánu, kalená oceľ atď.), možno použiť aj na rezanie zliatin medi, grafitu, technických plastov a kompozitných materiálov.
Materiálové vlastnosti keramických rezných nástrojov majú problémy s nízkou pevnosťou v ohybe a slabou rázovou húževnatosťou, čo ich robí nevhodnými na rezanie pri nízkych rýchlostiach a pri rázovom zaťažení.
4. Potiahnuté nástrojové materiály
Povlak rezných nástrojov je jedným z dôležitých spôsobov zlepšenia výkonu nástroja. Vznik nástrojov s povlakom priniesol zásadný prelom v reznom výkone rezných nástrojov. Potiahnuté nástroje sú potiahnuté jednou alebo viacerými vrstvami žiaruvzdorných zmesí s dobrou odolnosťou proti opotrebeniu na tele nástroja s dobrou húževnatosťou. Spája matricu nástroja s tvrdým povlakom, čím výrazne zlepšuje výkon nástroja. Potiahnuté nástroje môžu zlepšiť efektivitu spracovania, zlepšiť presnosť spracovania, predĺžiť životnosť nástroja a znížiť náklady na spracovanie.
Asi 80 % rezných nástrojov používaných v nových CNC obrábacích strojoch používa nástroje s povlakom. Povlakované nástroje budú v budúcnosti najdôležitejšou odrodou nástrojov v oblasti CNC obrábania.
⑴ Typy nástrojov s povlakom
Podľa rôznych metód povlakovania možno nástroje s povlakom rozdeliť na nástroje potiahnuté chemickým nanášaním pár (CVD) a nástroje potiahnuté fyzikálnym nanášaním pár (PVD). Potiahnuté karbidové rezné nástroje vo všeobecnosti používajú metódu chemického nanášania pár a teplota nanášania je okolo 1000 °C. Rezné nástroje z rýchloreznej ocele s povlakom vo všeobecnosti používajú metódu fyzického nanášania pár a teplota nanášania je okolo 500 ° C;
Podľa rôznych podkladových materiálov nástrojov s povlakom možno nástroje s povlakom rozdeliť na nástroje s povlakom z karbidu, nástroje s povlakom z rýchloreznej ocele a nástroje s povlakom na keramiku a supertvrdé materiály (diamant a kubický nitrid bóru).
Podľa vlastností povlakového materiálu možno nástroje s povlakom rozdeliť do dvoch kategórií, a to nástroje s „tvrdým“ povlakom a nástroje s „mäkkým“ povlakom. Hlavnými cieľmi nástrojov s „tvrdým“ povlakom sú vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu. Hlavnými výhodami sú vysoká tvrdosť a dobrá odolnosť proti opotrebeniu, typicky povlaky TiC a TiN. Cieľom, ktorý sledujú „mäkké“ poťahovacie nástroje, je nízky koeficient trenia, tiež známy ako samomazacie nástroje, ktoré trenie s materiálom obrobku Koeficient je veľmi nízky, len asi 0,1, čo môže znížiť priľnavosť, znížiť trenie a znížiť rezanie. sila a teplota rezu.
Nedávno boli vyvinuté rezné nástroje na nanopovlakovanie (Nanoeoating). Takto potiahnuté nástroje môžu používať rôzne kombinácie poťahových materiálov (ako kov/kov, kov/keramika, keramika/keramika atď.), aby sa splnili rôzne funkčné a výkonnostné požiadavky. Správne navrhnuté nanopovlaky môžu spôsobiť, že nástrojové materiály majú vynikajúce funkcie na zníženie trenia a proti opotrebeniu a samomazné vlastnosti, vďaka čomu sú vhodné na vysokorýchlostné suché rezanie.
⑵ Charakteristika povlakovaných rezných nástrojov
① Dobrý mechanický a rezný výkon: Potiahnuté nástroje kombinujú vynikajúce vlastnosti základného materiálu a náterového materiálu. Nielenže si zachovávajú dobrú húževnatosť a vysokú pevnosť základného materiálu, ale majú aj vysokú tvrdosť, vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a nízky koeficient trenia. Preto môže byť rezná rýchlosť potiahnutých nástrojov zvýšená viac ako 2-krát v porovnaní s nepovlakovanými nástrojmi a sú povolené vyššie rýchlosti posuvu. Zlepšuje sa aj životnosť nástrojov s povlakom.
② Silná všestrannosť: Potiahnuté nástroje majú širokú všestrannosť a výrazne rozširujú rozsah spracovania. Jeden nástroj s povlakom môže nahradiť niekoľko nástrojov bez povlaku.
③ Hrúbka povlaku: So zvyšujúcou sa hrúbkou povlaku sa zvýši aj životnosť nástroja, ale keď hrúbka povlaku dosiahne nasýtenie, životnosť nástroja sa už výrazne nezvýši. Keď je povlak príliš hrubý, ľahko spôsobí odlupovanie; keď je povlak príliš tenký, odolnosť proti opotrebovaniu bude nízka.
④ Prebrúsiteľnosť: Čepele s povrchovou úpravou majú zlú brúsnosť, zložité poťahovacie zariadenie, vysoké požiadavky na proces a dlhú dobu poťahovania.
⑤ Náterový materiál: Nástroje s rôznymi náterovými materiálmi majú rôzny rezný výkon. Napríklad: pri rezaní nízkou rýchlosťou má povlak TiC výhody; pri rezaní vysokou rýchlosťou je vhodnejší TiN.
⑶Aplikácia potiahnutých rezných nástrojov
Povlakované nástroje majú veľký potenciál v oblasti CNC obrábania a budú v budúcnosti najdôležitejším nástrojovým sortimentom v oblasti CNC obrábania. Technológia povrchovej úpravy bola aplikovaná na stopkové frézy, výstružníky, vrtáky, nástroje na spracovanie kompozitných otvorov, frézy na ozubenie, frézy na tvarovanie ozubených kolies, frézy na orezávanie ozubených kolies, tvarovacie preťahovače a rôzne vymeniteľné doštičky upínané strojom, aby sa splnili rôzne požiadavky na vysokorýchlostné obrábanie. Potreby materiálov, ako je oceľ a liatina, žiaruvzdorné zliatiny a neželezné kovy.
5. Karbidové nástrojové materiály
Karbidové rezné nástroje, najmä vymeniteľné karbidové rezné nástroje, sú poprednými produktmi CNC obrábacích nástrojov. Od 80. rokov 20. storočia sa rôzne druhy integrálnych a vymeniteľných karbidových rezných nástrojov alebo doštičiek rozšírili na rôzne typy. Rôzne polia rezných nástrojov, v ktorých sa vymeniteľné tvrdokovové nástroje rozšírili z jednoduchých sústružníckych nástrojov a čelných fréz na rôzne presné, zložité a tvarovacie nástroje.
⑴ Typy tvrdokovových rezných nástrojov
Podľa hlavného chemického zloženia možno slinutý karbid rozdeliť na slinutý karbid na báze karbidu volfrámu a slinutý karbid na báze karbidu titánu (nitrid) (TiC(N)).
Slinutý karbid na báze karbidu volfrámu zahŕňa tri typy: volfrám kobalt (YG), volfrám kobalt titán (YT) a pridaný vzácny karbid (YW). Každý má svoje výhody a nevýhody. Hlavnými komponentmi sú karbid volfrámu (WC) a karbid titánu. (TiC), karbid tantalu (TaC), karbid nióbu (NbC) atď. Bežne používaná kovová väzbová fáza je Co.
Slinutý karbid na báze uhlíka titánu (nitridu) je slinutý karbid s TiC ako hlavnou zložkou (niektoré pridávajú ďalšie karbidy alebo nitridy). Bežne používané fázy spájania kovov sú Mo a Ni.
ISO (Medzinárodná organizácia pre normalizáciu) rozdeľuje rezný karbid do troch kategórií:
Trieda K, vrátane Kl0 ~ K40, je ekvivalentná triede YG v mojej krajine (hlavnou zložkou je WC.Co).
Kategória P vrátane P01 ~ P50 je ekvivalentná kategórii YT v mojej krajine (hlavnou zložkou je WC.TiC.Co).
Trieda M, vrátane M10~M40, je ekvivalentná triede YW v mojej krajine (hlavná zložka je WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Každá trieda predstavuje sériu zliatin od vysokej tvrdosti po maximálnu húževnatosť s číslom medzi 01 a 50.
⑵ Výkonnostné charakteristiky tvrdokovových rezných nástrojov
① Vysoká tvrdosť: Karbidové rezné nástroje sú vyrobené z karbidov s vysokou tvrdosťou a teplotou topenia (nazývané tvrdá fáza) a kovových spojív (nazývaných väzobná fáza) prostredníctvom práškovej metalurgie s tvrdosťou 89 až 93 HRA. , oveľa vyššia ako rýchlorezná oceľ. Pri 5400C môže tvrdosť stále dosiahnuť 82~87HRA, čo je rovnaké ako tvrdosť rýchloreznej ocele pri izbovej teplote (83~86HRA). Hodnota tvrdosti slinutého karbidu sa mení s povahou, množstvom, veľkosťou častíc karbidov a obsahom kovovej väzbovej fázy a všeobecne klesá so zvyšovaním obsahu väzbovej kovovej fázy. Keď je obsah spojivovej fázy rovnaký, tvrdosť zliatin YT je vyššia ako tvrdosť zliatin YG a zliatiny pridané s TaC (NbC) majú vyššiu tvrdosť pri vysokej teplote.
② Pevnosť v ohybe a húževnatosť: Pevnosť v ohybe bežne používaného slinutého karbidu je v rozsahu 900 až 1500 MPa. Čím vyšší je obsah fázy kovového spojiva, tým vyššia je pevnosť v ohybe. Keď je obsah spojiva rovnaký, pevnosť zliatiny typu YG (WC-Co) je vyššia ako pevnosť zliatiny typu YT (WC-TiC-Co), a keď sa obsah TiC zvyšuje, pevnosť klesá. Slinutý karbid je krehký materiál a jeho rázová húževnatosť pri izbovej teplote je iba 1/30 až 1/8 húževnatosti rýchloreznej ocele.
⑶ Aplikácia bežne používaných nástrojov na rezanie tvrdokovu
Zliatiny YG sa používajú najmä na spracovanie liatiny, neželezných kovov a nekovových materiálov. Jemnozrnný slinutý karbid (ako YG3X, YG6X) má vyššiu tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu ako stredne zrnitý karbid s rovnakým obsahom kobaltu. Je vhodný na spracovanie špeciálnej tvrdej liatiny, austenitickej nehrdzavejúcej ocele, žiaruvzdornej zliatiny, zliatiny titánu, tvrdého bronzu a izolačných materiálov odolných voči opotrebovaniu atď.
Vynikajúce výhody slinutého karbidu typu YT sú vysoká tvrdosť, dobrá tepelná odolnosť, vyššia tvrdosť a pevnosť v tlaku pri vysokých teplotách ako typ YG a dobrá odolnosť proti oxidácii. Preto, keď sa požaduje, aby nôž mal vyššiu tepelnú odolnosť a odolnosť proti opotrebovaniu, mala by sa zvoliť trieda s vyšším obsahom TiC. Zliatiny YT sú vhodné na spracovanie plastových materiálov, ako je oceľ, ale nie sú vhodné na spracovanie zliatin titánu a zliatin kremíka a hliníka.
Zliatina YW má vlastnosti zliatin YG a YT a má dobré komplexné vlastnosti. Môže sa použiť na spracovanie ocele, liatiny a neželezných kovov. Pri vhodnom zvýšení obsahu kobaltu v tomto type zliatiny môže byť pevnosť veľmi vysoká a možno ju použiť na hrubé obrábanie a prerušované rezanie rôznych ťažkoobrobiteľných materiálov.
6. Rezné nástroje z vysokorýchlostnej ocele
Vysokorýchlostná oceľ (HSS) je vysokolegovaná nástrojová oceľ, ktorá pridáva viac legujúcich prvkov, ako sú W, Mo, Cr a V. Rezné nástroje z rýchloreznej ocele majú vynikajúci komplexný výkon z hľadiska pevnosti, húževnatosti a spracovateľnosti. V zložitých rezných nástrojoch, najmä tých so zložitými tvarmi čepelí, ako sú nástroje na spracovanie otvorov, frézy, závitovacie nástroje, preťahovacie nástroje, nástroje na rezanie ozubených kolies atď., sa stále používa vysokorýchlostná oceľ. zaujímajú dominantné postavenie. Nože z rýchloreznej ocele sa dajú ľahko brúsiť a vytvárať ostré rezné hrany.
Podľa rôznych použití možno rýchloreznú oceľ rozdeliť na univerzálnu rýchloreznú oceľ a vysokovýkonnú rýchloreznú oceľ.
⑴ Univerzálne rezné nástroje z rýchloreznej ocele
Vysokorýchlostná oceľ na všeobecné použitie. Vo všeobecnosti sa dá rozdeliť do dvoch kategórií: volfrámová oceľ a volfrámovo-molybdénová oceľ. Tento typ rýchloreznej ocele obsahuje 0,7 % až 0,9 % (C). Podľa rôzneho obsahu volfrámu v oceli ju možno rozdeliť na volfrámovú oceľ s obsahom W 12 % alebo 18 %, volfrámovo-molybdénovú oceľ s obsahom W 6 % alebo 8 % a molybdénovú oceľ s obsahom W 2 % alebo žiadne W. . Univerzálna rýchlorezná oceľ má určitú tvrdosť (63-66HRC) a odolnosť proti opotrebeniu, vysokú pevnosť a húževnatosť, dobrú plasticitu a technológiu spracovania, takže sa široko používa pri výrobe rôznych zložitých nástrojov.
① Volfrámová oceľ: Typická trieda volfrámovej ocele na všeobecné použitie z rýchloreznej ocele je W18Cr4V (označovaná ako W18). Má dobrý celkový výkon. Tvrdosť pri vysokej teplote pri 6000 C je 48,5 HRC a môže byť použitá na výrobu rôznych zložitých nástrojov. Má výhody dobrej brúsiteľnosti a nízkej citlivosti na oduhličenie, ale vďaka vysokému obsahu karbidov, nerovnomernému rozloženiu, veľkým časticiam a nízkej pevnosti a húževnatosti.
② Volfrámovo-molybdénová oceľ: označuje rýchloreznú oceľ získanú nahradením časti volfrámu vo volfrámovej oceli molybdénom. Typická kvalita volfrámovo-molybdénovej ocele je W6Mo5Cr4V2 (označovaná ako M2). Karbidové častice M2 sú jemné a rovnomerné a jeho pevnosť, húževnatosť a plasticita pri vysokej teplote sú lepšie ako u W18Cr4V. Ďalším typom volfrámovo-molybdénovej ocele je W9Mo3Cr4V (skrátene W9). Jeho tepelná stabilita je o niečo vyššia ako u ocele M2, jej pevnosť v ohybe a húževnatosť sú lepšie ako u W6M05Cr4V2 a má dobrú spracovateľnosť.
⑵ Vysokovýkonné rezné nástroje z rýchloreznej ocele
Vysokovýkonná rýchlorezná oceľ označuje nový typ ocele, ktorý do zloženia univerzálnej rýchloreznej ocele pridáva určitý obsah uhlíka, vanádu a legujúcich prvkov, ako je Co a Al, čím zlepšuje jej tepelnú odolnosť a odolnosť proti opotrebovaniu. . Ide najmä o tieto kategórie:
① Vysoko uhlíková vysokorýchlostná oceľ. Vysokouhlíková rýchlorezná oceľ (napríklad 95W18Cr4V) má vysokú tvrdosť pri izbovej teplote a vysokej teplote. Je vhodný na výrobu a spracovanie bežnej ocele a liatiny, vrtákov, výstružníkov, závitníkov a fréz s vysokými požiadavkami na odolnosť proti opotrebeniu alebo nástrojov na spracovanie tvrdších materiálov. Nie je vhodné odolávať veľkým nárazom.
② Vysoko vanádiová vysokorýchlostná oceľ. Typické druhy, ako napríklad W12Cr4V4Mo (označované ako EV4), majú obsah V zvýšený na 3 % až 5 %, majú dobrú odolnosť proti opotrebovaniu a sú vhodné na rezanie materiálov, ktoré spôsobujú veľké opotrebovanie nástrojov, ako sú vlákna, tvrdá guma, plasty. atď., a môže byť tiež použitý na spracovanie materiálov, ako je nehrdzavejúca oceľ, vysokopevnostná oceľ a vysokoteplotné zliatiny.
③ Kobaltová vysokorýchlostná oceľ. Ide o supertvrdú rýchloreznú oceľ s obsahom kobaltu. Typické druhy, ako napríklad W2Mo9Cr4VCo8 (označované ako M42), majú veľmi vysokú tvrdosť. Jeho tvrdosť môže dosiahnuť 69-70HRC. Je vhodný na spracovanie ťažko použiteľných vysokopevnostných žiaruvzdorných ocelí, vysokoteplotných zliatin, zliatin titánu a pod. Materiály na spracovanie: M42 má dobrú brúsnosť a je vhodný na výrobu presných a zložitých nástrojov, nie je však vhodný pre prácu v podmienkach nárazového rezania.
④ Hliníková vysokorýchlostná oceľ. Ide o supertvrdú rýchloreznú oceľ s obsahom hliníka. Typické druhy sú napríklad W6Mo5Cr4V2Al (označované ako 501). Tvrdosť pri vysokej teplote pri 6000C tiež dosahuje 54HRC. Rezný výkon je ekvivalentný M42. Je vhodný na výrobu fréz, vrtákov, výstružníkov, ozubených fréz a preťahovačiek. atď., Používa sa na spracovanie materiálov, ako je legovaná oceľ, nehrdzavejúca oceľ, vysokopevnostná oceľ a vysokoteplotné zliatiny.
⑤ Dusíková super tvrdá rýchlorezná oceľ. Typické druhy, ako napríklad W12M03Cr4V3N, označované ako (V3N), sú supertvrdé rýchlorezné ocele obsahujúce dusík. Tvrdosť, pevnosť a húževnatosť zodpovedajú M42. Možno ich použiť ako náhradu rýchlorezných ocelí s obsahom kobaltu a používajú sa na nízkorýchlostné rezanie ťažkoobrobiteľných materiálov a nízkorýchlostných vysoko presných ocelí. spracovanie.
⑶ Tavenie rýchloreznej ocele a práškovej metalurgie rýchloreznej ocele
Podľa rôznych výrobných procesov môže byť rýchlorezná oceľ rozdelená na tavenie rýchloreznej ocele a práškovej metalurgie rýchloreznej ocele.
① Tavenie rýchloreznej ocele: Bežná rýchlorezná oceľ aj vysokovýkonná rýchlorezná oceľ sa vyrábajú metódami tavenia. Vyrábajú sa z nich nože procesmi, ako je tavenie, odlievanie ingotov, pokovovanie a valcovanie. Vážnym problémom, ktorý sa ľahko vyskytuje pri tavení rýchloreznej ocele, je segregácia karbidov. Tvrdé a krehké karbidy sú v rýchloreznej oceli rozložené nerovnomerne a zrná sú hrubé (až desiatky mikrónov), čo ovplyvňuje odolnosť proti opotrebovaniu a húževnatosť nástrojov z rýchloreznej ocele. a nepriaznivo ovplyvňujú rezný výkon.
② Rýchlorezná oceľ práškovej metalurgie (PM HSS): Rýchlorezná oceľ práškovej metalurgie (PM HSS) je tekutá oceľ tavená vo vysokofrekvenčnej indukčnej peci, atomizovaná vysokotlakovým argónom alebo čistým dusíkom a potom ochladená. jemné a rovnomerné kryštály. Štruktúra (prášok z rýchloreznej ocele) a výsledný prášok potom za vysokej teploty a vysokého tlaku vtlačte do polotovaru noža, alebo najskôr vyrobte oceľový blok a potom ho vykujte a vyvaľkajte do tvaru noža. V porovnaní s rýchloreznou oceľou vyrábanou metódou tavenia má PM HSS tú výhodu, že karbidové zrná sú jemné a rovnomerné a pevnosť, húževnatosť a odolnosť proti opotrebovaniu sú oveľa lepšie v porovnaní s roztavenou rýchloreznou oceľou. V oblasti komplexných CNC nástrojov sa budú nástroje PM HSS ďalej rozvíjať a zaujímať významné postavenie. Typické triedy, ako sú F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN atď., možno použiť na výrobu veľkých, vysoko zaťažených, vysokoúčinných rezných nástrojov, ako aj presných rezných nástrojov.
Zásady výberu materiálov CNC nástrojov
V súčasnosti medzi široko používané materiály CNC nástrojov patria najmä diamantové nástroje, nástroje z kubického nitridu bóru, keramické nástroje, nástroje s povlakom, nástroje z tvrdokovu, nástroje z rýchloreznej ocele atď. Nástrojových materiálov je veľa druhov a ich vlastnosti sa veľmi líšia. Nasledujúca tabuľka zobrazuje hlavné ukazovatele výkonnosti rôznych materiálov nástrojov.
Nástrojové materiály pre CNC obrábanie je potrebné vyberať podľa spracovávaného obrobku a charakteru spracovania. Výber materiálov nástrojov by mal byť primerane prispôsobený objektu spracovania. Zosúladenie materiálov rezných nástrojov a predmetov spracovania sa týka hlavne zosúladenia mechanických vlastností, fyzikálnych vlastností a chemických vlastností oboch, aby sa dosiahla najdlhšia životnosť nástroja a maximálna produktivita rezania.
1. Zosúladenie mechanických vlastností materiálov rezných nástrojov a predmetov spracovania
Problém zosúladenia mechanických vlastností rezného nástroja a predmetu spracovania sa týka najmä zhody parametrov mechanických vlastností, ako je pevnosť, húževnatosť a tvrdosť nástroja a materiálu obrobku. Nástrojové materiály s rôznymi mechanickými vlastnosťami sú vhodné na spracovanie rôznych materiálov obrobkov.
① Poradie tvrdosti materiálu nástroja je: diamantový nástroj>nástroj na kubický nitrid bóru>keramický nástroj>karbid volfrámu>rýchlorezná oceľ.
② Poradie pevnosti v ohybe nástrojov nástrojov je: rýchlorezná oceľ > slinutý karbid > keramické nástroje > diamantové nástroje a nástroje z kubického nitridu bóru.
③ Poradie húževnatosti nástrojov nástrojov je: rýchlorezná oceľ>karbid volfrámu>kubický nitrid bóru, diamantové a keramické nástroje.
Materiály obrobkov s vysokou tvrdosťou sa musia spracovávať nástrojmi s vyššou tvrdosťou. Tvrdosť materiálu nástroja musí byť vyššia ako tvrdosť materiálu obrobku, pri ktorej sa všeobecne vyžaduje, aby bola vyššia ako 60 HRC. Čím vyššia je tvrdosť materiálu nástroja, tým lepšia je jeho odolnosť proti opotrebovaniu. Keď sa napríklad zvýši obsah kobaltu v slinutom karbide, zvýši sa jeho pevnosť a húževnatosť a zníži sa tvrdosť, čo ho robí vhodným na hrubé obrábanie; pri znižovaní obsahu kobaltu sa zvyšuje jeho tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu, vďaka čomu je vhodný na konečnú úpravu.
Nástroje s vynikajúcimi vysokoteplotnými mechanickými vlastnosťami sú vhodné najmä pre vysokorýchlostné rezanie. Vynikajúci výkon keramických rezných nástrojov pri vysokých teplotách im umožňuje rezať vysokou rýchlosťou a povolená rýchlosť rezania môže byť 2 až 10-krát vyššia ako u slinutého karbidu.
2. Zosúladenie fyzikálnych vlastností materiálu rezného nástroja s obrábaným predmetom
Nástroje s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami, ako sú nástroje z rýchloreznej ocele s vysokou tepelnou vodivosťou a nízkou teplotou tavenia, keramické nástroje s vysokou teplotou tavenia a nízkou tepelnou rozťažnosťou, diamantové nástroje s vysokou tepelnou vodivosťou a nízkou tepelnou rozťažnosťou atď. spracovanie rôznych materiálov obrobkov. Pri obrábaní obrobkov so zlou tepelnou vodivosťou by sa mali používať nástrojové materiály s lepšou tepelnou vodivosťou, aby sa rezné teplo mohlo rýchlo odviesť von a znížiť teplota rezania. Vďaka svojej vysokej tepelnej vodivosti a tepelnej difúzii môže diamant ľahko odvádzať rezné teplo bez toho, aby spôsobil veľkú tepelnú deformáciu, čo je obzvlášť dôležité pre presné obrábacie nástroje, ktoré vyžadujú vysokú rozmerovú presnosť.
① Teplota tepelnej odolnosti rôznych materiálov nástrojov: diamantové nástroje sú 700~8000C, PCBN nástroje sú 13000~15000C, keramické nástroje sú 1100~12000C, slinutý karbid na báze TiC(N) je 900~11000C, ultrajemný na báze WC zrná Karbid je 800~9000C, HSS je 600~7000C.
② Poradie tepelnej vodivosti rôznych materiálov nástrojov: PCD>PCBN>slinutý karbid na báze WC>slinutý karbid na báze TiC(N)>HSS>keramika na báze Si3N4>keramika na báze A1203.
③ Poradie koeficientov tepelnej rozťažnosti rôznych materiálov nástrojov je: HSS>slinutý karbid na báze WC>TiC(N)>keramika na báze A1203>PCBN>keramika na báze Si3N4>PCD.
④ Poradie odolnosti rôznych materiálov nástrojov voči tepelným šokom je: HSS>slinutý karbid na báze WC>keramika na báze Si3N4>PCBN>PCD>slinutý karbid na báze TiC(N)>keramika na báze A1203.
3. Zosúladenie chemických vlastností materiálu rezného nástroja s obrábaným predmetom
Problém zosúladenia chemických vlastností materiálov rezných nástrojov a predmetov spracovania sa týka najmä zhody parametrov chemického výkonu, ako je chemická afinita, chemická reakcia, difúzia a rozpúšťanie materiálov nástrojov a materiálov obrobkov. Nástroje z rôznych materiálov sú vhodné na spracovanie rôznych materiálov obrobkov.
① Teplotná odolnosť rôznych materiálov nástrojov (s oceľou) je: PCBN>keramika>karbid volfrámu>HSS.
② Teplota odolnosti voči oxidácii rôznych materiálov nástrojov je: keramika>PCBN>karbid volfrámu>diamant>HSS.
③ Difúzna sila nástrojov (pre oceľ) je: diamant>keramika na báze Si3N4>PCBN>keramika na báze A1203. Intenzita difúzie (pre titán) je: keramika na báze A1203>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4. Rozumný výber materiálov CNC nástrojov
Všeobecne povedané, PCBN, keramické nástroje, karbid s povlakom a nástroje z karbidu na báze TiCN sú vhodné na CNC spracovanie železných kovov, ako je oceľ; kým PCD nástroje sú vhodné pre neželezné kovové materiály ako Al, Mg, Cu a ich zliatiny a Spracovanie nekovových materiálov. V tabuľke nižšie sú uvedené niektoré materiály obrobkov, na spracovanie ktorých sú vhodné materiály nástrojov uvedených vyššie.
CNC nástroje Xinfa sa vyznačujú dobrou kvalitou a nízkou cenou. Podrobnosti nájdete na stránke:
Výrobcovia CNC nástrojov – Čína Továreň na CNC nástroje a dodávatelia (xinfatools.com)
Čas uverejnenia: 1. novembra 2023
