Βασικές γνώσεις κοπτικών εργαλείων, απλά διαβάστε αυτό!

Ένα καλό άλογο πρέπει να είναι εξοπλισμένο με σέλα και πρέπει να χρησιμοποιείται προηγμένος εξοπλισμός μηχανικής κατεργασίας CNC. Αν χρησιμοποιηθούν λάθος εργαλεία κοπής, είναι άχρηστο! Η επιλογή των κατάλληλων υλικών εργαλείων έχει σημαντικό αντίκτυπο στη διάρκεια ζωής του εργαλείου, την αποτελεσματικότητα επεξεργασίας, την ποιότητα επεξεργασίας και το κόστος επεξεργασίας. Αυτό το άρθρο παρέχει πολύτιμες γνώσεις σχετικά με τα εργαλεία κοπής. Συλλέξτε το και μοιραστείτε το, ας μάθουμε μαζί.
ένας
Το υλικό του εργαλείου πρέπει να έχει βασικές ιδιότητες
Η επιλογή των υλικών εργαλείων έχει σημαντικό αντίκτυπο στη διάρκεια ζωής του εργαλείου, την αποτελεσματικότητα επεξεργασίας, την ποιότητα επεξεργασίας και το κόστος επεξεργασίας. Τα εργαλεία κοπής πρέπει να αντέχουν σε υψηλή πίεση, υψηλή θερμοκρασία, τριβή, κρούση και κραδασμούς κατά την κοπή. Επομένως, τα υλικά εργαλείων πρέπει να έχουν τις ακόλουθες βασικές ιδιότητες:
(1) Σκληρότητα και αντοχή στη φθορά. Η σκληρότητα του υλικού του εργαλείου πρέπει να είναι υψηλότερη από αυτή του υλικού του τεμαχίου εργασίας, απαιτώντας γενικά σκληρότητα 60HRC ή μεγαλύτερη. Όσο μεγαλύτερη είναι η σκληρότητα του υλικού του εργαλείου, τόσο καλύτερη είναι η αντοχή του στη φθορά.
(2) Δύναμη και σκληρότητα. Το υλικό του εργαλείου πρέπει να έχει υψηλή αντοχή και σκληρότητα για να αντέχει τις δυνάμεις κοπής, τις κρούσεις και τους κραδασμούς και να αποτρέπει το εύθραυστο σπάσιμο και την κατάρρευση των άκρων του εργαλείου.
(3) Αντοχή στη θερμότητα. Το υλικό του εργαλείου έχει καλή αντοχή στη θερμότητα, μπορεί να αντέξει τις υψηλές θερμοκρασίες κοπής και έχει καλή αντοχή στην οξείδωση.
(4) Απόδοση και οικονομία διαδικασίας. Το υλικό του εργαλείου πρέπει να έχει καλή απόδοση σφυρηλάτησης, απόδοση θερμικής επεξεργασίας και απόδοση συγκόλλησης. Απόδοση λείανσης και επιδίωξη αναλογίας απόδοσης υψηλού κόστους.
δύο
Τύποι, ιδιότητες, χαρακτηριστικά και εφαρμογές υλικών κοπτικών εργαλείων
1. Υλικό εργαλείου κοπής διαμαντιών
Το διαμάντι είναι ένα αλλοτρόπο του άνθρακα και είναι το σκληρότερο υλικό που υπάρχει στη φύση. Τα εργαλεία κοπής διαμαντιών έχουν υψηλή σκληρότητα, αντοχή στη φθορά και θερμική αγωγιμότητα και χρησιμοποιούνται ευρέως στην επεξεργασία μη σιδηρούχων και μη μεταλλικών υλικών. Ειδικά στην κοπή υψηλής ταχύτητας αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου πυριτίου, τα εργαλεία κοπής διαμαντιών είναι ο κύριος τύπος εργαλείων κοπής που είναι δύσκολο να αντικατασταθούν. Τα εργαλεία κοπής διαμαντιών που μπορούν να επιτύχουν υψηλή απόδοση, υψηλή σταθερότητα και μεγάλη διάρκεια ζωής είναι απαραίτητα και σημαντικά εργαλεία στη σύγχρονη κατεργασία CNC.
⑴ Τύποι εργαλείων κοπής διαμαντιών
① Φυσικά εργαλεία κοπής διαμαντιών: Το φυσικό διαμάντι έχει ιστορία πάνω από εκατό χρόνια ως εργαλείο κοπής. Μετά από λεπτή λείανση, τα φυσικά εργαλεία κοπής διαμαντιών μονού κρυστάλλου μπορούν να έχουν εξαιρετικά αιχμηρές άκρες, με ακτίνα κοπής έως 0,002 μ m. Έχοντας τη δυνατότητα να επιτύχει εξαιρετικά λεπτή κοπή και να επιτύχει εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια τεμαχίου εργασίας και χαμηλή τραχύτητα επιφάνειας, είναι ένα αναγνωρισμένο, ιδανικό και αναντικατάστατο εργαλείο κατεργασίας εξαιρετικά ακριβείας.
② Εργαλεία κοπής διαμαντιών PCD: Το φυσικό διαμάντι είναι ακριβό και το πολυκρυσταλλικό διαμάντι (PCD) εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως στην επεξεργασία κοπής. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1970, πολυκρυσταλλικό διαμάντι που παρασκευάζεται με τεχνολογία σύνθεσης υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης Μετά την επιτυχή ανάπτυξη των λεπίδων Polycrystalline Diamond (PCD), τα φυσικά εργαλεία κοπής διαμαντιών έχουν αντικατασταθεί από τεχνητό πολυκρυσταλλικό διαμάντι σε πολλές περιπτώσεις. Οι πρώτες ύλες PCD είναι άφθονες και οι τιμές τους είναι μόνο μερικές δεκάδες έως δέκα φορές υψηλότερες από αυτές του φυσικού διαμαντιού. Τα εργαλεία κοπής PCD δεν μπορούν να τρίψουν εξαιρετικά αιχμηρές άκρες και η ποιότητα της επιφάνειας των επεξεργασμένων τεμαχίων δεν είναι τόσο καλή όσο το φυσικό διαμάντι. Επί του παρόντος, τα εργαλεία κοπής PCD με αυλακώσεις θραύσης τσιπ δεν μπορούν να κατασκευαστούν εύκολα στη βιομηχανία φιλμ. Επομένως, το PCD μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για κοπή ακριβείας μη σιδηρούχων μετάλλων και μη μετάλλων, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επίτευξη κοπής καθρέφτη εξαιρετικής ακρίβειας.
③ Εργαλεία κοπής διαμαντιών CVD: Από τα τέλη της δεκαετίας του 1970 έως τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η τεχνολογία διαμαντιών CVD εμφανίστηκε στην Ιαπωνία. Το διαμάντι CVD αναφέρεται στη σύνθεση μεμβρανών διαμαντιού σε ετερογενή υποστρώματα (όπως σκληρά κράματα, κεραμικά κ.λπ.) χρησιμοποιώντας χημική εναπόθεση ατμού (CVD). Το διαμάντι CVD έχει την ίδια δομή και χαρακτηριστικά με το φυσικό διαμάντι. Η απόδοση του διαμαντιού CVD είναι πολύ παρόμοια με εκείνη του φυσικού διαμαντιού και συνδυάζει τα πλεονεκτήματα του φυσικού μονοκρυστάλλου διαμαντιού και του πολυκρυσταλλικού διαμαντιού (PCD), το οποίο σε κάποιο βαθμό ξεπερνά τα μειονεκτήματά τους.
⑵ Χαρακτηριστικά απόδοσης εργαλείων κοπής διαμαντιών
① Εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά: Το φυσικό διαμάντι είναι η πιο σκληρή ουσία που υπάρχει στη φύση. Το διαμάντι έχει εξαιρετικά υψηλή αντοχή στη φθορά. Κατά την επεξεργασία υλικών υψηλής σκληρότητας, η διάρκεια ζωής των εργαλείων κοπής διαμαντιών είναι 10-100 φορές μεγαλύτερη από εκείνη των εργαλείων κοπής σκληρού κράματος και ακόμη και εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη.
② Έχει πολύ χαμηλό συντελεστή τριβής: Ο συντελεστής τριβής μεταξύ διαμαντιού και ορισμένων μη σιδηρούχων μετάλλων είναι χαμηλότερος από άλλα εργαλεία κοπής, με χαμηλό συντελεστή τριβής και μικρή παραμόρφωση κατά τη μηχανική κατεργασία, που μπορεί να μειώσει τη δύναμη κοπής.
③ Η κοπτική άκρη είναι πολύ αιχμηρή: η κοπτική άκρη των διαμαντένιων εργαλείων μπορεί να λειοτριβεί πολύ αιχμηρά και τα φυσικά εργαλεία μονού κρυστάλλου μπορούν να φτάσουν έως και τα 0.002-0.008 μ m. Δυνατότητα εξαιρετικά λεπτής κοπής και κατεργασίας εξαιρετικά ακριβείας.
④ Έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα: Το διαμάντι έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα και ρυθμό θερμικής διάχυσης και η θερμότητα κοπής διαχέεται εύκολα. Η θερμοκρασία κοπής του εργαλείου είναι χαμηλή.
⑤ Έχοντας χαμηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής: Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του διαμαντιού είναι αρκετές φορές μικρότερος από εκείνον του σκληρού κράματος και η αλλαγή στο μέγεθος του εργαλείου που προκαλείται από τη θερμότητα κοπής είναι πολύ μικρή, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την ακρίβεια και την κατεργασία εξαιρετικής ακρίβειας με απαιτήσεις υψηλών διαστάσεων ακρίβειας.
Εφαρμογή εργαλείων κοπής διαμαντιών
Τα εργαλεία κοπής διαμαντιών χρησιμοποιούνται συνήθως για λεπτή κοπή και διάτρηση μη σιδηρούχων και μη μεταλλικών υλικών σε υψηλές ταχύτητες. Κατάλληλο για την επεξεργασία διαφόρων ανθεκτικών στη φθορά μη μεταλλικών υλικών, όπως τεμάχια μεταλλουργίας σκόνης από υαλοβάμβακα, κεραμικά υλικά κ.λπ. Διάφορα μη σιδηρούχα μέταλλα ανθεκτικά στη φθορά, όπως διάφορα κράματα αλουμινίου πυριτίου. Διάφορες διαδικασίες φινιρίσματος μη σιδηρούχων μετάλλων.
Το μειονέκτημα των εργαλείων κοπής διαμαντιών είναι η κακή θερμική τους σταθερότητα. Όταν η θερμοκρασία κοπής υπερβαίνει τους 700 βαθμούς έως τους 800 βαθμούς, η σκληρότητά τους θα χαθεί εντελώς. Επιπλέον, δεν είναι κατάλληλο για κοπή μαύρων μετάλλων επειδή το διαμάντι (άνθρακας) αλληλεπιδρά εύκολα με τα άτομα σιδήρου σε υψηλές θερμοκρασίες, μετατρέποντας τα άτομα άνθρακα σε δομές γραφίτη, καθιστώντας το εργαλείο εξαιρετικά επιρρεπές σε ζημιές.
2. Υλικό εργαλείου κοπής κυβικού νιτριδίου βορίου
Το δεύτερο υπερσκληρό υλικό, το κυβικό νιτρίδιο του βορίου (CBN), που συντίθεται χρησιμοποιώντας μια μέθοδο παρόμοια με την κατασκευή διαμαντιών, είναι δεύτερο μόνο μετά το διαμάντι όσον αφορά τη σκληρότητα και τη θερμική αγωγιμότητα. Έχει εξαιρετική θερμική σταθερότητα και δεν οξειδώνεται όταν θερμαίνεται στους 10000C στην ατμόσφαιρα. Το CBN έχει εξαιρετικά σταθερές χημικές ιδιότητες για τα μαύρα μέταλλα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως στην επεξεργασία προϊόντων χάλυβα.
Τύποι εργαλείων κοπής κυβικού νιτριδίου βορίου
Το νιτρίδιο του κυβικού βορίου (CBN) είναι μια ουσία που δεν υπάρχει στη φύση και μπορεί να χωριστεί σε μονοκρυσταλλικό και πολυκρυσταλλικό, δηλαδή σε μονοκρύσταλλο CBN και σε πολυκρυσταλλικό κυβικό νιτρίδιο βορίου (PCBN). Το CBN είναι ένα από τα ισομερή του νιτριδίου του βορίου (BN), με δομή παρόμοια με το διαμάντι.
Το PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) είναι ένα πολυκρυσταλλικό υλικό που πυροσυσσωματώνει λεπτά υλικά CBN μεταξύ τους μέσω φάσεων δέσμευσης (TiC, TiN, Al, Ti, κ.λπ.) υπό υψηλή θερμοκρασία και πίεση. Αυτή τη στιγμή είναι το δεύτερο σκληρότερο υλικό εργαλείου που συντίθεται τεχνητά και μαζί με το διαμάντι αναφέρεται ως υπερσκληρό υλικό εργαλείων. Το PCBN χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή κοπτικών εργαλείων ή άλλων εργαλείων.
Τα εργαλεία κοπής PCBN μπορούν να χωριστούν σε ενσωματωμένες λεπίδες PCBN και σύνθετες λεπίδες PCBN πυροσυσσωματωμένες με σύνθετα υλικά από σκληρό κράμα.
Οι σύνθετες λεπίδες PCBN κατασκευάζονται με πυροσυσσωμάτωση ενός στρώματος PCBN πάχους O.{{0}},0 mm σε ένα σκληρό κράμα με καλή αντοχή και σκληρότητα. Η απόδοσή του συνδυάζει καλή σκληρότητα, υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά, λύνοντας τα προβλήματα της χαμηλής αντοχής σε κάμψη και των δυσκολιών συγκόλλησης των λεπίδων CBN.
Οι κύριες ιδιότητες και χαρακτηριστικά του κυβικού νιτριδίου του βορίου
Αν και η σκληρότητα του κυβικού νιτριδίου του βορίου είναι ελαφρώς χαμηλότερη από το διαμάντι, είναι πολύ υψηλότερη από άλλα υλικά υψηλής σκληρότητας. Το εξαιρετικό πλεονέκτημα του CBN είναι ότι η θερμική του σταθερότητα είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του διαμαντιού, φτάνοντας πάνω από 1200 βαθμούς (700-800 βαθμός για το διαμάντι) και ένα άλλο εξαιρετικό πλεονέκτημα είναι η υψηλή χημική του αδράνεια, η οποία δεν αντιδρά με στοιχεία σιδήρου σε 1200-1300 βαθμό . Τα κύρια χαρακτηριστικά απόδοσης του κυβικού νιτριδίου βορίου είναι τα ακόλουθα.
① Υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά: Η κρυσταλλική δομή CBN είναι παρόμοια με το διαμάντι, με παρόμοια σκληρότητα και αντοχή με το διαμάντι. Το PCBN είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την επεξεργασία υλικών υψηλής σκληρότητας που θα μπορούσαν να λειανθούν μόνο πριν και μπορούν να επιτύχουν καλύτερη ποιότητα επιφάνειας των τεμαχίων εργασίας.
② Έχει υψηλή θερμική σταθερότητα: η θερμική αντίσταση του CBN μπορεί να φτάσει τους 1400-1500 βαθμούς , που είναι σχεδόν 1 φορές υψηλότερη από τη θερμική αντίσταση του διαμαντιού (700-800 βαθμός ). Τα εργαλεία PCBN μπορούν να κόψουν κράματα υψηλής θερμοκρασίας και σβησμένο χάλυβα με ταχύτητα 3-5 φορές μεγαλύτερη από τα εργαλεία σκληρού κράματος.
③ Εξαιρετική χημική σταθερότητα: Δεν αντιδρά χημικά με υλικά με βάση το σίδηρο ακόμη και σε θερμοκρασίες μεταξύ 1200-1300 βαθμών και δεν φθείρεται έντονα όπως το διαμάντι. Αυτή τη στιγμή, μπορεί ακόμα να διατηρήσει τη σκληρότητα των σκληρών κραμάτων. Τα εργαλεία κοπής PCBN είναι κατάλληλα για την κοπή εξαρτημάτων από σβησμένο χάλυβα και κρύου σκληρού χυτοσιδήρου και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως για κοπή χυτοσιδήρου υψηλής ταχύτητας.
④ Διαθέτοντας καλή θερμική αγωγιμότητα: Αν και η θερμική αγωγιμότητα του CBN δεν μπορεί να φτάσει το διαμάντι, η θερμική αγωγιμότητα του PCBN είναι δεύτερη μετά το διαμάντι σε διάφορα υλικά εργαλείων, πολύ υψηλότερη από αυτή του χάλυβα υψηλής ταχύτητας και των σκληρών κραμάτων.
⑤ Χαμηλότερος συντελεστής τριβής: Ένας χαμηλότερος συντελεστής τριβής μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της δύναμης κοπής, μείωση της θερμοκρασίας κοπής και βελτίωση της ποιότητας της επιφάνειας κατά τη μηχανική κατεργασία.
Εφαρμογή εργαλείων κοπής κυβικού νιτριδίου βορίου
Το κυβικό νιτρίδιο του βορίου είναι κατάλληλο για κατεργασία ακριβείας διαφόρων δύσκολα κοπών υλικών όπως σβησμένος χάλυβας, σκληρός χυτοσίδηρος, κράματα υψηλής θερμοκρασίας, σκληρά κράματα και υλικά ψεκασμού επιφάνειας. Η ακρίβεια κατεργασίας μπορεί να φτάσει το IT5 (οπή IT6) και η τιμή της τραχύτητας της επιφάνειας μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο Ra1.25-0.20 μ M.
Η σκληρότητα και η αντοχή σε κάμψη των υλικών εργαλείων κοπής κυβικού νιτριδίου βορίου είναι φτωχές. Επομένως, τα εργαλεία τόρνευσης κυβικού νιτριδίου του βορίου δεν είναι κατάλληλα για σκληρή κατεργασία σε χαμηλές ταχύτητες και με υψηλά φορτία κρούσης. Δεν είναι κατάλληλο για κοπή υλικών με υψηλή πλαστικότητα, όπως κράματα αλουμινίου, κράματα χαλκού, κράματα με βάση το νικέλιο και χάλυβα με υψηλή πλαστικότητα, επειδή η κοπή αυτών των μετάλλων θα δημιουργήσει σοβαρές εναποθέσεις τσιπς, οι οποίες θα αλλοιώσουν την επιφάνεια κατεργασίας.
3. Υλικά εργαλείων κεραμικής κοπής
Τα κεραμικά κοπτικά εργαλεία έχουν τα χαρακτηριστικά της υψηλής σκληρότητας, της καλής αντοχής στη φθορά, της εξαιρετικής αντοχής στη θερμότητα και της χημικής σταθερότητας και δεν είναι εύκολο να συνδεθούν με μέταλλα. Τα κεραμικά κοπτικά εργαλεία διαδραματίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στη μηχανική κατεργασία CNC και έχουν γίνει ένα από τα κύρια εργαλεία κοπής για κοπτικά υψηλής ταχύτητας και δύσκολα κατεργασμένα υλικά. Τα κεραμικά εργαλεία κοπής χρησιμοποιούνται ευρέως στην κοπή υψηλής ταχύτητας, στην ξηρή κοπή, στη σκληρή κοπή και στην κοπή δύσκολα στη μηχανή υλικών. Τα κεραμικά κοπτικά εργαλεία μπορούν να επεξεργάζονται αποτελεσματικά υλικά υψηλής σκληρότητας που δεν μπορούν να υποστούν επεξεργασία με παραδοσιακά εργαλεία κοπής, επιτυγχάνοντας «γύρισμα αντί για λείανση». Η βέλτιστη ταχύτητα κοπής των κεραμικών εργαλείων κοπής μπορεί να είναι 2 έως 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή των εργαλείων κοπής από σκληρό κράμα, βελτιώνοντας σημαντικά την παραγωγική απόδοση της κοπής. Οι κύριες πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για τα κεραμικά κοπτικά εργαλεία είναι τα πιο άφθονα στοιχεία στον φλοιό της γης. Ως εκ τούτου, η προώθηση και η εφαρμογή κεραμικών εργαλείων κοπής είναι μεγάλης σημασίας για τη βελτίωση της παραγωγικότητας, τη μείωση του κόστους επεξεργασίας και την εξοικονόμηση στρατηγικών πολύτιμων μετάλλων. Θα προωθήσει επίσης σε μεγάλο βαθμό την πρόοδο της τεχνολογίας κοπής.
⑴ Τύποι κεραμικών υλικών εργαλείων
Οι τύποι υλικών κεραμικών εργαλείων μπορούν γενικά να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: κεραμικά με βάση την αλουμίνα, κεραμικά με βάση το νιτρίδιο του πυριτίου και κεραμικά με βάση το νιτρίδιο του πυριτίου με βάση την αλουμίνα. Μεταξύ αυτών, τα κεραμικά υλικά εργαλείων με βάση την αλουμίνα και το νιτρίδιο του πυριτίου είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα. Η απόδοση των κεραμικών με βάση το νιτρίδιο του πυριτίου είναι ανώτερη από εκείνη των κεραμικών με βάση την αλουμίνα.
⑵ Απόδοση και χαρακτηριστικά κεραμικών κοπτικών εργαλείων
① Υψηλή σκληρότητα και καλή αντοχή στη φθορά: Αν και η σκληρότητα των κεραμικών εργαλείων κοπής δεν είναι τόσο υψηλή όσο τα PCD και τα PCBN, είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή των εργαλείων κοπής από σκληρό κράμα και χάλυβα υψηλής ταχύτητας, φτάνοντας το 93-95HRA. Τα κεραμικά εργαλεία κοπής μπορούν να επεξεργαστούν υλικά υψηλής σκληρότητας που είναι δύσκολο να κατεργαστούν με παραδοσιακά εργαλεία, καθιστώντας τα κατάλληλα για κοπή υψηλής ταχύτητας και σκληρή κοπή.
② Αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και καλή αντοχή στη θερμότητα: Τα κεραμικά εργαλεία κοπής μπορούν ακόμα να κόψουν σε υψηλές θερμοκρασίες πάνω από 1200 βαθμούς. Τα κεραμικά εργαλεία κοπής έχουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες σε υψηλή θερμοκρασία και η αντίσταση στην οξείδωση των κεραμικών εργαλείων κοπής A12O3 είναι ιδιαίτερα καλή. Ακόμη και όταν το κοπτικό άκρο βρίσκεται σε κόκκινη καυτή κατάσταση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνεχώς. Επομένως, τα κεραμικά εργαλεία κοπής μπορούν να επιτύχουν στεγνή κοπή, εξοικονομώντας έτσι υγρό κοπής.
③ Καλή χημική σταθερότητα: Τα κεραμικά εργαλεία κοπής δεν είναι εύκολο να συνδεθούν με μέταλλα και είναι ανθεκτικά στη διάβρωση με καλή χημική σταθερότητα, η οποία μπορεί να μειώσει τη φθορά της κόλλας των εργαλείων κοπής.
④ Χαμηλός συντελεστής τριβής: Τα κεραμικά εργαλεία κοπής έχουν χαμηλή συγγένεια με τα μέταλλα, με αποτέλεσμα χαμηλό συντελεστή τριβής που μπορεί να μειώσει τη δύναμη κοπής και τη θερμοκρασία κοπής.
⑶ Τα κεραμικά μαχαίρια έχουν εφαρμογές
Τα κεραμικά είναι ένα από τα υλικά εργαλείων που χρησιμοποιούνται κυρίως για μηχανική κατεργασία ακριβείας υψηλής ταχύτητας και μηχανική κατεργασία ημι-ακριβείας. Τα κεραμικά εργαλεία κοπής είναι κατάλληλα για την κοπή διαφόρων χυτοσιδήρου (γκρίζος χυτοσίδηρος, όλκιμος σίδηρος, ελατός σίδηρος, ψυχρός σκληρός χυτοσίδηρος, χυτοσίδηρος υψηλής αντοχής στη φθορά) και χάλυβας (ανθρακικός δομικός χάλυβας, κράμα δομικός χάλυβας, χάλυβας υψηλής αντοχής , χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε μαγγάνιο, σβησμένος χάλυβας κ.λπ.), και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κοπή κραμάτων χαλκού, γραφίτη, πλαστικών μηχανικής και σύνθετων υλικών.
Τα κεραμικά υλικά εργαλείων έχουν προβλήματα με χαμηλή αντοχή σε κάμψη και κακή αντοχή στην κρούση, καθιστώντας τα ακατάλληλα για κοπή σε χαμηλές ταχύτητες και υπό κρουστικά φορτία.
4. Υλικό εργαλείου επίστρωσης
Η επίστρωση των κοπτικών εργαλείων είναι ένας από τους σημαντικούς τρόπους βελτίωσης της απόδοσής τους. Η εμφάνιση εργαλείων κοπής με επίστρωση έχει κάνει σημαντικές ανακαλύψεις στην απόδοση κοπής τους. Εργαλεία κοπής με επίστρωση είναι εκείνα που είναι επικαλυμμένα με ένα ή περισσότερα στρώματα πυρίμαχων ενώσεων με καλή αντοχή στη φθορά στο σώμα του εργαλείου με καλή σκληρότητα. Συνδυάζουν τη μήτρα εργαλείου με μια σκληρή επίστρωση, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση του εργαλείου. Τα επικαλυμμένα κοπτικά εργαλεία μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση της μηχανικής κατεργασίας, να βελτιώσουν την ακρίβεια μηχανικής κατεργασίας, να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του εργαλείου και να μειώσουν το κόστος μηχανικής κατεργασίας.
Περίπου το 80% των εργαλείων κοπής που χρησιμοποιούνται στις νέες εργαλειομηχανές CNC χρησιμοποιούν εργαλεία με επίστρωση. Τα επικαλυμμένα εργαλεία κοπής θα είναι η πιο σημαντική ποικιλία εργαλείων στον τομέα της κατεργασίας CNC στο μέλλον.
⑴ Τύποι εργαλείων κοπής με επίστρωση
Σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους επίστρωσης, τα επικαλυμμένα εργαλεία μπορούν να χωριστούν σε εργαλεία επικαλυμμένα με χημική εναπόθεση ατμού (CVD) και σε εργαλεία επικαλυμμένα με φυσική εναπόθεση ατμού (PVD). Τα εργαλεία κοπής με επικάλυψη σκληρού κράματος χρησιμοποιούν γενικά τη μέθοδο εναπόθεσης χημικών ατμών, με θερμοκρασία εναπόθεσης περίπου 1000 μοίρες. Τα επικαλυμμένα εργαλεία κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιούν γενικά τη μέθοδο φυσικής εναπόθεσης ατμού, με θερμοκρασία εναπόθεσης περίπου 500 βαθμούς.
Σύμφωνα με τα διαφορετικά υλικά υποστρώματος των επικαλυμμένων εργαλείων, τα επικαλυμμένα εργαλεία μπορούν να χωριστούν σε εργαλεία επικαλυμμένα με σκληρό κράμα, εργαλεία επικαλυμμένα με χάλυβα υψηλής ταχύτητας και εργαλεία με επίστρωση κεραμικών και υπερσκληρών υλικών (διαμάντι και κυβικό νιτρίδιο βορίου).
Σύμφωνα με τις ιδιότητες των υλικών επίστρωσης, τα επικαλυμμένα εργαλεία μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες, συγκεκριμένα εργαλεία με «σκληρή» επίστρωση και εργαλεία με «μαλακή» επίστρωση. Ο κύριος στόχος που επιδιώκουν τα εργαλεία κοπής με «σκληρή» επίστρωση είναι η υψηλή σκληρότητα και η αντοχή στη φθορά, με κύρια πλεονεκτήματα την υψηλή σκληρότητα και την καλή αντοχή στη φθορά, χαρακτηριστικές των οποίων είναι οι επικαλύψεις TiC και TiN. Ο στόχος που επιδιώκουν τα εργαλεία με «μαλακή» επίστρωση είναι ο χαμηλός συντελεστής τριβής, γνωστός και ως αυτολιπαινόμενα εργαλεία. Ο συντελεστής τριβής του με το υλικό του τεμαχίου είναι πολύ χαμηλός, μόνο περίπου 0.1, που μπορεί να μειώσει την πρόσφυση, να μειώσει την τριβή και να μειώσει τη δύναμη κοπής και τη θερμοκρασία κοπής.
Πρόσφατα, έχουν αναπτυχθεί εργαλεία νανοεπικάλυψης. Αυτό το επικαλυμμένο εργαλείο μπορεί να χρησιμοποιήσει διαφορετικούς συνδυασμούς υλικών επίστρωσης (όπως μέταλλο/μέταλλο, μέταλλο/κεραμικό, κεραμικό/κεραμικό κ.λπ.) για να καλύψει διαφορετικές λειτουργικές απαιτήσεις και απαιτήσεις απόδοσης. Μια καλά σχεδιασμένη επίστρωση νανο μπορεί να προσδώσει στα υλικά εργαλείων εξαιρετικές ιδιότητες κατά της τριβής, κατά της φθοράς και αυτολιπαινόμενες ιδιότητες, καθιστώντας τα κατάλληλα για ξηρή κοπή υψηλής ταχύτητας.
Χαρακτηριστικά επικαλυμμένων κοπτικών εργαλείων
① Καλή μηχανική και κοπτική απόδοση: Τα επικαλυμμένα κοπτικά εργαλεία συνδυάζουν τις εξαιρετικές ιδιότητες του υποστρώματος και των υλικών επίστρωσης, διατηρώντας καλή σκληρότητα και υψηλή αντοχή του υποστρώματος, καθώς και υψηλή σκληρότητα, αντοχή στη φθορά και χαμηλό συντελεστή τριβής της επίστρωσης. Επομένως, η ταχύτητα κοπής των επικαλυμμένων εργαλείων μπορεί να αυξηθεί περισσότερο από δύο φορές σε σύγκριση με τα μη επικαλυμμένα εργαλεία και επιτρέπονται υψηλότεροι ρυθμοί τροφοδοσίας. Η διάρκεια ζωής των επικαλυμμένων κοπτικών εργαλείων έχει επίσης βελτιωθεί.
② Ισχυρή ευελιξία: Τα επικαλυμμένα εργαλεία έχουν μεγάλο εύρος ευελιξίας και επεκτείνουν σημαντικά το εύρος επεξεργασίας. Ένα εργαλείο με επίστρωση μπορεί να αντικαταστήσει πολλά μη επικαλυμμένα εργαλεία.
③ Πάχος επίστρωσης: Καθώς αυξάνεται το πάχος της επίστρωσης, αυξάνεται και η διάρκεια ζωής του εργαλείου, αλλά όταν το πάχος της επίστρωσης φτάσει σε κορεσμό, η διάρκεια ζωής του εργαλείου δεν αυξάνεται πλέον σημαντικά. Όταν η επίστρωση είναι πολύ παχιά, είναι εύκολο να προκληθεί ξεφλούδισμα. Όταν η επίστρωση είναι πολύ λεπτή, η αντίσταση στη φθορά είναι χαμηλή.

④ Δυνατότητα επανατριβής: Οι επικαλυμμένες λεπίδες έχουν χαμηλή ικανότητα επανατριβής, περίπλοκο εξοπλισμό επίστρωσης, υψηλές απαιτήσεις διεργασίας και μεγάλο χρόνο επίστρωσης.
⑤ Υλικά επίστρωσης: Τα εργαλεία κοπής με διαφορετικά υλικά επίστρωσης έχουν διαφορετική απόδοση κοπής. Για παράδειγμα, κατά την κοπή χαμηλής ταχύτητας, η επίστρωση TiC έχει ένα πλεονέκτημα. Το TiN είναι πιο κατάλληλο για κοπή υψηλής ταχύτητας.
Εφαρμογή επικαλυμμένων κοπτικών εργαλείων
Τα επικαλυμμένα κοπτικά εργαλεία έχουν μεγάλες δυνατότητες στον τομέα της κατεργασίας CNC και θα είναι η πιο σημαντική ποικιλία εργαλείων στο μέλλον. Η τεχνολογία επικάλυψης έχει εφαρμοστεί σε μύλους τελικής επεξεργασίας, μηχανές κοπής, τρυπάνια, εργαλεία επεξεργασίας σύνθετων οπών, κοπτήρες κοπής γραναζιών, κοπτήρες κοπής γραναζιών, κοπτήρες ξυρίσματος γραναζιών, κοψίματα μορφοποίησης και διάφορα ένθετα με δυνατότητα ευρετηρίασης με σφιγκτήρες μηχανής, καλύπτοντας τις ανάγκες κοπής υψηλής ταχύτητας διάφορα υλικά όπως χάλυβας και χυτοσίδηρος, ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα και μη σιδηρούχα μέταλλα.
5. Υλικά εργαλείων κοπής από σκληρό κράμα
Τα εργαλεία κοπής σκληρού κράματος, ειδικά τα εργαλεία κοπής σκληρού κράματος με δυνατότητα ευρετηρίου, είναι τα κορυφαία προϊόντα των εργαλείων κατεργασίας CNC. Από τη δεκαετία του 1980, διάφοροι τύποι ενσωματωμένων και ευρετηριάσιμα κοπτικά εργαλεία ή λεπίδες από σκληρό κράμα έχουν επεκταθεί σε διάφορα πεδία εργαλείων κοπής. Μεταξύ αυτών, τα εργαλεία κοπής με δυνατότητα ευρετηρίασης από σκληρό κράμα έχουν επεκταθεί από απλά εργαλεία τόρνευσης και φρέζες σε διάφορα πεδία εργαλείων ακριβείας, πολύπλοκα και διαμορφωμένα.
⑴ Τύποι εργαλείων κοπής από σκληρό κράμα
Σύμφωνα με την κύρια χημική σύνθεση, τα σκληρά κράματα μπορούν να χωριστούν σε σκληρά κράματα με βάση το καρβίδιο του βολφραμίου και σκληρά κράματα με βάση το καρβίδιο του τιτανίου (TiC (N)).
Τα σκληρά κράματα με βάση το καρβίδιο βολφραμίου περιλαμβάνουν τρεις τύπους: κοβάλτιο βολφραμίου (YG), τιτάνιο κοβαλτίου βολφραμίου (YT) και προστιθέμενα σπάνια καρβίδια (YW), το καθένα με τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τα κύρια συστατικά είναι το καρβίδιο του βολφραμίου (WC), το καρβίδιο του τιτανίου (TiC), το καρβίδιο του τανταλίου (TaC), το καρβίδιο του νιοβίου (NbC) κ.λπ. Η φάση που χρησιμοποιείται συνήθως μετάλλων είναι η Co.
Το σκληρό κράμα τιτανίου με βάση τον άνθρακα (άζωτο) είναι ένα σκληρό κράμα που αποτελείται κυρίως από TiC (ορισμένα με την προσθήκη άλλων καρβιδίων ή νιτριδίων) και οι φάσεις που χρησιμοποιούνται συνήθως μετάλλων είναι Mo και Ni.
Το ISO (Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης) χωρίζει τα σκληρά κράματα κοπής σε τρεις κατηγορίες:
Το K-class, συμπεριλαμβανομένου του Kl0-K40, είναι ισοδύναμο με το YG class στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC. Co).
Η κλάση P, συμπεριλαμβανομένου του P01-P50, είναι ισοδύναμη με την κατηγορία YT στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC. TiC. Co).
Η κατηγορία M, συμπεριλαμβανομένου του M10~M40, είναι ισοδύναμη με την κατηγορία YW στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC TiC TaC (NbC) - Co).
Μια σειρά κραμάτων που κυμαίνονται από υψηλή σκληρότητα έως μέγιστη ανθεκτικότητα αντιπροσωπεύονται από αριθμούς μεταξύ 01 και 50 για κάθε κατηγορία.
⑵ Χαρακτηριστικά απόδοσης εργαλείων κοπής σκληρού κράματος
① Υψηλή σκληρότητα: Τα εργαλεία κοπής σκληρού κράματος κατασκευάζονται από μεταλλουργία σκόνης από καρβίδια (που ονομάζονται σκληρές φάσεις) και μεταλλικά συνδετικά (που ονομάζονται φάσεις συγκόλλησης) με υψηλή σκληρότητα και σημείο τήξης. Η σκληρότητά τους φτάνει το 89-93HRA, το οποίο είναι πολύ υψηλότερο από αυτό του χάλυβα υψηλής ταχύτητας. Στους 5400C, η σκληρότητά τους μπορεί ακόμα να φτάσει το 82-87HRA, το οποίο είναι το ίδιο με αυτό του χάλυβα υψηλής ταχύτητας σε θερμοκρασία δωματίου (83-86HRA). Η τιμή σκληρότητας των σκληρών κραμάτων ποικίλλει ανάλογα με τις ιδιότητες, την ποσότητα, το μέγεθος των σωματιδίων και την περιεκτικότητα των φάσεων μετάλλου δέσμευσης των καρβιδίων και γενικά μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας των συγκολλητικών μεταλλικών φάσεων. Όταν το περιεχόμενο της συγκολλητικής φάσης είναι το ίδιο, η σκληρότητα των κραμάτων τύπου YT είναι υψηλότερη από εκείνη των κραμάτων τύπου YG και τα κράματα με προσθήκη TaC (NbC) έχουν υψηλότερη σκληρότητα σε υψηλή θερμοκρασία.
② Αντοχή και σκληρότητα κάμψης: Η αντοχή σε κάμψη των σκληρών κραμάτων που χρησιμοποιούνται συνήθως κυμαίνεται από 900 έως 1500 MPa. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε φάση συγκόλλησης μετάλλων, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή σε κάμψη. Όταν το περιεχόμενο κόλλας είναι το ίδιο, η αντοχή του κράματος τύπου YG (WC Co) είναι υψηλότερη από εκείνη του κράματος τύπου YT (WC TiC Co) και η αντοχή μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε TiC. Το σκληρό κράμα είναι ένα εύθραυστο υλικό και η αντοχή του σε κρούση σε θερμοκρασία δωματίου είναι μόνο 1/30-1/8 αυτής του χάλυβα υψηλής ταχύτητας.
Εφαρμογή κοινώς χρησιμοποιούμενων εργαλείων κοπής σκληρού κράματος
Τα κράματα τύπου YG χρησιμοποιούνται κυρίως για την επεξεργασία χυτοσιδήρου, μη σιδηρούχων μετάλλων και μη μεταλλικών υλικών. Τα λεπτόκοκκα σκληρά κράματα (όπως τα YG3X, YG6X) έχουν υψηλότερη σκληρότητα και αντοχή στη φθορά από τα μεσαίου κόκκους σκληρά κράματα όταν η περιεκτικότητά τους σε κοβάλτιο είναι η ίδια. Είναι κατάλληλα για την επεξεργασία ειδικού σκληρού χυτοσιδήρου, ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, ανθεκτικών στη θερμότητα κραμάτων, κραμάτων τιτανίου, σκληρού μπρούτζου και μονωτικών υλικών ανθεκτικών στη φθορά.
Τα εξαιρετικά πλεονεκτήματα των σκληρών κραμάτων τύπου YT είναι η υψηλή σκληρότητα, η καλή αντοχή στη θερμότητα, η υψηλότερη σκληρότητα και η αντοχή σε θλίψη σε υψηλές θερμοκρασίες σε σύγκριση με τον τύπο YG και η καλή αντοχή στην οξείδωση. Επομένως, όταν απαιτείται το μαχαίρι να έχει υψηλή αντοχή στη θερμότητα και αντοχή στη φθορά, θα πρέπει να επιλέγεται ένας βαθμός με υψηλότερη περιεκτικότητα σε TiC. Τα κράματα τύπου YT είναι κατάλληλα για την επεξεργασία πλαστικών υλικών όπως ο χάλυβας, αλλά δεν είναι κατάλληλα για την επεξεργασία κραμάτων τιτανίου ή κραμάτων αλουμινίου πυριτίου.
Τα κράματα τύπου YW διαθέτουν τις ιδιότητες των κραμάτων τύπων YG και YT, με καλή συνολική απόδοση. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία υλικών χάλυβα, καθώς και για την επεξεργασία χυτοσιδήρου και μη σιδηρούχων μετάλλων. Εάν η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο αυξηθεί κατάλληλα, αυτός ο τύπος κράματος μπορεί να έχει υψηλή αντοχή και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τραχιά μηχανική κατεργασία και διακοπτόμενη κοπή διαφόρων δύσκολα στη μηχανή υλικών.
6. Εργαλεία κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας
Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας (HSS) είναι ένας τύπος χάλυβα εργαλείων υψηλής κραματοποίησης που περιέχει σημαντική ποσότητα στοιχείων κράματος όπως W, Mo, Cr και V. Τα εργαλεία κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας έχουν εξαιρετική συνολική απόδοση όσον αφορά την αντοχή, τη σκληρότητα και την αντοχή. επεξεργασιμότητα. Στα πολύπλοκα εργαλεία κοπής, ειδικά στην κατασκευή εργαλείων επεξεργασίας οπών, φρεζαρίσματος, εργαλείων κοπής νήματος, κοπτικών κοπής, εργαλείων κοπής και άλλων σύνθετων εργαλείων κοπής σε σχήμα άκρου, ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας εξακολουθεί να κατέχει την κύρια θέση. Τα εργαλεία κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας τρίβονται εύκολα αιχμηρές ακμές κοπής.
Σύμφωνα με διαφορετικές χρήσεις, ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας μπορεί να χωριστεί σε χάλυβα υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης και σε χάλυβα υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης.
⑴ Γενικά εργαλεία κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας
Χάλυβας υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης. Γενικά, μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: χάλυβας βολφραμίου και χάλυβας βολφραμίου μολυβδαινίου. Αυτός ο τύπος χάλυβα υψηλής ταχύτητας περιέχει (C) που κυμαίνεται από 0,7% έως 0,9%. Σύμφωνα με τη διαφορετική περιεκτικότητα σε βολφράμιο στον χάλυβα, μπορεί να χωριστεί σε χάλυβα βολφραμίου με περιεκτικότητα W 12% ή 18%, χάλυβα βολφραμίου μολυβδαινίου με περιεκτικότητα W 6% ή 8%, και χάλυβα μολυβδαινίου με περιεκτικότητα W 2. % ή καθόλου W. Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης έχει συγκεκριμένη σκληρότητα (63-66HRC) και αντοχή στη φθορά, υψηλή αντοχή και σκληρότητα, καλή πλαστικότητα και δυνατότητα επεξεργασίας και χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή διαφόρων πολύπλοκων εργαλείων κοπής.
① Χάλυβας βολφραμίου: Η τυπική ποιότητα χάλυβα βολφραμίου υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης είναι W18Cr4V, (αναφέρεται ως W18), ο οποίος έχει καλές περιεκτικές ιδιότητες και σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας 48,5HRC στους 6000C. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή διαφόρων πολύπλοκων εργαλείων κοπής. Έχει πλεονεκτήματα όπως καλή ικανότητα λείανσης και χαμηλή ευαισθησία αποξανθράκωσης, αλλά λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε καρβίδια, της ανομοιόμορφης κατανομής, των μεγαλύτερων σωματιδίων και της χαμηλής αντοχής και σκληρότητας.
② Χάλυβας βολφραμίου μολυβδαινίου: αναφέρεται σε χάλυβα υψηλής ταχύτητας που λαμβάνεται με την αντικατάσταση ενός τμήματος βολφραμίου σε χάλυβα βολφραμίου με μολυβδαίνιο. Η τυπική ποιότητα χάλυβα βολφραμίου μολυβδαινίου είναι W6Mo5Cr4V2, συντομογραφία M2. Τα σωματίδια καρβιδίου του M2 είναι μικρά και ομοιόμορφα, με καλύτερη αντοχή, σκληρότητα και πλαστικότητα σε υψηλή θερμοκρασία από το W18Cr4V. Ένας άλλος τύπος χάλυβα βολφραμίου μολυβδαινίου είναι ο W9Mo3Cr4V (συντομογραφία ως W9), ο οποίος έχει ελαφρώς υψηλότερη θερμική σταθερότητα από τον χάλυβα M2, καλύτερη αντοχή και σκληρότητα κάμψης από τον W6M05Cr4V2 και έχει καλή μηχανική ικανότητα.
⑵ Εργαλεία κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης
Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας αναφέρεται σε έναν νέο τύπο χάλυβα που προσθέτει λίγη περιεκτικότητα σε άνθρακα και βανάδιο, καθώς και στοιχεία κράματος όπως Co και Al, στη σύνθεση του χάλυβα υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης, προκειμένου να βελτιώσει τη θερμότητά του. αντίσταση και αντοχή στη φθορά. Υπάρχουν κυρίως οι εξής κατηγορίες:
① Χάλυβας υψηλής ταχύτητας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (όπως ο 95W18Cr4V) έχει υψηλή σκληρότητα σε θερμοκρασία δωματίου και υψηλή θερμοκρασία, καθιστώντας τον κατάλληλο για την κατασκευή και την επεξεργασία συνηθισμένου χάλυβα και χυτοσίδηρου, τρυπάνια, φρέζες, βρύσες και φρέζες με υψηλές απαιτήσεις αντοχής στη φθορά. ή κοπτικά εργαλεία για την επεξεργασία σκληρότερων υλικών. Δεν είναι κατάλληλο να αντέχει μεγάλες κρούσεις.
② Χάλυβας υψηλής ταχύτητας με υψηλό βανάδιο. Τυπικές ποιότητες, όπως W12Cr4V4Mo (αναφέρεται ως EV4), αυξάνουν την περιεκτικότητα σε V στο 3% -5%, έχουν καλή αντοχή στη φθορά και είναι κατάλληλες για κοπή υλικών που προκαλούν σημαντική φθορά εργαλείων, όπως ίνες, σκληρό καουτσούκ , πλαστικά κ.λπ. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία υλικών όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας, ο χάλυβας υψηλής αντοχής και τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας.
③ Χάλυβας κοβαλτίου υψηλής ταχύτητας. Ανήκει σε κοβάλτιο που περιέχει εξαιρετικά σκληρό χάλυβα υψηλής ταχύτητας, με τυπική ποιότητα όπως W2Mo9Cr4VCo8 (αναφέρεται ως M42), που έχει υψηλή σκληρότητα και μπορεί να φτάσει το 69-70HRC. Είναι κατάλληλο για την επεξεργασία ανθεκτικού στη θερμότητα χάλυβα υψηλής αντοχής, κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας, κραμάτων τιτανίου και άλλων δύσκολα στη μηχανή υλικών. Το M42 έχει καλή ικανότητα λείανσης και είναι κατάλληλο για την κατασκευή εργαλείων κοπής ακριβείας και πολύπλοκων εργαλείων, αλλά δεν είναι κατάλληλο για εργασία σε συνθήκες κοπής κρούσης.
④ Αλουμίνιο υψηλής ταχύτητας χάλυβας. Ανήκει σε αλουμίνιο που περιέχει υπερσκληρό χάλυβα υψηλής ταχύτητας, με τυπικές ποιότητες όπως W6Mo5Cr4V2Al (αναφέρεται ως 501). Η σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας στους 6000C φτάνει επίσης τα 54HRC και η απόδοση κοπής ισοδυναμεί με M42. Είναι κατάλληλο για την κατασκευή φρέζων, τρυπανιών, κοπτικών εργαλείων, εργαλείων κοπής, καρφιών κ.λπ., και χρησιμοποιείται για την επεξεργασία κραματοποιημένου χάλυβα, ανοξείδωτου χάλυβα, χάλυβα υψηλής αντοχής και κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας.
⑤ Αζωτούχος υπερσκληρός χάλυβας υψηλής ταχύτητας. Ένας τυπικός βαθμός, όπως ο W12M03Cr4V3N, που συντομογραφείται ως V3N, είναι ένας άζωτος που περιέχει εξαιρετικά σκληρό χάλυβα υψηλής ταχύτητας με σκληρότητα, αντοχή και σκληρότητα συγκρίσιμες με το M42. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο του χάλυβα υψηλής ταχύτητας που περιέχει κοβάλτιο για κοπή χαμηλής ταχύτητας δύσκολα στη μηχανή υλικών και χαμηλής ταχύτητας κατεργασία υψηλής ακρίβειας.
⑶ Τήξη χάλυβα υψηλής ταχύτητας και μεταλλουργίας σκόνης χάλυβα υψηλής ταχύτητας
Σύμφωνα με διαφορετικές διαδικασίες κατασκευής, ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας μπορεί να χωριστεί σε λιωμένο χάλυβα υψηλής ταχύτητας και χάλυβα υψηλής ταχύτητας μεταλλουργίας σκόνης.
① Τήξη χάλυβα υψηλής ταχύτητας: Τόσο ο κοινός χάλυβας υψηλής ταχύτητας όσο και ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης κατασκευάζονται με τη μέθοδο τήξης. Κατασκευάζονται σε εργαλεία κοπής μέσω διεργασιών όπως η τήξη, η χύτευση πλινθωμάτων και η επιμετάλλωση και η έλαση. Το σοβαρό πρόβλημα που είναι επιρρεπές να συμβεί κατά την τήξη του χάλυβα υψηλής ταχύτητας είναι ο διαχωρισμός των καρβιδίων. Τα σκληρά και εύθραυστα καρβίδια κατανέμονται άνισα στον χάλυβα υψηλής ταχύτητας και το μέγεθος των κόκκων είναι χονδροειδές (έως δεκάδες μικρόμετρα), γεγονός που έχει δυσμενείς επιπτώσεις στην αντοχή στη φθορά, τη σκληρότητα και την απόδοση κοπής των εργαλείων κοπής από χάλυβα υψηλής ταχύτητας.
② Μεταλλουργικός χάλυβας υψηλής ταχύτητας σε σκόνη (PM HSS): Ο μεταλλουργικός χάλυβας υψηλής ταχύτητας σε σκόνη (PM HSS) είναι ένα υγρό χάλυβα λιωμένο σε επαγωγικό κλίβανο υψηλής συχνότητας, το οποίο ψεκάζεται με αργό υψηλής πίεσης ή καθαρό αέριο άζωτο και στη συνέχεια ψύχεται γρήγορα για να αποκτήσετε μια μικρή και ομοιόμορφη κρυσταλλική δομή (σκόνη χάλυβα υψηλής ταχύτητας). Η προκύπτουσα σκόνη στη συνέχεια συμπιέζεται σε ένα ακατέργαστο εργαλείο κοπής σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση, ή κατασκευάζεται πρώτα σε χαλύβδινη ράβδο και στη συνέχεια σφυρηλατείται και τυλίγεται σε σχήμα εργαλείου κοπής. Σε σύγκριση με τον χάλυβα υψηλής ταχύτητας που κατασκευάζεται με τη μέθοδο τήξης, το PM HSS έχει τα πλεονεκτήματα των μικρών και ομοιόμορφων κόκκων καρβιδίου, σημαντικά βελτιωμένη αντοχή, σκληρότητα και αντοχή στη φθορά σε σύγκριση με τον λιωμένο χάλυβα υψηλής ταχύτητας. Τα εργαλεία PM HSS θα αναπτυχθούν περαιτέρω και θα καταλάβουν σημαντική θέση στον τομέα των πολύπλοκων εργαλείων CNC. Τυπικές ποιότητες, όπως F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, κ.λπ., μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή κοπτικών εργαλείων μεγάλου μεγέθους, βαρέως τύπου και αντοχής στην κρούση, καθώς και εργαλείων κοπής ακριβείας.
τρία
Οι αρχές επιλογής υλικών εργαλείων CNC
Τα ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά εργαλείων CNC σήμερα περιλαμβάνουν εργαλεία διαμαντιού, εργαλεία κυβικού νιτριδίου βορίου, κεραμικά εργαλεία, εργαλεία με επικάλυψη, εργαλεία από σκληρό κράμα και εργαλεία χάλυβα υψηλής ταχύτητας. Υπάρχουν πολλές γενικές ποιότητες υλικών κοπτικών εργαλείων και η απόδοσή τους ποικίλλει πολύ. Οι κύριοι δείκτες απόδοσης διαφόρων υλικών εργαλείων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.
Κύριοι δείκτες απόδοσης διαφόρων υλικών κοπτικών εργαλείων

Η επιλογή των υλικών κοπτικών εργαλείων για κατεργασία με CNC πρέπει να βασίζεται στο υπό επεξεργασία τεμάχιο και στις ιδιότητες κατεργασίας. Η επιλογή των υλικών του εργαλείου θα πρέπει να ταιριάζει εύλογα με το αντικείμενο μηχανικής κατεργασίας. Η αντιστοίχιση των υλικών κοπτικών εργαλείων με το αντικείμενο μηχανικής κατεργασίας αναφέρεται κυρίως στην αντιστοίχιση των μηχανικών, φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους, προκειμένου να επιτευχθεί η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του εργαλείου και η μέγιστη παραγωγικότητα κοπής.
1. Αντιστοίχιση μηχανικών ιδιοτήτων μεταξύ υλικών κοπτικών εργαλείων και αντικειμένων κατεργασίας
Το πρόβλημα αντιστοίχισης μηχανικής απόδοσης μεταξύ κοπτικών εργαλείων και αντικειμένων κατεργασίας αναφέρεται κυρίως στην αντιστοίχιση των παραμέτρων μηχανικής απόδοσης όπως η αντοχή, η σκληρότητα και η σκληρότητα μεταξύ των εργαλείων και των υλικών του τεμαχίου εργασίας. Τα υλικά κοπτικών εργαλείων με διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες είναι κατάλληλα για την επεξεργασία διαφορετικών υλικών τεμαχίου εργασίας.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>χάλυβας υψηλής ταχύτητας.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>εργαλεία διαμαντιού και κυβικού νιτριδίου βορίου.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>κυβικά εργαλεία νιτριδίου βορίου, διαμαντιών και κεραμικών.
Τα υλικά τεμαχίου κατεργασίας υψηλής σκληρότητας πρέπει να υποβάλλονται σε επεξεργασία με εργαλεία κοπής υψηλότερης σκληρότητας και η σκληρότητα του υλικού κοπτικού εργαλείου πρέπει να είναι υψηλότερη από αυτή του υλικού του τεμαχίου εργασίας, απαιτώντας γενικά σκληρότητα 60HRC ή μεγαλύτερη. Όσο μεγαλύτερη είναι η σκληρότητα του υλικού του εργαλείου, τόσο καλύτερη είναι η αντοχή του στη φθορά. Για παράδειγμα, καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο στα σκληρά κράματα, αυξάνεται η αντοχή και η σκληρότητά τους, ενώ η σκληρότητα μειώνεται, καθιστώντας τα κατάλληλα για ακατέργαστη μηχανική κατεργασία. Όταν μειώνεται η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο, αυξάνεται η σκληρότητα και η αντίσταση στη φθορά, καθιστώντας το κατάλληλο για κατεργασία ακριβείας.
Τα εργαλεία με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες σε υψηλή θερμοκρασία είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για κοπή υψηλής ταχύτητας. Η εξαιρετική απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία των κεραμικών εργαλείων κοπής τους επιτρέπει να κόβουν με υψηλή ταχύτητα και η επιτρεπόμενη ταχύτητα κοπής μπορεί να αυξηθεί κατά 2-10 φορές σε σύγκριση με τα σκληρά κράματα.
2. Αντιστοίχιση των φυσικών ιδιοτήτων των υλικών κοπτικών εργαλείων και των αντικειμένων κατεργασίας
Εργαλεία με διαφορετικές φυσικές ιδιότητες, όπως εργαλεία από χάλυβα υψηλής ταχύτητας με υψηλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλό σημείο τήξης, κεραμικά εργαλεία με υψηλό σημείο τήξης και χαμηλή θερμική διαστολή και εργαλεία διαμαντιών με υψηλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλή θερμική διαστολή, είναι κατάλληλα για επεξεργασία διαφορετικών υλικά τεμαχίου εργασίας. Κατά την επεξεργασία τεμαχίων με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται υλικά εργαλείων με καλή θερμική αγωγιμότητα για τη γρήγορη μεταφορά της θερμότητας κοπής και τη μείωση της θερμοκρασίας κοπής. Το διαμάντι, λόγω της υψηλής θερμικής του αγωγιμότητας και του ρυθμού θερμικής διάχυσης, είναι επιρρεπές να διαχέει τη θερμότητα κοπής και δεν παράγει σημαντική θερμική παραμόρφωση, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική για εργαλεία μηχανικής κατεργασίας ακριβείας που απαιτούν υψηλή ακρίβεια διαστάσεων.
① Η θερμοκρασία αντίστασης στη θερμότητα διαφόρων υλικών κοπτικών εργαλείων: 700-8000C για εργαλεία κοπής με διαμάντια, 13000-15000C για εργαλεία κοπής PCBN, 1100-12000C για εργαλεία κοπής κεραμικών, 900-11000C για σκληρά κράματα με βάση το TiC (N), 800-9000C για σκληρά κράματα εξαιρετικά λεπτών κόκκων με βάση το WC και 600-7000C για HSS.
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>Κεραμικό με βάση το A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>Κεραμικό με βάση το A1203.
3. Αντιστοίχιση χημικών ιδιοτήτων μεταξύ υλικών εργαλείων κοπής και αντικειμένων κατεργασίας
Το πρόβλημα αντιστοίχισης χημικής απόδοσης μεταξύ υλικών εργαλείων κοπής και αντικειμένων κατεργασίας αναφέρεται κυρίως στην αντιστοίχιση παραμέτρων χημικής απόδοσης όπως η χημική συγγένεια, η χημική αντίδραση, η διάχυση και η διάλυση μεταξύ των υλικών εργαλείων και των υλικών του τεμαχίου εργασίας. Τα εργαλεία κοπής με διαφορετικά υλικά είναι κατάλληλα για την επεξεργασία διαφορετικών υλικών τεμαχίων.
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS.
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>διαμάντι.
4. Λογική επιλογή υλικών εργαλείων CNC
Γενικά, το PCBN, τα κεραμικά εργαλεία κοπής, τα επικαλυμμένα σκληρά κράματα και τα εργαλεία κοπής σκληρού κράματος με βάση το TiCN είναι κατάλληλα για κατεργασία με CNC μαύρων μετάλλων όπως ο χάλυβας. Τα εργαλεία PCD είναι κατάλληλα για την επεξεργασία υλικών μη σιδηρούχων μετάλλων όπως Al, Mg, Cu, καθώς και των κραμάτων και μη μεταλλικών υλικών τους. Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει ορισμένα υλικά τεμαχίου που είναι κατάλληλα για επεξεργασία με τα προαναφερθέντα υλικά εργαλείων.
Μερικά υλικά τεμαχίου κατάλληλα για κατεργασία με υλικά κοπτικών εργαλείων