Kombinácia pokročilého spracovateľského zariadenia a vysokovýkonných CNC rezných nástrojov môže poskytnúť plnú hru na jeho náležitý výkon a dosiahnuť dobré ekonomické výhody. S rýchlym vývojom materiálov rezných nástrojov rôzne nové materiály rezných nástrojov výrazne zlepšili svoje fyzikálne, mechanické vlastnosti a rezný výkon a rozsah ich použitia sa tiež neustále rozširoval.
1. Materiály nástrojov by mali mať základné vlastnosti
Výber materiálu nástroja má veľký vplyv na životnosť nástroja, efektivitu spracovania, kvalitu spracovania a náklady na spracovanie. Keď nástroj reže, musí znášať účinky vysokého tlaku, vysokej teploty, trenia, otrasov a vibrácií. Materiál nástroja by preto mal mať tieto základné vlastnosti:
(1) Tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Tvrdosť materiálu nástroja musí byť vyššia ako tvrdosť materiálu obrobku, spravidla nad 60 HRC. Čím tvrdší je materiál nástroja, tým lepšia je odolnosť proti opotrebovaniu.
(2) Pevnosť a húževnatosť. Nástrojové materiály by mali mať vysokú pevnosť a húževnatosť, aby odolali rezným silám, otrasom a vibráciám a zabránili krehkému lomu a vylamovaniu nástrojov.
(3) Tepelná odolnosť. Tepelná odolnosť materiálu nástroja je lepšia, odoláva vysokej teplote rezania a má dobrú odolnosť proti oxidácii.
(4) Výkonnosť a hospodárnosť procesu. Nástrojové materiály by mali mať dobrý výkon pri kovaní, výkone pri tepelnom spracovaní, výkone pri zváraní, výkone pri brúsení atď., a mali by dosahovať vysoký pomer výkonu a ceny.
2. Druhy, vlastnosti, charakteristiky a použitie nástrojových materiálov
1. Druhy, vlastnosti a charakteristiky materiálov diamantových nástrojov a aplikácie nástrojov
Diamant je alotrop uhlíka a je to najtvrdší materiál v prírode. Diamantové 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 hlavnými typmi rezných nástrojov, ktoré je ťažké nahradiť. Diamantové nástroje, ktoré dokážu dosiahnuť vysokú účinnosť, vysokú stabilitu a obrábanie s dlhou životnosťou, sú nepostrádateľnými a dôležitými nástrojmi moderného CNC obrábania.
⑴ Typy diamantových nástrojov
① Prírodný diamantový nástroj: Prírodný diamant sa používa ako rezný nástroj už stovky rokov. Prírodný monokryštálový diamantový nástroj bol jemne brúsený a rezná hrana môže byť brúsená mimoriadne ostro. Polomer reznej hrany môže dosiahnuť 0,002 μm, čo môže realizovať ultratenké rezanie a môže Je to uznávaný, ideálny a nenahraditeľný ultra presný obrábací nástroj na spracovanie extrémne vysokej presnosti obrobku a extrémne nízkej drsnosti povrchu.
② Diamantový nástroj PCD: Prírodný diamant je drahý a polykryštalický diamant (PCD) sa široko používa pri rezaní. Od začiatku 70. rokov 20. storočia bol vyvinutý polykryštalický diamant (polykryštalický diamant, skrátene PCD). Po úspechu boli prírodné diamantové nástroje pri mnohých príležitostiach nahradené umelým polykryštalickým diamantom. Suroviny PCD sú bohaté na zdroje a ich cena je len niekoľko desatín až desatina prírodných diamantov.
PCD nástroje nedokážu brúsiť extrémne ostré hrany a kvalita povrchu spracovávaných obrobkov nie je taká dobrá ako pri prírodnom diamante. V priemysle nie je vhodné vyrábať PKD doštičky s lámačmi triesok. Preto sa PCD môže použiť len na jemné rezanie neželezných kovov a nekovov a je ťažké dosiahnuť ultra presné zrkadlové rezanie.
③ Diamantové nástroje CVD: Od konca 70. do začiatku 80. rokov sa v Japonsku objavila technológia CVD diamantov. CVD diamant označuje syntézu diamantového filmu na heterogénnych substrátoch (ako je slinutý karbid, keramika atď.) chemickým nanášaním pár (CVD). CVD diamant má presne rovnakú štruktúru a vlastnosti ako prírodný diamant.
Výkon CVD diamantu je veľmi blízky výkonu prírodného diamantu a 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 väčšia ako životnosť nástrojov zo slinutého karbidu, alebo dokonca stonásobná.
② Má veľmi nízky koeficient trenia: koeficient trenia medzi diamantom a niektorými neželeznými kovmi je nižší ako koeficient iných rezných nástrojov, koeficient trenia je nízky, deformácia počas spracovania je malá a rezná sila môže byť znížiť.
3 - tenké rezanie a ultra presné obrábanie.
④ Má vysokú tepelnú vodivosť: diamant má vysokú tepelnú vodivosť a tepelnú difúziu, rezné teplo sa ľahko odvádza a teplota reznej časti nástroja je nízka.
⑤ Nízky 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 si vyžaduje vysoké rozmerová presnosť.
⑶ Aplikácia diamantových nástrojov
Diamantové nástroje sa väčšinou používajú na jemné rezanie a vyvrtávanie neželezných kovov a nekovových materiálov vysokou rýchlosťou. Je vhodný na spracovanie rôznych nekovov odolných voči opotrebovaniu, ako sú polotovary z práškovej metalurgie FRP, keramické materiály atď.; rôzne neželezné kovy odolné voči opotrebovaniu, ako sú rôzne zliatiny kremíka a hliníka; rôzne dokončovacie spracovanie neželezných kovov.
Nevýhodou diamantových nástrojov je slabá tepelná stabilita. Keď teplota rezania presiahne 700 stupňov až 800 stupňov, úplne stratí svoju tvrdosť; navyše nie je vhodný na rezanie železných kovov, pretože diamant (uhlík) sa pri vysokých teplotách ľahko spája so železom. Atómová akcia premieňa atómy uhlíka na grafitovú štruktúru a nástroj sa ľahko poškodí.
2. Typy, vlastnosti a charakteristiky nástrojových materiálov z kubického nitridu bóru a aplikácie nástrojov
Kubický nitrid bóru (CBN), druhý supertvrdý materiál syntetizovaný metódou podobnou metóde diamantu, je po diamante druhý z hľadiska tvrdosti a tepelnej vodivosti. Má vynikajúcu tepelnú stabilitu a v atmosfére sa môže zahriať na 10,000 stupňov. K oxidácii nedochádza. CBN má extrémne stabilné chemické vlastnosti pre železné kovy a môže byť široko používaný pri spracovaní výrobkov z ocele.
obrázok
⑴ Typy rezných nástrojov kubického nitridu bóru
Kubický nitrid bóru (CBN) je látka, ktorá sa v prírode nevyskytuje. Možno ho rozdeliť na monokryštál a polykryštalický, to znamená monokryštál CBN a polykryštalický kubický nitrid bóru (polykryštalický kubický bornnitrid, označovaný ako PCBN). CBN je jedným z izomérov nitridu bóru (BN) a jeho štruktúra je podobná štruktúre diamantu.
PCBN (polykryštalický kubický nitrid bóru) je polykryštalický materiál, ktorý speká jemné materiály CBN prostredníctvom spájacej fázy (TiC, TiN, Al, Ti atď.) pri vysokej teplote a vysokom tlaku. Diamantový nástrojový materiál, to a diamant súhrnne označované ako supertvrdý nástrojový materiál. PCBN sa používa hlavne na výrobu nožov alebo iných nástrojov.
PCBN nástroje možno rozdeliť na integrálne PCBN doštičky a PCBN kompozitné doštičky spekané slinutým karbidom.
Kompozitné doštičky PCBN sa vyrábajú spekaním vrstvy PCBN s hrúbkou {{0}},5 až 1,0 mm na slinutý karbid s dobrou pevnosťou a húževnatosťou. Jeho výkon má dobrú húževnatosť a vysokú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Problémy nízkej pevnosti v ohybe a ťažkosti pri zváraní CBN doštičiek sú vyriešené.
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, ktorý môže dosiahnuť viac ako 1200 stupňov (700-800 stupňov pre diamant). reakciu. Hlavné výkonnostné charakteristiky kubického nitridu bóru sú nasledovné.
① Vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu: Kryštálová štruktúra CBN je podobná štruktúre 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 obrobkov.
② Vysoká tepelná stabilita: Tepelná odolnosť CBN môže dosiahnuť 1400-1500 stupeň, čo je takmer 1-krát viac ako u diamantu (700-800 stupeň ). Nástroje PCBN dokážu rezať vysokoteplotné zliatiny a kalené ocele rýchlosťou 3 až 5-krát vyššou ako pri nástrojoch zo slinutého karbidu.
③Vynikajúca chemická stabilita: Nemá chemickú interakciu s materiálmi na báze železa na 1200-1300 stupni a neopotrebuje sa tak prudko ako diamant a stále si 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 nie je taká dobrá ako u diamantu, tepelná vodivosť PCBN je na druhom mieste po diamante medzi rôznymi nástrojovými materiálmi a je oveľa vyššia ako u rýchloreznej ocele a slinutého karbidu.
⑤ Nízky koeficient trenia: Nízky koeficient trenia môže znížiť reznú silu počas rezania, znížiť teplotu rezania a zlepšiť kvalitu obrobeného povrchu.
⑶ Aplikácia nástroja na kubický nitrid bóru
Kubický nitrid bóru je vhodný na konečnú úpravu rôznych ťažkoobrobiteľných materiálov, ako je tvrdená oceľ, tvrdá liatina, vysokoteplotná zliatina, tvrdá zliatina a materiály na povrchové striekanie. Presnosť obrábania môže dosiahnuť IT5 (otvor je IT6) a drsnosť povrchu môže byť až Ra1.25-0.20μm.
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 s nízkou rýchlosťou a vysokým rázovým zaťažením; V prípade kovu dôjde k silnému nahromadeniu okraja, čo zhorší obrobený povrch.
3. Druhy, vlastnosti a charakteristiky keramických nástrojových materiálov a aplikácie nástrojov
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 rezné nástroje zaujímajú v CNC obrábaní veľmi dôležité postavenie. Keramické rezné nástroje sa stali jedným z hlavných rezných nástrojov pre 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 nože dokážu efektívne spracovať vysoko tvrdé materiály, ktoré tradičné nože vôbec nedokážu spracovať a realizovať „nahradenie brúsenia autom“; optimálna rezná rýchlosť keramických nožov môže byť 2 až 10-krát vyššia ako u nožov zo slinutého karbidu, čím sa výrazne zlepší výrobná efektívnosť rezného spracovania Hlavná surovina používaná v keramických nástrojových materiáloch je najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre. Preto má popularizácia a aplikácia keramických nástrojov veľký význam pre zlepšenie produktivity, zníženie nákladov na spracovanie a šetrenie strategických drahých kovov a tiež výrazne podporí vývoj technológie rezania. pokrok.
⑴ Typy materiálov keramických nástrojov
Typy keramických nástrojov na nástroje 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
Výkonnostné charakteristiky keramických rezných nástrojov sú nasledovné:
① Vysoká tvrdosť a dobrá odolnosť proti opotrebeniu: Hoci tvrdosť keramických nástrojov nie je taká vysoká ako pri PCD a PCBN, je oveľa vyššia ako u nástrojov zo slinutého karbidu a rýchloreznej ocele a dosahuje 93-95HRA. Keramické nástroje dokážu spracovať materiály s vysokou tvrdosťou, ktoré sa ťažko spracovávajú tradičnými nástrojmi a sú vhodné na vysokorýchlostné rezanie a tvrdé rezanie.
② Odolnosť voči vysokej teplote a dobrá tepelná odolnosť: Keramické nástroje môžu stále rezať pri vysokých teplotách nad 1200 stupňov. Keramické nože majú dobré mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách a odolnosť keramických nožov A12O3 voči oxidácii je obzvlášť dobrá. Aj keď je rezná hrana rozpálená do červena, môže sa používať nepretržite. Preto môžu keramické nástroje dosiahnuť suché rezanie, čo môže ušetriť reznú kvapalinu.
③ Dobrá chemická stabilita: keramické rezné nástroje sa nedajú ľahko spojiť s kovom a sú odolné voči korózii a chemicky stabilné, čo môže znížiť opotrebovanie rezných nástrojov.
④ Nízky koeficient trenia: Afinita medzi keramickými reznými nástrojmi a kovom je malá a koeficient trenia je nízky, čo môže znížiť reznú silu a teplotu rezania.
⑶ Aplikácia keramických nožov
Keramika je jedným z nástrojových materiálov používaných hlavne na vysokorýchlostné dokončovanie a polodokončovanie. Keramické rezné nástroje sú vhodné na rezanie všetkých druhov liatiny (sivá liatina, tvárna liatina, temperovaná liatina, chladená liatina, vysokolegovaná liatina odolná voči opotrebovaniu) a ocele (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.
Existujú problémy nízkej pevnosti v ohybe a nízkej rázovej húževnatosti pri výkone keramických nástrojových materiálov, ktoré nie sú vhodné na rezanie pri nízkej rýchlosti a rázovom zaťažení.
4. Vlastnosti a charakteristiky povlakovaných materiálov rezných nástrojov a použitie rezných nástrojov
Potiahnutie nástroja je jedným z dôležitých spôsobov, ako zlepšiť výkon nástroja. Nástup rezných nástrojov s povlakom priniesol zásadný prelom v reznom výkone rezných nástrojov. Potiahnutý nástroj je potiahnutý jednou alebo viacerými vrstvami žiaruvzdornej zmesi s dobrou odolnosťou proti opotrebeniu na tvrdšom tele nástroja, ktoré spája substrát nástroja s tvrdým povlakom, takže výkon nástroja sa výrazne zlepší. Potiahnuté rezné nástroje môžu zlepšiť efektivitu spracovania, zlepšiť presnosť spracovania, predĺžiť životnosť nástroja a znížiť náklady na spracovanie.
Asi 80 percent rezných nástrojov používaných v nových CNC obrábacích strojoch používa nástroje s povlakom. Potiahnuté rezné nástroje budú v budúcnosti najdôležitejšími nástrojmi 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 nástroje vo všeobecnosti používajú chemické nanášanie pár a teplota nanášania je okolo 1000 stupňov. Nástroje z vysokorýchlostnej ocele s povlakom vo všeobecnosti používajú fyzické nanášanie pár a teplota nanášania je asi 500 stupňov;
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 povahy 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 nástroje na „mäkké“ povlaky, je nízky koeficient trenia, známy aj ako samomazacie nástroje, a jeho trenie s materiálom obrobku. Koeficient je veľmi nízky, len asi 0,1, čo môže znížiť lepenie, zníženie trenia, zníženie reznej sily a reznej teploty.
Nedávno vyvinutý nástroj na nanopoťahovanie (Nanoeoating). Tento potiahnutý nástroj môže používať rôzne kombinácie rôznych poťahových materiálov (ako kov/kov, kov/keramika, keramika/keramika atď.), aby splnil rôzne funkčné a výkonnostné požiadavky. Správne navrhnutý nano-povlak môže spôsobiť, že materiál nástroja má vynikajúce funkcie proti treniu a opotrebeniu a samomazacie vlastnosti, čo je vhodné pre vysokorýchlostné suché rezanie.
⑵ Charakteristika nástrojov s povlakom
Výkonnostné charakteristiky nástrojov s povlakom sú nasledovné:
① Dobré mechanické a rezné vlastnosti: povlakované nástroje kombinujú vynikajúce vlastnosti základného materiálu a povlakového materiálu
Nielenže si zachováva dobrú húževnatosť a vysokú pevnosť matrice, ale má aj vysokú tvrdosť, vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a nízky koeficient trenia povlaku. Preto môže byť rezná rýchlosť nástroja s povlakom zvýšená viac ako 2-krát ako rýchlosť nástroja bez povlaku a je povolená vyššia rýchlosť posuvu. Zvyšuje sa aj životnosť nástroja s povlakom.
② Silná všestrannosť: Potiahnuté nástroje majú širokú všestrannosť a rozsah spracovania sa výrazne rozšíril. Jeden nástroj s povlakom môže nahradiť niekoľko nástrojov bez povlaku.
③ Hrúbka povlaku: S nárastom hrúbky povlaku sa životnosť nástroja tiež zvýši, ale keď hrúbka povlaku dosiahne nasýtenie, životnosť nástroja sa už výrazne nezvýši. Keď je povlak príliš hrubý, je ľahké spôsobiť odlupovanie; keď je povlak príliš tenký, odolnosť proti opotrebovaniu je nízka.
④ Prebrúsiteľnosť: Potiahnuté čepele majú zlú brúsiteľnosť, 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 výhodu; pri rezaní vysokou rýchlosťou je vhodnejší TiN.
⑶ Aplikácia nástrojov s povlakom
Povlakované rezné nástroje majú veľký potenciál v oblasti CNC obrábania a v budúcnosti budú najdôležitejšou odrodou nástrojov v oblasti CNC obrábania. Technológia povrchovej úpravy bola aplikovaná na stopkové frézy, výstružníky, vrtáky, kombinované nástroje na spracovanie otvorov, frézy na ozubenie, frézy na tvarovanie ozubených kolies, frézy na orezávanie ozubených kolies, tvarovacie preťahovače a rôzne vymeniteľné doštičky na upínanie strojov, aby sa splnili požiadavky na vysokorýchlostné rezanie ocele a liatiny , žiaruvzdorné zliatiny a neželezné kovy a iné materiály.
5. Druhy, vlastnosti, charakteristiky a aplikácie nástrojových materiálov zo slinutých karbidov
Karbidové rezné nástroje, najmä vymeniteľné karbidové rezné nástroje, sú poprednými produktmi CNC obrábacích nástrojov. Od 80. rokov 20. storočia sa rôzne integrálne a vymeniteľné tvrdokovové rezné nástroje alebo čepele rozšírili na rôzne V oblasti rôznych rezných nástrojov sa vymeniteľné karbidové nástroje rozšírili z jednoduchých sústružníckych nástrojov a čelných fréz na rôzne presné, zložité a tvárniace nástrojové polia.
⑴ Typy nástrojov zo slinutého karbidu
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 vzácne karbidy (YW), z ktorých každý má svoje výhody a nevýhody. Hlavnými zložkami sú karbid volfrámu (WC), karbid titánu (TiC), karbid tantalu (TaC), karbid nióbu (NbC) atď., a bežne používanou fázou kovového spojiva je Co.
Slinutý karbid na báze uhlíka (nitridu) na báze titánu je slinutý karbid s TiC ako hlavnou zložkou (pridávajú sa niektoré ďalšie karbidy alebo nitridy) a bežne používané fázy kovových spojiva sú Mo a Ni.
ISO (Medzinárodná organizácia pre normalizáciu) rozdeľuje slinutý karbid na rezanie do troch kategórií:
Kategória K vrátane Kl{0}}~K40 je ekvivalentná kategórii YG v mojej krajine (hlavným komponentom je WC.Co).
Kategória P vrátane P01~P50 je ekvivalentná kategórii YT v mojej krajine (zložená najmä z WC.TiC.Co).
Kategória M vrátane M10~M40 je ekvivalentná kategórii YW v mojej krajine (hlavnou zložkou je WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Každá trieda predstavuje sériu zliatin od vysokej tvrdosti po maximálnu húževnatosť s číslami medzi 01 a 50.
⑵ Výkonnostné charakteristiky rezných nástrojov zo slinutého karbidu
Výkonnostné charakteristiky rezných nástrojov zo slinutého karbidu sú nasledovné:
① Vysoká tvrdosť: Rezné nástroje zo slinutého karbidu sú vyrobené z karbidu s vysokou tvrdosťou a bodom topenia (nazývaného tvrdá fáza) a kovového spojiva (nazývaného väzobná fáza) metódou práškovej metalurgie a jeho tvrdosť dosahuje 89-93HRA, oveľa vyššiu ako rýchloreznej ocele, pri 5400 C, tvrdosť môže 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 a obsahom kovovej väzbovej fázy karbidu a vo všeobecnosti klesá so zvyšujúcim sa obsahom 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 900-1500MPa. 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 pevnosť klesá so zvyšujúcim sa obsahom TiC. Slinutý karbid je krehký materiál a jeho rázová húževnatosť pri izbovej teplote je len 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. Jemnozrnné tvrdé zliatiny (ako YG3X, YG6X) majú pri rovnakom obsahu kobaltu vyššiu tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu ako stredne zrnité tvrdé zliatiny a sú vhodné na spracovanie niektorých špeciálnych tvrdých liatin, austenitickej nehrdzavejúcej ocele, tepelne odolné zliatiny, zliatina titánu, tvrdý bronz a izolačné materiály odolné voči opotrebovaniu atď.
Vynikajúce výhody slinutého karbidu YT sú vysoká tvrdosť, dobrá tepelná odolnosť, vyššia tvrdosť a pevnosť v tlaku pri vysokej teplote ako slinutý karbid YG a dobrá odolnosť voči 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 dobrý komplexný výkon. Dá sa použiť nielen na spracovanie oceľových materiálov, ale aj na spracovanie liatiny a farebných kovov. Pri vhodnom zvýšení obsahu kobaltu môže byť pevnosť tohto typu zliatiny veľmi vysoká a možno ju použiť na hrubé obrábanie a prerušované rezanie rôznych ťažkoobrobiteľných materiálov.
6. Druhy, charakteristiky a použitie rezných nástrojov z rýchloreznej ocele
Vysokorýchlostná oceľ (skrátene HSS) je vysokolegovaná nástrojová oceľ s pridaním ďalších 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 pri výrobe nástrojov na obrábanie otvorov, fréz, závitových nástrojov, preťahovačiek, nástrojov na rezanie ozubených kolies a iných zložitých rezných nástrojov, má rýchlorezná oceľ stále dominantné postavenie. Nože z rýchloreznej ocele sa dajú ľahko brúsiť rezné hrany.
Podľa rôznych použití možno rýchloreznú oceľ rozdeliť na univerzálnu rýchloreznú oceľ a vysokovýkonnú rýchloreznú oceľ.
⑴ Univerzálne rezné nástroje z rýchloreznej ocele
Rýchlorezná oceľ na všeobecné použitie. Vo všeobecnosti sa dá rozdeliť do dvoch typov: volfrámová oceľ a volfrámová molybdénová oceľ. Tento typ rýchloreznej ocele obsahuje prísadu (C) od 0,7 percent do 0,9 percent. Podľa rôzneho obsahu volfrámu v oceli sa dá rozdeliť na volfrámovú oceľ s 12 percentami alebo 18 percentami W, volfrámovo-molybdénovú oceľ so 6 percentami alebo 8 percentami W a molybdénovú oceľ s 2 percentami alebo žiadnymi percentami W. Univerzálna rýchlorezná oceľ má určitú tvrdosť (63-66HRC) a odolnosť proti opotrebovaniu, vysokú pevnosť a húževnatosť, dobrú plasticitu a technológiu spracovania, preto sa široko používa pri výrobe rôznych zložitých nástrojov.
① Volfrámová oceľ: Typická trieda volfrámovej ocele na všeobecné použitie z vysokorýchlostnej ocele je W18Cr4V (skrátene W18), ktorá má dobrý komplexný 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 kvôli vysokému obsahu karbidov je distribúcia pomerne nerovnomerná, častice sú veľké a pevnosť a húževnatosť nie sú vysoké.
② Volfrámovo-molybdénová oceľ: označuje rýchloreznú oceľ získanú nahradením časti volfrámu vo volfrámovej oceli molybdénom. Typická kvalita volfrámovo-molybdénovej ocele je W6Mo5Cr4V2 (skrátene M2). Karbidové častice M2 sú jemné a rovnomerné a jeho pevnosť, húževnatosť a plasticita pri vysokej teplote sú lepšie ako u W18Cr4V. Ďalšou volfrámovo-molybdénovou oceľou je W9Mo3Cr4V (skrátene W9), jej tepelná stabilita je o niečo vyššia ako u ocele M2, jej pevnosť v ohybe a húževnatosť sú lepšie ako u W6M05Cr4V2 a má dobrú opracovateľnosť.
⑵ Vysokovýkonné rezné nástroje z rýchloreznej ocele
Vysokovýkonná rýchlorezná oceľ sa vzťahuje na nový typ ocele, ktorá pridáva určitý obsah uhlíka, obsah vanádu a legujúcich prvkov, ako sú Co a Al, do zloženia rýchloreznej ocele na všeobecné použitie, aby sa zlepšila jej tepelná odolnosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Ide najmä o tieto kategórie:
① Vysokouhlíková rýchlorezná oceľ. Vysokouhlíková rýchlorezná oceľ (napríklad 95W18Cr4V), s vysokou tvrdosťou pri izbovej teplote a vysokej teplote, je vhodná na výrobu a spracovanie bežnej ocele a liatiny, vrtákov, výstružníkov, závitníkov a fréz s vysokými požiadavkami na odolnosť proti opotrebovaniu, príp. nástroje na spracovanie tvrdších materiálov. Nie je vhodné odolávať veľkým nárazom.
② Vysoko vanádiová vysokorýchlostná oceľ. Typické druhy, ako napríklad W12Cr4V4Mo (označované ako EV4), obsahujúce V zvýšený na 3 až 5 percent, dobrá odolnosť proti opotrebovaniu, vhodné na rezanie materiálov s veľkým opotrebovaním nástrojov, ako sú vlákna, tvrdá guma, plasty atď. možno použiť aj na spracovanie materiálov, ako je nehrdzavejúca oceľ, vysokopevnostná oceľ a vysokoteplotné zliatiny.
③ Kobaltová vysokorýchlostná oceľ. Je to supertvrdá rýchlorezná oceľ s obsahom kobaltu, typická trieda, ako je W2Mo9Cr4VCo8 (skrátene M42), má vysokú tvrdosť a jej tvrdosť môže dosiahnuť 69-70HRC. Je vhodný na opracovanie vysokopevnostnej žiaruvzdornej ocele, vysokoteplotných zliatin, titánových zliatin a pod. Obrábací materiál, M42 má dobrú brúsiteľnosť a je vhodný na výrobu presných a zložitých nástrojov, nie je však vhodný na prácu pod príklepom podmienky.
④ Hliníková rýchlorezná oceľ. Patrí do supertvrdej rýchloreznej ocele s obsahom hliníka, typických tried, ako je W6Mo5Cr4V2Al, (skrátene 501), tvrdosť pri vysokej teplote dosahuje 54HRC pri 6000C a rezný výkon je ekvivalentný M42. Je vhodný na výrobu fréz, vrtákov, výstružníkov, ozubených fréz a preťahovačiek. atď., ktoré sa používajú na spracovanie materiálov ako legovaná oceľ, nehrdzavejúca oceľ, vysokopevnostná oceľ a superzliatina.
⑤ Dusíková supertvrdá rýchlorezná oceľ. Typické druhy, ako napríklad W12M03Cr4V3N, označované ako (V3N), sú supertvrdé rýchlorezné ocele obsahujúce dusík. Tvrdosť, pevnosť a húževnatosť zodpovedajú M42. spracovanie.
(3) Tavenie rýchloreznej ocele a práškovej metalurgie rýchloreznej ocele
Podľa rôznych výrobných procesov možno rýchloreznú oceľ rozdeliť na tavnú rýchloreznú oceľ a rýchloreznú oceľ na práškovú metalurgiu.
① Tavenie rýchloreznej ocele: Obyčajná rýchlorezná oceľ aj vysokovýkonná rýchlorezná oceľ sa vyrábajú tavením. Vyrábajú sa z nich nože procesmi, ako je tavenie, odlievanie ingotov a pokovovanie a valcovanie. Vážnym problémom, ktorý sa pravdepodobne vyskytne pri tavení rýchloreznej ocele, je segregácia karbidov. Tvrdé a krehké karbidy sú v rýchloreznej oceli rozložené nerovnomerne a zrná sú hrubé (až do desiatok mikrónov). a nepriaznivé účinky na rezný výkon.
② Rýchlorezná oceľ práškovej metalurgie (PM HSS): Rýchlorezná oceľ práškovej metalurgie (PM HSS) je roztavená oceľ tavená vo vysokofrekvenčnej indukčnej peci, atomizovaná vysokotlakovým argónom alebo čistým dusíkom a potom ochladená, aby sa získala jemná a rovnomerné kryštály Mikroštruktúra (prášok z rýchloreznej ocele) a získaný prášok potom za vysokej teploty a vysokého tlaku vtlačte do polotovaru noža, alebo najskôr vyrobte oceľový blok a potom ho vykujte a zrolujte do tvaru noža. V porovnaní s rýchloreznou oceľou vyrábanou metódou tavenia má PM HSS nasledujúce výhody: karbidové zrná sú jemné a rovnomerné a pevnosť, húževnatosť a odolnosť proti opotrebovaniu sú oveľa lepšie v porovnaní s rýchloreznou oceľou vyrábanou tavením. V oblasti komplexných CNC nástrojov sa budú nástroje PM HSS ďalej rozvíjať a zohrávať dôležitú úlohu. Typické druhy, ako sú F15, FR71, GF1, GF2, GF3, PT1, PVN atď., sa môžu použiť na výrobu veľkých nožov s vysokou záťažou a vysokým nárazom a môžu sa použiť aj na výrobu presných nožov.
3. Zásady výberu materiálov CNC rezných nástrojov
a
V súčasnosti medzi široko používané CNC nástrojové materiály patria najmä diamantové nástroje, nástroje z kubického nitridu bóru, keramické nástroje, nástroje s povlakom, nástroje z tvrdokovu a nástroje z rýchloreznej ocele. Existuje mnoho druhov materiálov rezných nástrojov a ich výkon sa veľmi líši. Hlavné ukazovatele výkonnosti rôznych materiálov nástrojov sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.
obrázok
Nástrojový materiál pre NC obrábanie je potrebné zvoliť podľa obrábaného obrobku a charakteru obrábania. Výber materiálu nástroja by mal byť primerane prispôsobený objektu spracovania. Zosúladenie materiálu rezného nástroja a predmetu spracovania sa týka hlavne zosúladenia mechanických vlastností, fyzikálnych vlastností a chemických vlastností oboch, aby sa dosiahla najdlhšia životnosť nástroja a maximálna produktivita rezania.
1. Materiál rezného nástroja sa zhoduje s mechanickými vlastnosťami obrábaného predmetu
Zosúladenie mechanických vlastností rezného nástroja a predmetu spracovania sa týka hlavne zhody parametrov mechanických vlastností, ako je pevnosť, húževnatosť a tvrdosť rezného nástroja a materiálu obrobku. Nástrojové materiály s rôznymi mechanickými vlastnosťami sú vhodné pre rôzne materiály obrobkov.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>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 materiálov rezných nástrojov je: rýchlorezná oceľ > slinutý karbid > kubický nitrid bóru, diamantové a keramické rezné nástroje.
Materiál obrobku s vysokou tvrdosťou musí byť spracovaný nástrojom s vyššou tvrdosťou. Tvrdosť materiálu nástroja musí byť vyššia ako tvrdosť materiálu obrobku, čo sa vo všeobecnosti vyžaduje nad 60 HRC. Čím tvrdší je materiál nástroja, tým lepšia je jeho odolnosť proti opotrebovaniu. Keď sa napríklad zvýši množstvo kobaltu v slinutom karbide, zvýši sa jeho pevnosť a húževnatosť a zníži sa tvrdosť, čo je vhodné na hrubé obrábanie; pri znižovaní množstva kobaltu sa zvyšuje jeho tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu, čo je vhodné na konečnú úpravu.
Nástroje s vynikajúcimi vysokoteplotnými mechanickými vlastnosťami sú vhodné najmä pre vysokorýchlostné rezanie. Vynikajúci výkon keramických nástrojov pri vysokých teplotách im umožňuje rezať vysokou rýchlosťou a povolená rýchlosť rezania sa môže zvýšiť 2 až 10-krát v porovnaní so slinutým karbidom.
2. Prispôsobenie materiálu rezného nástroja fyzikálnym vlastnostiam obrábaného predmetu
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. rôzne materiály obrobku. Pri obrábaní obrobkov so zlou tepelnou vodivosťou by sa mali používať nástrojové materiály s lepšou tepelnou vodivosťou, aby sa rezné teplo rýchlo prenášalo a teplota rezania sa mohla znížiť. Vďaka vysokej tepelnej vodivosti a tepelnej difúzii diamantu sa rezné teplo ľahko rozptýli a nespôsobí veľkú tepelnú deformáciu, čo je obzvlášť dôležité pre presné obrábacie nástroje, ktoré vyžadujú vysokú rozmerovú presnosť.
① Tepelne odolná teplota rôznych materiálov nástrojov: 700-8000C pre diamantové nástroje, 13000-15000C pre PCBN nástroje, 1100-12000C pre keramické nástroje, 900-11000C pre TiC(N ) na báze slinutého karbidu a 900-11000C pre ultrajemné zrná na báze WC. Slinutý karbid je 800~9000C, HSS je 600~7000C.
② The order of thermal conductivity of various tool materials: PCD>PCBN>WC-based cemented carbide>TiC(N)-based cemented carbide>HSS>Si3N4-based ceramics>1203-keramika.
③ The order of thermal expansion coefficient of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC(N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC(N)-based cemented carbide>1203-keramika.
3. Prispôsobenie materiálu rezného nástroja chemickým vlastnostiam obrábaného predmetu
Zosúladenie chemických vlastností medzi materiálmi rezných nástrojov a predmetmi spracovania sa týka najmä zhody parametrov chemického výkonu, ako je chemická afinita, chemická reakcia, difúzia a rozpúšťanie medzi materiálmi nástrojov a materiálmi obrobku. nože z rôznych materiálov
