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.
obrázok
1. Materiály nástrojov by mali mať základné vlastnosti
a
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.
obrázok
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.
obrázok
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.
obrázok
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. Povlakované rezné nástroje budú v budúcnosti najdôležitejšou odrodou nástrojov v oblasti CNC obrábania.
obrázok
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 Dobrý mechanický a rezný výkon: Potiahnuté nástroje kombinujú vynikajúce vlastnosti základného materiálu a náterového materiálu, čo nielenže zachováva dobrú húževnatosť a vysokú pevnosť základne
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.
obrázok
1. Materiály nástrojov by mali mať základné vlastnosti
a
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.
obrázok
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.
obrázok
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.
obrázok
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. Povlakované rezné nástroje budú v budúcnosti najdôležitejšou odrodou nástrojov v oblasti CNC obrábania.
obrázok
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 Dobrý mechanický a rezný výkon: Potiahnuté nástroje kombinujú vynikajúce vlastnosti základného materiálu a náterového materiálu, čo nielenže zachováva dobrú húževnatosť a vysokú pevnosť základne
