Ο συνδυασμός προηγμένου εξοπλισμού επεξεργασίας και εργαλείων κοπής CNC υψηλής απόδοσης μπορεί να ασκήσει πλήρως τη δέουσα αποτελεσματικότητά του και να επιτύχει καλά οικονομικά οφέλη. Με την ταχεία ανάπτυξη των υλικών κοπτικών εργαλείων, διάφοροι νέοι τύποι υλικών εργαλείων κοπής έχουν βελτιώσει σημαντικά τη φυσική, μηχανική και κοπτική τους απόδοση και το πεδίο εφαρμογής τους επίσης διευρύνεται συνεχώς.
1. Βασικές ιδιότητες που πρέπει να διαθέτουν τα υλικά κοπής
Η επιλογή των υλικών εργαλείων έχει σημαντικό αντίκτυπο στη διάρκεια ζωής του εργαλείου, την αποτελεσματικότητα επεξεργασίας, την ποιότητα επεξεργασίας και το κόστος επεξεργασίας. Το εργαλείο κοπής πρέπει να αντέχει 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 πάνω από 60HRC. 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 επεξεργασίας λείανσης και επιδίωξη υψηλής απόδοσης προς αναλογία τιμής.
2. Τύποι, ιδιότητες, χαρακτηριστικά και εφαρμογές υλικών κοπτικών εργαλείων
ένα. Τύποι, ιδιότητες, χαρακτηριστικά και εφαρμογές εργαλείων των υλικών εργαλείων 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 διαμαντένια εργαλεία είναι οι κύριες ποικιλίες κοπτικών εργαλείων που είναι δύσκολο να αντικατασταθούν. Τα εργαλεία κοπής διαμαντιών που μπορούν να επιτύχουν υψηλή απόδοση, υψηλή σταθερότητα και μηχανική κατεργασία μεγάλης διάρκειας ζωής είναι απαραίτητα και σημαντικά εργαλεία στη σύγχρονη κατεργασία CNC.
2. Τύποι, ιδιότητες, χαρακτηριστικά και εφαρμογές εργαλείων υλικών εργαλείων κυβικού νιτριδίου βορίου
Το δεύτερο είδος υπερσκληρού υλικού, το κυβικό νιτρίδιο του βορίου (CBN), που συντίθεται με μια μέθοδο παρόμοια με τη μέθοδο κατασκευής διαμαντιών, είναι δεύτερο μόνο μετά το διαμάντι σε σκληρότητα και θερμική αγωγιμότητα. Έχει εξαιρετική θερμική σταθερότητα και δεν οξειδώνεται όταν θερμαίνεται στους 10000 βαθμούς στην ατμόσφαιρα. CBN
έχει εξαιρετικά σταθερές χημικές ιδιότητες για τα σιδηρούχα μέταλλα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως στην επεξεργασία προϊόντων χάλυβα.
3. Τύπος, απόδοση και χαρακτηριστικά υλικών κεραμικών εργαλείων και εφαρμογή εργαλείων
Τα κεραμικά εργαλεία κοπής χαρακτηρίζονται από υψηλή σκληρότητα, καλή αντοχή στη φθορά, εξαιρετική αντοχή στη θερμότητα και χημική σταθερότητα και δεν είναι εύκολο να συνδεθούν με μέταλλο. Τα κεραμικά εργαλεία παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην κατεργασία NC. Τα κεραμικά εργαλεία έχουν γίνει ένα από τα κύρια εργαλεία κοπής και κατεργασίας δύσκολων υλικών υψηλής ταχύτητας. Τα κεραμικά εργαλεία χρησιμοποιούνται ευρέως στην κοπή υψηλής ταχύτητας, στην ξηρή κοπή, στη σκληρή κοπή και στα δύσκολα κοπτικά υλικά. Τα κεραμικά εργαλεία μπορούν να επεξεργάζονται αποτελεσματικά υλικά υψηλής σκληρότητας που δεν μπορούν να υποστούν επεξεργασία με παραδοσιακά εργαλεία, συνειδητοποιώντας ότι «γυρίζουν αντί για λείανση». Η βέλτιστη ταχύτητα κοπής των κεραμικών εργαλείων μπορεί να είναι 2 ~ 10 φορές υψηλότερη από αυτή των εργαλείων με τσιμέντο καρβιδίου, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την παραγωγική απόδοση της κοπής. Οι κύριες πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για κεραμικά υλικά εργαλείων είναι τα πιο άφθονα στοιχεία στην κρούστα. Ως εκ τούτου, η προώθηση και η εφαρμογή κεραμικών εργαλείων είναι μεγάλης σημασίας για τη βελτίωση της παραγωγικότητας, τη μείωση του κόστους επεξεργασίας και την εξοικονόμηση στρατηγικών πολύτιμων μετάλλων, και επίσης θα προωθήσει σημαντικά την πρόοδο της τεχνολογίας κοπής.
4. Απόδοση και χαρακτηριστικά επικαλυμμένων υλικών εργαλείων και εφαρμογή εργαλείων
Η επίστρωση του εργαλείου είναι ένας από τους σημαντικούς τρόπους βελτίωσης της απόδοσής του. Η εμφάνιση εργαλείων κοπής με επίστρωση έχει κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στην απόδοση κοπής τους. Τα επικαλυμμένα κοπτικά εργαλεία επικαλύπτονται 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 τοις εκατό των εργαλείων κοπής που χρησιμοποιούνται στις νέες εργαλειομηχανές CNC χρησιμοποιούν εργαλεία με επίστρωση. Τα επικαλυμμένα εργαλεία θα είναι η πιο σημαντική ποικιλία εργαλείων στον τομέα της κατεργασίας CNC στο μέλλον.
5. Τύποι, ιδιότητες, χαρακτηριστικά και εφαρμογές υλικών 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 κοπτικών εργαλείων ή λεπίδων από σκληρό κράμα έχουν επεκταθεί σε διάφορα πεδία εργαλείων κοπής. Μεταξύ αυτών, τα εργαλεία κοπής σκληρού κράματος με δυνατότητα ευρετηρίου έχουν επεκταθεί από απλά εργαλεία τόρνευσης και φρεζαρίσματος επιφανείας σε διάφορα πεδία εργαλείων ακριβείας, πολύπλοκα και διαμορφωμένα.
Τύποι εργαλείων κοπής σκληρού κράματος
Σύμφωνα με την κύρια χημική σύνθεση, τα σκληρά κράματα μπορούν να χωριστούν σε σκληρά κράματα με βάση το καρβίδιο του βολφραμίου και σε καρβίδιο τιτανίου (σκληρά κράματα με βάση το TiC (N).
Τα καρβίδια τσιμέντου με βάση το καρβίδιο βολφραμίου περιλαμβάνουν το κοβάλτιο βολφραμίου (YG), το τιτάνιο κοβαλτίου βολφραμίου (YT) και το σπάνιο προστιθέμενο καρβίδιο (YW). Έχουν τα δικά τους 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 κοινή φάση σύνδεσης μετάλλου είναι η Co.
Τα σκληρά κράματα τιτανίου με βάση τον άνθρακα (άζωτο) είναι σκληρά κράματα με το TiC ως κύριο συστατικό (ορισμένα με άλλα καρβίδια ή νιτρίδια που προστίθενται) και οι φάσεις που χρησιμοποιούνται συνήθως μετάλλων είναι το Mo και το Ni.
Το ISO (Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης) χωρίζει τα σκληρά κράματα κοπής σε τρεις κατηγορίες:
Η κλάση K, συμπεριλαμβανομένου του Kl0-K40, είναι ισοδύναμη με την τάξη YG στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC Co).
Η κατηγορία P, συμπεριλαμβανομένων των P01 έως P50, είναι ισοδύναμη με την κατηγορία YT στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC TiC Co).
Η κατηγορία M, συμπεριλαμβανομένων των M10 έως M40, είναι ισοδύναμη με την κατηγορία YW στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC TiC TaC (NbC) Co).
Κάθε μάρκα αντιπροσωπεύει μια σειρά κραμάτων που κυμαίνονται από υψηλή σκληρότητα έως μέγιστη ανθεκτικότητα με αριθμούς μεταξύ 01 και 50.
6. Τύποι, χαρακτηριστικά και εφαρμογές εργαλείων κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας
Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας (HSS) είναι ένας τύπος χάλυβα εργαλείων υψηλής κραματοποίησης που περιέχει μεγάλη ποσότητα στοιχείων κράματος όπως W, Mo, Cr και V. Τα εργαλεία κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας έχουν εξαιρετική συνολική απόδοση όσον αφορά την αντοχή, την ανθεκτικότητα και την αντοχή. επεξεργασιμότητα. Στα πολύπλοκα εργαλεία κοπής, ειδικά για την κατασκευή εργαλείων επεξεργασίας οπών, εργαλείων φρεζαρίσματος, εργαλείων κοπής νήματος, κοπτικών εργαλείων, εργαλείων κοπής και άλλων σύνθετων εργαλείων κοπής σε σχήμα άκρου, ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας εξακολουθεί να κατέχει την κύρια θέση. Τα εργαλεία από χάλυβα υψηλής ταχύτητας τρίβονται εύκολα αιχμηρές κοπτικές άκρες.
Σύμφωνα με διαφορετικούς σκοπούς, ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας μπορεί να χωριστεί σε χάλυβα υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης και χάλυβα υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης.
(1) 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 τοις εκατό έως 0,9 τοις εκατό . Σύμφωνα με τη διαφορετική περιεκτικότητα σε βολφράμιο στον χάλυβα, μπορεί να χωριστεί σε χάλυβα βολφραμίου που περιέχει 12 τοις εκατό ή 18 τοις εκατό W, χάλυβα βολφραμίου με μολυβδαίνιο που περιέχει 6 τοις εκατό ή 8 τοις εκατό W και χάλυβα μολυβδαινίου που περιέχει 2 τοις εκατό ή καθόλου W. Χάλυβας υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης έχει κάποιο βαθμό σκληρότητας (63-66HRC) και αντοχή στη φθορά, υψηλή αντοχή και σκληρότητα, καλή πλαστικότητα και ικανότητα επεξεργασίας και χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή διαφόρων πολύπλοκων εργαλείων κοπής.
① Χάλυβας βολφραμίου: Η τυπική ποιότητα του χάλυβα βολφραμίου υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης είναι W18Cr4V, (αναφέρεται ως W18), ο οποίος έχει καλές περιεκτικές ιδιότητες και σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας 48,5HRC στους 6000 βαθμούς. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή διαφόρων πολύπλοκων κοπτικών εργαλείων. 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 του χάλυβα βολφραμίου μολυβδαινίου είναι W6Mo5Cr4V2, ή M2 για συντομία. Τα σωματίδια καρβιδίου του M2 είναι λεπτά 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.
(2) Εργαλεία κοπής χάλυβα υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης
Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας αναφέρεται σε έναν νέο τύπο χάλυβα που προσθέτει λίγη περιεκτικότητα σε άνθρακα, περιεκτικότητα σε βανάδιο και στοιχεία κράματος όπως Co και Al στη σύνθεση του χάλυβα υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης, βελτιώνοντας έτσι την αντοχή στη θερμότητα και την 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 στο δωμάτιο και σε υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας τον κατάλληλο για την κατασκευή και επεξεργασία συνηθισμένου χάλυβα και χυτοσιδήρου, τρυπάνια, μηχανήματα κοπής, βρύσες και φρέζες με υψηλές απαιτήσεις αντοχής στη φθορά ή εργαλεία κοπής για την επεξεργασία σκληρότερων υλικών. Δεν είναι κατάλληλο να αντέχει μεγάλες κρούσεις.
② Χάλυβας υψηλής ταχύτητας με υψηλό βανάδιο. Τυπικές ποιότητες, όπως W12Cr4V4Mo, (EV4 για συντομία), με περιεκτικότητα σε V αυξημένη σε 3 τοις εκατό ~ 5 τοις εκατό , έχουν καλή αντοχή στη φθορά και είναι κατάλληλα για κοπή υλικών με μεγάλη φθορά εργαλείων, όπως ίνες, σκληρό καουτσούκ, πλαστικό, κ.λπ., και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία ανοξείδωτου χάλυβα, χάλυβα υψηλής αντοχής, κράματος υψηλής θερμοκρασίας και άλλων υλικών.
③ Χάλυβας κοβαλτίου υψηλής ταχύτητας. Είναι ένα κοβάλτιο που περιέχει εξαιρετικά σκληρό χάλυβα υψηλής ταχύτητας με τυπική ποιότητα, όπως το W2Mo9Cr4VCo8 (αναφέρεται ως M42), το οποίο έχει υψηλή σκληρότητα έως και 69~70HRC. Είναι κατάλληλο για την επεξεργασία δύσκολα κατεργασμένων υλικών όπως υψηλής αντοχής στη θερμότητα χάλυβα, κράματα υψηλής θερμοκρασίας, κράματα τιτανίου κ.λπ. εργάζονται υπό συνθήκες κοπής κρούσης.
④ Αλουμίνιο υψηλής ταχύτητας χάλυβας. Είναι ένα αλουμίνιο που περιέχει εξαιρετικά σκληρό χάλυβα υψηλής ταχύτητας με τυπική ποιότητα, όπως W6Mo5Cr4V2Al (συντομογραφία 501). Η σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας στους 6000 βαθμούς φτάνει επίσης τα 54HRC και η απόδοση κοπής είναι ισοδύναμη με το M42. Είναι κατάλληλο για την κατασκευή φρέζων, τρυπανιών, κοπτικών εργαλείων, γρανάζι κ.λπ., και χρησιμοποιείται για την επεξεργασία υλικών όπως κραματοποιημένος χάλυβας, ανοξείδωτος χάλυβας, χάλυβας υψηλής αντοχής και κράματα υψηλής θερμοκρασίας.
⑤ Αζωτούχος υπερσκληρός χάλυβας υψηλής ταχύτητας. Ένας τυπικός βαθμός, όπως ο W12M03Cr4V3N, με συντομογραφία (V3N), είναι ένας υπερσκληρός χάλυβας υψηλής ταχύτητας που περιέχει άζωτο 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.
(3) 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 στην τήξη 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 υψηλής ταχύτητας από χάλυβα.
② Powder Metallurgy High Speed Steel (PM HSS): Powder Metallurgy High Speed Steel (PM HSS) είναι ένα υγρό χάλυβα λιωμένο σε επαγωγικό κλίβανο υψηλής συχνότητας. Ψεκάζεται με αργό υψηλής πίεσης ή καθαρό αέριο άζωτο και στη συνέχεια σβήνεται για να ληφθεί μια λεπτή και ομοιόμορφη κρυσταλλική δομή (σκόνη χάλυβα υψηλής ταχύτητας). Η προκύπτουσα σκόνη στη συνέχεια συμπιέζεται σε ένα ακατέργαστο εργαλείο σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση, ή κατασκευάζεται πρώτα σε χαλύβδινη ράβδο και στη συνέχεια σφυρηλατείται και τυλίγεται σε σχήμα εργαλείου. Σε σύγκριση με τον χάλυβα υψηλής ταχύτητας που κατασκευάζεται με τη μέθοδο τήξης, το PM HSS έχει τα πλεονεκτήματα των λεπτών 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.
