Podstawowa wiedza na temat narzędzi skrawających, po prostu przeczytaj tę!

Dobry koń musi być wyposażony w siodło i korzystać z zaawansowanego sprzętu do obróbki CNC. Jeśli zostaną użyte niewłaściwe narzędzia tnące, będzie to bezużyteczne! Dobór odpowiednich materiałów narzędziowych ma istotny wpływ na żywotność narzędzia, wydajność obróbki, jakość obróbki i koszty obróbki. Artykuł ten dostarcza cennej wiedzy na temat narzędzi skrawających. Zbieraj i udostępniaj, uczmy się razem.
jeden
Materiał narzędzia powinien mieć podstawowe właściwości
Wybór materiałów narzędziowych ma znaczący wpływ na trwałość narzędzia, wydajność obróbki, jakość obróbki i koszty obróbki. Narzędzia skrawające muszą wytrzymywać wysokie ciśnienie, wysoką temperaturę, tarcie, uderzenia i wibracje podczas cięcia. Dlatego materiały narzędziowe powinny mieć następujące podstawowe właściwości:
(1) Twardość i odporność na zużycie. Twardość materiału narzędzia musi być wyższa niż materiału przedmiotu obrabianego, zazwyczaj wymagana jest twardość 60HRC lub wyższa. Im wyższa twardość materiału narzędzia, tym lepsza jego odporność na zużycie.
(2) Siła i wytrzymałość. Materiał narzędzia powinien charakteryzować się dużą wytrzymałością i ciągliwością, aby wytrzymać siły skrawania, uderzenia i wibracje oraz zapobiec kruchemu pękaniu i zapadaniu się krawędzi narzędzia.
(3) Odporność na ciepło. Materiał narzędzia ma dobrą odporność na ciepło, wytrzymuje wysokie temperatury skrawania i ma dobrą odporność na utlenianie.
(4) Wydajność i ekonomiczność procesu. Materiał narzędzia powinien mieć dobrą wydajność kucia, wydajność obróbki cieplnej i wydajność spawania; Wydajność szlifowania i dążenie do wysokiego stosunku wydajności do kosztów.
dwa
Rodzaje, właściwości, charakterystyka i zastosowanie materiałów na narzędzia skrawające
1. Materiał narzędzia diamentowego
Diament jest odmianą alotropową węgla i jest najtwardszym materiałem występującym w przyrodzie. Diamentowe narzędzia skrawające mają wysoką twardość, odporność na zużycie i przewodność cieplną i są szeroko stosowane w obróbce materiałów nieżelaznych i niemetalicznych. Szczególnie w przypadku szybkiego cięcia aluminium i stopów krzemowo-aluminiowych, diamentowe narzędzia skrawające są głównym rodzajem narzędzi skrawających, które są trudne do zastąpienia. Diamentowe narzędzia skrawające, które mogą osiągnąć wysoką wydajność, wysoką stabilność i długą żywotność, są niezbędnymi i ważnymi narzędziami w nowoczesnej obróbce CNC.
⑴ Rodzaje diamentowych narzędzi skrawających
① Narzędzia skrawające z naturalnego diamentu: Diament naturalny ma ponad stuletnią historię jako narzędzie skrawające. Po dokładnym szlifowaniu narzędzia skrawające z naturalnego monokrystalicznego diamentu mogą mieć wyjątkowo ostre krawędzie, a promień skrawania dochodzący do 0,002 μm. Będąc w stanie osiągnąć ultracienkie cięcie i osiągnąć wyjątkowo wysoką dokładność przedmiotu obrabianego i niską chropowatość powierzchni, jest to uznane, idealne i niezastąpione ultraprecyzyjne narzędzie do obróbki.
② Diamentowe narzędzia skrawające PCD: Diament naturalny jest drogi, a diament polikrystaliczny (PCD) jest nadal szeroko stosowany w obróbce skrawaniem. Od początku lat 70. XX wieku diament polikrystaliczny wytwarzany jest w technologii syntezy w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Po pomyślnym opracowaniu ostrzy z diamentu polikrystalicznego (PCD), narzędzia skrawające z naturalnego diamentu zostały w wielu sytuacjach zastąpione sztucznym diamentem polikrystalicznym. Surowców PCD jest mnóstwo, a ich ceny są zaledwie kilkadziesiąt do dziesięciu razy wyższe niż cena naturalnego diamentu. Narzędzia skrawające PCD nie są w stanie szlifować wyjątkowo ostrych krawędzi, a jakość powierzchni obrabianych przedmiotów nie jest tak dobra, jak naturalny diament. Obecnie narzędzia skrawające PCD z rowkami łamiącymi wióry nie mogą być łatwo produkowane w folii przemysłowej. Dlatego PCD można stosować wyłącznie do precyzyjnego cięcia metali nieżelaznych i niemetali, co utrudnia osiągnięcie ultraprecyzyjnego cięcia lustrzanego.
③ Diamentowe narzędzia skrawające CVD: Od późnych lat 70. do wczesnych 80. XX w. w Japonii pojawiła się technologia diamentowa CVD. Diament CVD odnosi się do syntezy warstw diamentu na podłożach heterogenicznych (takich jak stopy twarde, ceramika itp.) przy użyciu chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Diament CVD ma taką samą strukturę i właściwości jak diament naturalny. Wydajność diamentu CVD jest bardzo podobna do diamentu naturalnego i łączy w sobie zalety naturalnego diamentu monokrystalicznego i diamentu polikrystalicznego (PCD), co w pewnym stopniu przezwycięża ich wady.
⑵ Charakterystyka wydajności diamentowych narzędzi skrawających
① Niezwykle wysoka twardość i odporność na zużycie: Naturalny diament jest najtwardszą substancją występującą w przyrodzie. Diament ma wyjątkowo wysoką odporność na zużycie. Podczas obróbki materiałów o wysokiej twardości żywotność diamentowych narzędzi skrawających jest 10-100 razy większa niż w przypadku narzędzi skrawających ze stopów twardych, a nawet setki razy dłuższa.
② Ma bardzo niski współczynnik tarcia: Współczynnik tarcia między diamentem a niektórymi metalami nieżelaznymi jest niższy niż w przypadku innych narzędzi skrawających, przy niskim współczynniku tarcia i małych odkształceniach podczas obróbki, co może zmniejszyć siłę skrawania.
③ Krawędź tnąca jest bardzo ostra: krawędź tnąca narzędzi diamentowych może być bardzo ostra szlifowana, a narzędzia diamentowe z naturalnego monokryształu mogą sięgać nawet do 0.002-0.008 μm. Możliwość ultracienkiego cięcia i ultraprecyzyjnej obróbki.
④ Ma wysoką przewodność cieplną: Diament ma wysoką przewodność cieplną i szybkość dyfuzji ciepła, a ciepło cięcia jest łatwo rozpraszane. Temperatura skrawania narzędzia jest niska.
⑤ Posiadanie niższego współczynnika rozszerzalności cieplnej: Współczynnik rozszerzalności cieplnej diamentu jest kilkukrotnie mniejszy niż twardego stopu, a zmiana wielkości narzędzia spowodowana ciepłem skrawania jest bardzo mała, co jest szczególnie ważne w przypadku obróbki precyzyjnej i ultraprecyzyjnej z użyciem wysokie wymagania dotyczące dokładności wymiarowej.
Zastosowanie diamentowych narzędzi skrawających
Diamentowe narzędzia skrawające są powszechnie używane do dokładnego cięcia i wytaczania materiałów nieżelaznych i niemetalowych przy dużych prędkościach. Nadaje się do obróbki różnych odpornych na zużycie materiałów niemetalowych, takich jak półwyroby z metalurgii proszków z włókna szklanego, materiały ceramiczne itp.; Różne odporne na zużycie metale nieżelazne, takie jak różne stopy krzemowo-aluminiowe; Różne procesy wykańczania metali nieżelaznych.
Wadą diamentowych narzędzi skrawających jest ich słaba stabilność termiczna. Gdy temperatura cięcia przekroczy 700 stopni do 800 stopni, ich twardość zostanie całkowicie utracona; Ponadto nie nadaje się do cięcia metali czarnych, ponieważ diament (węgiel) łatwo oddziałuje w wysokich temperaturach z atomami żelaza, przekształcając atomy węgla w struktury grafitowe, przez co narzędzie jest wyjątkowo podatne na uszkodzenia.
2. Materiał narzędzi skrawających w postaci sześciennego azotku boru
Drugi supertwardy materiał, sześcienny azotek boru (CBN), syntetyzowany metodą podobną do produkcji diamentu, ustępuje jedynie diamentowi pod względem twardości i przewodności cieplnej. Ma doskonałą stabilność termiczną i nie utlenia się po podgrzaniu do 10000C w atmosferze. CBN ma wyjątkowo stabilne właściwości chemiczne dla metali czarnych i może być szeroko stosowany w przetwarzaniu wyrobów stalowych.
Rodzaje narzędzi skrawających z sześciennego azotku boru
Sześcienny azotek boru (CBN) to substancja, która nie występuje w przyrodzie i można ją podzielić na monokryształową i polikrystaliczną, czyli monokrystaliczną CBN i polikrystaliczny sześcienny azotek boru (PCBN). CBN to jeden z izomerów azotku boru (BN), o strukturze podobnej do diamentu.
PCBN (polikrystaliczny sześcienny azotek boru) to materiał polikrystaliczny, który spieka drobne materiały CBN razem poprzez fazy wiążące (TiC, TiN, Al, Ti itp.) w wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Jest to obecnie drugi pod względem twardości sztucznie syntetyzowany materiał narzędziowy i obok diamentu nazywany jest supertwardym materiałem narzędziowym. PCBN jest używany głównie do wytwarzania narzędzi skrawających lub innych narzędzi.
Narzędzia skrawające PCBN można podzielić na zintegrowane ostrza PCBN i ostrza kompozytowe PCBN spiekane twardymi kompozytami stopowymi.
Ostrza kompozytowe PCBN są wytwarzane przez spiekanie warstwy PCBN o grubości 0,{0}},0 mm na twardym stopie o dobrej wytrzymałości i wytrzymałości. Jego działanie łączy w sobie dobrą wytrzymałość, wysoką twardość i odporność na zużycie, rozwiązując problemy niskiej wytrzymałości na zginanie i trudności ze spawaniem ostrzy CBN.
Główne właściwości i cechy sześciennego azotku boru
Chociaż twardość sześciennego azotku boru jest nieco niższa niż diamentu, jest znacznie wyższa niż w przypadku innych materiałów o wysokiej twardości. Wyjątkową zaletą CBN jest to, że jego stabilność termiczna jest znacznie wyższa niż diamentu, sięgająca ponad 1200 stopni (700-800 stopnia dla diamentu), a kolejną wyjątkową zaletą jest jego wysoka obojętność chemiczna, która nie reaguje z pierwiastkami żelaza w 1200-1300 stopniu. Główne właściwości użytkowe sześciennego azotku boru są następujące.
① Wysoka twardość i odporność na zużycie: struktura kryształu CBN jest podobna do diamentu, z podobną twardością i wytrzymałością jak diament. PCBN szczególnie nadaje się do obróbki materiałów o wysokiej twardości, które można było wcześniej tylko zeszlifować, i pozwala uzyskać lepszą jakość powierzchni detali.
② Ma wysoką stabilność termiczną: odporność cieplna CBN może osiągnąć 1400-1500 stopnia, czyli prawie 1 razy więcej niż odporność cieplna diamentu (700-800 stopnia). Narzędzia PCBN mogą ciąć stopy wysokotemperaturowe i hartowaną stal z prędkością 3-5 razy większą niż narzędzia ze stopów twardych.
③ Doskonała stabilność chemiczna: nie reaguje chemicznie z materiałami na bazie żelaza nawet w temperaturach od 1200-1300 stopni i nie zużywa się gwałtownie jak diament. W tej chwili może nadal utrzymywać twardość twardych stopów; Narzędzia skrawające PCBN nadają się do cięcia hartowanych części stalowych i twardego żeliwa na zimno i mogą być szeroko stosowane do szybkiego cięcia żeliwa.
④ Dobra przewodność cieplna: Chociaż przewodność cieplna CBN nie jest w stanie dorównać diamentowi, przewodność cieplna PCBN ustępuje jedynie diamentowi w przypadku różnych materiałów narzędziowych i jest znacznie wyższa niż w przypadku stali szybkotnącej i twardych stopów.
⑤ Niższy współczynnik tarcia: Niższy współczynnik tarcia może prowadzić do zmniejszenia siły skrawania, obniżenia temperatury skrawania i poprawy jakości powierzchni podczas obróbki.
Zastosowanie narzędzi skrawających z regularnego azotku boru
Sześcienny azotek boru nadaje się do precyzyjnej obróbki różnych trudnych do skrawania materiałów, takich jak hartowana stal, twarde żeliwo, stopy wysokotemperaturowe, stopy twarde i materiały natryskiwane powierzchniowo. Dokładność obróbki może osiągnąć IT5 (otwór IT6), a wartość chropowatości powierzchni może wynosić nawet Ra1.25-0.20 μM.
Wytrzymałość i wytrzymałość na zginanie materiałów narzędzi skrawających z sześciennego azotku boru są słabe. Dlatego narzędzia tokarskie z sześciennego azotku boru nie nadają się do obróbki zgrubnej przy niskich prędkościach i przy dużych obciążeniach udarowych; Nie nadaje się do cięcia materiałów o dużej plastyczności, takich jak stopy aluminium, stopy miedzi, stopy na bazie niklu i stali o dużej plastyczności, ponieważ cięcie tych metali powoduje powstawanie poważnych osadów wiórów, które pogarszają powierzchnię obróbki.
3. Ceramiczne materiały na narzędzia skrawające
Ceramiczne narzędzia skrawające charakteryzują się wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie, doskonałą odpornością na ciepło i stabilnością chemiczną oraz nie są łatwe do łączenia z metalami. Ceramiczne narzędzia skrawające odgrywają bardzo ważną rolę w obróbce CNC i stały się jednym z głównych narzędzi skrawających do szybkiego cięcia i materiałów trudnych do obróbki. Ceramiczne narzędzia skrawające są szeroko stosowane w cięciu z dużą prędkością, cięciu na sucho, cięciu twardym i cięciu materiałów trudnych do obróbki. Ceramiczne narzędzia skrawające mogą wydajnie przetwarzać materiały o wysokiej twardości, których nie można obrobić tradycyjnymi narzędziami skrawającymi, uzyskując „toczenie zamiast szlifowania”; Optymalna prędkość skrawania ceramicznych narzędzi skrawających może być od 2 do 10 razy większa niż w przypadku narzędzi skrawających ze stopów twardych, co znacznie poprawia wydajność produkcji cięcia; Głównymi surowcami używanymi do ceramicznych narzędzi skrawających są pierwiastki najliczniej występujące w skorupie ziemskiej. Dlatego promocja i zastosowanie ceramicznych narzędzi skrawających ma ogromne znaczenie dla poprawy produktywności, obniżenia kosztów przetwarzania i oszczędności strategicznych metali szlachetnych. Będzie to również znacznie promować postęp technologii cięcia.
⑴ Rodzaje ceramicznych materiałów narzędziowych
Rodzaje ceramicznych materiałów narzędziowych można ogólnie podzielić na trzy kategorie: ceramikę na bazie tlenku glinu, ceramikę na bazie azotku krzemu i kompozytową ceramikę na bazie azotku krzemu i tlenku glinu. Wśród nich najczęściej stosowane są ceramiczne materiały narzędziowe na bazie tlenku glinu i azotku krzemu. Wydajność ceramiki na bazie azotku krzemu jest lepsza niż ceramiki na bazie tlenku glinu.
⑵ Wydajność i właściwości ceramicznych narzędzi skrawających
① Wysoka twardość i dobra odporność na zużycie: chociaż twardość ceramicznych narzędzi skrawających nie jest tak wysoka jak PCD i PCBN, jest znacznie wyższa niż narzędzi skrawających z twardych stopów i stali szybkotnącej, osiągając 93-95HRA. Ceramiczne narzędzia skrawające mogą obrabiać materiały o dużej twardości, które są trudne w obróbce tradycyjnymi narzędziami, dzięki czemu nadają się do cięcia z dużymi prędkościami i cięcia twardego.
② Odporność na wysoką temperaturę i dobra odporność na ciepło: Ceramiczne narzędzia tnące mogą nadal ciąć w wysokich temperaturach powyżej 1200 stopni. Ceramiczne narzędzia skrawające mają doskonałe właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach, a odporność na utlenianie ceramicznych narzędzi skrawających A12O3 jest szczególnie dobra. Nawet gdy krawędź tnąca jest rozgrzana do czerwoności, można jej używać w sposób ciągły. Dlatego ceramiczne narzędzia skrawające umożliwiają cięcie na sucho, oszczędzając w ten sposób płyn chłodzący.
③ Dobra stabilność chemiczna: Ceramiczne narzędzia skrawające nie są łatwe do łączenia z metalami i są odporne na korozję przy dobrej stabilności chemicznej, co może zmniejszyć zużycie adhezyjne narzędzi skrawających.
④ Niski współczynnik tarcia: Ceramiczne narzędzia skrawające mają niskie powinowactwo z metalami, co skutkuje niskim współczynnikiem tarcia, co może zmniejszyć siłę i temperaturę skrawania.
⑶ Noże ceramiczne mają zastosowanie
Ceramika jest jednym z materiałów narzędziowych stosowanych głównie w obróbce precyzyjnej z dużą prędkością i obróbce półprecyzyjnej. Ceramiczne narzędzia skrawające nadają się do cięcia różnych rodzajów żeliwa (żeliwa szarego, żeliwa sferoidalnego, żeliwa ciągliwego, żeliwa twardego na zimno, żeliwa wysokostopowego odpornego na zużycie) i stali (stal konstrukcyjna węglowa, stal konstrukcyjna stopowa, stal o wysokiej wytrzymałości , stal wysokomanganowa, stal hartowana itp.), a także może być stosowana do cięcia stopów miedzi, grafitu, tworzyw konstrukcyjnych i materiałów kompozytowych.
Ceramiczne materiały narzędziowe mają problemy z niską wytrzymałością na zginanie i słabą udarnością, co czyni je nieodpowiednimi do obróbki przy niskich prędkościach i obciążeniach udarowych.
4. Materiał narzędzia do powlekania
Powlekanie narzędzi skrawających jest jednym z ważnych sposobów poprawy ich wydajności. Pojawienie się powlekanych narzędzi skrawających spowodowało znaczący przełom w ich wydajności skrawania. Powlekane narzędzia skrawające to takie, które są pokryte jedną lub większą liczbą warstw związków ogniotrwałych o dobrej odporności na zużycie na korpusie narzędzia i dobrej wytrzymałości. Łączą matrycę narzędzia z twardą powłoką, co znacznie poprawia wydajność narzędzia. Powlekane narzędzia skrawające mogą poprawić wydajność obróbki, poprawić dokładność obróbki, wydłużyć żywotność narzędzia i obniżyć koszty obróbki.
Około 80% narzędzi skrawających stosowanych w nowych obrabiarkach CNC wykorzystuje narzędzia powlekane. Powlekane narzędzia skrawające będą w przyszłości najważniejszą odmianą narzędzi w dziedzinie obróbki CNC.
⑴ Rodzaje powlekanych narzędzi skrawających
Według różnych metod powlekania, narzędzia powlekane można podzielić na narzędzia powlekane metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) i narzędzia powlekane metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD). Narzędzia skrawające z twardych stopów powlekanych zazwyczaj wykorzystują metodę chemicznego osadzania z fazy gazowej, w temperaturze osadzania około 1000 stopni. Narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej powlekanej zazwyczaj wykorzystują metodę fizycznego osadzania z fazy gazowej, w temperaturze osadzania około 500 stopni;
W zależności od różnych materiałów podłoża narzędzi powlekanych, narzędzia powlekane można podzielić na narzędzia powlekane twardym stopem, narzędzia powlekane stalą szybkotnącą i narzędzia powlekane na ceramice i materiałach supertwardych (diament i sześcienny azotek boru).
W zależności od właściwości materiałów powłokowych narzędzia powlekane można podzielić na dwie kategorie, a mianowicie narzędzia powlekane „twardo” i narzędzia powlekane „miękko”. Głównym celem narzędzi skrawających z „twardym” pokryciem jest wysoka twardość i odporność na zużycie, przy czym głównymi zaletami są wysoka twardość i dobra odporność na zużycie, charakterystyczne dla powłok TiC i TiN. Celem narzędzi z „miękką” powłoką jest niski współczynnik tarcia, zwany także narzędziami samosmarującymi. Jego współczynnik tarcia z materiałem przedmiotu obrabianego jest bardzo niski, tylko około 0,1, co może zmniejszyć przyczepność, zmniejszyć tarcie oraz obniżyć siłę i temperaturę skrawania.
Niedawno opracowano narzędzia do powlekania nano. W tym powlekanym narzędziu można zastosować różne kombinacje materiałów powłokowych (takich jak metal/metal, metal/ceramika, ceramika/ceramika itp.), aby spełnić różne wymagania funkcjonalne i wydajnościowe. Dobrze zaprojektowana nanopowłoka może nadać materiałom narzędziowym doskonałe właściwości przeciwtarciowe, przeciwzużyciowe i właściwości samosmarujące, dzięki czemu nadają się do cięcia na sucho z dużą prędkością.
Charakterystyka narzędzi skrawających z pokryciem
① Dobre właściwości mechaniczne i skrawanie: Powlekane narzędzia skrawające łączą doskonałe właściwości podłoża i materiałów powłokowych, zachowując dobrą ciągliwość i wysoką wytrzymałość podłoża, a także wysoką twardość, odporność na zużycie i niski współczynnik tarcia powłoki. Dzięki temu prędkość skrawania narzędzi powlekanych można zwiększyć ponad dwukrotnie w porównaniu z narzędziami niepowlekanymi, a także dopuszczalne są wyższe posuwy. Poprawiono także żywotność powlekanych narzędzi skrawających.
② Duża wszechstronność: Narzędzia powlekane mają szeroki zakres wszechstronności i znacznie rozszerzają zakres obróbki. Jedno narzędzie powlekane może zastąpić kilka narzędzi niepowlekanych.
③ Grubość powłoki: Wraz ze wzrostem grubości powłoki żywotność narzędzia również wzrasta, ale gdy grubość powłoki osiąga nasycenie, żywotność narzędzia nie zwiększa się już znacząco. Gdy powłoka jest zbyt gruba, łatwo spowodować łuszczenie się; Gdy powłoka jest zbyt cienka, odporność na zużycie jest słaba.

④ Możliwość ponownego szlifowania: Ostrza powlekane mają słabą zdolność do ponownego szlifowania, skomplikowany sprzęt do powlekania, wysokie wymagania procesowe i długi czas powlekania.
⑤ Materiały powłokowe: Narzędzia skrawające z różnymi materiałami powłokowymi mają różną wydajność cięcia. Na przykład podczas cięcia z małą prędkością powłoka TiC ma tę zaletę; TiN jest bardziej odpowiedni do cięcia z dużą prędkością.
Zastosowanie powlekanych narzędzi skrawających
Powlekane narzędzia skrawające mają ogromny potencjał w dziedzinie obróbki CNC i w przyszłości będą najważniejszą odmianą narzędzi. Technologia powlekania została zastosowana do frezów walcowo-czołowych, rozwiertaków, wierteł, narzędzi do obróbki otworów kompozytowych, frezów obwiedniowych do kół zębatych, frezów obwiedniowych do kół zębatych, frezów do golenia kół zębatych, przeciągaczy formujących i różnych płytek wymiennych zacisków maszynowych, spełniając potrzeby szybkiego cięcia różnych materiałów, takich jak stal i żeliwo, stopy żaroodporne i metale nieżelazne.
5. Materiały narzędzi skrawających ze stopów twardych
Narzędzia skrawające ze stopów twardych, zwłaszcza narzędzia skrawające z wymiennych stopów twardych, są wiodącymi produktami narzędzi do obróbki CNC. Od lat 80. XX wieku różne typy integralnych i wymiennych narzędzi skrawających lub ostrzy ze stopów twardych rozszerzyły się na różne dziedziny narzędzi skrawających. Wśród nich narzędzia skrawające z wymiennymi stopami twardymi rozszerzyły się z prostych narzędzi tokarskich i frezów czołowych na różnorodne precyzyjne, złożone i formowane pola narzędzi.
⑴ Rodzaje narzędzi skrawających ze stopów twardych
Zgodnie z głównym składem chemicznym stopy twarde można podzielić na twarde stopy na bazie węglika wolframu i twarde stopy na bazie węglika tytanu (TiC (N)).
Twarde stopy na bazie węglika wolframu obejmują trzy rodzaje: kobalt wolframu (YG), tytan-wolfram-kobalt (YT) i rzadkie węgliki dodane (YW), każdy z nich ma swoje zalety i wady. Głównymi składnikami są węglik wolframu (WC), węglik tytanu (TiC), węglik tantalu (TaC), węglik niobu (NbC) itp. Powszechnie stosowaną fazą wiążącą metal jest Co.
Twardy stop na bazie węgla (azotu) i tytanu jest twardym stopem składającym się głównie z TiC (niektóre z dodatkiem innych węglików lub azotków), a powszechnie stosowanymi fazami wiążącymi metale są Mo i Ni.
ISO (Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna) dzieli obróbkę twardych stopów na trzy kategorie:
Klasa K, w tym Kl0-K40, jest odpowiednikiem klasy YG w Chinach (składającej się głównie z WC. Co).
Klasa P, w tym P01-P50, jest odpowiednikiem klasy YT w Chinach (składającej się głównie z WC. TiC. Co).
Klasa M, w tym M10 ~ M40, jest odpowiednikiem klasy YW w Chinach (składająca się głównie z WC TiC TaC (NbC) - Co).
Seria stopów od wysokiej twardości do maksymalnej wytrzymałości jest reprezentowana przez liczby od 01 do 50 dla każdego gatunku.
⑵ Charakterystyka wydajności narzędzi skrawających ze stopów twardych
① Wysoka twardość: Narzędzia skrawające ze stopów twardych są wytwarzane w procesie metalurgii proszków węglików (zwanych fazami twardymi) i spoiw metalowych (zwanych fazami wiążącymi) o wysokiej twardości i temperaturze topnienia. Ich twardość sięga 89-93HRA, która jest znacznie wyższa niż w przypadku stali szybkotnącej. W temperaturze 5400°C ich twardość może nadal osiągnąć 82-87HRA, czyli taką samą jak stal szybkotnąca w temperaturze pokojowej (83-86HRA). Wartość twardości twardych stopów zmienia się w zależności od właściwości, ilości, wielkości cząstek i zawartości faz wiążących metal w węglikach i generalnie maleje wraz ze wzrostem zawartości faz metali wiążących. Gdy zawartość fazy adhezyjnej jest taka sama, twardość stopów typu YT jest wyższa niż stopów typu YG, a stopy z dodatkiem TaC (NbC) mają wyższą twardość wysokotemperaturową.
② Wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość: Wytrzymałość na zginanie powszechnie stosowanych twardych stopów waha się od 900 do 1500 MPa. Im wyższa zawartość fazy wiążącej metal, tym wyższa wytrzymałość na zginanie. Gdy zawartość kleju jest taka sama, wytrzymałość stopu typu YG (WC Co) jest wyższa niż stopu typu YT (WC TiC Co), a wytrzymałość maleje wraz ze wzrostem zawartości TiC. Twardy stop jest materiałem kruchym, a jego udarność w temperaturze pokojowej stanowi zaledwie 1/30-1/8 udarności stali szybkotnącej.
Zastosowanie powszechnie stosowanych narzędzi skrawających ze stopów twardych
Stopy typu YG stosowane są głównie do obróbki żeliwa, metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych. Drobnoziarniste stopy twarde (takie jak YG3X, YG6X) mają wyższą twardość i odporność na zużycie niż średnioziarniste stopy twarde, gdy zawartość kobaltu jest taka sama. Nadają się do obróbki specjalnego żeliwa twardego, austenitycznej stali nierdzewnej, stopów żaroodpornych, stopów tytanu, twardego brązu i odpornych na zużycie materiałów izolacyjnych.
Wyróżniającymi się zaletami twardych stopów typu YT są: wysoka twardość, dobra odporność na ciepło, wyższa twardość i wytrzymałość na ściskanie w wysokich temperaturach w porównaniu do typu YG oraz dobra odporność na utlenianie. Dlatego też, gdy wymagana jest wysoka odporność noża na ciepło i zużycie, należy wybrać gatunek o wyższej zawartości TiC. Stopy typu YT nadają się do obróbki tworzyw sztucznych, takich jak stal, ale nie nadają się do obróbki stopów tytanu lub stopów krzemowo-aluminiowych.
Stopy typu YW posiadają właściwości stopów typu YG i YT, przy dobrej wszechstronnej wydajności. Można je stosować do obróbki materiałów stalowych, a także do obróbki żeliwa i metali nieżelaznych. Przy odpowiednim zwiększeniu zawartości kobaltu, ten rodzaj stopu może mieć dużą wytrzymałość i może być stosowany do obróbki zgrubnej i przerywanej różnych, trudnych w obróbce materiałów.
6. Narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej
Stal szybkotnąca (HSS) to rodzaj wysokostopowej stali narzędziowej, która zawiera znaczną ilość pierwiastków stopowych, takich jak W, Mo, Cr i V. Narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej charakteryzują się doskonałą wszechstronną wydajnością pod względem wytrzymałości, udarności i przetwarzalność. W złożonych narzędziach skrawających, zwłaszcza w produkcji narzędzi do obróbki otworów, frezów, narzędzi do nacinania gwintów, frezów do ciągnienia, narzędzi do wycinania kół zębatych i innych narzędzi skrawających o skomplikowanych krawędziach, stal szybkotnąca nadal zajmuje główną pozycję. Narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej umożliwiają łatwe szlifowanie ostrych krawędzi skrawających.
Według różnych zastosowań stal szybkotnącą można podzielić na stal szybkotnącą ogólnego przeznaczenia i stal szybkotnącą o wysokiej wydajności.
⑴ Uniwersalne narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej
Uniwersalna stal szybkotnąca. Ogólnie można go podzielić na dwie kategorie: stal wolframową i stal wolframowo-molibdenową. Ten typ stali szybkotnącej zawiera (C) w zakresie od 0,7% do 0,9%. Według różnej zawartości wolframu w stali można ją podzielić na stal wolframową o zawartości W 12% lub 18%, stal wolframowo-molibdenową o zawartości W 6% lub 8% i stal molibdenową o zawartości W 2 % lub nie ma W. Uniwersalna stal szybkotnąca ma określoną twardość (63-66HRC) i odporność na zużycie, wysoką wytrzymałość i udarność, dobrą plastyczność i przetwarzalność i jest szeroko stosowana do produkcji różnych złożonych narzędzi skrawających.
① Stal wolframowa: Typowym gatunkiem stali szybkotnącej ogólnego przeznaczenia jest stal wolframowa W18Cr4V (określana jako W18), która ma dobre wszechstronne właściwości i twardość w wysokiej temperaturze wynoszącą 48,5 HRC przy 6000C. Można z niego wytwarzać różne skomplikowane narzędzia skrawające. Ma zalety takie jak dobra ścieralność i niska wrażliwość na odwęglenie, ale ze względu na wysoką zawartość węglików, nierównomierny rozkład, większe cząstki oraz niską wytrzymałość i udarność.
② Stal wolframowo-molibdenowa: odnosi się do stali szybkotnącej otrzymywanej przez zastąpienie części wolframu w stali wolframowej molibdenem. Typowym gatunkiem stali wolframowo-molibdenowej jest W6Mo5Cr4V2, w skrócie M2. Cząstki węglika M2 są małe i jednolite, mają lepszą wytrzymałość, wytrzymałość i plastyczność w wysokiej temperaturze niż W18Cr4V. Innym rodzajem stali wolframowo-molibdenowej jest W9Mo3Cr4V (w skrócie W9), która ma nieco wyższą stabilność termiczną niż stal M2, lepszą wytrzymałość na zginanie i udarność niż W6M05Cr4V2 oraz dobrą skrawalność.
⑵ Wysokowydajne narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej
Wysokosprawna stal szybkotnąca odnosi się do nowego rodzaju stali, która dodaje pewną zawartość węgla i wanadu, a także pierwiastków stopowych, takich jak Co i Al, do składu stali szybkotnącej ogólnego przeznaczenia, w celu poprawy jej właściwości cieplnych odporność i odporność na zużycie. Są to głównie następujące kategorie:
① Stal szybkotnąca o wysokiej zawartości węgla. Wysokowęglowa stal szybkotnąca (taka jak 95W18Cr4V) ma wysoką twardość w temperaturze pokojowej i wysokiej temperaturze, dzięki czemu nadaje się do produkcji i obróbki stali zwykłej i żeliwa, wierteł, rozwiertaków, gwintowników i frezów o wysokich wymaganiach dotyczących odporności na zużycie, lub narzędzia skrawające do obróbki twardszych materiałów. Nie nadaje się do wytrzymywania dużych uderzeń.
② Stal szybkotnąca o wysokiej zawartości wanadu. Typowe gatunki, takie jak W12Cr4V4Mo (określane jako EV4), zwiększają zawartość V do 3% -5%, mają dobrą odporność na zużycie i nadają się do skrawania materiałów powodujących znaczne zużycie narzędzi, takich jak włókna, twarda guma , tworzywa sztuczne itp. Można je również stosować do obróbki materiałów takich jak stal nierdzewna, stal o wysokiej wytrzymałości i stopy wysokotemperaturowe.
③ Stal szybkotnąca kobaltowa. Należy do supertwardej stali szybkotnącej zawierającej kobalt, o typowym gatunku, takim jak W2Mo9Cr4VCo8 (określanym jako M42), która ma wysoką twardość i może osiągnąć 69-70HRC. Nadaje się do obróbki wysokowytrzymałej stali żaroodpornej, stopów wysokotemperaturowych, stopów tytanu i innych materiałów trudnych w obróbce. M42 ma dobrą szlifowalność i nadaje się do wytwarzania precyzyjnych i skomplikowanych narzędzi skrawających, ale nie nadaje się do pracy w warunkach cięcia udarowego.
④ Aluminiowa stal szybkotnąca. Należy do aluminium zawierającego supertwardą stal szybkotnącą, w typowych gatunkach takich jak W6Mo5Cr4V2Al (określanych jako 501). Twardość w wysokiej temperaturze przy 6000C również osiąga 54HRC, a wydajność cięcia odpowiada M42. Nadaje się do produkcji frezów, wierteł, rozwiertaków, narzędzi do cięcia kół zębatych, przeciągaczy itp. i jest stosowany do obróbki stali stopowej, stali nierdzewnej, stali o wysokiej wytrzymałości i stopów wysokotemperaturowych.
⑤ Supertwarda stal szybkotnąca azotowana. Typowym gatunkiem, takim jak W12M03Cr4V3N, w skrócie V3N, jest zawierająca azot supertwarda stal szybkotnąca o twardości, wytrzymałości i udarności porównywalnej z M42. Może być stosowany jako zamiennik stali szybkotnącej zawierającej kobalt do niskoobrotowego skrawania materiałów trudnoobrabialnych oraz niskoobrotowej obróbki precyzyjnej.
⑶ Topienie stali szybkotnącej i stali szybkotnącej z metalurgii proszków
Zgodnie z różnymi procesami produkcyjnymi stal szybkotnącą można podzielić na stopioną stal szybkotnącą i stal szybkotnącą uzyskaną w wyniku metalurgii proszków.
① Topienie stali szybkotnącej: Zarówno zwykła stal szybkotnąca, jak i wysokowydajna stal szybkotnąca są produkowane metodą topienia. Są one przekształcane w narzędzia skrawające w procesach takich jak wytapianie, odlewanie wlewków oraz powlekanie i walcowanie. Poważnym problemem, który może wystąpić podczas topienia stali szybkotnącej, jest segregacja węglików. Twarde i kruche węgliki są nierównomiernie rozmieszczone w stali szybkotnącej, a wielkość ziaren jest gruba (do kilkudziesięciu mikrometrów), co ma niekorzystny wpływ na odporność na zużycie, udarność i wydajność skrawania narzędzi skrawających ze stali szybkotnącej.
② Proszkowa stal szybkotnąca (PM HSS): Proszkowa stal szybkotnąca (PM HSS) to stal ciekła topiona w piecu indukcyjnym wysokiej częstotliwości, która jest rozpylana pod wysokim ciśnieniem argonem lub czystym azotem, a następnie szybko schładzana w celu uzyskania drobnej i jednolitej struktury krystalicznej (proszek stali szybkotnącej). Powstały proszek jest następnie prasowany w półfabrykacie narzędzia tnącego w wysokiej temperaturze i ciśnieniu lub najpierw formowany w kęs stalowy, a następnie kuty i zwijany w kształt narzędzia tnącego. W porównaniu ze stalą szybkotnącą wytwarzaną metodą topienia, PM HSS ma zalety małych i jednolitych ziaren węglika, znacznie lepszą wytrzymałość, udarność i odporność na zużycie w porównaniu do stopionej stali szybkotnącej. Narzędzia PM HSS będą się dalej rozwijać i zajmą ważną pozycję w dziedzinie skomplikowanych narzędzi CNC. Typowe gatunki, takie jak F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN itp., mogą być stosowane do produkcji wielkogabarytowych, wytrzymałych i odpornych na uderzenia narzędzi skrawających, a także precyzyjnych narzędzi skrawających.
trzy
Zasady doboru materiałów narzędziowych CNC
Powszechnie stosowane materiały narzędziowe CNC obejmują obecnie narzędzia diamentowe, narzędzia z sześciennego azotku boru, narzędzia ceramiczne, narzędzia powlekane, narzędzia ze stopów twardych i narzędzia ze stali szybkotnącej. Istnieje wiele ogólnych gatunków materiałów na narzędzia skrawające, a ich wydajność jest bardzo zróżnicowana. Główne wskaźniki wydajności różnych materiałów narzędziowych przedstawiono w poniższej tabeli.
Główne wskaźniki wydajności różnych materiałów narzędzi skrawających

Wybór materiałów narzędzi skrawających do obróbki CNC musi opierać się na obrabianym przedmiocie i właściwościach obróbki. Dobór materiałów narzędziowych powinien być racjonalnie dobrany do przedmiotu obróbki. Dopasowanie materiałów narzędzi skrawających do przedmiotu obróbki dotyczy przede wszystkim dopasowania ich właściwości mechanicznych, fizycznych i chemicznych, w celu uzyskania jak najdłuższej trwałości narzędzia i maksymalnej wydajności skrawania.
1. Dopasowanie właściwości mechanicznych materiałów narzędzi skrawających i obiektów obrabianych
Problem dopasowania wydajności mechanicznej pomiędzy narzędziami skrawającymi a przedmiotami obrabianymi odnosi się głównie do dopasowania parametrów mechanicznych, takich jak wytrzymałość, udarność i twardość, pomiędzy narzędziami i materiałami przedmiotu obrabianego. Materiały narzędzi skrawających o różnych właściwościach mechanicznych nadają się do obróbki różnych materiałów przedmiotu obrabianego.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>stal szybkotnąca.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>narzędzia diamentowe i sześcienne z azotku boru.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>sześcienny azotek boru, narzędzia diamentowe i ceramiczne.
Materiały przedmiotu obrabianego o wysokiej twardości należy obrabiać narzędziami skrawającymi o wyższej twardości, a twardość materiału narzędzia skrawającego musi być wyższa niż materiału przedmiotu obrabianego, co zazwyczaj wymaga twardości 60HRC lub wyższej. Im wyższa twardość materiału narzędzia, tym lepsza jego odporność na zużycie. Na przykład wraz ze wzrostem zawartości kobaltu w twardych stopach wzrasta ich wytrzymałość i ciągliwość, podczas gdy twardość maleje, dzięki czemu nadają się do obróbki zgrubnej; Gdy zawartość kobaltu maleje, wzrasta jego twardość i odporność na zużycie, dzięki czemu nadaje się do precyzyjnej obróbki.
Narzędzia o doskonałych właściwościach mechanicznych w wysokich temperaturach nadają się szczególnie do skrawania z dużymi prędkościami. Doskonała odporność ceramicznych narzędzi skrawających na wysokie temperatury umożliwia cięcie z dużą prędkością, a dopuszczalna prędkość skrawania może zostać zwiększona 2-10 razy w porównaniu do twardych stopów.
2. Dopasowanie właściwości fizycznych materiałów narzędzi skrawających i obiektów obróbki
Narzędzia o różnych właściwościach fizycznych, takie jak narzędzia ze stali szybkotnącej o wysokiej przewodności cieplnej i niskiej temperaturze topnienia, narzędzia ceramiczne o wysokiej temperaturze topnienia i małej rozszerzalności cieplnej oraz narzędzia diamentowe o wysokiej przewodności cieplnej i niskiej rozszerzalności cieplnej, nadają się do obróbki różnych materiały przedmiotu obrabianego. Podczas obróbki przedmiotów o słabej przewodności cieplnej należy stosować materiały narzędziowe o dobrej przewodności cieplnej, aby szybko przenosić ciepło skrawania i obniżać temperaturę skrawania. Diament ze względu na wysoką przewodność cieplną i współczynnik dyfuzji ciepła jest skłonny do odprowadzania ciepła skrawania i nie powoduje znacznych odkształceń cieplnych, co jest szczególnie ważne w przypadku precyzyjnych narzędzi do obróbki skrawaniem, które wymagają dużej dokładności wymiarowej.
① Temperatura wytrzymałości cieplnej różnych materiałów narzędzi skrawających: 700-8000C dla narzędzi skrawających diamentowych, 13000-15000C dla narzędzi skrawających PCBN, 1100-12000C dla ceramicznych narzędzi skrawających, 900-11000C dla twardych stopów na bazie TiC (N), 800-9000C dla ultradrobnoziarnistych twardych stopów na bazie WC i 600-7000C dla 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>Ceramika na bazie 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>Ceramika na bazie A1203.
3. Dopasowanie właściwości chemicznych materiałów narzędzi skrawających i obiektów obrabianych
Problem dopasowania właściwości chemicznych pomiędzy materiałami narzędzi skrawających i przedmiotami obrabianymi odnosi się głównie do dopasowania parametrów parametrów chemicznych, takich jak powinowactwo chemiczne, reakcja chemiczna, dyfuzja i rozpuszczanie pomiędzy materiałami narzędzi i materiałami przedmiotu obrabianego. Narzędzia skrawające wykonane z różnych materiałów nadają się do obróbki różnych materiałów przedmiotu obrabianego.
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>diament.
4. Rozsądny wybór materiałów narzędziowych CNC
Ogólnie rzecz biorąc, PCBN, ceramiczne narzędzia skrawające, powlekane stopy twarde i narzędzia skrawające ze stopów twardych na bazie TiCN nadają się do obróbki CNC metali czarnych, takich jak stal; Narzędzia PCD nadają się do obróbki materiałów z metali nieżelaznych takich jak Al, Mg, Cu, a także ich stopów i materiałów niemetalicznych. W poniższej tabeli wymieniono niektóre materiały przedmiotu obrabianego, które nadają się do obróbki za pomocą wyżej wymienionych materiałów narzędziowych.
Niektóre materiały przedmiotu obrabianego odpowiednie do obróbki materiałami narzędzi skrawających