Materialele pentru scule ar trebui să aibă proprietăți de bază
Selectarea materialelor pentru scule are un impact mare asupra duratei de viață a sculei, eficienței prelucrării, calității procesării și costurilor de prelucrare. La tăiere, uneltele trebuie să reziste la presiune ridicată, temperaturi ridicate, frecare, impact și vibrații. Prin urmare, materialele pentru scule ar trebui să aibă următoarele proprietăți de bază:
(1) Duritate și rezistență la uzură. Duritatea materialului sculei trebuie să fie mai mare decât duritatea materialului piesei de prelucrat, în general, trebuie să fie peste 60HRC. Cu cât duritatea materialului sculei este mai mare, cu atât este mai bună rezistența la uzură.
(2) Forță și tenacitate. Materialul sculei trebuie să aibă rezistență și tenacitate ridicate pentru a rezista forței de tăiere, impactului și vibrațiilor și pentru a preveni ruperea fragilă și ciobirea sculei.
(3) Rezistență la căldură. Materialul sculei trebuie să aibă o rezistență bună la căldură, să poată rezista la temperaturi ridicate de tăiere și să aibă o bună capacitate antioxidantă.
(4) Performanța procesului și economie. Materialul sculei trebuie să aibă performanțe bune de forjare, performanță de tratament termic, performanță de sudare, performanță de șlefuire etc. și ar trebui să urmărească un raport de preț-înalt de performanță.
2
Tipuri, proprietăți, caracteristici și aplicații ale materialelor pentru scule
1. Materiale unelte diamantate
Diamantul este un alotrop al carbonului și este cel mai dur material găsit în natură. Uneltele diamantate au duritate mare, rezistență ridicată la uzură și conductivitate termică ridicată și sunt utilizate pe scară largă în prelucrarea metalelor neferoase și a materialelor ne-metalice. În special în tăierea cu viteză mare-a aliajelor de aluminiu și siliciu, uneltele cu diamante sunt principala varietate de instrumente de tăiere care este dificil de înlocuit. Uneltele diamantate care pot atinge eficiență ridicată, stabilitate ridicată și durată lungă de viață sunt un instrument indispensabil și important în prelucrarea CNC modernă.
(1) Tipuri de unelte diamantate
① Unelte cu diamant natural: diamantul natural a fost folosit ca unealtă de tăiere de sute de ani. Uneltele cu diamant natural dintr-un singur cristal pot fi măcinate fin până la o muchie extrem de ascuțită, cu o rază a muchiei de tăiere de până la 0,002μm. Pot realiza o tăiere ultra-subțire și pot produce o precizie extrem de mare a piesei de prelucrat și o rugozitate a suprafeței extrem de scăzută. Sunt unelte de prelucrare de ultra-precizie recunoscute, ideale și de neînlocuit.
② Scule diamantate PCD: diamantele naturale sunt scumpe, iar diamantul utilizat pe scară largă în tăiere este diamantul policristalin (PCD). De la începutul anilor 1970, după dezvoltarea cu succes a diamantului policristalin (lame PCD) preparate prin tehnologia de sinteză la temperatură înaltă și la presiune înaltă, uneltele cu diamant natural au fost înlocuite cu diamante policristaline artificiale în multe ocazii. Materiile prime PCD sunt abundente, iar prețul său este de doar câteva zecimi până la o duzină de zecimi de diamante naturale. Uneltele PCD nu pot șlefui marginile extrem de ascuțite, iar calitatea suprafeței pieselor prelucrate nu este la fel de bună ca diamantele naturale. În prezent, lamele PCD cu ruptoare de așchii nu pot fi fabricate cu ușurință în industrie. Prin urmare, PCD poate fi utilizat numai pentru tăierea de precizie a metalelor neferoase și a metalelor ne{-și este dificil să se realizeze o tăiere în oglindă de ultra-precizie.
③ Unelte cu diamant CVD: De la sfârșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980, tehnologia cu diamante CVD a apărut în Japonia. Diamantul CVD se referă la filmul de diamant sintetizat pe un substrat eterogen (cum ar fi carbură cimentată, ceramică etc.) prin depunere chimică în vapori (CVD). Diamantul CVD are aceeași structură și caracteristici ca și diamantul natural. Performanța diamantului CVD este foarte apropiată de cea a diamantului natural. Are avantajele diamantului natural cu un singur cristal și diamantului policristalin (PCD) și depășește într-o anumită măsură deficiențele acestora.
(2) Caracteristicile de performanță ale uneltelor cu diamant
① Duritate și rezistență la uzură extrem de ridicate: diamantul natural este cea mai dură substanță găsită în natură. Diamantul are o rezistență extrem de mare la uzură. Când se prelucrează materiale cu duritate mare-, durata de viață a uneltelor cu diamant este de 10 până la 100 de ori mai mare decât a uneltelor din carbură cimentată sau chiar de câteva sute de ori.
② Coeficient de frecare foarte scăzut: coeficientul de frecare dintre diamant și unele metale neferoase este mai mic decât cel al altor unelte. Coeficientul de frecare scăzut înseamnă o deformare mai mică în timpul procesării, ceea ce poate reduce forța de tăiere.
③ Muchie de tăiere foarte ascuțită: muchia de tăiere a uneltelor cu diamant poate fi ascuțită la un nivel foarte ascuțit. Uneltele diamantate naturale cu un singur cristal pot atinge 0,002 până la 0,008 μm, care pot efectua tăiere ultra-subțire și prelucrare de ultra-precizie.
④ Conductivitate termică ridicată: Diamantul are o conductivitate termică și o difuzivitate termică ridicate, căldura de tăiere este disipată cu ușurință, iar temperatura părții de tăiere a sculei este scăzută.
⑤ Coeficientul de dilatare termică scăzut: coeficientul de dilatare termică al diamantului este de câteva ori mai mic decât cel al carburii cimentate, iar modificarea dimensiunii sculei cauzată de căldura de tăiere este foarte mică, ceea ce este deosebit de important pentru prelucrarea de precizie și ultra{0}}precizie cu cerințe de precizie dimensională ridicată.
(3) Aplicarea sculelor diamantate
Uneltele diamantate sunt utilizate în principal pentru tăierea fină și alezarea metalelor ne-feroase și a materialelor ne-metalice la viteze mari. Potrivit pentru prelucrarea diferitelor metale ne{-rezistente la uzură, cum ar fi semifabricate de metalurgie a pulberilor din fibră de sticlă, materiale ceramice etc.; diverse metale neferoase-rezistente la uzură, cum ar fi diferite aliaje de siliciu aluminiu; diverse finisaje cu metale neferoase.
Dezavantajul sculelor cu diamant este că au o stabilitate termică slabă. Când temperatura de tăiere depășește 700 grade ~ 800 grade, acestea își vor pierde complet duritatea. În plus, nu sunt potrivite pentru tăierea metalelor feroase deoarece diamantul (carbonul) reacționează ușor cu atomii de fier la temperaturi ridicate, transformând atomii de carbon în structuri de grafit, făcând sculele extrem de ușor de deteriorat.
2. Materiale de scule cu nitrură de bor cubică
Nitrura de bor cubică (CBN), un al doilea material superdur sintetizat printr-o metodă similară metodei de fabricare a diamantelor, este pe locul doi după diamant ca duritate și conductivitate termică. Are stabilitate termică excelentă și nu se oxidează chiar și atunci când este încălzită la 10.000 de grade în atmosferă. CBN are proprietăți chimice extrem de stabile pentru metalele feroase și poate fi utilizat pe scară largă în prelucrarea produselor din oțel.
(1) Tipuri de scule cu nitrură de bor cubică
Nitrura cubica de bor (CBN) este o substanță care nu există în natură. Poate fi împărțit în monocristale și cristale policristaline, și anume monocristale CBN și nitrură de bor cubic policristalin (PCBN). CBN este unul dintre alotropii nitrurii de bor (BN) și are o structură similară cu cea a diamantului.
PCBN (nitrură de bor cubică policristalină) este un material policristalin realizat prin sinterizarea materialelor fine CBN împreună printr-o fază de legătură (TiC, TiN, Al, Ti etc.) la temperatură ridicată și presiune ridicată. În prezent, este materialul sculei cu duritate pe locul doi după diamant, care este sintetizat artificial. Acesta și diamantul sunt denumite în mod colectiv materiale de instrumente superdure. PCBN este folosit în principal pentru a face unelte sau alte instrumente.
Uneltele PCBN pot fi împărțite în lame PCBN integrale și lame compozite PCBN sinterizate cu carbură cimentată.
Lamele compozite PCBN sunt realizate prin sinterizarea unui strat de PCBN cu grosimea de 0,5-1,0 mm pe o carbură cimentată cu rezistență și tenacitate bune. Performanța sa combină rezistența bună cu duritatea ridicată și rezistența la uzură. Rezolvă problemele rezistenței scăzute la încovoiere și sudării dificile a lamelor CBN.
(2) Principalele proprietăți și caracteristici ale nitrurii de bor cubice
Deși duritatea nitrurii de bor cubice este puțin mai mică decât cea a diamantului, este mult mai mare decât alte materiale cu duritate ridicată. Avantajul remarcabil al CBN este că stabilitatea sa termică este mult mai mare decât cea a diamantului, care poate ajunge la mai mult de 1200 de grade (diamantul este de 700-800 de grade). Un alt avantaj remarcabil este că este inert din punct de vedere chimic și nu reacționează chimic cu fierul la 1200-1300 de grade. Principalele caracteristici de performanță ale nitrurii de bor cubice sunt următoarele.
① Duritate ridicată și rezistență la uzură: Structura cristalină a CBN este similară cu cea a diamantului și are duritate și rezistență similare cu diamantul. PCBN este potrivit în special pentru prelucrarea materialelor cu duritate mare-care ar putea fi măcinate doar înainte și pot obține o calitate mai bună a suprafeței piesei de prelucrat.
② Are stabilitate termică ridicată: rezistența la căldură a CBN poate ajunge la 1400-1500 de grade, care este de aproape 1 ori mai mare decât rezistența la căldură a diamantului (700-800 de grade). Uneltele PCBN pot tăia aliaje la temperatură ridicată și oțel călit la o viteză de 3-5 ori mai mare decât cea a sculelor din carbură.
③ Stabilitate chimică excelentă: nu reacționează chimic cu materialele de fier la 1200 ~ 1300 de grade și nu se va uza la fel de repede ca diamantul. În acest moment, poate menține în continuare duritatea carburii cimentate; Uneltele PCBN sunt potrivite pentru tăierea pieselor din oțel întărit și a fontei răcite și pot fi utilizate pe scară largă la tăierea cu viteză mare-a fontei.
④ Conductivitate termică bună: deși conductivitatea termică a CBN nu poate ajunge din urmă cu diamantul, conductivitatea termică a PCBN este a doua după diamant printre toate tipurile de materiale de scule și este mult mai mare decât oțelul rapid-și carbura cimentată.
⑤ Coeficient scăzut de frecare: coeficientul scăzut de frecare poate duce la o forță de tăiere redusă, o temperatură de tăiere mai scăzută și o calitate îmbunătățită a suprafeței de prelucrare în timpul tăierii.
(3) Aplicarea sculelor cu nitrură de bor cubică
Nitrura de bor cubică este potrivită pentru finisarea diferitelor materiale greu de tăiat, cum ar fi oțel întărit, fontă dură, aliaj de temperatură înaltă, carbură cimentată, materiale de pulverizare a suprafeței etc. Precizia procesării poate atinge IT5 (IT6 pentru găuri), iar valoarea rugozității suprafeței poate fi la fel de mică ca Ra1.20μm.
Materialele de scule cu nitrură de bor cubică au duritate și rezistență la încovoiere slabe. Prin urmare, sculele de strunjire cu nitrură de bor cubică nu sunt potrivite pentru prelucrarea brută cu-viteză mică,-cu impact mare; in acelasi timp, nu sunt potrivite pentru taierea materialelor cu plasticitate mare (cum ar fi aliaje de aluminiu, aliaje de cupru, aliaje pe baza de nichel, oteluri cu plasticitate mare etc.), deoarece la taierea acestor metale se vor genera muchii serioase construite, care vor deteriora suprafata de prelucrare.
3. Materiale ceramice pentru scule
Uneltele ceramice au caracteristicile de duritate ridicată, rezistență bună la uzură, rezistență excelentă la căldură și stabilitate chimică și nu sunt ușor de lipit de metale. Sculele ceramice ocupă o poziție foarte importantă în prelucrarea CNC. Uneltele ceramice au devenit una dintre principalele instrumente pentru tăierea cu viteză mare de- și materialele dificil-de-de prelucrat. Uneltele ceramice sunt utilizate pe scară largă în tăierea cu viteză mare-, tăierea uscată, tăierea dură și tăierea materialelor greu-de-de prelucrat. Uneltele de tăiere din ceramică pot prelucra eficient materiale cu duritate mare{10}pe care uneltele de tăiere tradiționale nu le pot procesa deloc, realizând „întoarcerea în loc de șlefuire”; viteza optimă de tăiere a uneltelor de tăiere ceramică poate fi de 2 până la 10 ori mai mare decât cea a sculelor de tăiere din carbură, îmbunătățind astfel mult eficiența producției de tăiere; principalele materii prime folosite la sculele de tăiere ceramice sunt cele mai abundente elemente din scoarța terestră. Prin urmare, promovarea și aplicarea sculelor de tăiere ceramică este de mare importanță pentru îmbunătățirea productivității, reducerea costurilor de prelucrare și economisirea metalelor prețioase strategice și, de asemenea, va promova foarte mult progresul tehnologiei de tăiere.
(1) Tipuri de materiale pentru scule de tăiere ceramice
Materialele ceramice pentru scule de tăiere pot fi, în general, împărțite în trei categorii: ceramică pe bază de-alumină, ceramică pe bază de-nitrură de siliciu și ceramică pe bază de nitrură de siliciu-alumină-compozită. Dintre acestea, materialele pentru instrumente de tăiere ceramice pe bază de alumină-și nitrură de siliciu- sunt cele mai utilizate pe scară largă. Performanța ceramicii pe bază de-nitrură de siliciu este superioară celei a ceramicii-pe bază de alumină.
(2) Performanța și caracteristicile sculelor de tăiere ceramice
① Duritate mare și rezistență bună la uzură: deși duritatea sculelor de tăiere ceramice nu este la fel de mare ca cea a PCD și PCBN, este mult mai mare decât cea a sculelor de tăiere cu carbură și oțel{0}}de mare viteză, ajungând la 93~95HRA. Uneltele ceramice pot prelucra materiale cu duritate mare-care sunt dificil de prelucrat cu uneltele tradiționale și sunt potrivite pentru tăierea cu viteză mare-și tăierea dură.
② Rezistență la temperaturi ridicate și rezistență bună la căldură: uneltele ceramice pot încă tăia la temperaturi ridicate peste 1200 de grade. Uneltele ceramice au proprietăți mecanice-excellente la temperatură ridicată, iar uneltele ceramice au o rezistență deosebit de bună la oxidare. Chiar dacă muchia de tăiere este într-o stare roșie-fierbinte, poate fi folosită continuu. Prin urmare, uneltele ceramice pot realiza tăierea uscată, eliminând astfel nevoia de fluid de tăiere.
③ Stabilitate chimică bună: uneltele din ceramică nu sunt ușor de lipit cu metale și sunt rezistente la coroziune-și stabile chimic, ceea ce poate reduce uzura de lipire a uneltelor.
④ Coeficient de frecare scăzut: uneltele ceramice au afinitate scăzută cu metalele și un coeficient de frecare scăzut, ceea ce poate reduce forța de tăiere și temperatura de tăiere.
(3) Aplicarea sculelor ceramice
Ceramica este unul dintre materialele pentru scule utilizate în principal pentru finisarea și semi-viteza mare de{0}}finisare. Uneltele ceramice sunt potrivite pentru tăierea diverselor fonte (fontă cenușie, fontă ductilă, fontă maleabilă, fontă răcită, fontă rezistentă la uzură-aliajată) și oțel (oțel de structură carbon, oțel de structură aliat, oțel de înaltă rezistență, oțel cu mangan ridicat, oțel călit etc.), și pot fi, de asemenea, utilizate pentru tăierea compozitelor de cupru și a aliajelor de plastic materiale.
Materialele ceramice pentru scule au o rezistență scăzută la încovoiere și o rezistență scăzută la impact și nu sunt potrivite pentru tăiere la viteză mică și la sarcină de impact.
4. Materiale pentru scule acoperite
Acoperirea sculei este una dintre modalitățile importante de îmbunătățire a performanței sculei. Apariția sculelor acoperite a făcut o descoperire majoră în performanța de tăiere a sculelor. Uneltele acoperite sunt acoperite cu unul sau mai multe straturi de compuși refractari cu o bună rezistență la uzură pe corpul sculei dur. Combină substratul sculei cu un strat dur, îmbunătățind astfel foarte mult performanța sculei. Uneltele acoperite pot îmbunătăți eficiența prelucrării, pot îmbunătăți acuratețea procesării, pot prelungi durata de viață a sculei și pot reduce costurile de procesare.
Aproximativ 80% dintre sculele de tăiere utilizate în noile mașini-unelte CNC folosesc scule acoperite. Uneltele acoperite vor fi cea mai importantă varietate de scule în domeniul prelucrării CNC în viitor.
(1) Tipuri de scule acoperite
Conform diferitelor metode de acoperire, uneltele acoperite pot fi împărțite în scule acoperite cu depunere chimică de vapori (CVD) și scule acoperite cu depunere fizică în vapori (PVD). Uneltele cu carbură acoperită adoptă în general metoda de depunere chimică în vapori, iar temperatura de depunere este de aproximativ 1000 de grade. Uneltele din oțel de mare viteză acoperite adoptă în general metoda de depunere fizică în vapori, iar temperatura de depunere este de aproximativ 500 de grade.
În funcție de diferitele materiale acoperite cu substrat pentru scule, uneltele acoperite pot fi împărțite în scule acoperite cu carbură, scule acoperite cu oțel-de mare viteză și scule acoperite pe ceramică și materiale superdure (diamant și nitrură de bor cubică).
În funcție de proprietățile materialelor de acoperire, uneltele acoperite pot fi împărțite în două categorii, și anume sculele acoperite „dure” și sculele acoperite „moale”. Scopul principal al sculelor acoperite „dur” este duritatea ridicată și rezistența la uzură. Principalele sale avantaje sunt duritatea ridicată și rezistența bună la uzură. Exemple tipice sunt acoperirile TiC și TiN. Scopul sculelor acoperite „moale” este un coeficient de frecare scăzut. Se mai numesc și unelte cu auto-lubrefiere. Coeficientul de frecare dintre ele și materialul piesei de prelucrat este foarte scăzut, doar aproximativ 0,1, ceea ce poate reduce aderența, reduce frecarea și reduce forța de tăiere și temperatura de tăiere.
Recent, au fost dezvoltate instrumente nano-acoperite. Acest tip de unealtă acoperită poate utiliza diferite combinații de materiale de acoperire (cum ar fi metal/metal, metal/ceramic, ceramică/ceramică etc.) pentru a îndeplini diferite cerințe funcționale și de performanță. Un nano-acoperire bine proiectat poate face ca materialul sculei să aibă funcții excelente anti-frecare și anti-uzură și proprietăți de auto-lubrifiere, care sunt potrivite pentru tăierea uscată cu-viteză mare.
(2) Caracteristicile sculelor acoperite
① Proprietăți mecanice și de tăiere bune: Uneltele acoperite combină proprietățile excelente ale materialului de bază și ale materialului de acoperire, menținând duritatea bună și rezistența ridicată a materialului de bază, având în același timp duritatea ridicată, rezistența ridicată la uzură și coeficientul de frecare scăzut al acoperirii. Prin urmare, viteza de tăiere a sculelor acoperite poate fi mărită de mai mult de 2 ori în comparație cu uneltele neacoperite și este permisă o viteză de avans mai mare. Durata de viață a sculelor acoperite este, de asemenea, îmbunătățită.
② Versatilitate puternică: uneltele acoperite au o versatilitate largă și extind semnificativ gama de procesare. O unealtă acoperită poate înlocui mai multe unelte neacoperite.
③ Grosimea stratului de acoperire: Durata de viață a sculei va crește odată cu creșterea grosimii stratului de acoperire, dar când grosimea stratului de acoperire ajunge la saturație, durata de viață a sculei nu va mai crește semnificativ. Când stratul este prea gros, este ușor să provoace exfoliere; când stratul este prea subțire, rezistența la uzură este slabă.
④ Re-șlefuire: Re-șlefuirea lamelor acoperite este slabă, echipamentul de acoperire este complex, cerințele procesului sunt ridicate și timpul de acoperire este lung.
⑤ Material de acoperire: Uneltele cu diferite materiale de acoperire au performanțe de tăiere diferite. De exemplu: acoperirea TiC are un avantaj în -viteză mică de tăiere; TiN este mai potrivit pentru tăierea cu viteză mare-.
(2) Aplicarea sculelor acoperite
Uneltele acoperite au un mare potențial în domeniul prelucrării CNC și vor fi cele mai populare în domeniul prelucrării CNC în viitor
Soiuri importante de instrumente. Tehnologia de acoperire a fost aplicată la freze, alezoare, burghie, unelte de prelucrare a găurilor compuse, plite de angrenaje, freze pentru modelarea angrenajului, tăietoare de ras dintate, broșe de formare și diverse inserții indexabile fixate cu mașină-pentru a satisface nevoile de tăiere-de mare viteză a diferitelor oțeluri și fonte, nerezistente la căldură{4}{3} metale.
5. Materiale pentru scule din carbură cimentată
Uneltele din carbură cimentată, în special sculele din carbură cimentată indexabile, sunt produsele de vârf ale sculelor de prelucrare CNC. Începând cu anii 1980, diverse scule sau inserții din carbură cimentată integrale și indexabile au fost extinse la diverse domenii de scule așchietoare. Printre acestea, sculele indexabile din carbură cimentată s-au extins de la simple scule de strunjire și freze frontale la diverse domenii de scule de precizie, complexe și de formare.
(1) Tipuri de scule din carbură cimentată
În funcție de compoziția chimică principală, carbura cimentată poate fi împărțită în carbură de tungsten-carbură de ciment și carbură de titan (nitrură) (TiCN)-.
Carburele cimentate pe bază de carbură de tungsten-includ tungsten cobalt (YG), tungsten cobalt titan (YT) și adaos de carbură rară (YW). Fiecare are propriile avantaje și dezavantaje. Componentele principale sunt carbură de tungsten (WC), carbură de titan (TiC), carbură de tantal (TaC), carbură de niobiu (NbC), etc. Faza de lipire a metalelor utilizată în mod obișnuit este Co.
Carbura cimentată pe bază de carbon (nitrură) titan-este o carbură cimentată cu TiC ca component principal (se adaugă alte carburi sau nitruri), iar fazele de lipire a metalelor utilizate în mod obișnuit sunt Mo și Ni.
ISO (Organizația Internațională pentru Standardizare) împarte tăierea carburilor cimentate în trei categorii:
Categoria K, inclusiv Kl0~K40, este echivalentă cu categoria YG a țării mele (componentele principale sunt WC și Co).
Categoria P, inclusiv P01~P50, este echivalentă cu categoria YT a țării mele (componentele principale sunt WC, TiC, Co).
Categoria M, inclusiv M10~M40, este echivalentă cu categoria YW a țării mele (componentele principale sunt WC-TiC-TaC, NbC=-Co).
Fiecare marca este reprezentata de un numar intre 01 si 50, care reprezinta o serie de aliaje de la duritate mare la duritate maxima.
(2) Caracteristicile de performanță ale sculelor din carbură cimentată
① Duritate mare: Uneltele cu carbură cimentată sunt fabricate din carburi cu duritate și punct de topire ridicate (numit fază dură) și liant metalic (numit fază de lipire) prin metalurgia pulberilor. Duritatea sa atinge 89~93HRA, ceea ce este mult mai mare decât oțelul cu viteză mare-. La 5400 de grade, duritatea poate ajunge în continuare la 82~87HRA, care este aceeași cu duritatea oțelului cu viteză mare-la temperatura camerei (83~86HRA). Valoarea durității carburii cimentate variază în funcție de natura, cantitatea, dimensiunea particulelor și conținutul fazei de lipire a metalului a carburilor și, în general, scade odată cu creșterea conținutului de faza de metal de lipire. Când conținutul fazei de lipire este același, duritatea aliajului YT este mai mare decât cea a aliajului YG, iar aliajul cu TaC (NbC) adăugat are o duritate mai mare la temperatură înaltă.
② Rezistența la încovoiere și tenacitatea: rezistența la încovoiere a carburii cimentate obișnuite este în intervalul 900-1500MPa. Cu cât este mai mare conținutul de faza de lipire a metalului, cu atât este mai mare rezistența la încovoiere. Când conținutul de agent de lipire este același, rezistența aliajului YG (WC{-Co) este mai mare decât cea a aliajului YT (WC{{-TiC{-Co), iar rezistența scade odată cu creșterea conținutului de TiC. Carbura cimentată este un material fragil, iar rezistența la impact la temperatura camerei este de numai 1/30-1/8 din cea a oțelului de mare viteză.
(3) Aplicarea sculelor comune din carbură cimentată
Aliajele YG sunt utilizate în principal pentru prelucrarea fontei, a metalelor ne-feroase și a materialelor ne-metalice. Carbura cu granulație-fină (cum ar fi YG3X, YG6X) are o duritate și rezistență la uzură mai mare decât carbura-cu granulație medie atunci când conținutul de cobalt este același. Este potrivit pentru prelucrarea unor materiale speciale din fontă dură, oțel inoxidabil austenitic, aliaj rezistent la căldură, aliaj de titan, bronz dur și materiale izolante rezistente la uzură.
Avantajele remarcabile ale carburii de tip YT-sunt duritatea ridicată, rezistența bună la căldură, duritatea mai mare și rezistența la compresiune la temperaturi ridicate decât tipul YG-și rezistența bună la oxidare. Prin urmare, atunci când cuțitul trebuie să aibă o rezistență mai mare la căldură și rezistență la uzură, trebuie selectat un grad cu un conținut mai mare de TiC. Aliajele de tip YT-sunt potrivite pentru prelucrarea materialelor plastice, cum ar fi oțelul, dar nu pentru prelucrarea aliajelor de titan și a aliajelor de siliciu-aluminiu.
Aliajele de tip YW-au proprietățile aliajelor de tip YG și YT-și au proprietăți cuprinzătoare bune. Poate fi folosit pentru prelucrarea oțelului, a fontei și a metalelor neferoase. Dacă conținutul de cobalt al acestui tip de aliaj este crescut în mod corespunzător, rezistența poate fi foarte mare și poate fi utilizată pentru prelucrarea brută și tăierea intermitentă a diferitelor materiale-de-procesate.
6. Unelte din oțel-de mare viteză
Oțelul-rapid (HSS) este un oțel pentru scule-aliat înalt, cu o cantitate mare de elemente de aliere, cum ar fi W, Mo, Cr și V. Uneltele din oțel rapid-au performanțe complete excelente în ceea ce privește rezistența, tenacitatea și prelucrabilitatea. Oțelul-rapid ocupă încă o poziție majoră în instrumentele complexe, în special în fabricarea de unelte de prelucrare a găurilor, freze, unelte de filetare, broșe, unelte de tăiere cu roți dintate și alte unelte complexe în formă de lamă-. Uneltele de-oțel de mare viteză sunt ușor de ascuțit.
În funcție de diferite utilizări, oțelul-rapid de mare viteză poate fi împărțit în oțel rapid-de uz general-oțel rapid de înaltă-performanță mare-.
(1) Unelte-generale din oțel de mare viteză-
Oțel rapid-de uz general-. În general, poate fi împărțit în oțel tungsten și oțel tungsten-molibden. Acest tip de oțel-de mare viteză conține 0,7% până la 0,9% (C). În funcție de conținutul diferit de tungsten din oțel, acesta poate fi împărțit în oțel tungsten care conține 12% sau 18% W, oțel tungsten-molibden care conține 6% sau 8% W și oțel molibden care conține 2% sau deloc W. rezistență, rezistență și tenacitate ridicate, plasticitate bună și tehnologie de prelucrare, deci este utilizat pe scară largă la fabricarea diverselor instrumente complexe.
① Oțel tungsten: clasa tipică a oțelului tungsten de oțel de mare viteză{-de uz general{-este W18Cr4V (abreviat ca W18), care are o performanță globală bună. Duritatea la temperatură ridicată la 6000 de grade este de 48,5 HRC, care poate fi utilizată pentru fabricarea diverselor unelte complexe. Are avantajele unei bune șlefuiri și a unei sensibilități scăzute la decarburare, dar datorită conținutului ridicat de carbură, distribuției neuniforme, particulelor mari, rezistenței și tenacității scăzute.
② Oțel tungsten-molibden: se referă la un oțel-rapid de mare viteză obținut prin înlocuirea unei părți a tungstenului din oțel tungsten cu molibden. Calitatea tipică de oțel tungsten-molibden este W6Mo5Cr4V2 (abreviat ca M2). Particulele de carbură de M2 sunt fine și uniforme, iar rezistența, tenacitatea și plasticitatea la temperatură înaltă-sunt mai bune decât W18Cr4V. Un alt tip de oțel tungsten-molibden este W9Mo3Cr4V (abreviat ca W9), care are o stabilitate termică puțin mai mare decât oțelul M2, o rezistență la încovoiere și o tenacitate mai bune decât W6M05Cr4V2 și are o prelucrabilitate bună.
(2) Unelte-de înaltă performanță-din oțel rapid
Oțelul rapid-de înaltă performanță-rapidă se referă la un nou tip de oțel care adaugă un conținut de carbon, conținut de vanadiu și elemente de aliere, cum ar fi Co și Al, la compoziția generală-oțelului rapid, îmbunătățind astfel rezistența la căldură și rezistența la uzură. Există în principal următoarele categorii:
① Oțel cu -carbon mare-rapid. Oțelul cu -carbon mare-rapid (cum ar fi 95W18Cr4V) are duritate ridicată la temperatura camerei și la temperatură ridicată. Este potrivit pentru fabricarea de unelte pentru prelucrarea oțelului obișnuit și a fontei, burghie, alezoare, robinete și freze cu cerințe ridicate de rezistență la uzură sau pentru prelucrarea materialelor mai dure. Nu este potrivit pentru impact mare.
② Oțel cu-vanadiu mare-rapidă. Calitățile tipice, cum ar fi W12Cr4V4Mo (abreviat ca EV4), conțin de la V la 3%~5%, rezistență bună la uzură, potrivite pentru tăierea materialelor cu uzură mare a sculelor, cum ar fi fibrele, cauciucul dur, plasticul etc., pot fi, de asemenea, utilizate pentru prelucrarea oțelului inoxidabil, a oțelului de înaltă{10}rezistență și a aliajelor de{11}înaltă temperatură.
③ Oțel rapid-cobalt. Este un cobalt-conținând oțel super-dur-de mare viteză. Gradele tipice, cum ar fi W2Mo9Cr4VCo8 (abreviat ca M42) au duritate mare, care poate ajunge la 69 ~ 70HRC. Este potrivit pentru prelucrarea oțelului-rezistent la căldură-de înaltă rezistență, a aliajului-la temperatură ridicată, a aliajului de titan și a altor materiale-- dificil de prelucrat. M42 are o bună șlefuire și este potrivit pentru realizarea de scule de precizie și complexe, dar nu este potrivit pentru lucru în condiții de tăiere prin impact.
④ Oțel rapid-aluminiu. Este un aluminiu-conținând oțel super-dur-de mare viteză. Gradele tipice includ W6Mo5Cr4V2Al (abreviat ca 501). Duritatea sa la temperatură ridicată la 6000 de grade ajunge și la 54HRC. Performanța sa de tăiere este echivalentă cu M42. Este potrivit pentru fabricarea de freze, burghie, alezoare, freze dintate, broșe etc. și este utilizat pentru prelucrarea oțelului aliat, a oțelului inoxidabil, a oțelului de înaltă-rezistență și a aliajelor-la temperatură ridicată.
⑤ Oțel ultra-dur-rapid cu azot. Gradele tipice includ W12M03Cr4V3N (abreviat ca V3N). Este un oțel-conținând azot super-dur-de mare viteză. Duritatea, rezistența și duritatea sa sunt echivalente cu M42. Poate fi folosit ca înlocuitor pentru oțel-conținând cobalt-rapidă și este utilizat pentru tăierea cu-viteză redusă a materialelor--dificil de procesat și procesare de-înaltă-precizie.
(3) Topirea oțelului rapid-și oțelului rapid-de metalurgie a pulberilor
În conformitate cu diferite procese de fabricație, oțel-rapidă poate fi împărțit în oțel-rapid de topire și oțel rapid-de metalurgie a pulberilor.
① Topirea oțelului rapid-rapidă: oțelul rapid-obișnuit și oțelul rapid-înaltă cu performanță înaltă-amândouă sunt fabricate prin metode de topire. Acestea sunt transformate în instrumente de tăiere prin procese precum topirea, turnarea lingourilor și placarea și laminarea. Problema gravă care apare ușor în topirea oțelului cu viteză mare-este segregarea carburilor. Carburele dure și casante sunt distribuite neuniform în oțelul-rapid, iar granulele sunt grosiere (până la zeci de microni), ceea ce are un efect negativ asupra rezistenței la uzură, tenacității și performanței de tăiere a uneltelor din oțel rapid-.
② Oțel rapid-de metalurgie a pulberilor (PM HSS): Oțelul rapid{-de metalurgie a pulberilor (PM HSS) este un lichid de oțel topit într-un cuptor cu inducție de-frecvență înaltă, care este atomizat cu-argon de înaltă presiune sau azot pur și apoi răcit rapid pentru a obține o structură de oțel{4}cu viteză mare și uniformă. pulbere). Pulberea rezultată este apoi presată într-un semifabricat de cuțit la temperatură ridicată și presiune înaltă, sau mai întâi transformată într-o țagle de oțel și apoi forjată și rulată într-o formă de unealtă. În comparație cu oțelul rapid-fabricat prin metoda de topire, PM HSS are avantajele granulelor fine și uniforme de carbură și rezistență, tenacitate și rezistență la uzură mult mai mari decât topirea oțelului cu viteză mare-. În domeniul sculelor CNC complexe, uneltele PM HSS se vor dezvolta în continuare și vor ocupa o poziție importantă. Calitățile tipice, cum ar fi F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN etc., pot fi folosite pentru a produce unelte de dimensiuni mari, cu încărcare grea și cu impact puternic și pot fi, de asemenea, utilizate pentru fabricarea de scule de precizie.
3
Principii pentru selectarea materialelor pentru scule CNC
În prezent, materialele pentru scule CNC utilizate pe scară largă includ în principal unelte diamantate, unelte cu nitrură de bor cubică, unelte ceramice, unelte acoperite, unelte cu carbură și unelte din oțel-de mare viteză. Există multe grade de materiale de scule, iar performanța lor variază foarte mult. Principalii indicatori de performanță ai diferitelor materiale de scule sunt prezentați în tabelul următor.
Principalii indicatori de performanță ai diferitelor materiale de scule
Materialele de scule pentru prelucrarea CNC trebuie selectate în funcție de piesa prelucrată și de proprietățile de prelucrare. Selectarea materialelor pentru scule ar trebui să fie adecvată în mod rezonabil cu obiectul de prelucrare. Potrivirea materialelor sculelor de tăiere și a obiectelor de prelucrare se referă în principal la potrivirea proprietăților mecanice, proprietăților fizice și proprietăților chimice ale celor două pentru a obține cea mai lungă durată de viață a sculei și productivitate maximă de tăiere.
1. Potrivirea proprietăților mecanice între materialele sculelor de tăiere și obiectele de prelucrare
Problema de potrivire a proprietăților mecanice dintre sculele de tăiere și obiectele de prelucrare se referă în principal la potrivirea parametrilor proprietăților mecanice, cum ar fi rezistența, tenacitatea și duritatea dintre scule și materialele piesei de prelucrat. Materialele de scule cu proprietăți mecanice diferite sunt potrivite pentru prelucrarea diferitelor materiale pentru piese de prelucrat.
① The order of tool material hardness is: diamond tool> cubic boron nitride tool> ceramic tool> cemented carbide>oțel{0}}rapid.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide> ceramic tool>unelte cu diamante și nitrură de bor cubică.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide>nitrură de bor cubică, unelte diamantate și ceramice.
Materialele piesei de prelucrat cu dur-înaltă trebuie prelucrate cu unelte cu duritate mai mare. Duritatea materialelor sculelor trebuie să fie mai mare decât cea a materialelor piesei de prelucrat, în general, trebuie să fie peste 60HRC. Cu cât duritatea materialelor sculei este mai mare, cu atât este mai bună rezistența la uzură. De exemplu, atunci când conținutul de cobalt din carbura cimentată crește, rezistența și tenacitatea acestuia cresc, iar duritatea sa scade, ceea ce este potrivit pentru prelucrarea brută; când conținutul de cobalt scade, duritatea și rezistența la uzură cresc, ceea ce este potrivit pentru prelucrarea fină.
Uneltele cu proprietăți mecanice excelente la-temperatură ridicată sunt potrivite în special pentru tăierea cu viteză mare-. Performanța excelentă la temperatură înaltă-a uneltelor ceramice le permite să taie la viteze mari, iar viteza de tăiere admisă poate fi mărită de 2 până la 10 ori în comparație cu carbura cimentată.
2. Potrivirea proprietăților fizice ale materialelor sculelor de tăiere și ale obiectelor de prelucrare
Uneltele cu proprietăți fizice diferite, cum ar fi sculele din oțel cu viteză mare-cu conductivitate termică ridicată și punct de topire scăzut, scule ceramice cu punct de topire ridicat și dilatare termică scăzută, scule diamantate cu conductivitate termică ridicată și dilatare termică scăzută etc., sunt potrivite pentru prelucrarea diferitelor materiale pentru piese de prelucrat. La prelucrarea pieselor de prelucrat cu conductivitate termică slabă, trebuie utilizate materiale de scule cu conductivitate termică bună pentru a permite transferul rapid al căldurii de tăiere și pentru a reduce temperatura de tăiere. Diamantul are conductivitate termică și difuzivitate termică ridicate, astfel încât căldura de tăiere este ușor de disipat și nu va produce deformare termică mare, ceea ce este deosebit de important pentru uneltele de prelucrare de precizie cu cerințe de precizie dimensională ridicată.
① Temperatură rezistentă la căldură-a diferitelor materiale pentru scule: 700-8000 de grade pentru unelte diamantate, 13000-15000 de grade pentru unelte PCBN, 1100-12000 de grade pentru unelte ceramice, 900-1100 de grade pentru unelte din carbură de ciment (900-1100N) 800-9000 de grade pentru carbură cimentată cu granulație ultrafină pe bază de WC și 600-7000 de grade pentru HSS.
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>Ceramica pe bază de A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients 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>Ceramica pe bază de A1203.
3. Potrivirea performanței chimice a materialelor sculelor de tăiere și a obiectelor de prelucrare
Problema potrivirii performanței chimice a materialelor sculelor de tăiere și a obiectelor de prelucrare se referă în principal la parametrii de performanță chimică, cum ar fi afinitatea chimică, reacția chimică, difuzia și dizolvarea materialelor pentru scule și materialele piesei de prelucrat. Uneltele cu materiale diferite sunt potrivite pentru prelucrarea diferitelor materiale pentru piese de prelucrat.
① The anti-adhesion temperature of various tool materials (with steel) is: PCBN>ceramics>ceramics>HSS.
② The anti-oxidation temperature of various tool materials is: ceramics>PCBN>ceramics>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of various tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4-based ceramics>PCBN>A1203-based ceramics. Diffusion strength (for titanium) is: A1203-based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4. Selecția rezonabilă a materialelor pentru scule CNC
În general, PCBN, uneltele ceramice, uneltele cu carbură acoperită și uneltele pe bază de carbură-TiCN sunt potrivite pentru prelucrarea CNC a metalelor feroase, cum ar fi oțelul; în timp ce uneltele PCD sunt potrivite pentru prelucrarea materialelor metalice ne{-feroase, cum ar fi Al, Mg, Cu și aliajele acestora și materialele ne-metalice. Următorul tabel listează câteva materiale pentru piese de prelucrat potrivite pentru prelucrarea cu materialele sculelor de mai sus.
