Kombinace pokročilého zpracovatelského zařízení a vysoce výkonných CNC řezných nástrojů může plně využít svůj náležitý výkon a dosáhnout dobrých ekonomických výhod. S rychlým vývojem materiálů řezných nástrojů různé nové materiály řezných nástrojů výrazně zlepšily své fyzikální, mechanické vlastnosti a řezný výkon a rozsah jejich použití se také neustále rozšiřoval.
1. Nástrojové materiály by měly mít základní vlastnosti
Výběr materiálu nástroje má velký vliv na životnost nástroje, efektivitu zpracování, kvalitu zpracování a náklady na zpracování. Když nástroj řeže, musí nést účinky vysokého tlaku, vysoké teploty, tření, rázů a vibrací. Materiál nástroje by proto měl mít následující základní vlastnosti:
(1) Tvrdost a odolnost proti opotřebení. Tvrdost materiálu nástroje musí být vyšší než tvrdost materiálu obrobku, obecně nad 60 HRC. Čím tvrdší je materiál nástroje, tím lepší je odolnost proti opotřebení.
(2) Pevnost a houževnatost. Nástrojové materiály by měly mít vysokou pevnost a houževnatost, aby vydržely řezné síly, rázy a vibrace a zabránily křehkému lomu a vylamování nástrojů.
(3) Tepelná odolnost. Tepelná odolnost materiálu nástroje je lepší, snese vysokou teplotu řezání a má dobrou odolnost proti oxidaci.
(4) Výkonnost a hospodárnost procesu. Nástrojové materiály by měly mít dobrý výkon při kování, tepelném zpracování, svařovacím výkonu, brusném výkonu atd. a měly by dosahovat vysokého poměru výkonu a ceny.
2. Druhy, vlastnosti, vlastnosti a použití nástrojových materiálů
1. Typy, vlastnosti a charakteristiky materiálů diamantových nástrojů a použití nástrojů
Diamant je alotrop uhlíku a je to nejtvrdší materiál nalezený v přírodě. Diamantové nástroje mají vysokou tvrdost, vysokou odolnost proti opotřebení a vysokou tepelnou vodivost a jsou široce používány při zpracování neželezných kovů a nekovových materiálů. Zejména při vysokorychlostním řezání hliníku a slitin křemíku a hliníku jsou diamantové nástroje hlavními typy řezných nástrojů, které je obtížné nahradit. Diamantové nástroje, které mohou dosáhnout vysoké účinnosti, vysoké stability a dlouhé životnosti obrábění, jsou nepostradatelnými a důležitými nástroji moderního CNC obrábění.
⑴ Typy diamantových nástrojů
① Přírodní diamantový nástroj: Přírodní diamant se používá jako řezný nástroj po stovky let. Přírodní monokrystalický diamantový nástroj byl jemně broušen a řezná hrana může být broušena extrémně ostře. Poloměr řezné hrany může dosáhnout 0,002μm, což může realizovat ultratenké řezání a může Je to uznávaný, ideální a nenahraditelný ultrapřesný obráběcí nástroj pro zpracování extrémně vysoké přesnosti obrobku a extrémně nízké drsnosti povrchu.
② Diamantový nástroj PCD: Přírodní diamant je drahý a polykrystalický diamant (PCD) je široce používán při řezání. Od počátku 70. let byl vyvinut polykrystalický diamant (polykrystalický diamant, zkráceně PCD). Po úspěchu byly přírodní diamantové nástroje v mnoha případech nahrazeny umělým polykrystalickým diamantem. Suroviny PCD jsou bohaté na zdroje a jejich cena je jen několik desetin až desetina přírodních diamantů.
Nástroje PKD nemohou brousit extrémně ostré hrany a kvalita povrchu zpracovávaných obrobků není tak dobrá jako u přírodního diamantu. V průmyslu není vhodné vyrábět PKD břitové destičky s utvařeči třísky. Proto lze PCD použít pouze pro jemné řezání neželezných kovů a nekovů a je obtížné dosáhnout ultrapřesného zrcadlového řezání.
③ CVD diamantové nástroje: Od konce 70. do počátku 80. let se v Japonsku objevila technologie CVD diamantů. CVD diamant označuje syntézu diamantového filmu na heterogenních substrátech (jako je slinutý karbid, keramika atd.) chemickou depozicí z plynné fáze (CVD). CVD diamant má přesně stejnou strukturu a vlastnosti jako přírodní diamant.
Výkon CVD diamantu je velmi blízký výkonu přírodního diamantu a má výhody přírodního monokrystalického diamantu a polykrystalického diamantu (PCD) a do určité míry překonává jejich nedostatky.
⑵ Výkonnostní charakteristiky diamantových nástrojů
① Extrémně vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení: Přírodní diamant je nejtvrdší látka v přírodě. Diamant má extrémně vysokou odolnost proti opotřebení. Při zpracování materiálů s vysokou tvrdostí je životnost diamantových nástrojů 10 až 100krát delší než u nástrojů ze slinutého karbidu, nebo dokonce stokrát.
② Má velmi nízký koeficient tření: koeficient tření mezi diamantem a některými neželeznými kovy je nižší než u jiných řezných nástrojů, koeficient tření je nízký, deformace během zpracování je malá a řezná síla může snížit.
3 -tenké řezání a ultra přesné obrábění.
④ Má vysokou tepelnou vodivost: diamant má vysokou tepelnou vodivost a tepelnou difuzivitu, řezné teplo se snadno odvádí a teplota řezné části nástroje je nízká.
⑤ Nízký koeficient tepelné roztažnosti: Koeficient tepelné roztažnosti diamantu je několikrát menší než koeficient slinutého karbidu a změna velikosti nástroje způsobená řezným teplem je velmi malá, což je zvláště důležité pro přesné a ultra přesné obrábění, které vyžaduje vysokou rozměrová přesnost.
⑶ Aplikace diamantových nástrojů
Diamantové nástroje se většinou používají pro jemné řezání a vyvrtávání neželezných kovů a nekovových materiálů vysokou rychlostí. Je vhodný pro zpracování různých nekovů odolných proti opotřebení, jako jsou polotovary z FRP práškové metalurgie, keramické materiály atd.; různé neželezné kovy odolné proti opotřebení, jako jsou různé slitiny křemíku a hliníku; různé dokončovací zpracování neželezných kovů.
Nevýhodou diamantových nástrojů je špatná tepelná stabilita. Když teplota řezání překročí 700 stupňů až 800 stupňů, zcela ztratí svou tvrdost; navíc není vhodný pro řezání železných kovů, protože diamant (uhlík) se při vysokých teplotách snadno spojuje se železem. Atomové působení převádí atomy uhlíku na grafitovou strukturu a nástroj se snadno poškodí.
2. Typy, vlastnosti a charakteristiky nástrojových materiálů kubického nitridu boru a použití nástrojů
Kubický nitrid boru (CBN), druhý supertvrdý materiál syntetizovaný metodou podobnou diamantu, je po diamantu druhý z hlediska tvrdosti a tepelné vodivosti. Má vynikající tepelnou stabilitu a může se zahřát na 10,000 stupňů v atmosféře. K oxidaci nedochází. CBN má extrémně stabilní chemické vlastnosti pro železné kovy a může být široce používán při zpracování ocelových výrobků.
obrázek
⑴ Typy řezných nástrojů kubického nitridu boru
Kubický nitrid boru (CBN) je látka, která se v přírodě nevyskytuje. Lze jej rozdělit na monokrystalický a polykrystalický, to znamená monokrystalický CBN a polykrystalický kubický nitrid boru (Polykrystalický kubický bornnitrid, označovaný jako PCBN). CBN je jedním z izomerů nitridu boru (BN) a jeho struktura je podobná struktuře diamantu.
PCBN (polykrystalický kubický nitrid boru) je polykrystalický materiál, který spéká jemné materiály CBN prostřednictvím vazebné fáze (TiC, TiN, Al, Ti atd.) za vysoké teploty a vysokého tlaku. Diamantový nástrojový materiál, to a diamant společně označované jako supertvrdý nástrojový materiál. PCBN se používá hlavně k výrobě nožů nebo jiných nástrojů.
PCBN nástroje lze rozdělit na integrální PCBN destičky a PCBN kompozitní destičky slinuté slinutým karbidem.
Kompozitní vložky PCBN se vyrábějí slinováním vrstvy PCBN o tloušťce {{0}},5 až 1,0 mm na slinutém karbidu s dobrou pevností a houževnatostí. Jeho výkon má jak dobrou houževnatost, tak vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení. Řeší se problémy nízké pevnosti v ohybu a potíží se svařováním CBN destiček.
⑵ Hlavní vlastnosti a charakteristiky kubického nitridu boru
Přestože tvrdost kubického nitridu boru je o něco nižší než u diamantu, je mnohem vyšší než u jiných materiálů s vysokou tvrdostí. Výjimečná výhoda CBN je, že jeho tepelná stabilita je mnohem vyšší než u diamantu, který může dosáhnout více než 1200 stupňů (700-800 stupňů pro diamant). reakce. Hlavní výkonnostní charakteristiky kubického nitridu boru jsou následující.
① Vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení: Krystalová struktura CBN je podobná struktuře diamantu a má podobnou tvrdost a pevnost jako diamant. PCBN je zvláště vhodné pro zpracování materiálů s vysokou tvrdostí, které bylo možné dříve pouze brousit, a může získat lepší kvalitu povrchu obrobků.
② Vysoká tepelná stabilita: Tepelná odolnost CBN může dosáhnout 1400-1500 stupně, což je téměř 1krát více než u diamantu (700-800 stupně ). Nástroje PCBN mohou řezat vysokoteplotní slitiny a kalené oceli rychlostí 3 až 5krát vyšší než u nástrojů ze slinutého karbidu.
③Vynikající chemická stabilita: Při 1200-1300 stupni nedochází k chemické interakci s materiály na bázi železa a neopotřebovává se tak prudce jako diamant a v tuto chvíli si stále může zachovat tvrdost slinutého karbidu; Nástroje PCBN jsou vhodné pro řezání kalených ocelových dílů a chlazené litiny, mohou být široce používány při vysokorychlostním řezání litiny.
④ Dobrá tepelná vodivost: Ačkoli tepelná vodivost CBN není tak dobrá jako u diamantu, tepelná vodivost PCBN je na druhém místě za diamantem mezi různými nástrojovými materiály a je mnohem vyšší než u rychlořezné oceli a slinutého karbidu.
⑤ Nízký koeficient tření: Nízký koeficient tření může snížit řeznou sílu během řezání, snížit teplotu řezání a zlepšit kvalitu obrobeného povrchu.
⑶ Aplikace nástroje kubický nitrid boru
Kubický nitrid boru je vhodný pro konečnou úpravu různých obtížně obrobitelných materiálů, jako je kalená ocel, tvrdá litina, vysokoteplotní slitiny, tvrdé slitiny a materiály pro povrchové nástřiky. Přesnost obrábění může dosáhnout IT5 (otvor je IT6) a drsnost povrchu může být až Ra1.25-0.20μm.
Nástrojový materiál z kubického nitridu boru má špatnou houževnatost a pevnost v ohybu. Proto soustružnické nástroje z kubického nitridu boru nejsou vhodné pro hrubé obrábění s nízkou rychlostí a vysokým rázovým zatížením; V případě kovu dojde k silnému nahromadění hrany, což zhorší obrobený povrch.
3. Druhy, vlastnosti a charakteristiky keramických nástrojových materiálů a použití nástrojů
Keramické řezné nástroje se vyznačují vysokou tvrdostí, dobrou odolností proti opotřebení, vynikající tepelnou odolností a chemickou stabilitou a nelze je snadno spojit s kovem. Keramické řezné nástroje zaujímají v CNC obrábění velmi důležité postavení. Keramické řezné nástroje se staly jedním z hlavních řezných nástrojů pro vysokorychlostní řezání a zpracování obtížně obrobitelných materiálů. Keramické řezné nástroje jsou široce používány při vysokorychlostním řezání, suchém řezání, tvrdém řezání a řezání obtížně obrobitelných materiálů. Keramické nože dokážou efektivně zpracovat vysoce tvrdé materiály, které tradiční nože vůbec nedokážou zpracovat, a realizovat „nahrazení broušení autem“; optimální řezná rychlost keramických nožů může být 2 až 10krát vyšší než u nožů ze slinutého karbidu, čímž se výrazně zlepší výrobní efektivita řezného zpracování Hlavní surovina používaná v keramických nástrojových materiálech je nejhojněji zastoupeným prvkem v zemské kůře. Proto má popularizace a aplikace keramických nástrojů velký význam pro zlepšení produktivity, snížení nákladů na zpracování a úsporu strategických drahých kovů a také výrazně podpoří rozvoj technologie řezání. pokrok.
⑴ Typy materiálů keramických nástrojů
Typy keramických nástrojových materiálů lze obecně rozdělit do tří kategorií: keramika na bázi oxidu hlinitého, keramika na bázi nitridu křemíku a kompozitní keramika na bázi nitridu křemíku a oxidu hlinitého. Mezi nimi jsou nejpoužívanější keramické nástrojové materiály na bázi oxidu hlinitého a nitridu křemíku. Výkon keramiky na bázi nitridu křemíku je lepší než u keramiky na bázi oxidu hlinitého.
⑵ Výkon a vlastnosti keramických řezných nástrojů
Výkonové charakteristiky keramických řezných nástrojů jsou následující:
① Vysoká tvrdost a dobrá odolnost proti opotřebení: Přestože tvrdost keramických nástrojů není tak vysoká jako u PCD a PCBN, je mnohem vyšší než u nástrojů ze slinutého karbidu a rychlořezné oceli a dosahuje 93-95HRA. Keramické nástroje mohou zpracovávat materiály s vysokou tvrdostí, které se tradičními nástroji obtížně zpracovávají, a jsou vhodné pro vysokorychlostní řezání a tvrdé řezání.
② Vysoká teplotní odolnost a dobrá tepelná odolnost: Keramické nástroje mohou stále řezat při vysokých teplotách nad 1200 stupňů. Keramické nože mají dobré mechanické vlastnosti za vysokých teplot a odolnost vůči oxidaci keramických nožů A12O3 je zvláště dobrá. I když je řezná hrana rozžhavená, lze ji používat nepřetržitě. Keramické nástroje proto mohou dosáhnout suchého řezání, což může šetřit řeznou kapalinu.
③ Dobrá chemická stabilita: keramické řezné nástroje se nesnadno spojují s kovem a jsou odolné proti korozi a chemicky stabilní, což může snížit opotřebení řezných nástrojů při lepení.
④ Nízký koeficient tření: Afinita mezi keramickými řeznými nástroji a kovem je malá a koeficient tření je nízký, což může snížit řeznou sílu a teplotu řezání.
⑶ Aplikace keramických nožů
Keramika je jedním z nástrojových materiálů používaných především pro vysokorychlostní dokončování a polodokončování. Keramické řezné nástroje jsou vhodné pro řezání všech druhů litiny (šedá litina, tvárná litina, temperovaná litina, chlazená litina, vysoce legovaná litina odolná proti opotřebení) a oceli (uhlíková konstrukční ocel, legovaná konstrukční ocel, vysokopevnostní ocel , ocel s vysokým obsahem manganu, kalená ocel atd.), lze také použít k řezání slitin mědi, grafitu, technických plastů a kompozitních materiálů.
Existují problémy s nízkou pevností v ohybu a špatnou rázovou houževnatostí při výkonu keramických nástrojových materiálů, které nejsou vhodné pro řezání při nízké rychlosti a rázovém zatížení.
4. Vlastnosti a charakteristiky povlakovaných materiálů řezných nástrojů a použití řezných nástrojů
Povlakování nástroje je jedním z důležitých způsobů, jak zlepšit výkon nástroje. Vznik řezných nástrojů s povlakem přinesl zásadní průlom v řezném výkonu řezných nástrojů. Povlakovaný nástroj je potažen jednou nebo více vrstvami žáruvzdorné směsi s dobrou odolností proti opotřebení na tužším těle nástroje, které kombinuje substrát nástroje s tvrdým povlakem, takže výkon nástroje se výrazně zlepší. Povlakované řezné nástroje mohou zlepšit efektivitu zpracování, zlepšit přesnost zpracování, prodloužit životnost nástroje a snížit náklady na zpracování.
Asi 80 procent řezných nástrojů používaných v nových CNC obráběcích strojích používá nástroje s povlakem. Povlakované řezné nástroje budou v budoucnu nejdůležitějšími nástrojovými odrůdami v oblasti CNC obrábění.
⑴ Typy nástrojů s povlakem
Podle různých metod povlakování lze nástroje s povlakem rozdělit na nástroje potažené chemickým nanášením z plynné fáze (CVD) a nástroje s povlakem potažené fyzikální depozicí z plynné fáze (PVD). Nástroje s povlakem z karbidu obecně používají chemické nanášení par a teplota nanášení je kolem 1000 stupňů. Nástroje z rychlořezné oceli s povlakem obecně používají fyzikální nanášení par a teplota nanášení je asi 500 stupňů;
Podle různých materiálů substrátu nástrojů s povlakem lze nástroje s povlakem rozdělit na nástroje s povlakem z karbidu, nástroje s povlakem z rychlořezné oceli a nástroje s povlakem na keramiku a supertvrdé materiály (diamant a kubický nitrid boru).
Podle povahy povlakového materiálu lze povlakované nástroje rozdělit do dvou kategorií, a to nástroje s "tvrdým" povlakem a nástroje s "měkkým" povlakem. Hlavní cíle, které sledují nástroje s „tvrdým“ povlakem, jsou vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení. Jeho hlavními výhodami jsou vysoká tvrdost a dobrá odolnost proti opotřebení, typicky povlaky TiC a TiN. Cílem, který sledují "měkké" povlakovací nástroje, je nízký koeficient tření, známý také jako samomazné nástroje, a jeho tření s materiálem obrobku. Koeficient je velmi nízký, pouze asi 0,1, což může snížit lepení, snížení tření, snížení řezné síly a řezné teploty.
Nedávno vyvinutý nástroj pro nanopotahování (Nanoeoating). Tento povlakovaný nástroj může používat různé kombinace různých povlakových materiálů (jako je kov/kov, kov/keramika, keramika/keramika atd.), aby byly splněny různé funkční a výkonnostní požadavky. Správně navržený nano-povlak může způsobit, že nástrojový materiál bude mít vynikající funkce proti tření a opotřebení a samomazné vlastnosti, což je vhodné pro vysokorychlostní suché řezání.
⑵ Charakteristika povlakovaných nástrojů
Výkonové charakteristiky nástrojů s povlakem jsou následující:
① Dobré mechanické a řezné vlastnosti: povlakované nástroje kombinují vynikající vlastnosti základního materiálu a povlakového materiálu
Nejenže si zachovává dobrou houževnatost a vysokou pevnost matrice, ale má také vysokou tvrdost, vysokou odolnost proti opotřebení a nízký koeficient tření povlaku. Proto může být řezná rychlost potaženého nástroje zvýšena více než 2krát než u nepovlakovaného nástroje a je povolena vyšší rychlost posuvu. Také se prodlouží životnost povlakovaného nástroje.
② Silná všestrannost: Nástroje s povlakem mají širokou všestrannost a rozsah zpracování byl výrazně rozšířen. Jeden nástroj s povlakem může nahradit několik nástrojů bez povlaku.
③ Tloušťka povlaku: S nárůstem tloušťky povlaku se také zvýší životnost nástroje, ale když tloušťka povlaku dosáhne nasycení, životnost nástroje se již výrazně nezvýší. Když je povlak příliš silný, je snadné způsobit odlupování; když je povlak příliš tenký, odolnost proti opotřebení je špatná.
④ Přebrousitelnost: Čepele s povlakem mají špatnou přebrusitelnost, složité lakovací zařízení, vysoké požadavky na proces a dlouhou dobu lakování.
⑤ Povlakový materiál: Nástroje s různými povlakovými materiály mají různý řezný výkon. Například: při řezání nízkou rychlostí má povlak TiC výhodu; při řezání vysokou rychlostí je vhodnější TiN.
⑶ Aplikace nástrojů s povlakem
Povlakované řezné nástroje mají velký potenciál v oblasti CNC obrábění a v budoucnu budou nejvýznamnější nástrojovou variantou v oblasti CNC obrábění. Technologie povlakování byla aplikována na stopkové frézy, výstružníky, vrtáky, složené nástroje pro zpracování otvorů, frézy na ozubení, frézy na tvarování ozubených kol, frézy na řezání ozubených kol, tvarovací protahovače a různé vyměnitelné břitové destičky pro upínání strojů, aby byly splněny požadavky na vysokorychlostní řezání oceli a litiny , žáruvzdorné slitiny a neželezné kovy a další materiály.
5. Druhy, vlastnosti, charakteristiky a aplikace nástrojových materiálů slinutých karbidů
Karbidové řezné nástroje, zejména vyměnitelné tvrdokovové řezné nástroje, jsou předními produkty CNC obráběcích nástrojů. Od 80. let 20. století byly různé integrální a vyměnitelné tvrdokovové řezné nástroje nebo břity rozšířeny na různé V oblasti různých řezných nástrojů se vyměnitelné tvrdokovové nástroje rozšířily z jednoduchých soustružnických nástrojů a čelních fréz na různé přesné, složité a tvářecí nástrojové obory.
⑴ Typy nástrojů ze slinutého karbidu
Podle hlavního chemického složení lze slinutý karbid rozdělit na slinutý karbid na bázi karbidu wolframu a slinutý karbid na bázi karbidu titanu (nitrid) (TiC(N)).
Slinutý karbid na bázi karbidu wolframu zahrnuje tři typy: wolfram-kobalt (YG), wolfram-kobalt-titan (YT) a vzácné karbidy (YW), z nichž každý má své výhody a nevýhody. Hlavními složkami jsou karbid wolframu (WC), karbid titanu (TiC), karbid tantalu (TaC), karbid niobu (NbC) atd. a běžně používanou fází kovového pojiva je Co.
Slinutý karbid na bázi uhlíku (nitridu) na bázi titanu je slinutý karbid s TiC jako hlavní složkou (přidávají se některé další karbidy nebo nitridy) a běžně používanými fázemi kovových pojiv jsou Mo a Ni.
ISO (International Organization for Standardization) rozděluje slinutý karbid pro řezání do tří kategorií:
Kategorie K, včetně Kl{0}}~K40, je ekvivalentní kategorii YG v mé zemi (hlavní složkou je WC.Co).
Kategorie P, včetně P01~P50, je ekvivalentní kategorii YT v mé zemi (skládá se hlavně z WC.TiC.Co).
Kategorie M, včetně M10~M40, je ekvivalentní kategorii YW v mé zemi (hlavní složkou je WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Každá třída představuje řadu slitin od vysoké tvrdosti po maximální houževnatost s čísly mezi 01 a 50.
⑵ Výkonnostní charakteristiky řezných nástrojů ze slinutého karbidu
Výkonové charakteristiky řezných nástrojů ze slinutého karbidu jsou následující:
① Vysoká tvrdost: Řezné nástroje ze slinutého karbidu jsou vyrobeny z karbidu s vysokou tvrdostí a bodem tání (tzv. tvrdá fáze) a kovového pojiva (tzv. vazebná fáze) metodou práškové metalurgie a jeho tvrdost dosahuje 89-93HRA, mnohem vyšší než rychlořezná ocel, při 5400C může tvrdost stále dosáhnout 82-87HRA, což je stejné jako u rychlořezné oceli při pokojové teplotě (83-86HRA). Hodnota tvrdosti slinutého karbidu se mění s povahou, množstvím, velikostí částic a obsahem kovové vazebné fáze karbidu a obecně klesá s rostoucím obsahem vazebné kovové fáze. Když je obsah pojivové fáze stejný, tvrdost slitin YT je vyšší než u slitin YG a slitiny s přídavkem TaC (NbC) mají vyšší tvrdost při vysokých teplotách.
② Pevnost v ohybu a houževnatost: Pevnost v ohybu běžně používaného slinutého karbidu je v rozsahu 900-1500MPa. Čím vyšší je obsah fáze kovového pojiva, tím vyšší je pevnost v ohybu. Když je obsah pojiva stejný, pevnost slitiny typu YG (WC-Co) je vyšší než pevnost slitiny typu YT (WC-TiC-Co) a pevnost klesá s rostoucím obsahem TiC. Slinutý karbid je křehký materiál a jeho rázová houževnatost při pokojové teplotě je pouze 1/30 až 1/8 rázové houževnatosti rychlořezné oceli.
⑶ Aplikace běžně používaných tvrdokovových řezných nástrojů
Slitiny YG se používají především pro zpracování litiny, neželezných kovů a nekovových materiálů. Jemnozrnné tvrdé slitiny (jako YG3X, YG6X) mají vyšší tvrdost a odolnost proti opotřebení než střednězrnné tvrdé slitiny při stejném obsahu kobaltu a jsou vhodné pro zpracování některé speciální tvrdé litiny, austenitické nerezové oceli, žáruvzdorné slitiny, slitina titanu, tvrdý bronz a izolační materiály odolné proti opotřebení atd.
Vynikající přednosti slinutého karbidu YT jsou vysoká tvrdost, dobrá tepelná odolnost, vyšší tvrdost a pevnost v tlaku při vysoké teplotě než slinutý karbid YG a dobrá odolnost proti oxidaci. Proto, když se požaduje, aby měl nůž vyšší tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení, měla by být zvolena třída s vyšším obsahem TiC. Slitiny YT jsou vhodné pro zpracování plastových materiálů, jako je ocel, ale nejsou vhodné pro zpracování slitin titanu a slitin křemíku a hliníku.
Slitina YW má vlastnosti slitin YG a YT a má dobrý komplexní výkon. Lze jej použít nejen pro zpracování ocelových materiálů, ale také pro zpracování litiny a barevných kovů. Při vhodném zvýšení obsahu kobaltu může být pevnost tohoto typu slitiny velmi vysoká a lze ji použít pro hrubé obrábění a přerušované řezání různých obtížně obrobitelných materiálů.
6. Typy, vlastnosti a aplikace řezných nástrojů rychlořezné oceli
Vysokorychlostní ocel (zkráceně HSS) je vysoce legovaná nástrojová ocel s přidáním více legujících prvků, jako je W, Mo, Cr a V. Řezné nástroje z rychlořezné oceli mají vynikající komplexní výkon z hlediska pevnosti, houževnatosti a vyrobitelnosti. Ve složitých řezných nástrojích, zejména při výrobě nástrojů pro obrábění otvorů, fréz, závitových nástrojů, protahovačů, nástrojů na řezání ozubených kol a dalších složitých řezných nástrojů, zaujímá stále dominantní postavení rychlořezná ocel. Nože z rychlořezné oceli se snadno brousí břity.
Podle různých použití lze rychlořeznou ocel rozdělit na rychlořeznou ocel pro všeobecné použití a vysoce výkonnou rychlořeznou ocel.
⑴ Univerzální řezné nástroje z rychlořezné oceli
Univerzální rychlořezná ocel. Obecně ji lze rozdělit do dvou typů: wolframová ocel a wolframová molybdenová ocel. Tento typ rychlořezné oceli obsahuje přísadu (C) 0,7 procenta až 0,9 procenta. Podle různého obsahu wolframu v oceli ji lze rozdělit na wolframovou ocel s 12 procenty nebo 18 procenty W, wolfram-molybdenovou ocel s 6 procenty nebo 8 procenty W a molybdenovou ocel s 2 procenty nebo žádným W. . Univerzální rychlořezná ocel má určitou tvrdost (63-66HRC) a odolnost proti opotřebení, vysokou pevnost a houževnatost, dobrou plasticitu a technologii zpracování, proto je široce používána při výrobě různých složitých nástrojů.
① Wolframová ocel: Typická třída wolframové oceli pro všeobecné použití z vysokorychlostní oceli je W18Cr4V (zkráceně W18), která má dobrý komplexní výkon. Vysokoteplotní tvrdost při 6000 C je 48,5 HRC a lze ji použít k výrobě různých složitých nástrojů. Má výhody dobré brousitelnosti a nízké citlivosti na oduhličení, ale vzhledem k vysokému obsahu karbidů je distribuce poměrně nerovnoměrná, částice jsou velké a pevnost a houževnatost nejsou vysoké.
② Wolfram-molybdenová ocel: označuje rychlořeznou ocel získanou nahrazením části wolframu ve wolframové oceli molybdenem. Typická třída wolfram-molybdenové oceli je W6Mo5Cr4V2, (zkráceně M2). Karbidové částice M2 jsou jemné a jednotné a jeho pevnost, houževnatost a plasticita při vysokých teplotách jsou lepší než u W18Cr4V. Další wolfram-molybdenovou ocelí je W9Mo3Cr4V (zkráceně W9), její tepelná stabilita je o něco vyšší než u oceli M2, její pevnost v ohybu a houževnatost jsou lepší než u W6M05Cr4V2 a má dobrou obrobitelnost.
⑵ Vysoce výkonné řezné nástroje z rychlořezné oceli
Vysoce výkonná rychlořezná ocel označuje nový typ oceli, která ke složení rychlořezné oceli pro všeobecné použití přidává určitý obsah uhlíku, vanadu a legujících prvků, jako je Co a Al, aby se zlepšila její tepelná odolnost a odolnost proti opotřebení. Jedná se především o tyto kategorie:
① Vysokouhlíková rychlořezná ocel. Vysokouhlíková rychlořezná ocel (např. 95W18Cr4V), s vysokou tvrdostí při pokojové teplotě a vysoké teplotě, je vhodná pro výrobu a zpracování běžné oceli a litiny, vrtáků, výstružníků, závitníků a fréz s vysokými požadavky na odolnost proti opotřebení, popř. nástroje pro zpracování tvrdších materiálů. Není vhodné odolávat velkým nárazům.
② Vysoce vanadová rychlořezná ocel. Typické třídy, jako je W12Cr4V4Mo, (označované jako EV4), obsahující V zvýšený na 3 až 5 procent, dobrá odolnost proti opotřebení, vhodné pro řezání materiálů s velkým opotřebením nástrojů, jako je vlákno, tvrdá pryž, plast atd. lze také použít pro zpracování materiálů, jako je nerezová ocel, vysokopevnostní ocel a vysokoteplotní slitiny.
③ Kobaltová rychlořezná ocel. Je to supertvrdá rychlořezná ocel obsahující kobalt, typická třída, jako je W2Mo9Cr4VCo8 (zkráceně M42), má vysokou tvrdost a její tvrdost může dosáhnout 69-70HRC. Je vhodný pro zpracování vysokopevnostní žáruvzdorné oceli, vysokoteplotních slitin, titanových slitin atd. Obráběcí materiál, M42 má dobrou brousitelnost a je vhodný pro výrobu přesných a složitých nástrojů, není však vhodný pro práci pod příklepem podmínky.
④ Hliníková rychlořezná ocel. Patří do supertvrdé rychlořezné oceli obsahující hliník, typických jakostí, jako je W6Mo5Cr4V2Al, (zkráceně 501), vysokoteplotní tvrdost dosahuje 54HRC při 6000C a řezný výkon je ekvivalentní M42. Je vhodný pro výrobu fréz, vrtáků, výstružníků, ozubených fréz a protahovaček. atd., používané ke zpracování materiálů, jako je legovaná ocel, nerezová ocel, vysokopevnostní ocel a superslitina.
⑤ Dusíková supertvrdá rychlořezná ocel. Typické třídy, jako je W12M03Cr4V3N, označované jako (V3N), jsou supertvrdé rychlořezné oceli obsahující dusík. Tvrdost, pevnost a houževnatost jsou ekvivalentní M42. zpracovává se.
(3) Tavení rychlořezné oceli a rychlořezné oceli práškové metalurgie
Podle různých výrobních procesů lze rychlořeznou ocel rozdělit na tavnou rychlořeznou ocel a rychlořeznou ocel práškovou metalurgií.
① Tavení rychlořezné oceli: Běžná rychlořezná ocel i vysoce výkonná rychlořezná ocel se vyrábí tavením. Vyrábí se z nich nože pomocí procesů, jako je tavení, lití ingotů a pokovování a válcování. Vážným problémem, který pravděpodobně nastane při tavení rychlořezné oceli, je segregace karbidů. Tvrdé a křehké karbidy jsou v rychlořezné oceli rozmístěny nerovnoměrně a zrna jsou hrubá (až desítky mikronů). a nepříznivé účinky na řezný výkon.
② Rychlořezná ocel pro práškovou metalurgii (PM HSS): Rychlořezná ocel pro práškovou metalurgii (PM HSS) je roztavená ocel roztavená ve vysokofrekvenční indukční peci, atomizovaná vysokotlakým argonem nebo čistým dusíkem a poté ochlazena za účelem získání jemného a rovnoměrné krystaly Mikrostruktura (prášek z rychlořezné oceli), a poté získaný prášek za vysoké teploty a vysokého tlaku vtlačit do polotovaru nože, nebo nejprve vyrobit ocelový předvalek a poté jej vykovat a vyválcovat do tvaru nože. Ve srovnání s rychlořeznou ocelí vyráběnou tavením má PM HSS následující výhody: karbidová zrna jsou jemná a stejnoměrná a pevnost, houževnatost a odolnost proti opotřebení jsou mnohem lepší ve srovnání s rychlořeznou ocelí vyráběnou tavením. V oblasti komplexních CNC nástrojů se budou PM HSS nástroje dále rozvíjet a hrát důležitou roli. Typické jakosti, jako je F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN atd., lze použít k výrobě nožů velkých rozměrů, odolných a rázových, a lze je také použít k výrobě přesných nožů.
3. Zásady výběru materiálů CNC řezných nástrojů
a
V současnosti mezi široce používané CNC nástrojové materiály patří především diamantové nástroje, nástroje z kubického nitridu boru, keramické nástroje, nástroje s povlakem, nástroje z tvrdokovu a nástroje z rychlořezné oceli. Existuje mnoho druhů materiálů řezných nástrojů a jejich výkon se velmi liší. Hlavní výkonnostní ukazatele různých nástrojových materiálů jsou uvedeny v následující tabulce.
obrázek
Nástrojový materiál pro NC obrábění je nutné volit podle obráběného obrobku a charakteru obrábění. Výběr materiálu nástroje by měl být přiměřeně sladěn s předmětem zpracování. Shoda materiálu řezného nástroje a objektu zpracování se týká především sladění mechanických vlastností, fyzikálních vlastností a chemických vlastností obou, aby se dosáhlo nejdelší životnosti nástroje a maximální produktivity řezání.
1. Materiál řezného nástroje odpovídá mechanickým vlastnostem obráběného předmětu
Sladění mechanických vlastností řezného nástroje a zpracovávaného předmětu se týká především sladění parametrů mechanických vlastností, jako je pevnost, houževnatost a tvrdost řezného nástroje a materiálu obrobku. Nástrojové materiály s různými mechanickými vlastnostmi jsou vhodné pro různé materiály obrobků.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>rychlořezná ocel.
② Pořadí pevnosti v ohybu nástrojových materiálů je: rychlořezná ocel > slinutý karbid > keramické nástroje > diamantové nástroje a nástroje z kubického nitridu boru.
③ Pořadí houževnatosti materiálů řezných nástrojů je: rychlořezná ocel > slinutý karbid > kubický nitrid boru, diamantové a keramické řezné nástroje.
Materiál obrobku s vysokou tvrdostí musí být zpracován nástrojem s vyšší tvrdostí. Tvrdost materiálu nástroje musí být vyšší než tvrdost materiálu obrobku, což je obecně požadováno nad 60 HRC. Čím tvrdší je materiál nástroje, tím lepší je jeho odolnost proti opotřebení. Když se například zvýší množství kobaltu ve slinutém karbidu, zvýší se jeho pevnost a houževnatost a sníží se tvrdost, což je vhodné pro hrubé obrábění; při poklesu množství kobaltu se zvyšuje jeho tvrdost a odolnost proti opotřebení, což je vhodné pro konečnou úpravu.
Nástroje s vynikajícími vysokoteplotními mechanickými vlastnostmi jsou vhodné zejména pro vysokorychlostní řezání. Vynikající výkon keramických nástrojů při vysokých teplotách jim umožňuje řezat vysokou rychlostí a povolená řezná rychlost může být zvýšena 2 až 10krát ve srovnání se slinutým karbidem.
2. Přizpůsobení materiálu řezného nástroje fyzikálním vlastnostem obráběného předmětu
Nástroje s různými fyzikálními vlastnostmi, jako jsou nástroje z rychlořezné oceli s vysokou tepelnou vodivostí a nízkým bodem tavení, keramické nástroje s vysokým bodem tavení a nízkou tepelnou roztažností, diamantové nástroje s vysokou tepelnou vodivostí a nízkou tepelnou roztažností atd. různé materiály obrobků. Při zpracování obrobků se špatnou tepelnou vodivostí by se měly používat nástrojové materiály s lepší tepelnou vodivostí, aby se řezné teplo mohlo rychle přenášet a řezná teplota mohla být snížena. Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti a tepelné difuzivitě diamantu se řezné teplo snadno odvádí a nezpůsobí velké tepelné deformace, což je důležité zejména u nástrojů pro přesné obrábění, které vyžadují vysokou rozměrovou přesnost.
① Tepelně odolné různé materiály nástrojů: 700-8000C pro diamantové nástroje, 13000-15000C pro PCBN nástroje, 1100-12000C pro keramické nástroje, 900-11000C pro TiC(N ) slinutý karbid a 900-11000C pro ultrajemná zrna na bázi WC. Slinutý karbid je 800~9000C, HSS je 600~7000C.
② The order of thermal conductivity of various tool materials: PCD>PCBN>WC-based cemented carbide>TiC(N)-based cemented carbide>HSS>Si3N4-based ceramics>Keramika založená na1203-.
③ The order of thermal expansion coefficient of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC(N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC(N)-based cemented carbide>Keramika založená na1203-.
3. Přizpůsobení materiálu řezného nástroje chemickým vlastnostem obráběného předmětu
Shoda chemických vlastností mezi materiály řezných nástrojů a zpracovávanými předměty se týká především sladění parametrů chemické výkonnosti, jako je chemická afinita, chemická reakce, difúze a rozpouštění mezi materiály nástrojů a materiály obrobku. nože z různých materiálů
