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.
obrázek
1. Nástrojové materiály by měly mít základní vlastnosti
a
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.
obrázek
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.
obrázek
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 při vysokých teplotách 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.
obrázek
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 nejdůležitější nástrojovou paletou v oblasti CNC obrábění.
obrázek
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 Dobrý mechanický a řezný výkon: Povlakované nástroje kombinují vynikající vlastnosti základního materiálu a povlakového materiálu, což nejen udržuje dobrou houževnatost a vysokou pevnost základny
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.
obrázek
1. Nástrojové materiály by měly mít základní vlastnosti
a
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.
obrázek
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.
obrázek
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 při vysokých teplotách 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.
obrázek
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 nejdůležitější nástrojovou paletou v oblasti CNC obrábění.
obrázek
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 Dobrý mechanický a řezný výkon: Povlakované nástroje kombinují vynikající vlastnosti základního materiálu a povlakového materiálu, což nejen udržuje dobrou houževnatost a vysokou pevnost základny
