Rozwój noży zajmuje ważne miejsce w historii postępu ludzkości. Już od 28 do 20 wieku pne w Chinach pojawiły się mosiężne i miedziane stożki, wiertła, noże i inne noże miedziane. W późnym okresie Walczących Królestw (III wiek p.n.e.) ze względu na opanowanie technologii nawęglania wykonywano noże miedziane. Wiertarki i piły w tamtym czasie miały pewne podobieństwa do nowoczesnych płaskich wiertarek i pił.
zdjęcie
Krótka historia narzędzi skrawających
Szybki rozwój noży nastąpił pod koniec XVIII wieku wraz z rozwojem maszyn, takich jak silniki parowe.
W 1783 roku René z Francji po raz pierwszy wyprodukował frezy. W 1923 roku niemiecki Schrotter wynalazł węglik spiekany. Gdy stosuje się węglik spiekany, wydajność jest ponad dwukrotnie większa niż w przypadku stali szybkotnącej, a także znacznie poprawia się jakość powierzchni i dokładność wymiarowa obrabianego przedmiotu przez cięcie.
Ze względu na wysoką cenę stali szybkotnącej i węglika spiekanego, w 1938 roku niemiecka firma Degusa uzyskała patent na noże ceramiczne. W 1972 roku General Electric Company w Stanach Zjednoczonych wyprodukowała ostrza z polikrystalicznego syntetycznego diamentu i polikrystalicznego sześciennego azotku boru. Te niemetaliczne materiały narzędziowe umożliwiają cięcie narzędzia z większą prędkością.
W 1969 r. szwedzka huta stali Sandvik uzyskała patent na wytwarzanie wkładek z węglików spiekanych pokrytych węglikiem tytanu metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej. W 1972 roku Bangsha i Lagolan w Stanach Zjednoczonych opracowali metodę fizycznego osadzania z fazy gazowej w celu pokrycia twardej warstwy węglika tytanu lub azotku tytanu na powierzchni narzędzi z węglika spiekanego lub stali szybkotnącej. Metoda powlekania powierzchni łączy w sobie wysoką wytrzymałość i ciągliwość materiału podstawowego z dużą twardością i odpornością na zużycie warstwy powierzchniowej, dzięki czemu materiał kompozytowy ma lepszą wydajność skrawania.
Ze względu na wysoką temperaturę, wysokie ciśnienie, dużą prędkość oraz części pracujące w korozyjnych mediach płynnych, coraz częściej stosuje się materiały trudne w obróbce, a stopień automatyzacji obróbki skrawaniem i wymagania co do dokładności obróbki są coraz wyższe . Przy wyborze kąta narzędzia należy wziąć pod uwagę wpływ różnych czynników, takich jak materiał przedmiotu obrabianego, materiał narzędzia, właściwości obróbki (obróbka zgrubna i wykańczająca) itp., które należy rozsądnie wybrać w zależności od konkretnej sytuacji.
Typowe materiały narzędziowe: stal szybkotnąca, węglik spiekany (w tym cermet), ceramika, CBN (sześcienny azotek boru), PCD (diament polikrystaliczny), ponieważ ich twardość jest twardsza niż jeden, więc ogólnie rzecz biorąc, prędkość skrawania również jest jedna wyższy od drugiego.
Analiza wydajności materiałów narzędziowych
Stal szybkotnąca: Można ją podzielić na zwykłą stal szybkotnącą i wysokowydajną stal szybkotnącą.
Zwykła stal szybkotnąca, taka jak W18Cr4V, jest szeroko stosowana do produkcji różnych skomplikowanych noży. Jego prędkość cięcia na ogół nie jest zbyt wysoka i wynosi 40-60m/min podczas cięcia typowych materiałów stalowych.
Wysokowydajna stal szybkotnąca, taka jak W12Cr4V4Mo, jest wytapiana przez dodanie pewnej ilości węgla, zawartości wanadu, kobaltu, aluminium i innych pierwiastków do zwykłej stali szybkotnącej. Jej trwałość jest 1,5-3 razy większa niż w przypadku zwykłej stali szybkotnącej.
zdjęcie
Węglik spiekany: Zgodnie z GB{0}} (w odniesieniu do normy 190) można go podzielić na trzy kategorie: P, M i K. Węglik spiekany typu P jest używany głównie do obróbki metali żelaznych z długimi wiórami, a niebieski jest używany jako znak; Stosowany jest głównie typ M. Służy do obróbki metali żelaznych i nieżelaznych i jest oznaczony kolorem żółtym, znany również jako twardy stop ogólnego przeznaczenia. Typ K jest używany głównie do obróbki metali żelaznych, metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych z krótkimi wiórami i jest oznaczony kolorem czerwonym.
Cyfry arabskie za literami P, M i K wskazują wydajność i obciążenie przetwarzania lub warunki przetwarzania. Im mniejsza liczba, tym wyższa twardość i gorsza udarność.
zdjęcie
Ceramika: Materiały ceramiczne mają dobrą odporność na ścieranie i mogą przetwarzać materiały o wysokiej twardości, które są trudne lub niemożliwe do obróbki tradycyjnymi narzędziami. Ponadto ceramiczne narzędzia skrawające mogą uniknąć zużycia energii podczas obróbki wyżarzania, a tym samym mogą również zwiększyć twardość przedmiotu obrabianego i przedłużyć żywotność wyposażenia maszyny.
Tarcie między ostrzem ceramicznym a metalem jest niewielkie podczas cięcia, cięcie nie jest łatwe do przyklejenia do ostrza i nie jest łatwo wytworzyć nawarstwioną krawędź i może wykonywać cięcie z dużą prędkością. Dlatego w tych samych warunkach chropowatość powierzchni przedmiotu obrabianego jest stosunkowo niska. Trwałość narzędzia jest kilkukrotnie, a nawet kilkudziesięciokrotnie większa niż narzędzi tradycyjnych, co zmniejsza ilość zmian narzędzi podczas obróbki.
Odporność na wysoką temperaturę, dobra twardość czerwona. Może ciąć w sposób ciągły w temperaturze 1200 stopni, więc prędkość skrawania płytek ceramicznych może być znacznie wyższa niż w przypadku węglika spiekanego. Może wykonywać skrawanie z dużymi prędkościami lub realizować „zastąpienie szlifowania toczeniem i frezowaniem”. Wydajność cięcia jest 3-10 razy wyższa niż w przypadku tradycyjnych narzędzi skrawających, a efekt oszczędności roboczogodzin, energii elektrycznej i liczby obrabiarek jest osiągany o 30 procent -70 procent lub więcej.
zdjęcie
CBN: Jest to drugi obecnie znany materiał o najwyższej twardości. Twardość blachy kompozytowej CBN wynosi na ogół HV3000 ~ 5000, która ma wysoką stabilność termiczną i twardość w wysokiej temperaturze oraz ma wysoką odporność na utlenianie. W temperaturze 1000 stopni C nie zachodzi utlenianie i nie zachodzi żadna reakcja chemiczna z materiałami na bazie żelaza w 1200-1300 stopniach C. Ma dobrą przewodność cieplną i niski współczynnik tarcia.
zdjęcie
Diament polikrystaliczny PCD: Noże diamentowe charakteryzują się wysoką twardością, wysoką wytrzymałością na ściskanie, dobrą przewodnością cieplną i odpornością na zużycie oraz mogą uzyskać wysoką dokładność obróbki i wydajność obróbki przy cięciu z dużą prędkością. Ponieważ struktura PCD jest drobnoziarnistym spiekiem diamentowym o różnych orientacjach, jego twardość i odporność na zużycie są nadal niższe niż diamentu monokrystalicznego, pomimo dodatku spoiwa. Powinowactwo z metalami nieżelaznymi i materiałami niemetalicznymi jest bardzo małe, a wióry niełatwo przylegają do końcówki narzędzia, tworząc narost podczas obróbki.
zdjęcie
Podsumować
Zakres zastosowania każdego materiału
Stal szybkotnąca: używana głównie w sytuacjach wymagających dużej wytrzymałości, takich jak narzędzia do formowania i złożone kształty;
Węglik spiekany: najszerszy zakres zastosowań, zasadniczo zdolny;
Ceramika: Stosowana głównie do obróbki zgrubnej i obróbki z dużą prędkością toczenia twardych części i części żeliwnych;
CBN: Stosowany głównie do toczenia twardych części i obróbki z dużą prędkością części żeliwnych (ogólnie mówiąc, jest bardziej wydajny niż ceramika pod względem odporności na zużycie, udarności i odporności na pękanie);
PCD: Stosowany głównie do wysokowydajnego cięcia metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych.
