Połączenie zaawansowanego sprzętu do obróbki i wysokowydajnych narzędzi skrawających CNC może w pełni wykorzystać jego należytą wydajność i osiągnąć dobre korzyści ekonomiczne. Wraz z szybkim rozwojem materiałów narzędzi skrawających, różne nowe materiały narzędzi skrawających znacznie poprawiły swoje właściwości fizyczne, mechaniczne i wydajność skrawania, a zakres ich zastosowań również stale się rozszerza.
zdjęcie
1. Materiały narzędziowe powinny mieć podstawowe właściwości
the
Wybór materiału narzędziowego ma ogromny wpływ na trwałość narzędzia, wydajność obróbki, jakość obróbki i koszt obróbki. Podczas cięcia narzędzie musi wytrzymać działanie wysokiego ciśnienia, wysokiej temperatury, tarcia, wstrząsów i wibracji. Dlatego materiał narzędziowy powinien mieć następujące podstawowe właściwości:
(1) Twardość i odporność na zużycie. Twardość materiału narzędzia musi być wyższa niż materiału przedmiotu obrabianego, na ogół powyżej 60 HRC. Im twardszy materiał narzędzia, tym lepsza odporność na zużycie.
(2) Siła i wytrzymałość. Materiały narzędziowe powinny charakteryzować się dużą wytrzymałością i ciągliwością, aby wytrzymać siły skrawania, wstrząsy i wibracje oraz zapobiegać kruchemu pękaniu i odpryskiwaniu narzędzi.
(3) Odporność na ciepło. Odporność cieplna materiału narzędzia jest lepsza, może wytrzymać wysoką temperaturę skrawania i ma dobrą odporność na utlenianie.
(4) Wydajność procesu i ekonomia. Materiały narzędziowe powinny mieć dobrą wydajność kucia, wydajność obróbki cieplnej, wydajność spawania, wydajność szlifowania itp. I powinny zapewniać wysoki stosunek wydajności do ceny.
2. Rodzaje, właściwości, charakterystyka i zastosowania materiałów narzędziowych
1. Rodzaje, właściwości i charakterystyka diamentowych materiałów narzędziowych oraz zastosowania narzędzi
Diament jest alotropem węgla i jest najtwardszym materiałem występującym w przyrodzie. Narzędzia diamentowe mają wysoką twardość, wysoką odporność na zużycie i wysoką przewodność cieplną i są szeroko stosowane w obróbce metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych. Zwłaszcza w przypadku szybkiego skrawania aluminium i stopów krzemowo-aluminiowych narzędzia diamentowe są głównym rodzajem narzędzi skrawających, które są trudne do zastąpienia. Narzędzia diamentowe, które mogą osiągnąć wysoką wydajność, wysoką stabilność i długą żywotność obróbki, są niezbędnymi i ważnymi narzędziami w nowoczesnej obróbce CNC.
zdjęcie
⑴ Rodzaje narzędzi diamentowych
① Narzędzie z naturalnego diamentu: Naturalny diament jest używany jako narzędzie tnące od setek lat. Narzędzie z naturalnego monokrystalicznego diamentu zostało drobno oszlifowane, a krawędź tnąca może być bardzo ostra. Promień krawędzi skrawającej może osiągnąć 0,002 μm, co umożliwia wykonywanie ultracienkich cięć i może to być uznane, idealne i niezastąpione ultraprecyzyjne narzędzie do obróbki skrawaniem o wyjątkowo wysokiej precyzji przedmiotu obrabianego i wyjątkowo niskiej chropowatości powierzchni.
② Narzędzie diamentowe PCD: naturalny diament jest drogi, a diament polikrystaliczny (PCD) jest szeroko stosowany w cięciu. Od wczesnych lat 70-tych opracowywano diament polikrystaliczny (diament polikrystaliczny, w skrócie PCD). Po sukcesie narzędzia z naturalnego diamentu były wielokrotnie zastępowane sztucznym diamentem polikrystalicznym. Surowiec PCD jest bogaty w źródła, a jego cena to zaledwie kilka dziesiątych do jednej dziesiątej diamentów naturalnych.
Narzędzia PCD nie mogą szlifować bardzo ostrych krawędzi, a jakość powierzchni obrabianych przedmiotów nie jest tak dobra, jak w przypadku naturalnego diamentu. Wytwarzanie płytek PCD z łamaczami wiórów w przemyśle nie jest wygodne. Dlatego PCD może być używany tylko do precyzyjnego cięcia metali nieżelaznych i niemetali, a uzyskanie ultraprecyzyjnego lustrzanego cięcia jest trudne.
③ Narzędzia diamentowe CVD: Od późnych lat 70-tych do wczesnych 80-tych technologia diamentowa CVD pojawiła się w Japonii. Diament CVD odnosi się do syntezy warstwy diamentowej na niejednorodnych podłożach (takich jak węglik spiekany, ceramika itp.) przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD). Diament CVD ma dokładnie taką samą strukturę i właściwości jak diament naturalny.
Wydajność diamentu CVD jest bardzo zbliżona do wydajności diamentu naturalnego i ma zalety naturalnego diamentu monokrystalicznego i diamentu polikrystalicznego (PCD) i do pewnego stopnia przezwycięża ich wady.
⑵ Charakterystyka wydajności narzędzi diamentowych
① Niezwykle wysoka twardość i odporność na zużycie: Naturalny diament jest najtwardszą substancją występującą w przyrodzie. Diament ma wyjątkowo wysoką odporność na zużycie. Podczas obróbki materiałów o wysokiej twardości żywotność narzędzi diamentowych jest od 10 do 100 razy większa niż narzędzi z węglików spiekanych, a nawet setki razy.
② Ma bardzo niski współczynnik tarcia: współczynnik tarcia między diamentem a niektórymi metalami nieżelaznymi jest niższy niż w przypadku innych narzędzi skrawających, współczynnik tarcia jest niski, odkształcenie podczas obróbki jest niewielkie, a siła skrawania może być zredukowanym.
③ Krawędź tnąca jest bardzo ostra: krawędź tnąca narzędzi diamentowych może być ostrzona, a narzędzie z naturalnego monokrystalicznego diamentu może mieć wysokość nawet 0.002-0.008μm, co może być używane do ultra -cienkie cięcie i ultra-precyzyjna obróbka.
④ Ma wysoką przewodność cieplną: diament ma wysoką przewodność cieplną i dyfuzyjność cieplną, ciepło skrawania jest łatwo rozpraszane, a temperatura części tnącej narzędzia jest niska.
⑤ Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej: Współczynnik rozszerzalności cieplnej diamentu jest kilkakrotnie mniejszy niż w przypadku węglika spiekanego, a zmiana rozmiaru narzędzia spowodowana ciepłem skrawania jest bardzo mała, co jest szczególnie ważne w przypadku precyzyjnej i ultraprecyzyjnej obróbki, która wymaga dużej dokładność wymiarowa.
⑶ Zastosowanie narzędzi diamentowych
Narzędzia diamentowe są najczęściej używane do precyzyjnego cięcia i wytaczania metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych z dużą prędkością. Nadaje się do przetwarzania różnych odpornych na zużycie niemetali, takich jak półfabrykaty z metalurgii proszków FRP, materiały ceramiczne itp .; różne odporne na zużycie metale nieżelazne, takie jak różne stopy krzemowo-aluminiowe; różne obróbki wykończeniowe metali nieżelaznych.
Wadą narzędzi diamentowych jest ich słaba stabilność termiczna. Gdy temperatura cięcia przekroczy 700 stopni do 800 stopni, całkowicie straci swoją twardość; ponadto nie nadaje się do cięcia metali żelaznych, ponieważ diament (węgiel) łatwo łączy się z żelazem w wysokich temperaturach. Działanie atomowe przekształca atomy węgla w strukturę grafitu, a narzędzie łatwo ulega uszkodzeniu.
2. Rodzaje, właściwości i charakterystyka materiałów narzędziowych z regularnego azotku boru oraz zastosowania narzędzi
Sześcienny azotek boru (CBN), drugi supertwardy materiał syntetyzowany metodą podobną do diamentu, ustępuje jedynie diamentowi pod względem twardości i przewodności cieplnej. Ma doskonałą stabilność termiczną i może być ogrzewany do 10,{1}} stopni w atmosferze. Utlenianie nie występuje. CBN ma niezwykle stabilne właściwości chemiczne dla metali żelaznych i może być szeroko stosowany w obróbce wyrobów stalowych.
zdjęcie
⑴ Rodzaje narzędzi skrawających z regularnego azotku boru
Sześcienny azotek boru (CBN) jest substancją, która nie występuje w przyrodzie. Można go podzielić na monokrystaliczny i polikrystaliczny, to znaczy monokrystaliczny CBN i polikrystaliczny sześcienny azotek boru (polikrystaliczny sześcienny azotek boru, określany jako PCBN). CBN jest jednym z izomerów azotku boru (BN), a swoją budową przypomina diament.
PCBN (polikrystaliczny sześcienny azotek boru) to materiał polikrystaliczny, który spieka drobne materiały CBN poprzez fazę wiązania (TiC, TiN, Al, Ti itp.) w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Diamentowy materiał narzędziowy, on i diament wspólnie określane jako supertwardy materiał narzędziowy. PCBN jest używany głównie do produkcji noży lub innych narzędzi.
Narzędzia PCBN można podzielić na wkładki integralne PCBN oraz wkładki kompozytowe PCBN spiekane węglikiem spiekanym.
Wkładki kompozytowe PCBN powstają poprzez spiekanie warstwy PCBN o grubości od {{0}},5 do 1,0mm na węgliku spiekanym o dobrej wytrzymałości i ciągliwości. Jego wydajność ma zarówno dobrą wytrzymałość, jak i wysoką twardość i odporność na zużycie. Problemy małej wytrzymałości na zginanie i trudności w spawaniu płytek CBN zostały rozwiązane.
⑵ Główne właściwości i właściwości regularnego azotku boru
Chociaż twardość sześciennego azotku boru jest nieco gorsza niż diamentu, jest znacznie wyższa niż innych materiałów o wysokiej twardości. Wyjątkową zaletą CBN jest to, że jego stabilność termiczna jest znacznie wyższa niż w przypadku diamentu, który może osiągnąć temperaturę powyżej 1200 stopni (700-800 stopni w przypadku diamentu). reakcja. Główne cechy użytkowe regularnego azotku boru są następujące.
① Wysoka twardość i odporność na zużycie: struktura krystaliczna CBN jest podobna do diamentu i ma podobną twardość i wytrzymałość do diamentu. PCBN jest szczególnie odpowiedni do obróbki materiałów o wysokiej twardości, które wcześniej mogły być szlifowane, i pozwala uzyskać lepszą jakość powierzchni przedmiotów obrabianych.
② Wysoka stabilność termiczna: Odporność cieplna CBN może osiągnąć 1400-1500 stopień, czyli prawie 1 razy więcej niż diament (700-800 stopień). Narzędzia PCBN mogą ciąć stopy żaroodporne i stale hartowane z prędkością od 3 do 5 razy większą niż narzędzia z węglików spiekanych.
③Doskonała stabilność chemiczna: nie wchodzi w interakcje chemiczne z materiałami na bazie żelaza w stopniu 1200-1300 i nie zużywa się tak ostro jak diament, i nadal może w tym czasie zachować twardość węglika spiekanego; Narzędzia PCBN nadają się do cięcia części ze stali hartowanej i schłodzonego żeliwa, mogą być szeroko stosowane do szybkiego cięcia żeliwa.
④ Dobra przewodność cieplna: Chociaż przewodność cieplna CBN nie jest tak dobra jak diamentu, przewodność cieplna PCBN ustępuje tylko diamentowi wśród różnych materiałów narzędziowych i jest znacznie wyższa niż przewodność cieplna stali szybkotnącej i węglika spiekanego.
⑤ Niski współczynnik tarcia: Niski współczynnik tarcia może zmniejszyć siłę skrawania podczas cięcia, obniżyć temperaturę skrawania i poprawić jakość obrabianej powierzchni.
⑶ Zastosowanie narzędzi z regularnego azotku boru
Sześcienny azotek boru nadaje się do wykańczania różnych trudnych do cięcia materiałów, takich jak stal hartowana, twarde żeliwo, stop wysokotemperaturowy, stop twardy i materiały do natryskiwania powierzchni. Dokładność obróbki może osiągnąć IT5 (otwór to IT6), a chropowatość powierzchni może być tak mała jak Ra1.25-0,20μm.
Materiał narzędziowy z regularnego azotku boru ma słabą ciągliwość i wytrzymałość na zginanie. Dlatego narzędzia tokarskie z regularnego azotku boru nie nadają się do obróbki zgrubnej z małą prędkością i dużym obciążeniem udarowym; W przypadku metalu wystąpią silne narosty na krawędzi, które zniszczą obrabianą powierzchnię.
3. Rodzaje, właściwości i charakterystyka ceramicznych materiałów narzędziowych oraz zastosowania narzędzi
Ceramiczne narzędzia skrawające charakteryzują się wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie, doskonałą odpornością na ciepło i stabilnością chemiczną i nie są łatwe do wiązania z metalem. Ceramiczne narzędzia skrawające zajmują bardzo ważne miejsce w obróbce CNC. Ceramiczne narzędzia skrawające stały się jednym z głównych narzędzi skrawających do szybkiego cięcia i obróbki materiałów trudnych w obróbce. Ceramiczne narzędzia skrawające są szeroko stosowane w cięciu z dużą prędkością, cięciu na sucho, cięciu twardym i cięciu materiałów trudnych w obróbce. Noże ceramiczne mogą wydajnie przetwarzać materiały o wysokiej twardości, których tradycyjne noże w ogóle nie są w stanie przetwarzać, i realizują „zastąpienie szlifowania samochodem”; optymalna prędkość skrawania noży ceramicznych może być od 2 do 10 razy większa niż w przypadku noży z węglików spiekanych, co znacznie poprawia wydajność produkcji obróbki skrawaniem Głównym surowcem wykorzystywanym w ceramicznych materiałach narzędziowych jest najbardziej rozpowszechniony pierwiastek w skorupie ziemskiej. Dlatego upowszechnienie i zastosowanie narzędzi ceramicznych ma ogromne znaczenie dla poprawy produktywności, obniżenia kosztów obróbki i oszczędności strategicznych metali szlachetnych, a także będzie w dużym stopniu sprzyjać rozwojowi technologii skrawania. postęp.
zdjęcie
⑴ Rodzaje ceramicznych materiałów narzędziowych
Rodzaje ceramicznych materiałów narzędziowych można ogólnie podzielić na trzy kategorie: ceramika na bazie tlenku glinu, ceramika na bazie azotku krzemu i kompozytowa ceramika na bazie azotku krzemu i tlenku glinu. Wśród nich najczęściej stosowane są ceramiczne materiały narzędziowe na bazie tlenku glinu i azotku krzemu. Wydajność ceramiki na bazie azotku krzemu jest lepsza niż ceramiki na bazie tlenku glinu.
⑵ Wydajność i charakterystyka ceramicznych narzędzi skrawających
Charakterystyka wydajności ceramicznych narzędzi skrawających jest następująca:
① Wysoka twardość i dobra odporność na zużycie: Chociaż twardość narzędzi ceramicznych nie jest tak wysoka jak w przypadku PCD i PCBN, jest znacznie wyższa niż w przypadku narzędzi z węglika spiekanego i narzędzi ze stali szybkotnącej, osiągając 93-95 HRA. Narzędzia ceramiczne mogą przetwarzać materiały o wysokiej twardości, które są trudne do obróbki tradycyjnymi narzędziami i nadają się do cięcia z dużą prędkością i twardego cięcia.
② Odporność na wysoką temperaturę i dobra odporność na ciepło: narzędzia ceramiczne mogą nadal ciąć w wysokich temperaturach powyżej 1200 stopni. Noże ceramiczne mają dobre właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach, a odporność na utlenianie noży ceramicznych A12O3 jest szczególnie dobra. Nawet jeśli krawędź tnąca jest rozpalona do czerwoności, można jej używać w sposób ciągły. Dlatego narzędzia ceramiczne mogą osiągnąć cięcie na sucho, co może zaoszczędzić płyn tnący.
③ Dobra stabilność chemiczna: ceramiczne narzędzia skrawające nie są łatwe do wiązania z metalem, są odporne na korozję i stabilne chemicznie, co może zmniejszyć zużycie narzędzi skrawających.
④ Niski współczynnik tarcia: powinowactwo między ceramicznymi narzędziami skrawającymi a metalem jest niewielkie, a współczynnik tarcia jest niski, co może zmniejszyć siłę skrawania i temperaturę skrawania.
⑶ Zastosowanie noży ceramicznych
Ceramika jest jednym z materiałów narzędziowych stosowanych głównie do obróbki wykańczającej i półwykańczającej z dużą prędkością. Ceramiczne narzędzia skrawające nadają się do cięcia wszelkiego rodzaju żeliwa (żeliwo szare, sferoidalne, żeliwo ciągliwe, żeliwo utwardzone, żeliwo wysokostopowe trudnościeralne) oraz stali (stal konstrukcyjna węglowa, stal konstrukcyjna stopowa, stal o wysokiej wytrzymałości , stal wysokomanganowa, stal hartowana itp.), mogą być również używane do cięcia stopów miedzi, grafitu, tworzyw konstrukcyjnych i materiałów kompozytowych.
Występują problemy z niską wytrzymałością na zginanie i słabą udarnością w działaniu ceramicznych materiałów narzędziowych, które nie nadają się do skrawania przy małej prędkości i obciążeniu udarowym.
zdjęcie
4. Właściwości i charakterystyka powlekanych materiałów na narzędzia skrawające oraz zastosowanie narzędzi skrawających
Powlekanie narzędzia jest jednym z ważnych sposobów poprawy wydajności narzędzia. Pojawienie się powlekanych narzędzi skrawających przyniosło znaczący przełom w wydajności skrawania narzędzi skrawających. Powlekane narzędzie jest powlekane jedną lub kilkoma warstwami związku ogniotrwałego o dobrej odporności na ścieranie na twardszym korpusie narzędzia, który łączy podłoże narzędzia z twardą powłoką, dzięki czemu znacznie poprawia się wydajność narzędzia. Powlekane narzędzia skrawające mogą poprawić wydajność obróbki, poprawić dokładność obróbki, wydłużyć żywotność narzędzia i obniżyć koszty obróbki.
Około 80 procent narzędzi skrawających używanych w nowych obrabiarkach CNC wykorzystuje narzędzia powlekane. Powlekane narzędzia skrawające będą w przyszłości najważniejszą odmianą narzędzi w dziedzinie obróbki CNC.
zdjęcie
⑴ Rodzaje narzędzi powlekanych
Według różnych metod powlekania narzędzia powlekane można podzielić na narzędzia powlekane przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) i narzędzia powlekane przez fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD). Narzędzia z węglika powlekanego zazwyczaj wykorzystują chemiczne osadzanie z fazy gazowej, a temperatura osadzania wynosi około 1000 stopni. Powlekane narzędzia ze stali szybkotnącej na ogół wykorzystują fizyczne osadzanie z fazy gazowej, a temperatura osadzania wynosi około 500 stopni;
Zgodnie z różnymi materiałami podłoża narzędzi powlekanych, narzędzia powlekane można podzielić na narzędzia powlekane węglikiem, narzędzia powlekane stalą szybkotnącą oraz narzędzia powlekane na ceramice i materiałach supertwardych (diament i regularny azotek boru).
W zależności od rodzaju materiału powlekającego narzędzia powlekane można podzielić na dwie kategorie, a mianowicie narzędzia powlekane „twardo” i narzędzia powlekane „miękko”. Głównymi celami realizowanymi przez narzędzia z powłoką „twardą” jest wysoka twardość i odporność na ścieranie. Jej głównymi zaletami są wysoka twardość i dobra odporność na ścieranie, typowo powłoki TiC i TiN. Celem narzędzi do „miękkiego” powlekania jest niski współczynnik tarcia, zwany także narzędziami samosmarującymi, oraz jego tarcie o materiał obrabiany. Współczynnik jest bardzo niski, tylko około 0,1, co może zmniejszyć klejenie, zmniejszają tarcie, zmniejszają siłę skrawania i temperaturę skrawania.
Niedawno opracowano narzędzie do nanopowłok (Nanoeoating). To powlekane narzędzie może wykorzystywać różne kombinacje różnych materiałów powłokowych (takich jak metal/metal, metal/ceramika, ceramika/ceramika itp.), aby spełnić różne wymagania funkcjonalne i wydajnościowe. Odpowiednio zaprojektowana nanopowłoka może sprawić, że materiał narzędzia będzie miał doskonałe właściwości przeciwcierne i przeciwzużyciowe oraz właściwości samosmarujące, co jest odpowiednie do szybkiego cięcia na sucho.
⑵ Charakterystyka narzędzi powlekanych
Charakterystyki użytkowe narzędzi powlekanych przedstawiają się następująco:
① Dobra wydajność mechaniczna i tnąca: narzędzia powlekane łączą doskonałe właściwości materiału podstawowego i materiału powłokowego, który nie tylko utrzymuje dobrą ciągliwość i wysoką wytrzymałość podstawy
Połączenie zaawansowanego sprzętu do obróbki i wysokowydajnych narzędzi skrawających CNC może w pełni wykorzystać jego należytą wydajność i osiągnąć dobre korzyści ekonomiczne. Wraz z szybkim rozwojem materiałów narzędzi skrawających, różne nowe materiały narzędzi skrawających znacznie poprawiły swoje właściwości fizyczne, mechaniczne i wydajność skrawania, a zakres ich zastosowań również stale się rozszerza.
zdjęcie
1. Materiały narzędziowe powinny mieć podstawowe właściwości
the
Wybór materiału narzędziowego ma ogromny wpływ na trwałość narzędzia, wydajność obróbki, jakość obróbki i koszt obróbki. Podczas cięcia narzędzie musi wytrzymać działanie wysokiego ciśnienia, wysokiej temperatury, tarcia, wstrząsów i wibracji. Dlatego materiał narzędziowy powinien mieć następujące podstawowe właściwości:
(1) Twardość i odporność na zużycie. Twardość materiału narzędzia musi być wyższa niż materiału przedmiotu obrabianego, na ogół powyżej 60 HRC. Im twardszy materiał narzędzia, tym lepsza odporność na zużycie.
(2) Siła i wytrzymałość. Materiały narzędziowe powinny charakteryzować się dużą wytrzymałością i ciągliwością, aby wytrzymać siły skrawania, wstrząsy i wibracje oraz zapobiegać kruchemu pękaniu i odpryskiwaniu narzędzi.
(3) Odporność na ciepło. Odporność cieplna materiału narzędzia jest lepsza, może wytrzymać wysoką temperaturę skrawania i ma dobrą odporność na utlenianie.
(4) Wydajność procesu i ekonomia. Materiały narzędziowe powinny mieć dobrą wydajność kucia, wydajność obróbki cieplnej, wydajność spawania, wydajność szlifowania itp. I powinny zapewniać wysoki stosunek wydajności do ceny.
2. Rodzaje, właściwości, charakterystyka i zastosowania materiałów narzędziowych
1. Rodzaje, właściwości i charakterystyka diamentowych materiałów narzędziowych oraz zastosowania narzędzi
Diament jest alotropem węgla i jest najtwardszym materiałem występującym w przyrodzie. Narzędzia diamentowe mają wysoką twardość, wysoką odporność na zużycie i wysoką przewodność cieplną i są szeroko stosowane w obróbce metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych. Zwłaszcza w przypadku szybkiego skrawania aluminium i stopów krzemowo-aluminiowych narzędzia diamentowe są głównym rodzajem narzędzi skrawających, które są trudne do zastąpienia. Narzędzia diamentowe, które mogą osiągnąć wysoką wydajność, wysoką stabilność i długą żywotność obróbki, są niezbędnymi i ważnymi narzędziami w nowoczesnej obróbce CNC.
zdjęcie
⑴ Rodzaje narzędzi diamentowych
① Narzędzie z naturalnego diamentu: Naturalny diament jest używany jako narzędzie tnące od setek lat. Narzędzie z naturalnego monokrystalicznego diamentu zostało drobno oszlifowane, a krawędź tnąca może być bardzo ostra. Promień krawędzi skrawającej może osiągnąć 0,002 μm, co umożliwia wykonywanie ultracienkich cięć i może to być uznane, idealne i niezastąpione ultraprecyzyjne narzędzie do obróbki skrawaniem o wyjątkowo wysokiej precyzji przedmiotu obrabianego i wyjątkowo niskiej chropowatości powierzchni.
② Narzędzie diamentowe PCD: naturalny diament jest drogi, a diament polikrystaliczny (PCD) jest szeroko stosowany w cięciu. Od wczesnych lat 70-tych opracowywano diament polikrystaliczny (diament polikrystaliczny, w skrócie PCD). Po sukcesie narzędzia z naturalnego diamentu były wielokrotnie zastępowane sztucznym diamentem polikrystalicznym. Surowiec PCD jest bogaty w źródła, a jego cena to zaledwie kilka dziesiątych do jednej dziesiątej diamentów naturalnych.
Narzędzia PCD nie mogą szlifować bardzo ostrych krawędzi, a jakość powierzchni obrabianych przedmiotów nie jest tak dobra, jak w przypadku naturalnego diamentu. Wytwarzanie płytek PCD z łamaczami wiórów w przemyśle nie jest wygodne. Dlatego PCD może być używany tylko do precyzyjnego cięcia metali nieżelaznych i niemetali, a uzyskanie ultraprecyzyjnego lustrzanego cięcia jest trudne.
③ Narzędzia diamentowe CVD: Od późnych lat 70-tych do wczesnych 80-tych technologia diamentowa CVD pojawiła się w Japonii. Diament CVD odnosi się do syntezy warstwy diamentowej na niejednorodnych podłożach (takich jak węglik spiekany, ceramika itp.) przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD). Diament CVD ma dokładnie taką samą strukturę i właściwości jak diament naturalny.
Wydajność diamentu CVD jest bardzo zbliżona do wydajności diamentu naturalnego i ma zalety naturalnego diamentu monokrystalicznego i diamentu polikrystalicznego (PCD) i do pewnego stopnia przezwycięża ich wady.
⑵ Charakterystyka wydajności narzędzi diamentowych
① Niezwykle wysoka twardość i odporność na zużycie: Naturalny diament jest najtwardszą substancją występującą w przyrodzie. Diament ma wyjątkowo wysoką odporność na zużycie. Podczas obróbki materiałów o wysokiej twardości żywotność narzędzi diamentowych jest od 10 do 100 razy większa niż narzędzi z węglików spiekanych, a nawet setki razy.
② Ma bardzo niski współczynnik tarcia: współczynnik tarcia między diamentem a niektórymi metalami nieżelaznymi jest niższy niż w przypadku innych narzędzi skrawających, współczynnik tarcia jest niski, odkształcenie podczas obróbki jest niewielkie, a siła skrawania może być zredukowanym.
③ Krawędź tnąca jest bardzo ostra: krawędź tnąca narzędzi diamentowych może być ostrzona, a narzędzie z naturalnego monokrystalicznego diamentu może mieć wysokość nawet 0.002-0.008μm, co może być używane do ultra -cienkie cięcie i ultra-precyzyjna obróbka.
④ Ma wysoką przewodność cieplną: diament ma wysoką przewodność cieplną i dyfuzyjność cieplną, ciepło skrawania jest łatwo rozpraszane, a temperatura części tnącej narzędzia jest niska.
⑤ Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej: Współczynnik rozszerzalności cieplnej diamentu jest kilkakrotnie mniejszy niż w przypadku węglika spiekanego, a zmiana rozmiaru narzędzia spowodowana ciepłem skrawania jest bardzo mała, co jest szczególnie ważne w przypadku precyzyjnej i ultraprecyzyjnej obróbki, która wymaga dużej dokładność wymiarowa.
⑶ Zastosowanie narzędzi diamentowych
Narzędzia diamentowe są najczęściej używane do precyzyjnego cięcia i wytaczania metali nieżelaznych i materiałów niemetalicznych z dużą prędkością. Nadaje się do przetwarzania różnych odpornych na zużycie niemetali, takich jak półfabrykaty z metalurgii proszków FRP, materiały ceramiczne itp .; różne odporne na zużycie metale nieżelazne, takie jak różne stopy krzemowo-aluminiowe; różne obróbki wykończeniowe metali nieżelaznych.
Wadą narzędzi diamentowych jest ich słaba stabilność termiczna. Gdy temperatura cięcia przekroczy 700 stopni do 800 stopni, całkowicie straci swoją twardość; ponadto nie nadaje się do cięcia metali żelaznych, ponieważ diament (węgiel) łatwo łączy się z żelazem w wysokich temperaturach. Działanie atomowe przekształca atomy węgla w strukturę grafitu, a narzędzie łatwo ulega uszkodzeniu.
2. Rodzaje, właściwości i charakterystyka materiałów narzędziowych z regularnego azotku boru oraz zastosowania narzędzi
Sześcienny azotek boru (CBN), drugi supertwardy materiał syntetyzowany metodą podobną do diamentu, ustępuje jedynie diamentowi pod względem twardości i przewodności cieplnej. Ma doskonałą stabilność termiczną i może być ogrzewany do 10,{1}} stopni w atmosferze. Utlenianie nie występuje. CBN ma niezwykle stabilne właściwości chemiczne dla metali żelaznych i może być szeroko stosowany w obróbce wyrobów stalowych.
zdjęcie
⑴ Rodzaje narzędzi skrawających z regularnego azotku boru
Sześcienny azotek boru (CBN) jest substancją, która nie występuje w przyrodzie. Można go podzielić na monokrystaliczny i polikrystaliczny, to znaczy monokrystaliczny CBN i polikrystaliczny sześcienny azotek boru (polikrystaliczny sześcienny azotek boru, określany jako PCBN). CBN jest jednym z izomerów azotku boru (BN), a swoją budową przypomina diament.
PCBN (polikrystaliczny sześcienny azotek boru) to materiał polikrystaliczny, który spieka drobne materiały CBN poprzez fazę wiązania (TiC, TiN, Al, Ti itp.) w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Diamentowy materiał narzędziowy, on i diament wspólnie określane jako supertwardy materiał narzędziowy. PCBN jest używany głównie do produkcji noży lub innych narzędzi.
Narzędzia PCBN można podzielić na wkładki integralne PCBN oraz wkładki kompozytowe PCBN spiekane węglikiem spiekanym.
Wkładki kompozytowe PCBN powstają poprzez spiekanie warstwy PCBN o grubości od {{0}},5 do 1,0mm na węgliku spiekanym o dobrej wytrzymałości i ciągliwości. Jego wydajność ma zarówno dobrą wytrzymałość, jak i wysoką twardość i odporność na zużycie. Problemy małej wytrzymałości na zginanie i trudności w spawaniu płytek CBN zostały rozwiązane.
⑵ Główne właściwości i właściwości regularnego azotku boru
Chociaż twardość sześciennego azotku boru jest nieco gorsza niż diamentu, jest znacznie wyższa niż innych materiałów o wysokiej twardości. Wyjątkową zaletą CBN jest to, że jego stabilność termiczna jest znacznie wyższa niż w przypadku diamentu, który może osiągnąć temperaturę powyżej 1200 stopni (700-800 stopni w przypadku diamentu). reakcja. Główne cechy użytkowe regularnego azotku boru są następujące.
① Wysoka twardość i odporność na zużycie: struktura krystaliczna CBN jest podobna do diamentu i ma podobną twardość i wytrzymałość do diamentu. PCBN jest szczególnie odpowiedni do obróbki materiałów o wysokiej twardości, które wcześniej mogły być szlifowane, i pozwala uzyskać lepszą jakość powierzchni przedmiotów obrabianych.
② Wysoka stabilność termiczna: Odporność cieplna CBN może osiągnąć 1400-1500 stopień, czyli prawie 1 razy więcej niż diament (700-800 stopień). Narzędzia PCBN mogą ciąć stopy żaroodporne i stale hartowane z prędkością od 3 do 5 razy większą niż narzędzia z węglików spiekanych.
③Doskonała stabilność chemiczna: nie wchodzi w interakcje chemiczne z materiałami na bazie żelaza w stopniu 1200-1300 i nie zużywa się tak ostro jak diament, i nadal może w tym czasie zachować twardość węglika spiekanego; Narzędzia PCBN nadają się do cięcia części ze stali hartowanej i schłodzonego żeliwa, mogą być szeroko stosowane do szybkiego cięcia żeliwa.
④ Dobra przewodność cieplna: Chociaż przewodność cieplna CBN nie jest tak dobra jak diamentu, przewodność cieplna PCBN ustępuje tylko diamentowi wśród różnych materiałów narzędziowych i jest znacznie wyższa niż przewodność cieplna stali szybkotnącej i węglika spiekanego.
⑤ Niski współczynnik tarcia: Niski współczynnik tarcia może zmniejszyć siłę skrawania podczas cięcia, obniżyć temperaturę skrawania i poprawić jakość obrabianej powierzchni.
⑶ Zastosowanie narzędzi z regularnego azotku boru
Sześcienny azotek boru nadaje się do wykańczania różnych trudnych do cięcia materiałów, takich jak stal hartowana, twarde żeliwo, stop wysokotemperaturowy, stop twardy i materiały do natryskiwania powierzchni. Dokładność obróbki może osiągnąć IT5 (otwór to IT6), a chropowatość powierzchni może być tak mała jak Ra1.25-0,20μm.
Materiał narzędziowy z regularnego azotku boru ma słabą ciągliwość i wytrzymałość na zginanie. Dlatego narzędzia tokarskie z regularnego azotku boru nie nadają się do obróbki zgrubnej z małą prędkością i dużym obciążeniem udarowym; W przypadku metalu wystąpią silne narosty na krawędzi, które zniszczą obrabianą powierzchnię.
3. Rodzaje, właściwości i charakterystyka ceramicznych materiałów narzędziowych oraz zastosowania narzędzi
Ceramiczne narzędzia skrawające charakteryzują się wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie, doskonałą odpornością na ciepło i stabilnością chemiczną i nie są łatwe do wiązania z metalem. Ceramiczne narzędzia skrawające zajmują bardzo ważne miejsce w obróbce CNC. Ceramiczne narzędzia skrawające stały się jednym z głównych narzędzi skrawających do szybkiego cięcia i obróbki materiałów trudnych w obróbce. Ceramiczne narzędzia skrawające są szeroko stosowane w cięciu z dużą prędkością, cięciu na sucho, cięciu twardym i cięciu materiałów trudnych w obróbce. Noże ceramiczne mogą wydajnie przetwarzać materiały o wysokiej twardości, których tradycyjne noże w ogóle nie są w stanie przetwarzać, i realizują „zastąpienie szlifowania samochodem”; optymalna prędkość skrawania noży ceramicznych może być od 2 do 10 razy większa niż w przypadku noży z węglików spiekanych, co znacznie poprawia wydajność produkcji obróbki skrawaniem Głównym surowcem wykorzystywanym w ceramicznych materiałach narzędziowych jest najbardziej rozpowszechniony pierwiastek w skorupie ziemskiej. Dlatego upowszechnienie i zastosowanie narzędzi ceramicznych ma ogromne znaczenie dla poprawy produktywności, obniżenia kosztów obróbki i oszczędności strategicznych metali szlachetnych, a także będzie w dużym stopniu sprzyjać rozwojowi technologii skrawania. postęp.
zdjęcie
⑴ Rodzaje ceramicznych materiałów narzędziowych
Rodzaje ceramicznych materiałów narzędziowych można ogólnie podzielić na trzy kategorie: ceramika na bazie tlenku glinu, ceramika na bazie azotku krzemu i kompozytowa ceramika na bazie azotku krzemu i tlenku glinu. Wśród nich najczęściej stosowane są ceramiczne materiały narzędziowe na bazie tlenku glinu i azotku krzemu. Wydajność ceramiki na bazie azotku krzemu jest lepsza niż ceramiki na bazie tlenku glinu.
⑵ Wydajność i charakterystyka ceramicznych narzędzi skrawających
Charakterystyka wydajności ceramicznych narzędzi skrawających jest następująca:
① Wysoka twardość i dobra odporność na zużycie: Chociaż twardość narzędzi ceramicznych nie jest tak wysoka jak w przypadku PCD i PCBN, jest znacznie wyższa niż w przypadku narzędzi z węglika spiekanego i narzędzi ze stali szybkotnącej, osiągając 93-95 HRA. Narzędzia ceramiczne mogą przetwarzać materiały o wysokiej twardości, które są trudne do obróbki tradycyjnymi narzędziami i nadają się do cięcia z dużą prędkością i twardego cięcia.
② Odporność na wysoką temperaturę i dobra odporność na ciepło: narzędzia ceramiczne mogą nadal ciąć w wysokich temperaturach powyżej 1200 stopni. Noże ceramiczne mają dobre właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach, a odporność na utlenianie noży ceramicznych A12O3 jest szczególnie dobra. Nawet jeśli krawędź tnąca jest rozpalona do czerwoności, można jej używać w sposób ciągły. Dlatego narzędzia ceramiczne mogą osiągnąć cięcie na sucho, co może zaoszczędzić płyn tnący.
③ Dobra stabilność chemiczna: ceramiczne narzędzia skrawające nie są łatwe do wiązania z metalem, są odporne na korozję i stabilne chemicznie, co może zmniejszyć zużycie narzędzi skrawających.
④ Niski współczynnik tarcia: powinowactwo między ceramicznymi narzędziami skrawającymi a metalem jest niewielkie, a współczynnik tarcia jest niski, co może zmniejszyć siłę skrawania i temperaturę skrawania.
⑶ Zastosowanie noży ceramicznych
Ceramika jest jednym z materiałów narzędziowych stosowanych głównie do obróbki wykańczającej i półwykańczającej z dużą prędkością. Ceramiczne narzędzia skrawające nadają się do cięcia wszelkiego rodzaju żeliwa (żeliwo szare, sferoidalne, żeliwo ciągliwe, żeliwo utwardzone, żeliwo wysokostopowe trudnościeralne) oraz stali (stal konstrukcyjna węglowa, stal konstrukcyjna stopowa, stal o wysokiej wytrzymałości , stal wysokomanganowa, stal hartowana itp.), mogą być również używane do cięcia stopów miedzi, grafitu, tworzyw konstrukcyjnych i materiałów kompozytowych.
Występują problemy z niską wytrzymałością na zginanie i słabą udarnością w działaniu ceramicznych materiałów narzędziowych, które nie nadają się do skrawania przy małej prędkości i obciążeniu udarowym.
zdjęcie
4. Właściwości i charakterystyka powlekanych materiałów na narzędzia skrawające oraz zastosowanie narzędzi skrawających
Powlekanie narzędzia jest jednym z ważnych sposobów poprawy wydajności narzędzia. Pojawienie się powlekanych narzędzi skrawających przyniosło znaczący przełom w wydajności skrawania narzędzi skrawających. Powlekane narzędzie jest powlekane jedną lub kilkoma warstwami związku ogniotrwałego o dobrej odporności na ścieranie na twardszym korpusie narzędzia, który łączy podłoże narzędzia z twardą powłoką, dzięki czemu znacznie poprawia się wydajność narzędzia. Powlekane narzędzia skrawające mogą poprawić wydajność obróbki, poprawić dokładność obróbki, wydłużyć żywotność narzędzia i obniżyć koszty obróbki.
Około 80 procent narzędzi skrawających używanych w nowych obrabiarkach CNC wykorzystuje narzędzia powlekane. Powlekane narzędzia skrawające będą w przyszłości najważniejszą odmianą narzędzi w dziedzinie obróbki CNC.
zdjęcie
⑴ Rodzaje narzędzi powlekanych
Według różnych metod powlekania narzędzia powlekane można podzielić na narzędzia powlekane przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) i narzędzia powlekane przez fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD). Narzędzia z węglika powlekanego zazwyczaj wykorzystują chemiczne osadzanie z fazy gazowej, a temperatura osadzania wynosi około 1000 stopni. Powlekane narzędzia ze stali szybkotnącej na ogół wykorzystują fizyczne osadzanie z fazy gazowej, a temperatura osadzania wynosi około 500 stopni;
Zgodnie z różnymi materiałami podłoża narzędzi powlekanych, narzędzia powlekane można podzielić na narzędzia powlekane węglikiem, narzędzia powlekane stalą szybkotnącą oraz narzędzia powlekane na ceramice i materiałach supertwardych (diament i regularny azotek boru).
W zależności od rodzaju materiału powlekającego narzędzia powlekane można podzielić na dwie kategorie, a mianowicie narzędzia powlekane „twardo” i narzędzia powlekane „miękko”. Głównymi celami realizowanymi przez narzędzia z powłoką „twardą” jest wysoka twardość i odporność na ścieranie. Jej głównymi zaletami są wysoka twardość i dobra odporność na ścieranie, typowo powłoki TiC i TiN. Celem narzędzi do „miękkiego” powlekania jest niski współczynnik tarcia, zwany także narzędziami samosmarującymi, oraz jego tarcie o materiał obrabiany. Współczynnik jest bardzo niski, tylko około 0,1, co może zmniejszyć klejenie, zmniejszają tarcie, zmniejszają siłę skrawania i temperaturę skrawania.
Niedawno opracowano narzędzie do nanopowłok (Nanoeoating). To powlekane narzędzie może wykorzystywać różne kombinacje różnych materiałów powłokowych (takich jak metal/metal, metal/ceramika, ceramika/ceramika itp.), aby spełnić różne wymagania funkcjonalne i wydajnościowe. Odpowiednio zaprojektowana nanopowłoka może sprawić, że materiał narzędzia będzie miał doskonałe właściwości przeciwcierne i przeciwzużyciowe oraz właściwości samosmarujące, co jest odpowiednie do szybkiego cięcia na sucho.
⑵ Charakterystyka narzędzi powlekanych
Charakterystyki użytkowe narzędzi powlekanych przedstawiają się następująco:
① Dobra wydajność mechaniczna i tnąca: narzędzia powlekane łączą doskonałe właściwości materiału podstawowego i materiału powłokowego, który nie tylko utrzymuje dobrą ciągliwość i wysoką wytrzymałość podstawy
