Połączenie zaawansowanego sprzętu do obróbki i wysokowydajnych narzędzi skrawających CNC może w pełni wykorzystać swoją należną wydajność i osiągnąć dobre korzyści ekonomiczne. Wraz z szybkim rozwojem materiałów narzędzi skrawających, różne nowe rodzaje materiałów narzędzi skrawających znacznie poprawiły swoje właściwości fizyczne, mechaniczne i skrawające, a zakres ich zastosowań również stale się poszerza.
1. Podstawowe właściwości, jakie powinny posiadać materiały narzędzi skrawających
Dobór materiałów narzędziowych ma istotny wpływ na trwałość narzędzia, wydajność obróbki, jakość obróbki oraz koszty obróbki. Narzędzie tnące musi wytrzymać wysokie ciśnienie, wysoką temperaturę, tarcie, uderzenia i wibracje podczas cięcia. Dlatego materiały narzędziowe powinny mieć następujące podstawowe właściwości:
(1) Twardość i odporność na zużycie. Twardość materiału narzędzia musi być wyższa niż materiału przedmiotu obrabianego, ogólnie wymagając twardości powyżej 60 HRC. Im wyższa twardość materiału narzędzia, tym lepsza jego odporność na zużycie.
(2) Siła i wytrzymałość. Materiał narzędzia powinien charakteryzować się dużą wytrzymałością i ciągliwością, aby wytrzymać siły skrawania, uderzenia i wibracje oraz zapobiegać kruchemu pękaniu i załamywaniu się krawędzi narzędzia.
(3) Odporność na ciepło. Materiał narzędzia ma dobrą odporność na ciepło, może wytrzymać wysokie temperatury skrawania i ma dobrą odporność na utlenianie.
(4) Wydajność procesu i ekonomia. Materiał narzędzia powinien mieć dobrą wydajność kucia, wydajność obróbki cieplnej i wydajność spawania; Wydajność przetwarzania szlifowania i dążenie do wysokiego stosunku wydajności do ceny.
2. Rodzaje, właściwości, charakterystyka i zastosowania materiałów narzędzi skrawających
A. Rodzaje, właściwości, charakterystyka i zastosowania narzędziowe diamentowych materiałów narzędziowych
Diament jest alotropem węgla i jest najtwardszym materiałem występującym w przyrodzie. Diamentowe narzędzia tnące mają wysoką twardość, odporność na zużycie i przewodność cieplną i są szeroko stosowane w obróbce materiałów nieżelaznych i niemetalicznych. Narzędzia diamentowe są głównymi odmianami narzędzi skrawających, które są trudne do zastąpienia, szczególnie w przypadku szybkiego skrawania aluminium i stopów aluminium z krzemem. Diamentowe narzędzia skrawające, które mogą osiągnąć wysoką wydajność, wysoką stabilność i długą żywotność, są niezbędnymi i ważnymi narzędziami w nowoczesnej obróbce CNC.
2. Rodzaje, właściwości, charakterystyka i zastosowania narzędziowe materiałów narzędziowych z regularnego azotku boru
Drugi rodzaj supertwardego materiału, sześcienny azotek boru (CBN), syntetyzowany metodą podobną do metody wytwarzania diamentu, ustępuje jedynie diamentowi pod względem twardości i przewodności cieplnej. Ma doskonałą stabilność termiczną i nie utlenia się po podgrzaniu do 10000 stopni w atmosferze. CBN
ma wyjątkowo stabilne właściwości chemiczne dla metali żelaznych i może być szeroko stosowany w obróbce wyrobów stalowych.
3. Rodzaj, właściwości użytkowe i właściwości ceramicznych materiałów narzędziowych oraz zastosowanie narzędzi
Ceramiczne narzędzia skrawające charakteryzują się wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie, doskonałą odpornością na ciepło i stabilność chemiczną oraz nie są łatwe do wiązania z metalem. Narzędzia ceramiczne odgrywają bardzo ważną rolę w obróbce NC. Narzędzia ceramiczne stały się jednym z głównych narzędzi do szybkiego skrawania i obróbki trudnych materiałów. Narzędzia ceramiczne są szeroko stosowane w cięciu z dużą prędkością, cięciu na sucho, twardym cięciu i trudnych do cięcia materiałach. Narzędzia ceramiczne mogą wydajnie przetwarzać materiały o wysokiej twardości, których nie można obrabiać tradycyjnymi narzędziami, realizując „toczenie zamiast szlifowania”; Optymalna prędkość skrawania narzędzi ceramicznych może być 2 ~ 10 razy wyższa niż w przypadku narzędzi z węglika spiekanego, co znacznie poprawia wydajność produkcji cięcia; Głównymi surowcami używanymi do ceramicznych materiałów narzędziowych są najbardziej rozpowszechnione pierwiastki w skorupie. Dlatego też promocja i stosowanie narzędzi ceramicznych ma ogromne znaczenie dla poprawy produktywności, obniżenia kosztów obróbki i oszczędzania strategicznych metali szlachetnych, a także będzie znacznie wspierać postęp technologii skrawania.
4. Właściwości użytkowe i właściwości powlekanych materiałów narzędziowych oraz zastosowanie narzędzi
Powlekanie narzędzia jest jednym z ważnych sposobów poprawy jego wydajności. Pojawienie się powlekanych narzędzi skrawających spowodowało znaczący przełom w ich wydajności skrawania. Powlekane narzędzia skrawające są powlekane jedną lub kilkoma warstwami związków ogniotrwałych o dobrej odporności na ścieranie na korpusie narzędzia o dobrej ciągliwości. Łączą matrycę narzędzia z twardą powłoką, znacznie poprawiając w ten sposób 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. Narzędzia powlekane będą w przyszłości najważniejszą odmianą narzędzi w dziedzinie obróbki CNC.
5. Rodzaje, właściwości, charakterystyka i zastosowania twardych stopów narzędzi skrawających
Narzędzia skrawające ze stopów twardych, w szczególności narzędzia skrawające ze stopów twardych, są wiodącymi produktami narzędzi do obróbki CNC. Od lat 80. XX wieku różne typy zintegrowanych i wymiennych narzędzi skrawających lub ostrzy ze stopów twardych rozszerzyły się na różne dziedziny narzędzi skrawających. Wśród nich wymienne narzędzia skrawające ze stopów twardych rozszerzyły się od prostych narzędzi do toczenia i frezowania powierzchni do różnych precyzyjnych, złożonych i formowanych narzędzi.
Rodzaje narzędzi skrawających ze stopów twardych
Zgodnie z głównym składem chemicznym twarde stopy można podzielić na twarde stopy na bazie węglika wolframu i twarde stopy na bazie węglika tytanu (TiC (N).
Węgliki spiekane na bazie węglika wolframu obejmują kobalt wolframu (YG), tytan kobaltu wolframu (YT) i rzadki dodatek węglika (YW). Mają swoje zalety i wady. Głównymi składnikami są węglik wolframu (WC), węglik tytanu (TiC), węglik tantalu (TaC), węglik niobu (NbC) itp. Wspólną fazą wiążącą metal jest Co.
Twarde stopy na bazie węgla (azotu) tytanu to twarde stopy z TiC jako głównym składnikiem (niektóre z dodatkiem innych węglików lub azotków), a powszechnie stosowanymi fazami wiążącymi metale są Mo i Ni.
ISO (Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna) dzieli cięcie twardych stopów na trzy kategorie:
Klasa K, w tym Kl0-K40, jest odpowiednikiem klasy YG w Chinach (składającej się głównie z WC Co).
Klasa P, w tym P01 do P50, jest odpowiednikiem klasy YT w Chinach (składającej się głównie z WC TiC Co).
Klasa M, w tym M10 do M40, jest odpowiednikiem klasy YW w Chinach (składającej się głównie z WC TiC TaC (NbC) Co).
Każda marka reprezentuje serię stopów od wysokiej twardości do maksymalnej wytrzymałości z numerami od 01 do 50.
6. Rodzaje, charakterystyka i zastosowania narzędzi skrawających ze stali szybkotnącej
Stal szybkotnąca (HSS) to rodzaj wysokostopowej stali narzędziowej, która zawiera dużą ilość pierwiastków stopowych, takich jak W, Mo, Cr i V. Narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej mają doskonałe wszechstronne właściwości pod względem wytrzymałości, udarności i przetwarzalność. W złożonych narzędziach skrawających, zwłaszcza do produkcji narzędzi do obróbki otworów, narzędzi frezarskich, narzędzi do gwintowania, przeciągaczy, narzędzi skrawających do kół zębatych i innych narzędzi skrawających o złożonych krawędziach, stal szybkotnąca nadal zajmuje główną pozycję. Narzędzia ze stali szybkotnącej łatwo szlifują ostre krawędzie tnące.
Według różnych celów stal szybkotnącą można podzielić na stal szybkotnącą ogólnego przeznaczenia i stal szybkotnącą o wysokiej wydajności.
(1) Uniwersalne narzędzia do cięcia stali szybkotnącej
Uniwersalna stal szybkotnąca. Ogólnie można go podzielić na dwie kategorie: stal wolframowa i stal wolframowo-molibdenowa. Ten rodzaj stali szybkotnącej zawiera (C) w zakresie od 0,7 procent do 0,9 procent. Zgodnie z różną zawartością wolframu w stali, można ją podzielić na stal wolframową zawierającą 12 procent lub 18 procent W, stal molibdenową wolframu zawierającą 6 procent lub 8 procent W oraz stal molibdenową zawierającą 2 procent lub bez W. Uniwersalna stal szybkotnąca ma pewien stopień twardości (63-66HRC) i odporności na zużycie, wysoką wytrzymałość i ciągliwość, dobrą plastyczność i zdolność przetwarzania i jest szeroko stosowany w produkcji różnych złożonych narzędzi skrawających.
① Stal wolframowa: Typowym gatunkiem uniwersalnej stali szybkotnącej ze stali wolframowej jest W18Cr4V (określana jako W18), która ma dobre wszechstronne właściwości i twardość w wysokiej temperaturze 48,5 HRC przy 6000 stopniach. Może być używany do produkcji różnych złożonych narzędzi skrawających. Ma zalety, takie jak dobra ścieralność i mała wrażliwość na odwęglenie, ale ze względu na wysoką zawartość węglików, nierównomierne rozprowadzenie, większe cząstki oraz niską wytrzymałość i udarność.
② Stal wolframowo-molibdenowa: odnosi się do stali szybkotnącej otrzymywanej przez zastąpienie części wolframu w stali wolframowej molibdenem. Typowy gatunek stali wolframowo-molibdenowej to W6Mo5Cr4V2 lub w skrócie M2. Cząstki węglika M2 są drobne i jednolite, mają lepszą wytrzymałość, wytrzymałość i plastyczność w wysokich temperaturach niż W18Cr4V. Innym rodzajem stali wolframowo-molibdenowej jest W9Mo3Cr4V (w skrócie W9), która ma nieco wyższą stabilność termiczną niż stal M2, lepszą wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość niż W6M05Cr4V2 i ma dobrą skrawalność.
(2) Wysokowydajne narzędzia skrawające ze stali szybkotnącej
Wysokowydajna stal szybkotnąca odnosi się do nowego rodzaju stali, który dodaje trochę węgla, wanadu i pierwiastków stopowych, takich jak Co i Al, do składu stali szybkotnącej ogólnego przeznaczenia, poprawiając w ten sposób jej odporność na ciepło i zużycie . Istnieją głównie następujące kategorie:
① Stal szybkotnąca o wysokiej zawartości węgla. Wysokowęglowa stal szybkotnąca (taka jak 95W18Cr4V) ma wysoką twardość w temperaturze pokojowej i wysokich, dzięki czemu nadaje się do produkcji i obróbki zwykłej stali i żeliwa, wierteł, rozwiertaków, gwintowników i frezów o wysokich wymaganiach dotyczących odporności na zużycie lub narzędzia skrawające do obróbki twardszych materiałów. Nie nadaje się do wytrzymania dużych uderzeń.
② Stal szybkotnąca o wysokiej zawartości wanadu. Typowe gatunki, takie jak W12Cr4V4Mo (w skrócie EV4), o zawartości V zwiększonej do 3% ~ 5%, mają dobrą odporność na ścieranie i nadają się do skrawania materiałów o dużym zużyciu narzędzia, takich jak włókno, twarda guma, tworzywa sztuczne, itp., a także może być stosowany do obróbki stali nierdzewnej, stali o wysokiej wytrzymałości, stopu wysokotemperaturowego i innych materiałów.
③ Kobaltowa stal szybkotnąca. Jest to zawierająca kobalt supertwarda stal szybkotnąca o typowym gatunku, takim jak W2Mo9Cr4VCo8 (określana jako M42), która ma wysoką twardość do 69 ~ 70 HRC. Nadaje się do obróbki materiałów trudnych w obróbce, takich jak stal żaroodporna o wysokiej wytrzymałości, stopy żaroodporne, stopy tytanu itp. M42 ma dobrą ścieralność i nadaje się do wykonywania precyzyjnych i złożonych narzędzi skrawających, ale nie nadaje się do praca w warunkach cięcia udarowego.
④ Aluminiowa stal szybkotnąca. Jest to zawierająca aluminium super twarda stal szybkotnąca o typowym gatunku, takim jak W6Mo5Cr4V2Al (w skrócie 501). Twardość w wysokiej temperaturze przy 6000 stopniach osiąga również 54HRC, a wydajność cięcia jest równoważna M42. Nadaje się do produkcji frezów, wierteł, rozwiertaków, frezów do kół zębatych, przeciągaczy itp. I służy do obróbki materiałów, takich jak stal stopowa, stal nierdzewna, stal o wysokiej wytrzymałości i stopy wysokotemperaturowe.
⑤ Super twarda stal szybkotnąca azotowa. Typowy gatunek, taki jak W12M03Cr4V3N, w skrócie (V3N), to supertwarda stal szybkotnąca zawierająca azot o twardości, wytrzymałości i ciągliwości porównywalnej z M42. Może być stosowany jako substytut stali szybkotnącej zawierającej kobalt do obróbki wolnoobrotowej materiałów trudnych w obróbce i precyzyjnej obróbki niskoobrotowej.
(3) Topienie stali szybkotnącej i metalurgii proszków stali szybkotnącej
Zgodnie z różnymi procesami produkcyjnymi stal szybkotnącą można podzielić na stopioną stal szybkotnącą i stal szybkotnącą metalurgii proszków.
① Topienie stali szybkotnącej: Zarówno zwykła stal szybkotnąca, jak i wysokowydajna stal szybkotnąca są wytwarzane metodą topienia. Są one przekształcane w narzędzia skrawające w procesach takich jak wytapianie, odlewanie wlewków oraz powlekanie i walcowanie. Poważnym problemem, który często występuje podczas wytapiania stali szybkotnącej, jest segregacja węglików. Twarde i kruche węgliki są nierównomiernie rozmieszczone w stali szybkotnącej, a wielkość ziarna jest duża (do kilkudziesięciu mikrometrów), co ma niekorzystny wpływ na odporność na ścieranie, udarność i wydajność skrawania narzędzi ze stali szybkotnącej.
② Stal szybkotnąca z metalurgii proszków (PM HSS): Stal szybkotnąca z metalurgii proszków (PM HSS) to stalowa ciecz topiona w piecu indukcyjnym wysokiej częstotliwości. Jest rozpylany pod wysokim ciśnieniem argonem lub czystym gazowym azotem, a następnie hartowany w celu uzyskania drobnej i jednolitej struktury krystalicznej (sproszkowanej stali szybkotnącej). Powstały proszek jest następnie wciskany w półfabrykat narzędzia w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem lub najpierw przetwarzany w stalowy kęs, a następnie kuty i walcowany w kształt narzędzia. W porównaniu ze stalą szybkotnącą wytwarzaną metodą topienia, PM HSS ma zalety drobnych i jednorodnych ziaren węglików, znacznie lepszą wytrzymałość, udarność i odporność na zużycie w porównaniu ze stopioną stalą szybkotnącą. Narzędzia PM HSS będą się dalej rozwijać i zajmować ważne miejsce w dziedzinie złożonych narzędzi CNC. Typowe gatunki, takie jak F15, FR71, GF1, GF2, GF3, PT1, PVN itp., mogą być używane do produkcji wielkogabarytowych, wytrzymałych i odpornych na uderzenia narzędzi skrawających, a także precyzyjnych narzędzi skrawających.
