Поєднання сучасного технологічного обладнання та високопродуктивних ріжучих інструментів з ЧПК може забезпечити належну продуктивність і отримати хороші економічні вигоди. Зі швидким розвитком матеріалів для ріжучих інструментів різні нові матеріали для ріжучих інструментів значно покращили свої фізичні, механічні властивості та ефективність різання, а діапазон їх застосування також продовжує розширюватися.
1. Інструментальні матеріали повинні мати основні властивості
Вибір інструментального матеріалу має великий вплив на термін служби інструменту, ефективність обробки, якість обробки та вартість обробки. Під час різання інструмент повинен витримувати вплив високого тиску, високої температури, тертя, ударів і вібрації. Отже, інструментальний матеріал повинен мати такі основні властивості:
(1) Твердість і зносостійкість. Твердість матеріалу інструменту має бути вищою, ніж матеріал заготовки, як правило, вище 60HRC. Чим твердіший матеріал інструменту, тим краща зносостійкість.
(2) Міцність і міцність. Інструментальні матеріали повинні мати високу міцність і в'язкість, щоб протистояти силам різання, ударам і вібрації, а також запобігати крихкому руйнуванню і сколу інструментів.
(3) Термостійкість. Термостійкість матеріалу інструменту краща, він може витримувати високу температуру різання та має хорошу стійкість до окислення.
(4) Продуктивність та економічність процесу. Інструментальні матеріали повинні мати хороші показники кування, термообробки, зварювання, шліфування тощо, а також повинні прагнути до високого співвідношення продуктивності та ціни.
2. Види, властивості, характеристики та застосування інструментальних матеріалів
1. Види, властивості та характеристики алмазних інструментальних матеріалів та застосування інструменту
Алмаз є алотропом вуглецю, і це найтвердіший матеріал, знайдений у природі. Алмазний інструмент має високу твердість, високу зносостійкість і високу теплопровідність, і широко використовується в обробці кольорових металів і неметалевих матеріалів. Особливо при високошвидкісному різанні алюмінію та кремнієво-алюмінієвих сплавів алмазні інструменти є основними типами ріжучих інструментів, які важко замінити. Алмазні інструменти, які можуть досягти високої ефективності, високої стабільності та довговічності обробки, є незамінними та важливими інструментами в сучасній обробці з ЧПК.
⑴ Види алмазного інструменту
① Інструмент із натурального алмазу: натуральний алмаз використовувався як ріжучий інструмент протягом сотень років. Інструмент з натурального монокристалічного алмазу був тонко відшліфований, і ріжучу кромку можна відточити надзвичайно гостро. Радіус ріжучої кромки може сягати 0,002 мкм, що дозволяє реалізувати надтонке різання та може. Це визнаний, ідеальний і незамінний надточний інструмент для обробки заготовок із надзвичайно високою точністю та надзвичайно низькою шорсткістю поверхні.
② Алмазний інструмент PCD: природний алмаз дорогий, а полікристалічний алмаз (PCD) широко використовується для різання. З початку 1970-х років було розроблено полікристалічний алмаз (скорочено Polycrystauine diamond, PCD). Після успіху природні алмазні інструменти часто замінювалися штучними полікристалічними алмазами. Сировина PCD багата на джерела, і її ціна становить лише кілька десятих до однієї десятої природних алмазів.
Інструменти PCD не можуть шліфувати надзвичайно гострі краї, а якість поверхні оброблених заготовок не така висока, як у природного алмазу. У промисловості незручно виготовляти пластини PCD зі стружколомами. Тому PCD можна використовувати лише для тонкого різання кольорових металів і неметалів, і важко досягти надточного дзеркального різання.
③ Алмазний інструмент CVD: з кінця 1970-х до початку 1980-х років алмазна технологія CVD з’явилася в Японії. CVD-алмаз відноситься до синтезу алмазної плівки на гетерогенних підкладках (таких як цементований карбід, кераміка тощо) шляхом хімічного осадження з парової фази (CVD). Алмаз CVD має точно таку саму структуру та характеристики, що й природний алмаз.
Ефективність CVD-алмазу дуже близька до природного алмазу, і вона має переваги природного монокристалічного алмазу та полікристалічного алмазу (PCD) і певною мірою усуває їхні недоліки.
⑵ Експлуатаційні характеристики алмазного інструменту
① Надзвичайно висока твердість і зносостійкість: природний алмаз є найтвердішою речовиною, знайденою в природі. Алмаз має надзвичайно високу зносостійкість. При обробці матеріалів високої твердості термін служби алмазних інструментів у 10-100 разів перевищує термін служби твердосплавних інструментів або навіть у сотні разів.
② Він має дуже низький коефіцієнт тертя: коефіцієнт тертя між алмазом і деякими кольоровими металами нижчий, ніж у інших ріжучих інструментів, коефіцієнт тертя низький, деформація під час обробки невелика, а сила різання може бути зменшеним.
③ Ріжуча кромка дуже гостра: ріжучу кромку алмазних інструментів можна заточити, а висота природного монокристалічного алмазного інструменту може досягати 0.002-0.008 мкм, що можна використовувати для ультра -тонке різання та надточна обробка.
④ Має високу теплопровідність: алмаз має високу теплопровідність і температуропровідність, тепло від різання легко розсіюється, а температура ріжучої частини інструменту низька.
⑤ Низький коефіцієнт теплового розширення: коефіцієнт теплового розширення алмазу в кілька разів менший, ніж у цементованого карбіду, і зміна розміру інструменту, спричинена нагріванням різання, дуже мала, що особливо важливо для точної та надточної обробки, яка вимагає високої точність розмірів.
⑶ Застосування алмазного інструменту
Алмазний інструмент в основному використовується для тонкого різання і розточування кольорових металів і неметалевих матеріалів на високій швидкості. Він підходить для обробки різних зносостійких неметалів, таких як заготовки порошкової металургії FRP, керамічні матеріали тощо; різні зносостійкі кольорові метали, наприклад різні кремнієво-алюмінієві сплави; різна фінішна обробка кольорових металів.
Недоліком алмазного інструменту є погана термічна стійкість. Коли температура різання перевищує 700 градусів до 800 градусів, він повністю втратить свою твердість; крім того, він не підходить для різання чорних металів, тому що алмаз (вуглець) легко зв'язується із залізом при високих температурах. Атомна дія перетворює атоми вуглецю на структуру графіту, і інструмент легко пошкодити.
2. Види, властивості та характеристики інструментальних матеріалів із кубічного нітриду бору та їх застосування
Кубічний нітрид бору (CBN), другий надтвердий матеріал, синтезований методом, подібним до алмазу, поступається лише алмазу за твердістю та теплопровідністю. Він має відмінну термічну стабільність і може нагріватися до 10, 000 градусів в атмосфері. Окислення не відбувається. CBN має надзвичайно стабільні хімічні властивості для чорних металів і може широко використовуватися в обробці сталевих виробів.
картина
⑴ Типи ріжучих інструментів з кубічного нітриду бору
Кубічний нітрид бору (CBN) — речовина, якої не існує в природі. Його можна розділити на монокристал і полікристал, тобто монокристал CBN і полікристалічний кубічний нітрид бору (полікристалічний кубічний нітрид, відомий як PCBN). CBN є одним із ізомерів нітриду бору (BN), і його структура схожа на структуру алмазу.
PCBN (полікристалічний кубічний нітрид бору) — це полікристалічний матеріал, який спікає дрібні CBN матеріали через фазу зв’язку (TiC, TiN, Al, Ti тощо) під високою температурою та високим тиском. Алмазний інструментальний матеріал, його та алмаз спільно називають надтвердим інструментальним матеріалом. PCBN в основному використовується для виготовлення ножів та інших інструментів.
Інструменти PCBN можна розділити на цілісні пластини PCBN і композитні пластини PCBN, спечені з цементованим твердим сплавом.
Композитні вставки PCBN виготовляються шляхом спікання шару PCBN товщиною від {{0}}.5 до 1,0 мм на цементованому карбіді з хорошою міцністю та в’язкістю. Його продуктивність має як хорошу міцність, так і високу твердість і зносостійкість. Вирішено проблеми низької міцності на вигин і труднощі зварювання вставок CBN.
⑵ Основні властивості та характеристики кубічного нітриду бору
Незважаючи на те, що твердість кубічного нітриду бору трохи поступається алмазу, вона набагато вище, ніж у інших високотвердих матеріалів. Визначною перевагою CBN є те, що його термічна стабільність набагато вища, ніж у алмазу, який може досягати вище 1200 градусів (700-800 градусів для алмазу). реакція. Основні експлуатаційні характеристики кубічного нітриду бору наступні.
① Висока твердість і зносостійкість: кристалічна структура CBN схожа на структуру алмазу, а твердість і міцність подібні до алмазу. PCBN особливо підходить для обробки матеріалів високої твердості, які раніше можна було тільки шліфувати, і може отримати кращу якість поверхні заготовок.
② Висока термічна стабільність: термостійкість CBN може досягати 1400-1500 градуса, що майже в 1 раз вище, ніж у алмазу (700-800 ступеня). Інструменти PCBN можуть різати високотемпературні сплави та загартовані сталі зі швидкістю в 3-5 разів вищою, ніж інструменти з твердого сплаву.
③Відмінна хімічна стабільність: він не має хімічної взаємодії з матеріалами на основі заліза на рівні 1200-1300, і він не зношується так різко, як алмаз, і все ще може зберігати твердість цементованого карбіду в цей час; Інструменти PCBN підходять для різання деталей із загартованої сталі та охолодженого чавуну, можуть широко використовуватись у високошвидкісному різанні чавуну.
④ Хороша теплопровідність: хоча теплопровідність CBN не така висока, як у алмазу, теплопровідність PCBN є другою після алмазу серед різних інструментальних матеріалів і набагато вища, ніж у швидкорізальної сталі та твердого сплаву.
⑤ Низький коефіцієнт тертя: низький коефіцієнт тертя може зменшити силу різання під час різання, знизити температуру різання та покращити якість обробленої поверхні.
⑶ Застосування інструменту з кубічного нітриду бору
Кубічний нітрид бору підходить для обробки різних матеріалів, які важко різати, таких як загартована сталь, твердий чавун, високотемпературний сплав, твердий сплав і матеріали для напилення поверхні. Точність обробки може досягати IT5 (отвір IT6), а шорсткість поверхні може бути лише Ra1.25-0.20 мкм.
Інструментальний матеріал з кубічного нітриду бору має низьку міцність і міцність на вигин. Тому токарні інструменти з кубічного нітриду бору не підходять для грубої обробки з низькою швидкістю і високим ударним навантаженням; У випадку з металом з’являться сильні нарощені кромки, що погіршить оброблену поверхню.
3. Види, властивості та характеристики керамічних інструментальних матеріалів та застосування інструментів
Керамічні ріжучі інструменти мають такі характеристики, як висока твердість, хороша зносостійкість, чудова термостійкість і хімічна стабільність, і їх непросто склеїти з металом. Керамічні ріжучі інструменти займають дуже важливе місце в обробці з ЧПУ. Керамічні ріжучі інструменти стали одними з основних ріжучих інструментів для високошвидкісного різання та обробки важкооброблюваних матеріалів. Керамічні ріжучі інструменти широко використовуються для високошвидкісного різання, сухого різання, жорсткого різання та різання важкооброблюваних матеріалів. Керамічні ножі можуть ефективно обробляти високотверді матеріали, які традиційні ножі взагалі не можуть обробляти, і реалізувати «заміну шліфування машиною»; оптимальна швидкість різання керамічних ножів може бути в 2-10 разів вищою, ніж у ножів з цементованого карбіду, що значно підвищує ефективність обробки різання. Основна сировина, яка використовується для виробництва керамічних інструментальних матеріалів, є найпоширенішим елементом у земній корі. Тому популяризація та застосування керамічних інструментів має велике значення для підвищення продуктивності, зниження витрат на обробку та збереження стратегічних дорогоцінних металів, а також значно сприятиме розвитку технології різання. прогрес.
⑴ Види керамічних інструментальних матеріалів
Типи керамічних інструментальних матеріалів загалом можна розділити на три категорії: кераміка на основі оксиду алюмінію, кераміка на основі нітриду кремнію та композитна кераміка на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію. Серед них найбільш широко використовуються керамічні інструментальні матеріали на основі оксиду алюмінію та нітриду кремнію. Ефективність кераміки на основі нітриду кремнію краща, ніж у кераміки на основі оксиду алюмінію.
⑵ Продуктивність і характеристики керамічних ріжучих інструментів
Експлуатаційні характеристики керамічних ріжучих інструментів наступні:
① Висока твердість і хороша зносостійкість: хоча твердість керамічних інструментів не така висока, як у PCD і PCBN, вона набагато вища, ніж у інструментів із цементованого твердого сплаву та швидкорізальної сталі, досягаючи 93-95HRA. Керамічні інструменти можуть обробляти високотверді матеріали, які важко обробляти традиційними інструментами, і підходять для високошвидкісного та жорсткого різання.
② Стійкість до високих температур і хороша термостійкість: керамічні інструменти все ще можуть різати при високих температурах понад 1200 градусів. Керамічні ножі мають хороші високотемпературні механічні властивості, а стійкість до окислення керамічних ножів A12O3 особливо хороша. Навіть якщо ріжуча кромка знаходиться в розпеченому стані, її можна використовувати постійно. Таким чином, керамічні інструменти можуть досягати сухого різання, що може заощадити ріжучу рідину.
③ Хороша хімічна стабільність: керамічні ріжучі інструменти важко з’єднати з металом, вони стійкі до корозії та хімічно стабільні, що може зменшити зношування ріжучих інструментів.
④ Низький коефіцієнт тертя: спорідненість між керамічними ріжучими інструментами та металом невелика, а коефіцієнт тертя низький, що може зменшити силу різання та температуру різання.
⑶ Застосування керамічних ножів
Кераміка є одним з інструментальних матеріалів, які в основному використовуються для високошвидкісної обробки та напівобробки. Керамічні ріжучі інструменти підходять для різання всіх видів чавуну (сірого чавуну, ковкого чавуну, ковкого чавуну, охолодженого чавуну, високолегованого зносостійкого чавуну) і сталі (вуглецевої конструкційної сталі, легованої конструкційної сталі, високоміцної сталі). , сталь з високим вмістом марганцю, загартована сталь тощо), також можна використовувати для різання мідних сплавів, графіту, конструкційних пластмас і композитних матеріалів.
Існують проблеми низької міцності на вигин і поганої ударної в'язкості в продуктивності керамічних інструментальних матеріалів, які не підходять для різання при низькій швидкості та ударному навантаженні.
4. Властивості та характеристики матеріалів ріжучого інструменту з покриттям та застосування ріжучого інструменту
Нанесення покриття на інструмент є одним із важливих способів поліпшення його роботи. Поява ріжучих інструментів з покриттям зробила великий прорив у продуктивності ріжучих інструментів. Інструмент з покриттям покритий одним або декількома шарами вогнетривкої суміші з хорошою зносостійкістю на міцнішому корпусі інструменту, який поєднує основу інструмента з твердим покриттям, завдяки чому продуктивність інструменту значно покращується. Ріжучі інструменти з покриттям можуть покращити ефективність обробки, підвищити точність обробки, подовжити термін служби інструменту та зменшити витрати на обробку.
Близько 80 відсотків різальних інструментів, які використовуються в нових верстатах з ЧПК, використовують інструменти з покриттям. Ріжучі інструменти з покриттям будуть найважливішими різновидами інструментів у сфері обробки з ЧПК у майбутньому.
⑴ Типи інструментів з покриттям
Відповідно до різних методів покриття, інструменти з покриттям можна розділити на інструменти з покриттям хімічним осадженням з парової фази (CVD) і інструменти з покриттям фізичного осадження з парової фази (PVD). Інструменти з твердого сплаву з покриттям зазвичай використовують хімічне осадження з парової фази, а температура осадження становить близько 1000 градусів. Інструменти з високошвидкісної сталі з покриттям зазвичай використовують фізичне осадження з парової фази, а температура осадження становить близько 500 градусів;
Відповідно до різних матеріалів підкладки інструментів з покриттям, інструменти з покриттям можна розділити на інструменти з твердосплавним покриттям, інструменти з покриттям зі швидкорізальної сталі та інструменти з покриттям на кераміці та надтвердих матеріалах (алмаз і кубічний нітрид бору).
Відповідно до природи матеріалу покриття інструменти з покриттям можна розділити на дві категорії, а саме інструменти з «твердим» покриттям та інструменти з «м’яким» покриттям. Основними цілями, які переслідують інструменти з «твердим» покриттям, є висока твердість і зносостійкість. Його головними перевагами є висока твердість і хороша зносостійкість, як правило, покриття TiC і TiN. Метою, яку переслідують інструменти з «м’яким» покриттям, є низький коефіцієнт тертя, також відомий як самозмащувальні інструменти, і його тертя об матеріал заготовки. Коефіцієнт дуже низький, лише близько 0.1, що може зменшити склеювання, зменшити тертя, зменшити силу різання та температуру різання.
Нещодавно розроблений інструмент для нанопокриття (Nanoeoating). Цей інструмент із покриттям може використовувати різні комбінації різних матеріалів покриття (таких як метал/метал, метал/кераміка, кераміка/кераміка тощо), щоб відповідати різним функціональним вимогам і вимогам до продуктивності. Правильно сконструйоване нанопокриття може надати інструментальному матеріалу відмінні антифрикційні та протизносні функції та властивості самозмащення, що підходить для високошвидкісного сухого різання.
⑵ Характеристики інструментів з покриттям
Експлуатаційні характеристики інструментів з покриттям наступні:
① Хороші механічні та ріжучі властивості: інструменти з покриттям поєднують чудові властивості основного матеріалу та матеріалу покриття
Він не тільки зберігає хорошу в'язкість і високу міцність матриці, але також має високу твердість, високу зносостійкість і низький коефіцієнт тертя покриття. Таким чином, швидкість різання інструмента з покриттям може бути збільшена більш ніж у 2 рази, ніж у інструмента без покриття, і допускається більша швидкість подачі. Термін служби інструменту з покриттям також збільшується.
② Висока універсальність: інструменти з покриттям мають широку універсальність, а діапазон обробки значно розширено. Один інструмент із покриттям може замінити декілька інструментів без покриття.
③ Товщина покриття: зі збільшенням товщини покриття ресурс інструменту також збільшиться, але коли товщина покриття досягне насичення, термін служби інструменту значно не збільшиться. Коли покриття занадто товсте, легко викликати відшарування; коли покриття занадто тонке, зносостійкість погана.
④ Можливість повторного шліфування: леза з покриттям погано піддаються повторному шліфуванню, мають складне обладнання для нанесення покриття, високі вимоги до процесу та тривалий час нанесення покриття.
⑤ Матеріал покриття: інструменти з різними матеріалами покриття мають різну ефективність різання. Наприклад: при різанні на низькій швидкості покриття TiC має перевагу; при різанні на високій швидкості більше підходить TiN.
⑶ Нанесення інструментів з покриттям
Ріжучі інструменти з покриттям мають великий потенціал у сфері обробки з ЧПК і в майбутньому стануть найважливішим різновидом інструментів у сфері обробки з ЧПК. Технологія покриття була застосована до кінцевих фрез, розгорток, свердел, інструментів для обробки складних отворів, зубчастих наконечників, зуборізів, зубчастих різців, формувальних протяжок і різноманітних змінних вставок для машинного затиску, щоб відповідати вимогам високошвидкісного різання сталі та чавуну. , жароміцні сплави і кольорові метали та інші матеріали.
5. Види, властивості, характеристики та застосування твердосплавних інструментальних матеріалів
Твердосплавні ріжучі інструменти, особливо змінні твердосплавні ріжучі інструменти, є провідними продуктами інструментів для обробки з ЧПК. Починаючи з 1980-х років, різноманітні інтегральні та змінні твердосплавні ріжучі інструменти або леза були розширені до різних. У сфері різноманітних ріжучих інструментів змінні твердосплавні інструменти розширилися від простих токарних інструментів і торцевих фрез до різноманітних точних, складних і формувальних інструментів.
⑴ Типи твердосплавних інструментів
За основним хімічним складом цементований карбід можна розділити на цементований карбід на основі карбіду вольфраму та цементований карбід на основі вуглецю (нітриду) титану (TiC(N)).
Цементований карбід на основі карбіду вольфраму включає три види: вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-кобальт-титан (YT) і рідкісні карбіди (YW), кожен з яких має свої переваги та недоліки. Основними компонентами є карбід вольфраму (WC), карбід титану (TiC), карбід танталу (TaC), карбід ніобію (NbC) тощо, а зазвичай використовуваною металевою сполучною фазою є Co.
Цементований карбід на основі вуглецю (нітриду) титану є цементованим карбідом з TiC як основним компонентом (додаються деякі інші карбіди або нітриди), а зазвичай використовуваними металевими зв’язуючими фазами є Mo та Ni.
ISO (Міжнародна організація стандартизації) ділить твердий сплав для різання на три категорії:
Категорія K, включаючи Kl0~K40, еквівалентна категорії YG моєї країни (основним компонентом є WC.Co).
Категорія P, включаючи P01~P50, еквівалентна категорії YT моєї країни (в основному складається з WC.TiC.Co).
Категорія M, включаючи M10~M40, еквівалентна категорії YW моєї країни (основний компонент — WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Кожна марка представляє серію сплавів від високої твердості до максимальної в'язкості з номерами від 01 до 50.
⑵ Експлуатаційні характеристики ріжучих інструментів з твердого сплаву
Експлуатаційні характеристики твердосплавних різальних інструментів наступні:
① Висока твердість. Ріжучі інструменти з цементованого твердого сплаву виготовляються з твердого сплаву з високою твердістю та температурою плавлення (так званої твердої фази) та металевої зв’язуючої речовини (так званої фази зв’язування) методом порошкової металургії, а його твердість досягає 89-93HRA, що набагато вище, ніж швидкорізальної сталі, при 5400C твердість все ще може досягати 82-87HRA, яка є такою ж, як у швидкорізальної сталі при кімнатній температурі (83-86HRA). Значення твердості цементованого карбіду змінюється залежно від природи, кількості, розміру частинок і вмісту металевої зв’язувальної фази карбіду та, як правило, зменшується зі збільшенням вмісту зв’язувальної металевої фази. Коли вміст сполучної фази є однаковим, твердість сплавів YT вища, ніж у сплавів YG, а сплави, додані TaC (NbC), мають вищу високотемпературну твердість.
② Міцність на вигин і в’язкість. Міцність на згин часто використовуваного твердого сплаву знаходиться в діапазоні 900-1500 МПа. Чим вищий вміст металевої зв'язуючої фази, тим вище міцність на вигин. Коли вміст сполучного є однаковим, міцність сплаву типу YG (WC-Co) вища, ніж у сплаву типу YT (WC-TiC-Co), і міцність зменшується зі збільшенням вмісту TiC. Цементований карбід є крихким матеріалом, і його ударна в’язкість за кімнатної температури становить лише 1/30–1/8 в’язкості швидкорізальної сталі.
⑶ Застосування широко використовуваних твердосплавних різальних інструментів
Сплави YG в основному використовуються для обробки чавуну, кольорових металів і неметалевих матеріалів. Дрібнозернисті тверді сплави (такі як YG3X, YG6X) мають вищу твердість і зносостійкість, ніж середньозернисті тверді сплави, коли вміст кобальту однаковий, і придатні для обробки деяких спеціальних твердих чавунів, аустенітної нержавіючої сталі, жаростійкої сплави, титановий сплав, тверда бронза та зносостійкі ізоляційні матеріали тощо.
Видатними перевагами цементованого карбіду YT є висока твердість, хороша термостійкість, більш висока твердість і міцність на стиск при високій температурі, ніж цементований карбід YG, і хороша стійкість до окислення. Тому, коли від ножа вимагається висока термостійкість і зносостійкість, слід вибирати марку з більшим вмістом TiC. Сплави YT підходять для обробки пластикових матеріалів, таких як сталь, але не підходять для обробки титанових сплавів і сплавів кремній-алюміній.
Сплав YW має властивості сплавів YG і YT і має хороші повні характеристики. Його можна використовувати не тільки для обробки сталевих матеріалів, а й для обробки чавуну та кольорових металів. Якщо відповідним чином збільшити вміст кобальту, міцність цього типу сплаву може бути дуже високою, і його можна використовувати для грубої обробки та періодичного різання різних важкооброблюваних матеріалів.
6. Види, характеристики та застосування різального інструменту зі швидкорізальної сталі
Швидкорізальна сталь (скорочено HSS) — це високолегована інструментальна сталь з додаванням більшої кількості легуючих елементів, таких як W, Mo, Cr і V. Ріжучі інструменти зі швидкорізальної сталі мають відмінні комплексні характеристики з точки зору міцності, міцності та технологічності. У складних різальних інструментах, особливо у виробництві інструментів для обробки отворів, фрез, різьбових інструментів, протяжок, зуборізних інструментів та інших складних різальних інструментів, швидкорізальна сталь все ще займає домінуюче положення. Ножі зі швидкорізальної сталі легко заточують ріжучі кромки.
Відповідно до різних застосувань, швидкорізальну сталь можна розділити на швидкорізальну сталь загального призначення та високоефективну швидкорізальну сталь.
⑴ Інструмент для різання швидкорізальної сталі загального призначення
Швидкорізальна сталь загального призначення. Загалом його можна розділити на два типи: вольфрамова сталь і вольфрамомолібденова сталь. Цей тип швидкорізальної сталі містить добавку (C) від 0.7 до 0.9 відсотків. Відповідно до різного вмісту вольфраму в сталі, її можна розділити на вольфрамову сталь з 12 або 18 відсотками W, вольфрамомолібденову сталь з 6 або 8 відсотками W і молібденову сталь з 2 відсотками або без W. . Швидкорізальна сталь загального призначення має певну твердість (63-66HRC) і зносостійкість, високу міцність і ударну в'язкість, добру пластичність і технологію обробки, тому широко використовується при виготовленні різного складного інструменту.
① Вольфрамова сталь. Типовою маркою вольфрамової сталі загального призначення є W18Cr4V (скорочено W18), яка має хороші повні характеристики. Високотемпературна твердість при 6000C становить 48,5HRC і може використовуватися для виготовлення різноманітних складних інструментів. Він має такі переваги, як хороша здатність до подрібнення та низька чутливість до зневуглецювання, але через високий вміст карбідів розподіл є відносно нерівномірним, частинки великі, а міцність і в’язкість невисокі.
② Вольфрамомолібденова сталь: відноситься до швидкорізальної сталі, отриманої шляхом заміни частини вольфраму у вольфрамовій сталі молібденом. Типовою маркою вольфрам-молібденової сталі є W6Mo5Cr4V2 (скорочено M2). Частинки карбіду M2 дрібні та однорідні, а його міцність, міцність і високотемпературна пластичність кращі, ніж у W18Cr4V. Ще одна вольфрамомолібденова сталь W9Mo3Cr4V (скорочено W9), її термічна стабільність трохи вища, ніж у сталі M2, її міцність на вигин і в'язкість кращі, ніж W6M05Cr4V2, і вона добре піддається механічній обробці.
⑵ Високопродуктивні інструменти для різання швидкорізальної сталі
Високоефективна швидкорізальна сталь відноситься до нового типу сталі, яка додає деякий вміст вуглецю, вміст ванадію та легуючі елементи, такі як Co та Al, до композиції швидкорізальної сталі загального призначення, щоб покращити її термостійкість і зносостійкість. В основному є такі категорії:
① Високовуглецева швидкорізальна сталь. Високовуглецева швидкорізальна сталь (така як 95W18Cr4V) з високою твердістю при кімнатній і високій температурі підходить для виробництва та обробки звичайної сталі та чавуну, свердел, розгорток, мітчиків і фрез з високими вимогами до зносостійкості або інструменти для обробки більш твердих матеріалів. Він не підходить для того, щоб витримувати сильні удари.
② Швидкорізальна сталь з високим вмістом ванадію. Типові марки, такі як W12Cr4V4Mo (відомі як EV4), що містять V, збільшений до 3-5 відсотків, мають гарну зносостійкість, придатні для різання матеріалів із великим зносом інструменту, таких як волокно, тверда гума, пластик тощо, можуть також можна використовувати для обробки таких матеріалів, як нержавіюча сталь, високоміцна сталь і високотемпературні сплави.
③ Кобальтова швидкорізальна сталь. Це кобальтовмісна надтверда швидкорізальна сталь, типова марка, така як W2Mo9Cr4VCo8 (скорочено M42), має високу твердість, і її твердість може досягати 69-70HRC. Він підходить для обробки високоміцної жароміцної сталі, жаростійких сплавів, титанових сплавів і т. д. Обробний матеріал М42 має хорошу шліфувальність і підходить для виготовлення точних і складних інструментів, але не підходить для роботи під ударним різанням. умови.
④ Алюмінієва швидкорізальна сталь. Він відноситься до алюмінієвмісної надтвердої швидкорізальної сталі, типових марок, таких як W6Mo5Cr4V2Al (скорочено 501), високотемпературна твердість досягає 54HRC при 6000C, а продуктивність різання еквівалентна M42. Придатний для виготовлення фрез, свердел, розверток, зуборізів, протяжок. тощо, які використовуються для обробки таких матеріалів, як легована сталь, нержавіюча сталь, високоміцна сталь і суперсплав.
⑤ Надтверда азотна швидкорізальна сталь. Типові марки, такі як W12M03Cr4V3N, відомі як (V3N), є азотовмісними надтвердими швидкорізальними сталями. Твердість, міцність і в'язкість еквівалентні М42. обробки.
(3) Плавка швидкорізальної сталі та порошкової металургії швидкорізальної сталі
Відповідно до різних виробничих процесів, швидкорізальну сталь можна розділити на плавну швидкорізальну сталь і швидкорізальну сталь порошкової металургії.
① Виплавка швидкорізальної сталі: як звичайна швидкорізальна сталь, так і високоефективна швидкорізальна сталь виготовляються шляхом плавлення. З них виготовляють ножі за допомогою таких процесів, як плавка, лиття в зливки, покриття та прокатка. Серйозною проблемою, яка може виникнути при виплавці швидкорізальної сталі, є сегрегація карбіду. Тверді і крихкі карбіди розподілені в швидкорізальній сталі нерівномірно, зерна крупнозернисті (до десятків мікрон). і негативний вплив на ефективність різання.
② Швидкорізальна сталь порошкової металургії (PM HSS): Швидкорізальна сталь порошкової металургії (PM HSS) — це розплавлена сталь, виплавлена у високочастотній індукційній печі, розпилена аргоном під високим тиском або чистим азотом, а потім загартована для отримання тонкої тонкості. і однорідні кристали Мікроструктура (порошок швидкорізальної сталі), а потім пресують отриманий порошок у заготовку ножа під високою температурою та високим тиском, або спочатку виготовляють сталеву заготовку, а потім кують і розкатують її у формі ножа. Порівняно зі швидкорізальною сталлю, виготовленою методом плавлення, PM HSS має наступні переваги: зерна карбіду дрібні й однорідні, а міцність, ударна в’язкість і зносостійкість значно покращені порівняно зі швидкорізальною сталлю, виготовленою шляхом плавлення. У сфері складних інструментів з ЧПК інструменти PM HSS будуть розвиватися й відіграватимуть важливу роль. Типові сорти, такі як F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN і т. д., можуть використовуватися для виробництва великогабаритних, важких, ударостійких ножів, а також для виробництва прецизійних ножів.
3. Принципи вибору матеріалів різального інструменту з ЧПК
в
В даний час широко використовувані матеріали для інструментів з ЧПК включають в основному алмазні інструменти, інструменти з кубічного нітриду бору, керамічні інструменти, інструменти з покриттям, інструменти з твердого сплаву та інструменти зі швидкорізальної сталі. Існує багато сортів матеріалів для ріжучих інструментів, і їх продуктивність дуже різна. Основні експлуатаційні показники різних інструментальних матеріалів наведені в наступній таблиці.
картина
Інструментальний матеріал для обробки з ЧПУ необхідно вибирати відповідно до заготовки, що підлягає обробці, і характеру обробки. Вибір інструментального матеріалу повинен бути розумно узгоджений з об'єктом обробки. Відповідність матеріалу ріжучого інструменту та об’єкта обробки в основному стосується узгодження механічних властивостей, фізичних властивостей і хімічних властивостей обох для отримання найдовшого терміну служби інструменту та максимальної продуктивності різання.
1. Матеріал ріжучого інструменту відповідає механічним властивостям обробленого об’єкта
Узгодження механічних властивостей ріжучого інструменту та об’єкта обробки в основному стосується узгодження параметрів механічних властивостей, таких як міцність, в’язкість і твердість ріжучого інструменту та матеріалу заготовки. Інструментальні матеріали з різними механічними властивостями підходять для різних матеріалів заготовки.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>швидкорізальна сталь.
② Порядок міцності на вигин інструментальних матеріалів такий: швидкорізальна сталь > цементований твердий сплав > керамічні інструменти > інструменти з алмазу та кубічного нітриду бору.
③ Порядок міцності матеріалів ріжучого інструменту такий: швидкорізальна сталь > цементований карбід > кубічний нітрид бору, алмазні та керамічні ріжучі інструменти.
Матеріал заготовки з високою твердістю необхідно обробляти інструментом з більшою твердістю. Твердість матеріалу інструменту повинна бути вищою, ніж матеріал заготовки, який, як правило, повинен бути вище 60HRC. Чим твердіший матеріал інструменту, тим краща його зносостійкість. Наприклад, коли кількість кобальту в цементованому карбіді збільшується, його міцність і в'язкість зростає, а його твердість зменшується, що підходить для грубої обробки; при зменшенні кількості кобальту підвищується його твердість і зносостійкість, що придатне для обробки.
Інструменти з чудовими високотемпературними механічними властивостями особливо підходять для високошвидкісного різання. Чудові високотемпературні характеристики керамічних інструментів дозволяють їм різати на високих швидкостях, а дозволена швидкість різання може бути збільшена в 2-10 разів у порівнянні з цементованим твердим сплавом.
2. Відповідність матеріалу ріжучого інструменту фізичним властивостям оброблюваного об'єкта
Інструменти з різними фізичними властивостями, такі як інструменти зі швидкорізальної сталі з високою теплопровідністю та низькою температурою плавлення, керамічні інструменти з високою температурою плавлення та низьким тепловим розширенням, алмазні інструменти з високою теплопровідністю та низьким тепловим розширенням тощо, підходять для різні матеріали заготовки. При обробці заготовок з поганою теплопровідністю слід використовувати інструментальні матеріали з кращою теплопровідністю, щоб тепло від різання могло швидко передаватись і температура різання могла бути знижена. Завдяки високій теплопровідності та температуропровідності алмазу тепло від різання легко розсіюється та не викликає великої термічної деформації, що особливо важливо для інструментів для точної обробки, які вимагають високої точності розмірів.
① Термостійка температура різних інструментальних матеріалів: 700-8000C для алмазних інструментів, 13000-15000C для PCBN інструментів, 1100-12000C для керамічних інструментів, 900-11000C для TiC(N ) на основі цементованого карбіду та 900-11000C для ультрадрібного зерна на основі WC Цементований карбід становить 800~9000C, HSS становить 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>Кераміка на основі 1203-.
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>Кераміка на основі 1203-.
3. Відповідність матеріалу різального інструменту хімічним властивостям об’єкта обробки
Відповідність хімічних властивостей між матеріалами ріжучого інструменту та об’єктами обробки в основному стосується відповідності параметрів хімічної ефективності, таких як хімічна спорідненість, хімічна реакція, дифузія та розчинення між матеріалами інструменту та матеріалами заготовки. ножі з різних матеріалів
