La combinazione di apparecchiature di elaborazione avanzate e utensili da taglio CNC ad alte prestazioni può dare pieno gioco alle sue prestazioni dovute e ottenere buoni vantaggi economici. Con il rapido sviluppo dei materiali per utensili da taglio, vari nuovi materiali per utensili da taglio hanno notevolmente migliorato le loro proprietà fisiche, meccaniche e le prestazioni di taglio e anche la loro gamma di applicazioni ha continuato ad espandersi.
1. I materiali degli utensili dovrebbero avere proprietà di base
La scelta del materiale dell'utensile ha una grande influenza sulla durata dell'utensile, sull'efficienza di lavorazione, sulla qualità di lavorazione e sui costi di lavorazione. Quando l'utensile sta tagliando, deve sopportare gli effetti di alta pressione, alta temperatura, attrito, urti e vibrazioni. Pertanto, il materiale dell'utensile dovrebbe avere le seguenti proprietà di base:
(1) Durezza e resistenza all'usura. La durezza del materiale dell'utensile deve essere superiore a quella del materiale del pezzo, generalmente superiore a 60 HRC. Più duro è il materiale dell'utensile, migliore è la resistenza all'usura.
(2) Forza e tenacità. I materiali degli utensili dovrebbero avere un'elevata resistenza e tenacità per resistere a forze di taglio, urti e vibrazioni e prevenire fragili fratture e scheggiature degli utensili.
(3) Resistenza al calore. La resistenza al calore del materiale dell'utensile è migliore, può sopportare temperature di taglio elevate e ha una buona resistenza all'ossidazione.
(4) Prestazioni ed economia del processo. I materiali per utensili dovrebbero avere buone prestazioni di forgiatura, prestazioni di trattamento termico, prestazioni di saldatura, prestazioni di rettifica, ecc. E dovrebbero perseguire un elevato rapporto prestazioni-prezzo.
2. Tipi, proprietà, caratteristiche e applicazioni dei materiali per utensili
1. Tipi, proprietà e caratteristiche dei materiali per utensili diamantati e applicazioni degli utensili
Il diamante è un allotropo del carbonio ed è il materiale più duro che si trova in natura. Gli utensili diamantati hanno un'elevata durezza, un'elevata resistenza all'usura e un'elevata conduttività termica e sono ampiamente utilizzati nella lavorazione di metalli non ferrosi e materiali non metallici. Soprattutto nel taglio ad alta velocità dell'alluminio e delle leghe silicio-alluminio, gli utensili diamantati sono i principali tipi di utensili da taglio difficili da sostituire. Gli utensili diamantati che possono raggiungere un'elevata efficienza, un'elevata stabilità e una lavorazione di lunga durata sono strumenti indispensabili e importanti nella moderna lavorazione CNC.
⑴ Tipi di utensili diamantati
① Utensile diamantato naturale: il diamante naturale è stato utilizzato come utensile da taglio per centinaia di anni. L'utensile diamantato naturale a cristallo singolo è stato finemente rettificato e il tagliente può essere rettificato in modo estremamente affilato. Il raggio del tagliente può raggiungere 0.002μm, che può realizzare un taglio ultrasottile e può È uno strumento di lavorazione di ultraprecisione riconosciuto, ideale e insostituibile per la lavorazione di pezzi di precisione estremamente elevata e rugosità superficiale estremamente bassa.
② Utensile diamantato PCD: il diamante naturale è costoso e il diamante policristallino (PCD) è ampiamente utilizzato nel taglio. Dall'inizio degli anni '70, è stato sviluppato il diamante policristallino (diamante policristallino, in breve PCD). Le materie prime PCD sono ricche di fonti e il suo prezzo è solo da pochi decimi a un decimo dei diamanti naturali.
Gli utensili PCD non sono in grado di rettificare bordi estremamente affilati e la qualità della superficie dei pezzi lavorati non è buona come quella del diamante naturale. Non è conveniente produrre inserti in PCD con rompitruciolo nell'industria. Pertanto, il PCD può essere utilizzato solo per il taglio fine di metalli non ferrosi e non metalli ed è difficile ottenere un taglio a specchio ultrapreciso.
③ Utensili diamantati CVD: dalla fine degli anni '70 all'inizio degli anni '80, la tecnologia del diamante CVD è apparsa in Giappone. Il diamante CVD si riferisce alla sintesi di film di diamante su substrati eterogenei (come carburo cementato, ceramica, ecc.) mediante deposizione chimica da vapore (CVD). Il diamante CVD ha esattamente la stessa struttura e le stesse caratteristiche del diamante naturale.
Le prestazioni del diamante CVD sono molto vicine a quelle del diamante naturale e presenta i vantaggi del diamante naturale a cristallo singolo e del diamante policristallino (PCD) e supera in una certa misura i loro difetti.
⑵ Caratteristiche prestazionali degli utensili diamantati
① Durezza e resistenza all'usura estremamente elevate: il diamante naturale è la sostanza più dura che si trova in natura. Il diamante ha una resistenza all'usura estremamente elevata. Durante la lavorazione di materiali ad alta durezza, la durata degli utensili diamantati è da 10 a 100 volte superiore a quella degli utensili in metallo duro cementato, o addirittura centinaia di volte.
② Ha un coefficiente di attrito molto basso: il coefficiente di attrito tra diamante e alcuni metalli non ferrosi è inferiore a quello di altri utensili da taglio, il coefficiente di attrito è basso, la deformazione durante la lavorazione è ridotta e la forza di taglio può essere ridotto.
③ Il tagliente è molto affilato: il tagliente degli utensili diamantati può essere affilato e lo strumento diamantato a cristallo singolo naturale può essere alto fino a 0.002-0.008μm, che può essere utilizzato per ultra -taglio sottile e lavorazione ultraprecisa.
④ Ha un'elevata conduttività termica: il diamante ha un'elevata conducibilità termica e diffusività termica, il calore di taglio viene facilmente dissipato e la temperatura della parte tagliente dell'utensile è bassa.
⑤ Basso coefficiente di dilatazione termica: il coefficiente di dilatazione termica del diamante è molte volte inferiore a quello del carburo cementato e la variazione delle dimensioni dell'utensile causata dal taglio del calore è molto ridotta, il che è particolarmente importante per la lavorazione di precisione e ultraprecisa che richiede un'elevata precisione dimensionale.
⑶ Applicazione di utensili diamantati
Gli utensili diamantati sono utilizzati principalmente per il taglio fine e la barenatura di metalli non ferrosi e materiali non metallici ad alta velocità. È adatto per la lavorazione di vari non metalli resistenti all'usura, come grezzi di metallurgia delle polveri FRP, materiali ceramici, ecc.; vari metalli non ferrosi resistenti all'usura, come varie leghe silicio-alluminio; varie lavorazioni di finitura di metalli non ferrosi.
Lo svantaggio degli utensili diamantati è che hanno una scarsa stabilità termica. Quando la temperatura di taglio supera i 700 gradi a 800 gradi, perderà completamente la sua durezza; inoltre, non è adatto per il taglio di metalli ferrosi, perché il diamante (carbonio) è facile da legare con il ferro ad alte temperature. L'azione atomica converte gli atomi di carbonio in una struttura di grafite e lo strumento si danneggia facilmente.
2. Tipi, proprietà e caratteristiche dei materiali per utensili in nitruro di boro cubico e applicazioni degli utensili
Il nitruro di boro cubico (CBN), il secondo materiale superduro sintetizzato con un metodo simile a quello del diamante, è secondo solo al diamante in termini di durezza e conducibilità termica. Ha un'eccellente stabilità termica e può essere riscaldato a 10,000 gradi nell'atmosfera. L'ossidazione non si verifica. Il CBN ha proprietà chimiche estremamente stabili per i metalli ferrosi e può essere ampiamente utilizzato nella lavorazione di prodotti in acciaio.
immagine
⑴ Tipi di utensili da taglio al nitruro di boro cubico
Il nitruro di boro cubico (CBN) è una sostanza che non esiste in natura. Può essere suddiviso in monocristallino e policristallino, ovvero CBN monocristallino e nitruro di boro cubico policristallino (nitruro di nato cubico policristallino, indicato come PCBN). Il CBN è uno degli isomeri del nitruro di boro (BN) e la sua struttura è simile a quella del diamante.
Il PCBN (nitruro di boro cubico policristallino) è un materiale policristallino che sinterizza materiali CBN fini attraverso una fase di legame (TiC, TiN, Al, Ti, ecc.) ad alta temperatura e alta pressione. Materiale per utensili diamantato, esso e diamante indicati collettivamente come materiale per utensili superduro. Il PCBN viene utilizzato principalmente per realizzare coltelli o altri strumenti.
Gli utensili PCBN possono essere suddivisi in inserti PCBN integrali e inserti compositi PCBN sinterizzati con carburo cementato.
Gli inserti compositi PCBN sono realizzati sinterizzando uno strato di PCBN con uno spessore da {{0}},5 a 1,0 mm su un carburo cementato con buona resistenza e tenacità. Le sue prestazioni hanno sia una buona tenacità che un'elevata durezza e resistenza all'usura. I problemi di bassa resistenza alla flessione e difficoltà di saldatura degli inserti CBN sono risolti.
⑵ Principali proprietà e caratteristiche del nitruro di boro cubico
Sebbene la durezza del nitruro di boro cubico sia leggermente inferiore al diamante, è molto più elevata rispetto ad altri materiali ad alta durezza. L'eccezionale vantaggio del CBN è che la sua stabilità termica è molto superiore a quella del diamante, che può raggiungere oltre 1200 gradi (700-800 gradi per il diamante). reazione. Le principali caratteristiche prestazionali del nitruro di boro cubico sono le seguenti.
① Elevata durezza e resistenza all'usura: la struttura cristallina del CBN è simile a quella del diamante e ha una durezza e una resistenza simili al diamante. Il PCBN è particolarmente adatto per la lavorazione di materiali ad alta durezza che prima potevano solo essere rettificati e può ottenere una migliore qualità superficiale dei pezzi.
② Elevata stabilità termica: la resistenza al calore del CBN può raggiungere 1400-1500 gradi, che è quasi 1 volta superiore a quella del diamante (700-800 gradi). Gli utensili PCBN possono tagliare le leghe resistenti al calore e gli acciai temprati a una velocità da 3 a 5 volte superiore a quella degli utensili in metallo duro.
③ Eccellente stabilità chimica: non ha interazione chimica con materiali a base di ferro a 1200-1300 gradi e non si consumerà bruscamente come il diamante e può ancora mantenere la durezza del carburo cementato in questo momento; Gli utensili PCBN sono adatti per il taglio di parti in acciaio temprato e ghisa raffreddata, possono essere ampiamente utilizzati nel taglio ad alta velocità della ghisa.
④ Buona conduttività termica: sebbene la conducibilità termica del CBN non sia buona come quella del diamante, la conducibilità termica del PCBN è seconda solo al diamante tra i vari materiali per utensili ed è molto superiore a quella dell'acciaio rapido e del carburo cementato.
⑤ Basso coefficiente di attrito: un basso coefficiente di attrito può ridurre la forza di taglio durante il taglio, ridurre la temperatura di taglio e migliorare la qualità della superficie lavorata.
⑶ Applicazione di utensili in nitruro di boro cubico
Il nitruro di boro cubico è adatto per la finitura di vari materiali difficili da tagliare come acciaio temprato, ghisa dura, leghe resistenti alle alte temperature, leghe dure e materiali per spruzzatura superficiale. La precisione di lavorazione può raggiungere IT5 (il foro è IT6) e la rugosità della superficie può essere pari a Ra1.25-0.20μm.
Il materiale per utensili in nitruro di boro cubico ha scarsa tenacità e resistenza alla flessione. Pertanto, gli utensili per tornitura in nitruro di boro cubico non sono adatti per lavorazioni di sgrossatura a bassa velocità e carico d'urto elevato; In caso di metallo si verificherà un forte tagliente di riporto, che deteriorerà la superficie lavorata.
3. Tipi, proprietà e caratteristiche dei materiali ceramici per utensili e applicazioni degli utensili
Gli utensili da taglio in ceramica hanno le caratteristiche di elevata durezza, buona resistenza all'usura, eccellente resistenza al calore e stabilità chimica e non sono facili da incollare con il metallo. Gli utensili da taglio in ceramica occupano una posizione molto importante nella lavorazione CNC. Gli utensili da taglio in ceramica sono diventati uno dei principali utensili da taglio per il taglio ad alta velocità e la lavorazione di materiali difficili da lavorare. Gli utensili da taglio in ceramica sono ampiamente utilizzati nel taglio ad alta velocità, nel taglio a secco, nel taglio duro e nel taglio di materiali difficili da lavorare. I coltelli in ceramica possono lavorare in modo efficiente materiali molto duri che i coltelli tradizionali non sono in grado di lavorare affatto e realizzano "sostituendo la molatura con un'auto"; la velocità di taglio ottimale dei coltelli in ceramica può essere da 2 a 10 volte superiore a quella dei coltelli in carburo cementato, migliorando così notevolmente l'efficienza produttiva della lavorazione del taglio La principale materia prima utilizzata nei materiali per utensili in ceramica è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre. Pertanto, la divulgazione e l'applicazione di utensili in ceramica è di grande importanza per migliorare la produttività, ridurre i costi di lavorazione e risparmiare metalli preziosi strategici e promuoverà notevolmente lo sviluppo della tecnologia di taglio. progresso.
⑴ Tipi di materiali per utensili in ceramica
I tipi di materiali per utensili in ceramica possono generalmente essere suddivisi in tre categorie: ceramica a base di allumina, ceramica a base di nitruro di silicio e ceramica composita a base di nitruro di silicio-allumina. Tra questi, i materiali per utensili ceramici a base di allumina e nitruro di silicio sono i più utilizzati. Le prestazioni delle ceramiche a base di nitruro di silicio sono superiori a quelle delle ceramiche a base di allumina.
⑵ Prestazioni e caratteristiche degli utensili da taglio in ceramica
Le caratteristiche prestazionali degli utensili da taglio in ceramica sono le seguenti:
① Elevata durezza e buona resistenza all'usura: sebbene la durezza degli utensili in ceramica non sia elevata come quella di PCD e PCBN, è molto più elevata di quella degli utensili in metallo duro cementato e in acciaio ad alta velocità, raggiungendo 93-95HRA. Gli utensili in ceramica possono lavorare materiali ad alta durezza difficili da lavorare con utensili tradizionali e sono adatti per il taglio ad alta velocità e il taglio duro.
② Resistenza alle alte temperature e buona resistenza al calore: gli utensili in ceramica possono ancora tagliare a temperature elevate superiori a 1200 gradi. I coltelli in ceramica hanno buone proprietà meccaniche ad alta temperatura e la resistenza all'ossidazione dei coltelli in ceramica A12O3 è particolarmente buona. Anche se il tagliente è in uno stato rovente, può essere utilizzato continuamente. Pertanto, gli utensili in ceramica possono ottenere un taglio a secco, che può far risparmiare fluido da taglio.
③ Buona stabilità chimica: gli utensili da taglio in ceramica non sono facili da incollare con il metallo e sono resistenti alla corrosione e chimicamente stabili, il che può ridurre l'usura dell'incollaggio degli utensili da taglio.
④ Basso coefficiente di attrito: l'affinità tra utensili da taglio in ceramica e metallo è piccola e il coefficiente di attrito è basso, il che può ridurre la forza di taglio e la temperatura di taglio.
⑶ Applicazione di coltelli in ceramica
La ceramica è uno dei materiali per utensili principalmente utilizzati per la finitura e la semifinitura ad alta velocità. Gli utensili da taglio in ceramica sono adatti per il taglio di tutti i tipi di ghisa (ghisa grigia, ghisa duttile, ghisa malleabile, ghisa raffreddata, ghisa ad alta lega resistente all'usura) e acciaio (acciaio strutturale al carbonio, acciaio strutturale legato, acciaio ad alta resistenza , acciai ad alto contenuto di manganese, acciai bonificati ecc.), possono essere utilizzati anche per tagliare leghe di rame, grafite, tecnopolimeri e materiali compositi.
Ci sono problemi di bassa resistenza alla flessione e scarsa resistenza all'impatto nelle prestazioni dei materiali per utensili in ceramica, che non sono adatti per il taglio a bassa velocità e carico d'urto.
4. Proprietà e caratteristiche dei materiali per utensili da taglio rivestiti e applicazione degli utensili da taglio
Il rivestimento dello strumento è uno dei modi importanti per migliorare le prestazioni dello strumento. L'emergere di utensili da taglio rivestiti ha fatto un importante passo avanti nelle prestazioni di taglio degli utensili da taglio. L'utensile rivestito è rivestito con uno o più strati di composto refrattario con buona resistenza all'usura sul corpo dell'utensile più tenace, che combina il substrato dell'utensile con il rivestimento duro, in modo da migliorare notevolmente le prestazioni dell'utensile. Gli utensili da taglio rivestiti possono migliorare l'efficienza della lavorazione, migliorare la precisione della lavorazione, prolungare la durata dell'utensile e ridurre i costi di lavorazione.
Circa l'80% degli utensili da taglio utilizzati nelle nuove macchine utensili CNC utilizza utensili rivestiti. Gli utensili da taglio rivestiti saranno in futuro le varietà di utensili più importanti nel campo della lavorazione CNC.
⑴ Tipi di utensili rivestiti
In base ai diversi metodi di rivestimento, gli utensili rivestiti possono essere suddivisi in utensili rivestiti con deposizione chimica da vapore (CVD) e utensili rivestiti con deposizione fisica da vapore (PVD). Gli utensili in metallo duro rivestito generalmente utilizzano la deposizione di vapore chimico e la temperatura di deposizione è di circa 1000 gradi. Gli utensili in acciaio ad alta velocità rivestiti generalmente utilizzano la deposizione fisica da vapore e la temperatura di deposizione è di circa 500 gradi;
In base ai diversi materiali di substrato degli utensili rivestiti, gli utensili rivestiti possono essere suddivisi in utensili rivestiti in metallo duro, utensili rivestiti in acciaio ad alta velocità e utensili rivestiti su ceramica e materiali superduri (diamante e nitruro di boro cubico).
In base alla natura del materiale di rivestimento, gli utensili rivestiti possono essere suddivisi in due categorie, vale a dire utensili con rivestimento "duro" e utensili con rivestimento "morbido". Gli obiettivi principali perseguiti dagli utensili con rivestimento "duro" sono l'elevata durezza e la resistenza all'usura. I suoi principali vantaggi sono l'elevata durezza e la buona resistenza all'usura, tipicamente i rivestimenti TiC e TiN. L'obiettivo perseguito dagli utensili con rivestimento "morbido" è un basso coefficiente di attrito, noto anche come utensili autolubrificanti, e il suo attrito con il materiale del pezzo Il coefficiente è molto basso, solo circa 0.1, che può ridurre incollaggio, ridurre l'attrito, ridurre la forza di taglio e la temperatura di taglio.
Recentemente sviluppato uno strumento di nano-rivestimento (Nanoeoating). Questo strumento rivestito può utilizzare diverse combinazioni di vari materiali di rivestimento (come metallo/metallo, metallo/ceramica, ceramica/ceramica, ecc.) per soddisfare diversi requisiti funzionali e prestazionali. Un nano-rivestimento adeguatamente progettato può conferire al materiale dell'utensile eccellenti funzioni antiattrito e antiusura e proprietà autolubrificanti, adatte per il taglio a secco ad alta velocità.
⑵ Caratteristiche degli utensili rivestiti
Le caratteristiche prestazionali degli utensili rivestiti sono le seguenti:
① Buone proprietà meccaniche e di taglio: gli utensili rivestiti combinano le eccellenti proprietà del materiale di base e del materiale di rivestimento
Non solo mantiene la buona tenacità e l'elevata resistenza della matrice, ma ha anche l'elevata durezza, l'elevata resistenza all'usura e il basso coefficiente di attrito del rivestimento. Pertanto, la velocità di taglio dell'utensile rivestito può essere aumentata di oltre 2 volte rispetto a quella dell'utensile non rivestito ed è consentita una velocità di avanzamento maggiore. Anche la durata dell'utensile rivestito è aumentata.
② Forte versatilità: gli utensili rivestiti hanno un'ampia versatilità e la gamma di lavorazione è stata notevolmente ampliata. Un utensile rivestito può sostituire diversi utensili non rivestiti.
③ Spessore del rivestimento: con l'aumento dello spessore del rivestimento, aumenterà anche la durata dell'utensile, ma quando lo spessore del rivestimento raggiunge la saturazione, la durata dell'utensile non aumenterà più in modo significativo. Quando il rivestimento è troppo spesso, è facile che si desquami; quando il rivestimento è troppo sottile, la resistenza all'usura è scarsa.
④ Riaffilabilità: le lame rivestite hanno scarsa riaffilabilità, apparecchiature di rivestimento complesse, elevati requisiti di processo e lunghi tempi di rivestimento.
⑤ Materiale di rivestimento: gli utensili con diversi materiali di rivestimento hanno prestazioni di taglio diverse. Ad esempio: quando si taglia a bassa velocità, il rivestimento TiC ha un vantaggio; quando si taglia ad alta velocità, TiN è più adatto.
⑶ Applicazione di utensili rivestiti
Gli utensili da taglio rivestiti hanno un grande potenziale nel campo della lavorazione CNC e in futuro saranno la varietà di utensili più importante nel campo della lavorazione CNC. La tecnologia di rivestimento è stata applicata a frese a candela, alesatori, trapani, utensili per la lavorazione di fori composti, creatori per ingranaggi, frese per dentatrici, frese per rasatura di ingranaggi, brocce per formatura e vari inserti indicizzabili per il bloccaggio di macchine per soddisfare i requisiti del taglio ad alta velocità Acciaio e ghisa , leghe resistenti al calore e metalli non ferrosi e altri materiali.
5. Tipi, proprietà, caratteristiche e applicazioni dei materiali per utensili in carburo cementato
Gli utensili da taglio in metallo duro, in particolare gli utensili da taglio in metallo duro indicizzabili, sono i prodotti di punta degli utensili per la lavorazione CNC. Dagli anni '80, vari utensili o lame da taglio in metallo duro integrali e indicizzabili sono stati ampliati a vari Nel campo dei vari utensili da taglio, gli utensili in metallo duro indicizzabili si sono espansi da semplici utensili di tornitura e frese per spianatura a vari campi di utensili di precisione, complessi e di formatura.
⑴ Tipi di utensili in metallo duro
Secondo la composizione chimica principale, il carburo cementato può essere suddiviso in carburo cementato a base di carburo di tungsteno e carburo cementato a base di carbonio di titanio (nitruro) (TiC(N)).
Il carburo cementato a base di carburo di tungsteno comprende tre tipi: tungsteno-cobalto (YG), tungsteno-cobalto-titanio (YT) e carburi rari (YW), ciascuno dei quali presenta vantaggi e svantaggi. I componenti principali sono il carburo di tungsteno (WC), il carburo di titanio (TiC), il carburo di tantalio (TaC), il carburo di niobio (NbC), ecc., e la fase legante metallica comunemente usata è Co.
Il carburo cementato a base di carbonio (nitruro) di titanio è un carburo cementato con TiC come componente principale (vengono aggiunti altri carburi o nitruri) e le fasi leganti metalliche comunemente utilizzate sono Mo e Ni.
L'ISO (International Organization for Standardization) suddivide il metallo duro per il taglio in tre categorie:
La categoria K, che include Kl0~K40, è equivalente alla categoria YG del mio paese (il componente principale è WC.Co).
La categoria P, che include P01~P50, è equivalente alla categoria YT del mio paese (composta principalmente da WC.TiC.Co).
La categoria M, incluso M10~M40, è equivalente alla categoria YW del mio paese (il componente principale è WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Ogni grado rappresenta una serie di leghe dall'elevata durezza alla massima tenacità con numeri compresi tra 01 e 50.
⑵ Caratteristiche prestazionali degli utensili da taglio in metallo duro
Le caratteristiche prestazionali degli utensili da taglio in metallo duro cementato sono le seguenti:
① Elevata durezza: gli utensili da taglio in metallo duro cementato sono realizzati in metallo duro con elevata durezza e punto di fusione (chiamato fase dura) e legante metallico (chiamato fase legante) mediante il metodo della metallurgia delle polveri, e la sua durezza raggiunge 89-93HRA, molto superiore a acciaio rapido, a 5400°C, la durezza può ancora raggiungere 82-87HRA, che è la stessa dell'acciaio rapido a temperatura ambiente (83-86HRA). Il valore di durezza del carburo cementato varia con la natura, la quantità, la dimensione delle particelle e il contenuto della fase legante metallica del carburo, e generalmente diminuisce con l'aumentare del contenuto della fase metallica legante. Quando il contenuto della fase legante è lo stesso, la durezza delle leghe YT è superiore a quella delle leghe YG e le leghe addizionate con TaC (NbC) hanno una maggiore durezza alle alte temperature.
② Resistenza alla flessione e tenacità: la resistenza alla flessione del carburo cementato comunemente usato è nell'intervallo di 900-1500MPa. Maggiore è il contenuto di fase del legante metallico, maggiore è la resistenza alla flessione. Quando il contenuto di legante è lo stesso, la resistenza della lega di tipo YG (WC-Co) è superiore a quella della lega di tipo YT (WC-TiC-Co) e la resistenza diminuisce con l'aumento del contenuto di TiC. Il carburo cementato è un materiale fragile e la sua resilienza a temperatura ambiente è solo da 1/30 a 1/8 di quella dell'acciaio rapido.
⑶ Applicazione di utensili da taglio in metallo duro comunemente usati
Le leghe YG sono utilizzate principalmente per la lavorazione di ghisa, metalli non ferrosi e materiali non metallici. Le leghe dure a grana fine (come YG3X, YG6X) hanno una maggiore durezza e resistenza all'usura rispetto alle leghe dure a grana media quando il contenuto di cobalto è lo stesso e sono adatte per la lavorazione di ghisa dura speciale, acciaio inossidabile austenitico, resistente al calore leghe, leghe di titanio, bronzo duro e materiali isolanti antiusura, ecc.
Gli eccezionali vantaggi del carburo cementato YT sono l'elevata durezza, la buona resistenza al calore, una maggiore durezza e resistenza alla compressione ad alta temperatura rispetto al carburo cementato YG e una buona resistenza all'ossidazione. Pertanto, quando è necessario che il coltello abbia una maggiore resistenza al calore e all'usura, è necessario selezionare il grado con il contenuto di TiC più elevato. Le leghe YT sono adatte alla lavorazione di materie plastiche come l'acciaio, ma non adatte alla lavorazione di leghe di titanio e leghe silicio-alluminio.
La lega YW ha le proprietà delle leghe YG e YT e ha buone prestazioni complete. Può essere utilizzato non solo per la lavorazione di materiali in acciaio, ma anche per la lavorazione di ghisa e metalli non ferrosi. Se il contenuto di cobalto viene opportunamente aumentato, la resistenza di questo tipo di lega può essere molto elevata e può essere utilizzata per la sgrossatura e il taglio intermittente di vari materiali difficili da lavorare.
6. Tipi, caratteristiche e applicazioni degli utensili da taglio in acciaio rapido
L'acciaio ad alta velocità (HSS in breve) è un acciaio per utensili ad alta lega con più elementi di lega come W, Mo, Cr e V aggiunti. Gli utensili da taglio in acciaio ad alta velocità hanno eccellenti prestazioni complete in termini di resistenza, tenacità e producibilità. Negli utensili da taglio complessi, in particolare nella produzione di utensili per la lavorazione di fori, frese, utensili per filettatura, brocce, utensili per il taglio di ingranaggi e altri utensili da taglio complessi, l'acciaio rapido occupa ancora una posizione dominante. I coltelli in acciaio ad alta velocità sono facili da affilare.
In base ai diversi usi, l'acciaio ad alta velocità può essere suddiviso in acciaio ad alta velocità per uso generale e acciaio ad alta velocità ad alte prestazioni.
⑴ Utensili da taglio in acciaio ad alta velocità per uso generico
Acciaio ad alta velocità per uso generico. Generalmente, può essere diviso in due tipi: acciaio al tungsteno e acciaio al molibdeno al tungsteno. Questo tipo di acciaio ad alta velocità contiene additivo (C) da 0,7 percento a 0,9 percento . In base al diverso contenuto di tungsteno nell'acciaio, può essere suddiviso in acciaio al tungsteno con il 12% o il 18% di W, acciaio al tungsteno-molibdeno con il 6% o l'8% di W e acciaio al molibdeno con il 2% o senza W. . L'acciaio ad alta velocità per uso generico ha una certa durezza (63-66HRC) e resistenza all'usura, elevata resistenza e tenacità, buona plasticità e tecnologia di lavorazione, quindi è ampiamente utilizzato nella produzione di vari strumenti complessi.
① Acciaio al tungsteno: il grado tipico dell'acciaio al tungsteno per uso generale ad alta velocità è W18Cr4V, (W18 in breve), che ha buone prestazioni complete. La durezza ad alta temperatura a 6000 ° C è 48,5 HRC e può essere utilizzata per produrre vari strumenti complessi. Presenta i vantaggi di una buona macinabilità e una bassa sensibilità alla decarburazione, ma a causa dell'elevato contenuto di carburi, la distribuzione è relativamente irregolare, le particelle sono grandi e la resistenza e la tenacità non sono elevate.
② Acciaio al tungsteno-molibdeno: si riferisce ad un acciaio ad alta velocità ottenuto sostituendo parte del tungsteno nell'acciaio al tungsteno con molibdeno. Il grado tipico dell'acciaio al tungsteno-molibdeno è W6Mo5Cr4V2, (M2 in breve). Le particelle di carburo di M2 sono fini e uniformi e la sua resistenza, tenacità e plasticità alle alte temperature sono migliori di quelle di W18Cr4V. Un altro acciaio al tungsteno-molibdeno è W9Mo3Cr4V (W9 in breve), la sua stabilità termica è leggermente superiore a quella dell'acciaio M2, la sua resistenza alla flessione e tenacità sono migliori di W6M05Cr4V2 e ha una buona lavorabilità.
⑵ Utensili da taglio in acciaio ad alta velocità ad alte prestazioni
L'acciaio rapido ad alte prestazioni si riferisce a un nuovo tipo di acciaio che aggiunge un contenuto di carbonio, contenuto di vanadio ed elementi di lega come Co e Al alla composizione dell'acciaio rapido per uso generico, in modo da migliorarne la resistenza al calore e resistenza all'usura. Ci sono principalmente le seguenti categorie:
① Acciaio rapido ad alto tenore di carbonio. L'acciaio rapido ad alto tenore di carbonio (come 95W18Cr4V), con elevata durezza a temperatura ambiente e alta temperatura, è adatto per la produzione e la lavorazione di acciaio ordinario e ghisa, trapani, alesatori, maschi e frese con requisiti di elevata resistenza all'usura, oppure strumenti per la lavorazione di materiali più duri. Non è adatto a sopportare grandi impatti.
② Acciaio rapido ad alto contenuto di vanadio. Gradi tipici, come W12Cr4V4Mo, (indicato come EV4), contenente V aumentato dal 3% al 5%, buona resistenza all'usura, adatto per il taglio di materiali con grande usura dell'utensile, come fibra, gomma dura, plastica, ecc., possono essere utilizzato anche per la lavorazione di materiali come acciaio inossidabile, acciaio ad alta resistenza e leghe resistenti al calore.
③ Acciaio rapido al cobalto. È un acciaio rapido superduro contenente cobalto, un grado tipico, come W2Mo9Cr4VCo8, (M42 in breve), ha un'elevata durezza e la sua durezza può raggiungere 69-70HRC. È adatto per la lavorazione di acciaio resistente al calore ad alta resistenza, leghe per alte temperature, leghe di titanio, ecc. Materiale di lavorazione, M42 ha una buona levigabilità ed è adatto per realizzare utensili di precisione e complessi, ma non è adatto per lavorare con il taglio a impatto condizioni.
④ Acciaio rapido in alluminio. Appartiene all'acciaio ad alta velocità superduro contenente alluminio, gradi tipici, come W6Mo5Cr4V2Al, (abbreviato in 501), la durezza ad alta temperatura raggiunge 54HRC a 6000C e le prestazioni di taglio sono equivalenti a M42. È adatto per la produzione di frese, trapani, alesatori, frese per ingranaggi e brocce. ecc., utilizzati per la lavorazione di materiali come acciai legati, acciai inossidabili, acciai ad alta resistenza e superleghe.
⑤ Acciaio rapido superduro all'azoto. Gradi tipici, come W12M03Cr4V3N, indicati come (V3N), sono acciai rapidi superduri contenenti azoto. La durezza, la resistenza e la tenacità sono equivalenti a M42. in lavorazione.
(3) Fusione di acciaio rapido e acciaio rapido da metallurgia delle polveri
In base ai diversi processi di produzione, l'acciaio rapido può essere suddiviso in fusione di acciaio rapido e acciaio rapido da metallurgia delle polveri.
① Fusione di acciaio ad alta velocità: sia l'acciaio ad alta velocità ordinario che l'acciaio ad alta velocità ad alte prestazioni sono prodotti mediante fusione. Sono trasformati in coltelli attraverso processi come fusione, fusione di lingotti, placcatura e laminazione. Il grave problema che è probabile che si verifichi nella fusione dell'acciaio rapido è la segregazione del carburo. I carburi duri e fragili sono distribuiti in modo non uniforme nell'acciaio rapido e i grani sono grossolani (fino a decine di micron). ed effetti negativi sulle prestazioni di taglio.
② Acciaio ad alta velocità per metallurgia delle polveri (PM HSS): l'acciaio ad alta velocità per metallurgia delle polveri (PM HSS) è acciaio fuso fuso in un forno a induzione ad alta frequenza, atomizzato con argon ad alta pressione o azoto puro e quindi temprato per ottenere e cristalli uniformi Microstruttura (polvere d'acciaio ad alta velocità), quindi premere la polvere ottenuta in un coltello grezzo ad alta temperatura e alta pressione, oppure prima creare una billetta d'acciaio e poi forgiarla e arrotolarla a forma di coltello. Rispetto all'acciaio rapido prodotto con il metodo di fusione, il PM HSS presenta i seguenti vantaggi: i grani di carburo sono fini e uniformi e la forza, la tenacità e la resistenza all'usura sono molto migliorate rispetto all'acciaio rapido prodotto mediante fusione. Nel campo degli utensili CNC complessi, gli utensili PM HSS si svilupperanno ulteriormente e svolgeranno un ruolo importante. Gradi tipici, come F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, ecc., possono essere utilizzati per produrre coltelli di grandi dimensioni, per impieghi gravosi e ad alto impatto e possono essere utilizzati anche per produrre coltelli di precisione.
3. Principi di selezione dei materiali per utensili da taglio CNC
IL
Attualmente, i materiali per utensili CNC ampiamente utilizzati includono principalmente utensili diamantati, utensili in nitruro di boro cubico, utensili in ceramica, utensili rivestiti, utensili in metallo duro e utensili in acciaio ad alta velocità. Esistono molti gradi di materiali per utensili da taglio e le loro prestazioni variano notevolmente. I principali indicatori di prestazione dei vari materiali per utensili sono riportati nella tabella seguente.
immagine
Il materiale dell'utensile per la lavorazione NC deve essere selezionato in base al pezzo da lavorare e alla natura della lavorazione. La selezione del materiale dell'utensile dovrebbe essere ragionevolmente abbinata all'oggetto di lavorazione. L'abbinamento del materiale dell'utensile da taglio e dell'oggetto di lavorazione si riferisce principalmente all'abbinamento delle proprietà meccaniche, fisiche e chimiche dei due per ottenere la massima durata dell'utensile e la massima produttività di taglio.
1. Il materiale dell'utensile da taglio corrisponde alle proprietà meccaniche dell'oggetto lavorato
La corrispondenza delle proprietà meccaniche dell'utensile da taglio e dell'oggetto di lavorazione si riferisce principalmente alla corrispondenza dei parametri delle proprietà meccaniche come resistenza, tenacità e durezza dell'utensile da taglio e del materiale del pezzo. I materiali degli utensili con diverse proprietà meccaniche sono adatti a diversi materiali del pezzo.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>acciaio ad alta velocità.
② L'ordine di resistenza alla flessione dei materiali degli utensili è: acciaio ad alta velocità > carburo cementato > utensili in ceramica > utensili in diamante e nitruro di boro cubico.
③ L'ordine di tenacità dei materiali degli utensili da taglio è: acciaio rapido > carburo cementato > nitruro di boro cubico, utensili da taglio diamantati e ceramici.
Il materiale del pezzo con elevata durezza deve essere lavorato con un utensile con maggiore durezza. La durezza del materiale dell'utensile deve essere superiore a quella del materiale del pezzo, che generalmente deve essere superiore a 60 HRC. Più duro è il materiale dell'utensile, migliore è la sua resistenza all'usura. Ad esempio, quando la quantità di cobalto nel carburo cementato aumenta, la sua resistenza e tenacità aumentano e la sua durezza diminuisce, il che è adatto per la sgrossatura; quando la quantità di cobalto diminuisce, aumenta la sua durezza e resistenza all'usura, che è adatta per la finitura.
Gli utensili con eccellenti proprietà meccaniche ad alta temperatura sono particolarmente adatti per il taglio ad alta velocità. Le eccellenti prestazioni ad alta temperatura degli utensili in ceramica consentono loro di tagliare a velocità elevate e la velocità di taglio consentita può essere aumentata da 2 a 10 volte rispetto al metallo duro.
2. Corrispondenza del materiale dell'utensile da taglio alle proprietà fisiche dell'oggetto lavorato
Utensili con diverse proprietà fisiche, come utensili in acciaio rapido con alta conducibilità termica e basso punto di fusione, utensili in ceramica con alto punto di fusione e bassa dilatazione termica, utensili diamantati con alta conducibilità termica e bassa dilatazione termica, ecc., sono adatti per diversi materiali del pezzo. Durante la lavorazione di pezzi con scarsa conducibilità termica, è necessario utilizzare materiali per utensili con una migliore conduttività termica, in modo che il calore di taglio possa essere trasmesso rapidamente e la temperatura di taglio possa essere ridotta. A causa dell'elevata conduttività termica e diffusività termica del diamante, il calore di taglio è facile da dissipare e non causerà una grande deformazione termica, che è particolarmente importante per gli utensili di lavorazione di precisione che richiedono un'elevata precisione dimensionale.
① Temperatura resistente al calore di vari materiali per utensili: 700-8000C per utensili diamantati, 13000-15000C per utensili PCBN, 1100-12000C per utensili in ceramica, 900-11000C per TiC(N ) a base di carburo cementato e 900-11000C per grani ultrafini a base di WC Il carburo cementato è 800~9000C, l'HSS è 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>A1203-a base di ceramica.
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>A1203-a base di ceramica.
3. Adattamento del materiale dell'utensile da taglio alle proprietà chimiche dell'oggetto lavorato
La corrispondenza delle proprietà chimiche tra i materiali degli utensili da taglio e gli oggetti di lavorazione si riferisce principalmente alla corrispondenza dei parametri delle prestazioni chimiche come l'affinità chimica, la reazione chimica, la diffusione e la dissoluzione tra i materiali degli utensili e i materiali del pezzo. coltelli di materiali diversi
