Lo sviluppo dei coltelli occupa una posizione importante nella storia del progresso umano. Già tra il 28° e il 20° secolo a.C., in Cina erano apparsi coni di ottone e coni di rame, trapani, coltelli e altri coltelli di rame. Nel tardo periodo degli Stati Combattenti (III secolo a.C.), grazie alla padronanza della tecnologia di carburazione, furono realizzati coltelli di rame. I trapani e le seghe a quel tempo avevano alcune somiglianze con i moderni trapani e seghe piatte.
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Breve storia degli utensili da taglio
Il rapido sviluppo dei coltelli avvenne alla fine del XVIII secolo con lo sviluppo di macchine come le macchine a vapore.
Nel 1783 René di Francia produsse per la prima volta le frese. Nel 1923, il tedesco Schrotter inventò il carburo cementato. Quando si utilizza il carburo cementato, l'efficienza è più del doppio di quella dell'acciaio ad alta velocità e anche la qualità della superficie e l'accuratezza dimensionale del pezzo lavorato mediante taglio sono notevolmente migliorate.
A causa del prezzo elevato dell'acciaio rapido e del carburo cementato, nel 1938, la società tedesca Degusa ottenne un brevetto sui coltelli in ceramica. Nel 1972, la General Electric Company degli Stati Uniti ha prodotto lame in diamante sintetico policristallino e nitruro di boro cubico policristallino. Questi materiali per utensili non metallici consentono all'utensile di tagliare a velocità più elevate.
Nel 1969, la svedese Sandvik Steel Works ottenne un brevetto per la produzione di inserti in metallo duro rivestiti in carburo di titanio mediante deposizione chimica da vapore. Nel 1972, Bangsha e Lagolan negli Stati Uniti hanno sviluppato un metodo di deposizione fisica da vapore per rivestire uno strato duro di carburo di titanio o nitruro di titanio sulla superficie di utensili in carburo cementato o acciaio ad alta velocità. Il metodo di rivestimento superficiale combina l'elevata resistenza e tenacità del materiale di base con l'elevata durezza e resistenza all'usura dello strato superficiale, in modo che il materiale composito abbia migliori prestazioni di taglio.
A causa dell'alta temperatura, dell'alta pressione, dell'alta velocità e delle parti che lavorano in fluidi corrosivi, vengono utilizzati materiali sempre più difficili da lavorare e il livello di automazione dell'elaborazione del taglio e i requisiti per l'accuratezza dell'elaborazione stanno diventando sempre più elevati . Quando si seleziona l'angolo dell'utensile, è necessario considerare l'influenza di vari fattori, come il materiale del pezzo, il materiale dell'utensile, le proprietà di lavorazione (lavorazione di sgrossatura e finitura), ecc., che devono essere selezionati ragionevolmente in base alla situazione specifica.
Materiali per utensili comuni: acciaio ad alta velocità, carburo cementato (incluso cermet), ceramica, CBN (nitruro di boro cubico), PCD (diamante policristallino), perché la loro durezza è più dura di una, quindi in generale, anche la velocità di taglio è Uno è più alto dell'altro.
Analisi delle prestazioni dei materiali degli utensili
Acciaio ad alta velocità: può essere suddiviso in normale acciaio ad alta velocità e acciaio ad alta velocità ad alte prestazioni.
L'acciaio rapido ordinario, come W18Cr4V, è ampiamente utilizzato nella produzione di vari coltelli complessi. La sua velocità di taglio non è generalmente troppo elevata ed è di 40-60m/min quando si tagliano materiali comuni in acciaio.
L'acciaio rapido ad alte prestazioni, come il W12Cr4V4Mo, viene fuso aggiungendo un contenuto di carbonio, contenuto di vanadio, cobalto, alluminio e altri elementi al normale acciaio rapido. La sua durabilità è 1.5-3 volte quella del normale acciaio rapido.
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Metallo duro: secondo GB2075-87 (riferito allo standard 190), può essere suddiviso in tre categorie: P, M e K. Il metallo duro di tipo P viene utilizzato principalmente per la lavorazione di metalli ferrosi con trucioli lunghi, e il blu è usato come segno; Viene utilizzato principalmente il tipo M. Viene utilizzato per la lavorazione di metalli ferrosi e metalli non ferrosi ed è contrassegnato in giallo, noto anche come lega dura per uso generale. Il tipo K viene utilizzato principalmente per la lavorazione di metalli ferrosi, metalli non ferrosi e materiali non metallici con trucioli corti ed è contrassegnato in rosso.
I numeri arabi dietro P, M e K indicano le sue prestazioni e il carico di elaborazione o le condizioni di elaborazione. Minore è il numero, maggiore è la durezza e peggiore è la tenacità.
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Ceramica: i materiali ceramici hanno una buona resistenza all'usura e possono lavorare materiali ad alta durezza che sono difficili o impossibili da lavorare con strumenti tradizionali. Inoltre, gli utensili da taglio in ceramica possono evitare il consumo energetico della lavorazione di ricottura e quindi possono anche aumentare la durezza del pezzo e prolungare la durata dell'attrezzatura della macchina.
L'attrito tra la lama in ceramica e il metallo è piccolo durante il taglio, il taglio non è facile da attaccare alla lama e non è facile produrre un bordo di riporto e può eseguire tagli ad alta velocità. Pertanto, nelle stesse condizioni, la rugosità superficiale del pezzo è relativamente bassa. La durata dell'utensile è molte volte o addirittura decine di volte superiore a quella degli utensili tradizionali, il che riduce il numero di cambi utensile durante la lavorazione.
Resistenza alle alte temperature, buona durezza rossa. Può tagliare continuamente a 1200 gradi, quindi la velocità di taglio degli inserti in ceramica può essere molto superiore a quella del carburo cementato. Può eseguire tagli ad alta velocità o realizzare "sostituzione della rettifica con tornitura e fresatura". L'efficienza di taglio è 3-10 volte superiore a quella degli utensili da taglio tradizionali e si ottiene l'effetto di risparmiare ore uomo, elettricità e numero di macchine utensili del 30 percento -70 percento o superiore.
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CBN: Questo è il secondo materiale di durezza più alto attualmente conosciuto. La durezza del foglio composito CBN è generalmente HV3000 ~ 5000, che ha un'elevata stabilità termica e durezza alle alte temperature e ha un'elevata resistenza all'ossidazione. A 1000 gradi C non si verifica ossidazione e non si verifica alcuna reazione chimica con materiali a base di ferro a 1200-1300 gradi C. Ha una buona conduttività termica e un basso coefficiente di attrito.
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Diamante policristallino PCD: i coltelli diamantati hanno le caratteristiche di elevata durezza, elevata resistenza alla compressione, buona conduttività termica e resistenza all'usura e possono ottenere un'elevata precisione di lavorazione ed efficienza di lavorazione nel taglio ad alta velocità. Poiché la struttura del PCD è un corpo sinterizzato di diamante a grana fine con diversi orientamenti, la sua durezza e resistenza all'usura sono ancora inferiori a quelle del diamante a cristallo singolo nonostante l'aggiunta di un legante. L'affinità con metalli non ferrosi e materiali non metallici è molto ridotta e i trucioli non si attaccano facilmente alla punta dell'utensile per formare un tagliente durante la lavorazione.
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Riassumere
Il campo di applicazione di ciascun materiale
Acciaio ad alta velocità: utilizzato principalmente in occasioni che richiedono elevata tenacità come utensili per la formatura e forme complesse;
Carburo cementato: la più ampia gamma di applicazioni, sostanzialmente capace;
Ceramica: utilizzato principalmente nella lavorazione di sgrossatura e nella lavorazione ad alta velocità di parti in tornitura di parti dure e parti in ghisa;
CBN: utilizzato principalmente nella tornitura di parti temprate e nella lavorazione ad alta velocità di parti in ghisa (in generale, è più efficiente della ceramica in termini di resistenza all'usura, resilienza e resistenza alla frattura);
PCD: utilizzato principalmente per il taglio ad alta efficienza di metalli non ferrosi e materiali non metallici.
