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.
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1. I materiali degli utensili dovrebbero avere proprietà di base
IL
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.
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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.
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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.
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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.
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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 la varietà di utensili più importante nel campo della lavorazione CNC.
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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 prestazioni meccaniche e di taglio: gli utensili rivestiti combinano le eccellenti proprietà del materiale di base e del materiale di rivestimento, che non solo mantiene la buona tenacità e l'elevata resistenza della base
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.
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1. I materiali degli utensili dovrebbero avere proprietà di base
IL
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.
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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.
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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.
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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.
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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 la varietà di utensili più importante nel campo della lavorazione CNC.
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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 prestazioni meccaniche e di taglio: gli utensili rivestiti combinano le eccellenti proprietà del materiale di base e del materiale di rivestimento, che non solo mantiene la buona tenacità e l'elevata resistenza della base
