Μόνο όταν ο προηγμένος εξοπλισμός επεξεργασίας συνδυάζεται με εργαλεία NC υψηλής απόδοσης, μπορεί να ασκηθεί πλήρως η δέουσα αποτελεσματικότητά τους και να επιτευχθούν καλά οικονομικά οφέλη. Με την ταχεία ανάπτυξη των υλικών εργαλείων, οι φυσικές, μηχανικές και κοπτικές ιδιότητες διαφόρων νέων υλικών εργαλείων έχουν βελτιωθεί σημαντικά και το πεδίο εφαρμογής τους έχει επίσης διευρυνθεί.
I Το υλικό εργαλείου θα έχει βασική απόδοση
Η επιλογή του υλικού εργαλείου έχει μεγάλη επιρροή στη διάρκεια ζωής του εργαλείου, την αποτελεσματικότητα της μηχανικής κατεργασίας, την ποιότητα μηχανικής κατεργασίας και το κόστος μηχανικής κατεργασίας. Το κοπτικό εργαλείο πρέπει να φέρει τις επιπτώσεις της υψηλής πίεσης, της υψηλής θερμοκρασίας, της τριβής, της κρούσης και των κραδασμών. Επομένως, το υλικό εργαλείου πρέπει να έχει τις ακόλουθες βασικές ιδιότητες:
(1) Σκληρότητα και αντοχή στη φθορά. Η σκληρότητα του υλικού του εργαλείου πρέπει να είναι υψηλότερη από αυτή του υλικού του τεμαχίου εργασίας, η οποία γενικά απαιτείται να είναι πάνω από 60HRC. Όσο μεγαλύτερη είναι η σκληρότητα του υλικού του εργαλείου, τόσο καλύτερη είναι η αντίσταση στη φθορά.
(2) Δύναμη και σκληρότητα. Το υλικό του εργαλείου πρέπει να έχει υψηλή αντοχή και σκληρότητα για να αντέχει τη δύναμη κοπής, την κρούση και τους κραδασμούς και να αποτρέπει το εύθραυστο σπάσιμο και το σπάσιμο της λεπίδας του εργαλείου.
(3) Αντοχή στη θερμότητα. Το υλικό του εργαλείου έχει καλή αντοχή στη θερμότητα, μπορεί να αντέξει την υψηλή θερμοκρασία κοπής και έχει καλή αντοχή στην οξείδωση.
(4) Απόδοση και οικονομία διαδικασίας. Το υλικό του εργαλείου πρέπει να έχει καλή απόδοση σφυρηλάτησης, απόδοση θερμικής επεξεργασίας και απόδοση συγκόλλησης. Απόδοση επεξεργασίας λείανσης και επιδίωξη αναλογίας τιμής υψηλής απόδοσης.
2, Τύπος, απόδοση, χαρακτηριστικά και εφαρμογή των υλικών εργαλείων
1. Type, performance and characteristics of diamond tool materials and tool application
Το διαμάντι είναι το αλλοτρόπο του άνθρακα, το οποίο είναι το σκληρότερο υλικό που υπάρχει στη φύση. Τα διαμαντένια εργαλεία έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην επεξεργασία μη σιδηρούχων και μη μεταλλικών υλικών λόγω της υψηλής σκληρότητάς τους, της υψηλής αντοχής στη φθορά και της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας. Ειδικά στη μηχανική κατεργασία υψηλής ταχύτητας αλουμινίου και κραμάτων αλουμινίου πυριτίου, τα διαμαντένια εργαλεία είναι τα κύρια εργαλεία κοπής που είναι δύσκολο να αντικατασταθούν. Το διαμαντένιο εργαλείο που μπορεί να πραγματοποιήσει κατεργασία υψηλής απόδοσης, υψηλής σταθερότητας και μεγάλης διάρκειας ζωής είναι ένα απαραίτητο εργαλείο στη σύγχρονη κατεργασία NC.
⑴ Τύπος διαμαντοκόπτη
① Εργαλεία φυσικού διαμαντιού: το φυσικό διαμάντι χρησιμοποιείται ως εργαλεία κοπής για εκατοντάδες χρόνια. Μετά από λεπτή λείανση, τα φυσικά εργαλεία μονοκρυστάλλου διαμαντιού μπορούν να είναι εξαιρετικά αιχμηρά με ακτίνα κοπής 0,002 μ m. Μπορεί να πραγματοποιήσει εξαιρετικά λεπτή κοπή και μπορεί να επεξεργαστεί εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια τεμαχίου εργασίας και εξαιρετικά χαμηλή τραχύτητα επιφάνειας. Αναγνωρίζεται ως ένα ιδανικό και αναντικατάστατο εργαλείο κατεργασίας υπερακρίβειας.
② Εργαλεία διαμαντιών PCD: τα φυσικά διαμάντια είναι ακριβά και το πολυκρυσταλλικό διαμάντι (PCD) χρησιμοποιείται ευρέως για κοπή. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1970, μετά την επιτυχή ανάπτυξη της λεπίδας PCD (Polycrystalline Diamond) που παρασκευάστηκε με τεχνολογία σύνθεσης υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης, το εργαλείο φυσικού διαμαντιού έχει αντικατασταθεί από το τεχνητό πολυκρυσταλλικό διαμάντι σε πολλές περιπτώσεις. Οι πρώτες ύλες του PCD είναι πλούσιες σε πηγές και η τιμή του είναι μόνο το ένα δέκατο έως το ένα δέκατο αυτής του φυσικού διαμαντιού.
Οι κόφτες PCD δεν μπορούν να αλέσουν εξαιρετικά αιχμηρές άκρες και η ποιότητα της επιφάνειας του επεξεργασμένου τεμαχίου δεν είναι τόσο καλή όσο αυτή των φυσικών διαμαντιών. Τώρα, δεν είναι βολικό να κατασκευάζονται κοπτήρες PCD με αυλακώσεις θραύσης τσιπς στη βιομηχανία. Επομένως, το PCD μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για λεπτή κοπή μη σιδηρούχων μετάλλων και μη μετάλλων και είναι δύσκολο να επιτευχθεί κοπή καθρέφτη εξαιρετικής ακρίβειας.
③ Εργαλεία διαμαντιών CVD: Από τα τέλη της δεκαετίας του 1970 έως τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η τεχνολογία διαμαντιών CVD εμφανίστηκε στην Ιαπωνία. Το διαμάντι CVD αναφέρεται στη σύνθεση μεμβρανών διαμαντιού σε ετερογενή υποστρώματα (όπως καρβίδιο με τσιμέντο, κεραμικά κ.λπ.) με χημική εναπόθεση ατμών (CVD). Το διαμάντι CVD έχει την ίδια δομή και χαρακτηριστικά με το φυσικό διαμάντι.
Η απόδοση του διαμαντιού CVD είναι πολύ κοντά σε αυτή του φυσικού διαμαντιού, το οποίο έχει τα πλεονεκτήματα του φυσικού μονοκρυσταλλικού διαμαντιού και του πολυκρυσταλλικού διαμαντιού (PCD) και ξεπερνά τα μειονεκτήματά τους σε κάποιο βαθμό.
⑵ Χαρακτηριστικά απόδοσης εργαλείων διαμαντιών
① Πολύ υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά: το φυσικό διαμάντι είναι το σκληρότερο υλικό που υπάρχει στη φύση. Το διαμάντι έχει πολύ υψηλή αντοχή στη φθορά. Κατά τη μηχανική κατεργασία υλικών υψηλής σκληρότητας, η διάρκεια ζωής των εργαλείων διαμαντιών είναι 10-100 φορές εκείνη των εργαλείων με τσιμέντο καρβιδίου, ακόμη και εκατοντάδες φορές.
② Έχει πολύ χαμηλό συντελεστή τριβής: ο συντελεστής τριβής μεταξύ διαμαντιού και ορισμένων μη σιδηρούχων μετάλλων είναι χαμηλότερος από αυτόν άλλων εργαλείων. Ο συντελεστής τριβής είναι χαμηλός και η παραμόρφωση κατά τη μηχανική κατεργασία είναι μικρή, γεγονός που μπορεί να μειώσει τη δύναμη κοπής.
③ Η κοπτική άκρη είναι πολύ αιχμηρή: η κοπτική άκρη του διαμαντένιου εργαλείου μπορεί να αλεσθεί πολύ αιχμηρή και το φυσικό εργαλείο μονού κρυστάλλου μπορεί να φτάσει τα 0,002 ～ 0,008 μ m. Δυνατότητα εξαιρετικά λεπτής κοπής και κατεργασίας εξαιρετικά ακριβείας.
④ Έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα: η θερμική αγωγιμότητα και η θερμική διάχυση του διαμαντιού είναι υψηλές, η θερμότητα κοπής διαχέεται εύκολα και η θερμοκρασία του τμήματος κοπής του εργαλείου είναι χαμηλή.
⑤ Χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής: ο συντελεστής θερμικής διαστολής του διαμαντιού είναι αρκετές φορές μικρότερος από αυτόν του τσιμεντοειδούς καρβιδίου και η αλλαγή μεγέθους του εργαλείου που προκαλείται από τη θερμότητα κοπής είναι πολύ μικρή, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για κατεργασία ακριβείας και εξαιρετικής ακρίβειας με απαιτήσεις υψηλών διαστάσεων ακρίβειας .
⑶ Εφαρμογή εργαλείων διαμαντιών
Τα διαμαντένια εργαλεία χρησιμοποιούνται κυρίως για λεπτή κοπή και διάτρηση μη σιδηρούχων και μη μεταλλικών υλικών σε υψηλή ταχύτητα. Κατάλληλο για την επεξεργασία διαφόρων ανθεκτικών στη φθορά μη μετάλλων, όπως τεμάχια μεταλλουργίας σκόνης GRP, κεραμικά υλικά κ.λπ. Διάφορα μη σιδηρούχα μέταλλα ανθεκτικά στη φθορά, όπως διάφορα κράματα αλουμινίου πυριτίου. Όλα τα είδη φινιρίσματος μη σιδηρούχων μετάλλων.
Το μειονέκτημα των εργαλείων διαμαντιού είναι η κακή θερμική τους σταθερότητα. Όταν η θερμοκρασία κοπής υπερβαίνει τους 700 ℃~800 ℃, θα χάσουν εντελώς τη σκληρότητά τους. Επιπλέον, δεν είναι κατάλληλο για κοπή σιδηρούχων μετάλλων, επειδή το διαμάντι (άνθρακας) αλληλεπιδρά εύκολα με άτομα σιδήρου σε υψηλές θερμοκρασίες, έτσι ώστε τα άτομα άνθρακα να μπορούν να μετατραπούν σε δομές γραφίτη και το εργαλείο είναι εξαιρετικά ευάλωτο σε ζημιά.
2. Τύποι, ιδιότητες και χαρακτηριστικά υλικών εργαλείων κυβικού νιτριδίου βορίου και εφαρμογές εργαλείων
Το δεύτερο είδος υπερσκληρού υλικού, το κυβικό νιτρίδιο του βορίου (CBN), που συντίθεται με μια μέθοδο παρόμοια με τη μέθοδο κατασκευής διαμαντιών, είναι δεύτερο μόνο μετά το διαμάντι σε σκληρότητα και θερμική αγωγιμότητα και έχει εξαιρετική θερμική σταθερότητα. Δεν οξειδώνεται όταν θερμαίνεται στους 10000C στην ατμόσφαιρα. Το CBN έχει εξαιρετικά σταθερές χημικές ιδιότητες για τα σιδηρούχα μέταλλα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως στην επεξεργασία προϊόντων χάλυβα.
⑴ Τύπος εργαλείου κυβικού νιτριδίου βορίου
Το νιτρίδιο του κυβικού βορίου (CBN) είναι μια ουσία που δεν υπάρχει στη φύση. Μπορεί να χωριστεί σε μονοκρυστάλλους και πολυκρυστάλλους, δηλαδή σε μονοκρυστάλλους CBN και σε πολυκρυσταλλικό κυβικό νιτρίδιο του βορίου (PCBN). Το CBN είναι ένα από τα ισομερή του νιτριδίου του βορίου (BN) και η δομή του είναι παρόμοια με το διαμάντι.
Το PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) είναι ένα πολυκρυσταλλικό υλικό που συντήκεται από λεπτά υλικά CBN μέσω φάσεων σύνδεσης (TiC, TiN, Al, Ti, κ.λπ.) υπό υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση. Αυτή τη στιγμή είναι ένα υλικό εργαλείων με σκληρότητα τεχνητής σύνθεσης δεύτερο μόνο μετά το διαμάντι. Αυτό και το διαμάντι αναφέρονται συλλογικά ως υπερσκληρά υλικά εργαλείων. Το PCBN χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή εργαλείων ή άλλων εργαλείων.
Οι κόφτες PCBN μπορούν να χωριστούν σε ενσωματωμένα ένθετα PCBN και σε σύνθετα ένθετα PCBN πυροσυσσωματωμένα με καρβίδιο με τσιμέντο.
Τα σύνθετα ένθετα PCBN κατασκευάζονται με πυροσυσσωμάτωση ενός στρώματος PCBN πάχους O.5~1.0mm στο τσιμεντοειδές καρβίδιο με καλή αντοχή και σκληρότητα. Η απόδοσή του έχει τόσο καλή σκληρότητα, υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά. Επιλύει τα προβλήματα χαμηλής αντοχής σε κάμψη και δυσκολίας συγκόλλησης των ενθεμάτων CBN.
⑵ Κύριες ιδιότητες και χαρακτηριστικά του κυβικού νιτριδίου του βορίου
Αν και η σκληρότητα του κυβικού νιτριδίου του βορίου είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή του διαμαντιού, είναι πολύ υψηλότερη από αυτή άλλων υλικών υψηλής σκληρότητας. Το εξαιρετικό πλεονέκτημα του CBN είναι ότι η θερμική του σταθερότητα είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του διαμαντιού, φτάνοντας πάνω από 1200 ℃ (700~800 ℃ για το διαμάντι). Ένα άλλο εξαιρετικό πλεονέκτημα είναι ότι το CBN είναι χημικά αδρανές και δεν μπορεί να αντιδράσει με τον σίδηρο στους 1200~1300 ℃. Τα κύρια χαρακτηριστικά απόδοσης του κυβικού νιτριδίου βορίου είναι τα ακόλουθα.
① Υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά: Η κρυσταλλική δομή CBN είναι παρόμοια με το διαμάντι και έχει παρόμοια σκληρότητα και αντοχή με το διαμάντι. Το PCBN είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την κατεργασία υλικών υψηλής σκληρότητας που μπορούν να λειανθούν μόνο πριν και μπορούν να επιτύχουν καλύτερη ποιότητα επιφάνειας τεμαχίου εργασίας.
② Έχει υψηλή θερμική σταθερότητα: η αντίσταση στη θερμότητα του CBN μπορεί να φτάσει τα 1400~1500 ℃, που είναι σχεδόν 1 φορές υψηλότερη από αυτή του διαμαντιού (700~800 ℃). Το εργαλείο PCBN μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κοπή κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας και σκληρυμένου χάλυβα με ταχύτητα 3~5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του εργαλείου καρβιδίου με τσιμέντο.
③ Εξαιρετική χημική σταθερότητα: όταν η θερμοκρασία φτάσει τους 1200-1300 ℃, δεν θα έχει χημική επίδραση με υλικά με βάση το σίδηρο και δεν θα φορεθεί τόσο γρήγορα όσο το διαμάντι. Αυτή τη στιγμή, μπορεί ακόμα να διατηρήσει τη σκληρότητα του τσιμεντοειδούς καρβιδίου. Τα εργαλεία PCBN είναι κατάλληλα για την κοπή εξαρτημάτων από σκληρυμένο χάλυβα και ψυχρού χυτοσιδήρου και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως στην κοπή χυτοσιδήρου υψηλής ταχύτητας.
④ Καλή θερμική αγωγιμότητα: Παρόλο που η θερμική αγωγιμότητα του CBN δεν είναι τόσο καλή όσο αυτή του διαμαντιού, η θερμική αγωγιμότητα του PCBN είναι μόνο δεύτερη από εκείνη του διαμαντιού σε όλα τα είδη υλικών εργαλείων, η οποία είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του χάλυβα υψηλής ταχύτητας και καρβίδιο με τσιμέντο.
⑤ Χαμηλός συντελεστής τριβής: ο χαμηλός συντελεστής τριβής μπορεί να μειώσει τη δύναμη κοπής, να μειώσει τη θερμοκρασία κοπής και να βελτιώσει την ποιότητα της κατεργασμένης επιφάνειας.
(3) Εφαρμογή εργαλείων κυβικού νιτριδίου βορίου
Το κυβικό νιτρίδιο του βορίου είναι κατάλληλο για φινίρισμα διαφόρων σκληρών υλικών κοπής όπως σβησμένος χάλυβας, σκληρός χυτοσίδηρος, κράμα υψηλής θερμοκρασίας, σκληρό κράμα και επιφανειακά υλικά ψεκασμού. Η ακρίβεια κατεργασίας μπορεί να φτάσει το IT5 (IT6 για τρύπες) και η τιμή τραχύτητας της επιφάνειας μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο Ra1,25 ～ 0,20 μ m.
Η σκληρότητα και η αντοχή σε κάμψη του υλικού εργαλείου CBN είναι φτωχές. Επομένως, το εργαλείο περιστροφής κυβικού νιτριδίου του βορίου δεν είναι κατάλληλο για σκληρή κατεργασία με χαμηλή ταχύτητα και μεγάλο φορτίο κρούσης. Ταυτόχρονα, δεν είναι κατάλληλο για κοπή υλικών με μεγάλη πλαστικότητα (όπως κράμα αλουμινίου, κράμα χαλκού, κράμα βάσης νικελίου, χάλυβας με μεγάλη πλαστικότητα κ.λπ.), επειδή κατά την κοπή αυτών των μετάλλων θα προκύψει σοβαρή συσσώρευση τσιπς, η οποία θα αλλοιώνουν την επεξεργασμένη επιφάνεια.
3. Τύπος, απόδοση και χαρακτηριστικά υλικών κεραμικών εργαλείων και εφαρμογή εργαλείων
Τα κεραμικά εργαλεία κοπής έχουν υψηλή σκληρότητα, καλή αντοχή στη φθορά, καλή αντοχή στη θερμότητα και χημική σταθερότητα και δεν είναι εύκολο να συνδεθούν με μέταλλο. Τα κεραμικά εργαλεία παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην κατεργασία NC. Τα κεραμικά εργαλεία έχουν γίνει ένα από τα κύρια εργαλεία κοπής υψηλής ταχύτητας και δύσκολα κατεργασμένα υλικά. Τα κεραμικά εργαλεία χρησιμοποιούνται ευρέως σε υψηλής ταχύτητας κοπή, στεγνή κοπή, σκληρή κοπή και δύσκολα μηχανικά υλικά. Τα κεραμικά εργαλεία μπορούν να επεξεργάζονται αποτελεσματικά υλικά υψηλής σκληρότητας που δεν μπορούν να υποστούν επεξεργασία με παραδοσιακά εργαλεία, συνειδητοποιώντας ότι «γυρίζουν αντί για λείανση». Η βέλτιστη ταχύτητα κοπής των κεραμικών εργαλείων μπορεί να είναι 2~lO φορές μεγαλύτερη από αυτή των εργαλείων με τσιμέντο καρβιδίου, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση κοπής. Οι κύριες πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για κεραμικά υλικά εργαλείων είναι τα πιο άφθονα στοιχεία στην κρούστα. Ως εκ τούτου, η προώθηση και η εφαρμογή κεραμικών εργαλείων είναι μεγάλης σημασίας για τη βελτίωση της παραγωγικότητας, τη μείωση του κόστους επεξεργασίας και την εξοικονόμηση στρατηγικών πολύτιμων μετάλλων, και επίσης θα προωθήσει σε μεγάλο βαθμό την πρόοδο της τεχνολογίας κοπής.
⑴ Τύπος κεραμικών υλικών εργαλείων
Τα κεραμικά υλικά εργαλείων μπορούν γενικά να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: κεραμικά με βάση την αλουμίνα, κεραμικά με βάση το νιτρίδιο του πυριτίου και κεραμικά με βάση το νιτρίδιο του πυριτίου με βάση την αλουμίνα. Μεταξύ αυτών, τα κεραμικά υλικά εργαλείων με βάση την αλουμίνα και το νιτρίδιο του πυριτίου χρησιμοποιούνται ευρέως. Η απόδοση των κεραμικών με βάση το νιτρίδιο του πυριτίου είναι ανώτερη από εκείνη των κεραμικών με βάση την αλουμίνα.
⑵ Απόδοση και χαρακτηριστικά κεραμικών εργαλείων
Τα χαρακτηριστικά απόδοσης των κεραμικών εργαλείων είναι τα εξής:
① Υψηλή σκληρότητα και καλή αντοχή στη φθορά: Αν και η σκληρότητα των κεραμικών εργαλείων δεν είναι τόσο υψηλή όσο αυτή των PCD και PCBN, είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των εργαλείων τσιμεντοειδούς καρβιδίου και χάλυβα υψηλής ταχύτητας, φτάνοντας τα 93-95HRA. Τα κεραμικά εργαλεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατεργασία υλικών υψηλής σκληρότητας που είναι δύσκολο να επεξεργαστούν με παραδοσιακά εργαλεία και είναι κατάλληλα για κοπή υψηλής ταχύτητας και σκληρή κοπή.
② Αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, καλή αντοχή στη θερμότητα: τα κεραμικά εργαλεία μπορούν ακόμα να κόψουν σε υψηλή θερμοκρασία πάνω από 1200 ℃. Τα κεραμικά εργαλεία έχουν καλές μηχανικές ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας και τα κεραμικά εργαλεία A12O3 έχουν ιδιαίτερα καλή αντοχή στην οξείδωση. Η αιχμή μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνεχώς ακόμα και σε ζεστή κατάσταση. Επομένως, το κεραμικό εργαλείο μπορεί να πραγματοποιήσει στεγνή κοπή, εξοικονομώντας έτσι υγρό κοπής.
③ Καλή χημική σταθερότητα: τα κεραμικά εργαλεία δεν είναι εύκολο να συνδεθούν με μέταλλο και έχουν καλή αντοχή στη διάβρωση και χημική σταθερότητα, γεγονός που μπορεί να μειώσει τη φθορά της κόλλας των εργαλείων
④ Χαμηλός συντελεστής τριβής: η συγγένεια μεταξύ κεραμικού εργαλείου και μετάλλου είναι μικρή και ο συντελεστής τριβής είναι χαμηλός, γεγονός που μπορεί να μειώσει τη δύναμη κοπής και τη θερμοκρασία κοπής.
(3) Το κεραμικό μαχαίρι έχει εφαρμογή
Το κεραμικό είναι ένα από τα υλικά εργαλείων που χρησιμοποιούνται κυρίως σε φινίρισμα υψηλής ταχύτητας και ημιτελική επεξεργασία. Τα κεραμικά εργαλεία είναι κατάλληλα για την κατεργασία διαφόρων χυτοσιδήρων (γκρίζος χυτοσίδηρος, οζώδης χυτοσίδηρος, ελατός χυτοσίδηρος, ψυχρός χυτοσίδηρος, χυτοσίδηρος υψηλής αντοχής στη φθορά) και χάλυβες (ανθρακωματικός χάλυβας, κράμα δομικού χάλυβα, χάλυβας υψηλής αντοχής, χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε μαγγάνιο, σβησμένος χάλυβας κ.λπ.), καθώς και κράματα χαλκού, γραφίτης, πλαστικά μηχανικής και σύνθετα υλικά.
Το κεραμικό υλικό εργαλείων έχει τα προβλήματα χαμηλής αντοχής σε κάμψη και κακής σκληρότητας κρούσης, επομένως δεν είναι κατάλληλο για κοπή σε χαμηλή ταχύτητα και υπό κρουστικό φορτίο.
4. Απόδοση και χαρακτηριστικά επικαλυμμένων υλικών εργαλείων και εφαρμογή εργαλείων
Η επεξεργασία επίστρωσης είναι ένας από τους σημαντικούς τρόπους βελτίωσης της απόδοσης του εργαλείου. Η εμφάνιση των επικαλυμμένων εργαλείων έχει κάνει μια μεγάλη ανακάλυψη στην απόδοση κοπής των εργαλείων. Τα επικαλυμμένα εργαλεία επικαλύπτονται με ένα ή περισσότερα στρώματα πυρίμαχων ενώσεων με καλή αντοχή στη φθορά στο σώμα του εργαλείου με καλή σκληρότητα. Συνδυάζει τη μήτρα εργαλείου με τη σκληρή επίστρωση, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση του εργαλείου. Τα επικαλυμμένα εργαλεία μπορούν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα της μηχανικής κατεργασίας, να βελτιώσουν την ακρίβεια μηχανικής κατεργασίας, να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του εργαλείου και να μειώσουν το κόστος μηχανικής κατεργασίας.
Περίπου το 80% των εργαλείων κοπής που χρησιμοποιούνται στις νέες εργαλειομηχανές CNC χρησιμοποιούν εργαλεία με επίστρωση. Τα επικαλυμμένα εργαλεία θα είναι η πιο σημαντική ποικιλία εργαλείων στον τομέα της κατεργασίας NC στο μέλλον.
⑴ Τύπος επικαλυμμένου εργαλείου
Σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους επίστρωσης, τα επικαλυμμένα εργαλεία μπορούν να χωριστούν σε εργαλεία επικαλυμμένα με χημική εναπόθεση ατμού (CVD) και σε εργαλεία επικαλυμμένα με φυσική εναπόθεση ατμού (PVD). Τα επικαλυμμένα εργαλεία καρβιδίου παρασκευάζονται γενικά με εναπόθεση χημικών ατμών σε θερμοκρασία περίπου 1000 ℃. Τα επικαλυμμένα εργαλεία χάλυβα υψηλής ταχύτητας εναποτίθενται γενικά με φυσική εναπόθεση ατμών σε περίπου 500 ℃.
Σύμφωνα με τα διαφορετικά υλικά υποστρώματος των επικαλυμμένων εργαλείων, τα επικαλυμμένα εργαλεία μπορούν να χωριστούν σε εργαλεία επικαλυμμένα με τσιμέντο καρβιδίου, εργαλεία με επικάλυψη χάλυβα υψηλής ταχύτητας και εργαλεία με επικάλυψη σε κεραμικά και υπερσκληρά υλικά (διαμάντι και κυβικό νιτρίδιο βορίου).
Σύμφωνα με τις ιδιότητες των υλικών επίστρωσης, τα επικαλυμμένα εργαλεία μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες, συγκεκριμένα εργαλεία με «σκληρή» επίστρωση και εργαλεία με «μαλακή» επίστρωση. Ο κύριος στόχος των εργαλείων με «σκληρή» επίστρωση είναι η υψηλή σκληρότητα και η αντοχή στη φθορά. Τα κύρια πλεονεκτήματά του είναι η υψηλή σκληρότητα και η καλή αντοχή στη φθορά, συνήθως οι επικαλύψεις TiC και TiN. Ο στόχος των εργαλείων με «μαλακή» επίστρωση είναι ο χαμηλός συντελεστής τριβής, γνωστός και ως αυτολιπαινόμενα εργαλεία. Ο συντελεστής τριβής του με το υλικό του τεμαχίου είναι πολύ χαμηλός, μόνο περίπου 0,1, που μπορεί να μειώσει την πρόσφυση, την τριβή, τη δύναμη κοπής και τη θερμοκρασία κοπής.
Πρόσφατα, έχουν αναπτυχθεί εργαλεία νανοεπικάλυψης. Αυτό το επικαλυμμένο εργαλείο μπορεί να χρησιμοποιήσει διαφορετικούς συνδυασμούς διαφόρων υλικών επίστρωσης (όπως μέταλλο/μέταλλο, μέταλλο/κεραμικό, κεραμικό/κεραμικό κ.λπ.) για να καλύψει διαφορετικές λειτουργικές απαιτήσεις και απαιτήσεις απόδοσης. Η νανο επίστρωση με λογικό σχεδιασμό μπορεί να κάνει το υλικό του εργαλείου να έχει εξαιρετικές αντιτριβικές και αντιφθορικές λειτουργίες και αυτολιπαινόμενες ιδιότητες, το οποίο είναι κατάλληλο για ξηρή κοπή υψηλής ταχύτητας.
(2) Χαρακτηριστικά επικαλυμμένων εργαλείων
Τα χαρακτηριστικά απόδοσης των επικαλυμμένων εργαλείων είναι τα εξής:
① Καλές μηχανικές και κοπτικές ιδιότητες: το επικαλυμμένο εργαλείο συνδυάζει τις εξαιρετικές ιδιότητες του υλικού βάσης και του υλικού επίστρωσης, το οποίο όχι μόνο διατηρεί την καλή σκληρότητα και την υψηλή αντοχή του υλικού βάσης, αλλά έχει επίσης την υψηλή σκληρότητα, την υψηλή αντοχή στη φθορά και τη χαμηλή συντελεστής τριβής της επίστρωσης. Επομένως, η ταχύτητα κοπής των επικαλυμμένων εργαλείων μπορεί να είναι περισσότερο από 2 φορές μεγαλύτερη από αυτή των μη επικαλυμμένων εργαλείων και επιτρέπεται υψηλότερος ρυθμός τροφοδοσίας. Βελτιώνεται επίσης η διάρκεια ζωής των επικαλυμμένων εργαλείων.
② Ισχυρή ευελιξία: τα επικαλυμμένα εργαλεία έχουν μεγάλη ευελιξία και το εύρος επεξεργασίας διευρύνεται σημαντικά. Ένα εργαλείο με επίστρωση μπορεί να αντικαταστήσει πολλά μη επικαλυμμένα εργαλεία.
5. Τύποι, ιδιότητες, χαρακτηριστικά και εφαρμογές εργαλείων τσιμεντοειδούς καρβιδίου
Τα εργαλεία καρβιδίου με τσιμέντο, ειδικά τα εργαλεία από καρβίδιο με τσιμέντο, είναι τα κορυφαία προϊόντα των εργαλείων κατεργασίας CNC. Από τη δεκαετία του 1980, διάφοροι τύποι ενσωματωμένων και ευρετηριάσιμα εργαλείων ή ενθέτων από καρβίδιο με τσιμέντο έχουν επεκταθεί σε διάφορα πεδία εργαλείων κοπής, μεταξύ των οποίων τα εργαλεία με δυνατότητα ευρετηρίασης από καρβίδιο με τσιμέντο έχουν επεκταθεί από απλά εργαλεία τόρνευσης και εργαλεία φρεζαρίσματος σε διάφορα πεδία εργαλείων ακριβείας, πολύπλοκα και διαμορφωμένα.
⑴ Τύπος εργαλείου καρβιδίου
Σύμφωνα με την κύρια χημική σύνθεση, τα καρβίδια με τσιμέντο μπορούν να χωριστούν σε καρβίδια με βάση το τσιμέντο με βάση το καρβίδιο του βολφραμίου και σε καρβίδια με βάση το τσιμέντο με βάση το καρβίδιο του τιτανίου (TiC (N)).
Τα καρβίδια με βάση το καρβίδιο βολφραμίου περιλαμβάνουν κοβάλτιο βολφραμίου (YG), κοβάλτιο βολφραμίου τιτάνιο (YT) και σπάνια καρβίδια (YW). Έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τα κύρια συστατικά είναι το καρβίδιο του βολφραμίου (WC), το καρβίδιο του τιτανίου (TiC), το καρβίδιο του τανταλίου (TaC), το καρβίδιο του νιοβίου (NbC) κ.λπ. Η κοινή φάση σύνδεσης μετάλλου είναι η Co.
Το καρβίδιο του τιτανίου (νιτρίδιο) είναι ένα είδος καρβιδίου με τσιμέντο με κύριο συστατικό το TiC (ορισμένοι έχουν προσθέσει άλλα καρβίδια ή νιτρίδια). Οι φάσεις συγκόλλησης μετάλλων που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι Mo και Ni.
Ο ISO (Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης) χωρίζει τα καρβίδια κοπής με τσιμέντο σε τρεις κατηγορίες:
Η κατηγορία Κ, συμπεριλαμβανομένου του Kl0 ～ K40, είναι ισοδύναμη με το YG στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC. Co).
Η κατηγορία P, συμπεριλαμβανομένου του P01 ～ P50, είναι ισοδύναμη με το YT στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC. TiC. Co).
Η κατηγορία M, συμπεριλαμβανομένης της M10 ～ M40, είναι ισοδύναμη με την κατηγορία YW στην Κίνα (που αποτελείται κυρίως από WC TiC TaC (NbC) - Co).
Κάθε κατηγορία αντιπροσωπεύει μια σειρά κραμάτων από υψηλή σκληρότητα έως μέγιστη σκληρότητα με αριθμούς μεταξύ 01 και 50.
⑵ Χαρακτηριστικά απόδοσης εργαλείων τσιμεντοειδούς καρβιδίου
Τα χαρακτηριστικά απόδοσης των εργαλείων τσιμεντοειδούς καρβιδίου είναι τα εξής:
① Υψηλή σκληρότητα: Το εργαλείο καρβιδίου με τσιμέντο είναι κατασκευασμένο από καρβίδιο (που ονομάζεται σκληρή φάση) και συνδετικό μετάλλου (που ονομάζεται φάση συγκόλλησης) με υψηλή σκληρότητα και σημείο τήξης λόγω μεταλλουργίας σκόνης. Η σκληρότητά του είναι 89~93HRA, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα υψηλής ταχύτητας. Στους 5400C, η σκληρότητα μπορεί ακόμα να φτάσει τα 82~87HRA, που είναι ίδια με εκείνη του χάλυβα υψηλής ταχύτητας σε θερμοκρασία δωματίου (83~86HRA). Η σκληρότητα του τσιμεντοειδούς καρβιδίου ποικίλλει ανάλογα με τη φύση, την ποσότητα, το μέγεθος των σωματιδίων του καρβιδίου και την περιεκτικότητα της φάσης συγκόλλησης μετάλλου και γενικά μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας στη φάση συγκόλλησης μετάλλου. Όταν το περιεχόμενο της φάσης συγκόλλησης είναι το ίδιο, η σκληρότητα του κράματος YT είναι υψηλότερη από εκείνη του κράματος YG και το κράμα με TaC (NbC) έχει υψηλότερη σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας.
② Αντοχή και σκληρότητα κάμψης: η αντοχή κάμψης του κοινού τσιμεντοειδούς καρβιδίου είναι στην περιοχή των 900~1500MPa. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε φάση συγκόλλησης μετάλλων, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή σε κάμψη. Όταν η περιεκτικότητα σε συνδετικό υλικό είναι η ίδια, η αντοχή του κράματος YG (WC Co) είναι υψηλότερη από εκείνη του κράματος YT (WC TiC Co) και η αντοχή μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε TiC. Το καρβίδιο είναι ένα εύθραυστο υλικό και η αντοχή του σε κρούση σε θερμοκρασία δωματίου είναι μόνο 1/30-1/8 αυτής του χάλυβα υψηλής ταχύτητας.
⑶ Εφαρμογή κοινών εργαλείων καρβιδίου με τσιμέντο
Τα κράματα YG χρησιμοποιούνται κυρίως για την επεξεργασία χυτοσιδήρου, μη σιδηρούχων μετάλλων και μη μεταλλικών υλικών. Τα καρβίδια με τσιμέντο με λεπτόκοκκο (όπως το YG3X και το YG6X) έχουν υψηλότερη σκληρότητα και αντοχή στη φθορά από τα καρβίδια με τσιμέντο μεσαίου κόκκου όταν η περιεκτικότητά τους σε κοβάλτιο είναι η ίδια. Είναι κατάλληλα για την επεξεργασία ορισμένων ειδικών σκληρού χυτοσιδήρου, ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, ανθεκτικό στη θερμότητα κράματος, κράματος τιτανίου, σκληρού μπρούτζου και μονωτικών υλικών ανθεκτικών στη φθορά.
Τα εξαιρετικά πλεονεκτήματα του καρβιδίου με τσιμέντο τύπου YT είναι η υψηλή σκληρότητα, η καλή αντοχή στη θερμότητα, η υψηλότερη σκληρότητα και η αντοχή σε θλίψη σε υψηλή θερμοκρασία από τον τύπο YG και η καλή αντοχή στην οξείδωση. Επομένως, όταν το μαχαίρι απαιτείται να έχει υψηλή αντοχή στη θερμότητα και αντοχή στη φθορά, θα πρέπει να επιλέγεται η μάρκα με υψηλή περιεκτικότητα σε TiC. Το κράμα YT είναι κατάλληλο για την επεξεργασία πλαστικών υλικών όπως ο χάλυβας, αλλά όχι το κράμα τιτανίου και το κράμα αλουμινίου πυριτίου.
Το κράμα τύπου YW έχει τις ιδιότητες των κραμάτων τύπου YG και YT με καλές περιεκτικές ιδιότητες. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία χάλυβα, χυτοσιδήρου και μη σιδηρούχων μετάλλων. Εάν η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο αυξηθεί σωστά, αυτό το είδος κράματος μπορεί να έχει υψηλή αντοχή και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τραχιά μηχανική κατεργασία και διακοπτόμενη κοπή διαφόρων δύσκολα στη μηχανή υλικών.
6. Τύποι, χαρακτηριστικά και εφαρμογές εργαλείων από χάλυβα υψηλής ταχύτητας
Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας (HSS για συντομία) είναι ένα είδος χάλυβα εργαλείων υψηλής κραματοποίησης με περισσότερα στοιχεία κράματος όπως W, Mo, Cr και V. Τα εργαλεία χάλυβα υψηλής ταχύτητας έχουν εξαιρετική συνολική απόδοση όσον αφορά την αντοχή, την ανθεκτικότητα και τη δυνατότητα επεξεργασίας. Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας εξακολουθεί να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε πολύπλοκα εργαλεία, ειδικά στην κατασκευή εργαλείων επεξεργασίας οπών, εργαλείων φρεζαρίσματος, εργαλείων κοπής νημάτων, αυλακώσεων, εργαλείων κοπής γραναζιών και άλλων πολύπλοκων εργαλείων κοπής. Τα εργαλεία από χάλυβα υψηλής ταχύτητας τρίβονται εύκολα αιχμηρές κοπτικές άκρες.
Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας μπορεί να χωριστεί σε χάλυβα υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης και χάλυβα υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης σύμφωνα με διαφορετικές χρήσεις.
⑴ Γενικός κόφτης χάλυβα υψηλής ταχύτητας
Χάλυβας υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης. Γενικά, μπορεί να χωριστεί σε χάλυβα βολφραμίου και χάλυβα βολφραμίου μολυβδαινίου. Αυτό το είδος χάλυβα υψηλής ταχύτητας περιέχει 0,7% ~ 0,9% πρόσθετο (C). Σύμφωνα με τη διαφορετική περιεκτικότητα σε βολφράμιο στον χάλυβα, μπορεί να χωριστεί σε χάλυβα βολφραμίου 12% ή 18%, χάλυβα βολφραμίου 6% ή 8% και χάλυβα βολφραμίου 2% ή καθόλου. Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης έχει ορισμένη σκληρότητα (63-66HRC) και αντοχή στη φθορά, υψηλή αντοχή και σκληρότητα, καλή πλαστικότητα και τεχνολογία επεξεργασίας, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή διαφόρων πολύπλοκων εργαλείων.
① Χάλυβας βολφραμίου: η τυπική μάρκα χάλυβα βολφραμίου υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης είναι W18Cr4V (για συντομία W18), η οποία έχει καλές περιεκτικές ιδιότητες. Η σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας στους 6000C είναι 48,5 HRC και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή διαφόρων πολύπλοκων εργαλείων. Έχει τα πλεονεκτήματα της καλής ικανότητας λείανσης και της χαμηλής ευαισθησίας απανθράκωσης, αλλά λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε καρβίδιο, της ανομοιόμορφης κατανομής, των μεγάλων σωματιδίων και της χαμηλής αντοχής και σκληρότητας.
② Χάλυβας βολφραμίου μολυβδαινίου: αναφέρεται σε ένα είδος χάλυβα υψηλής ταχύτητας που λαμβάνεται με την αντικατάσταση μέρους βολφραμίου σε χάλυβα βολφραμίου με μολυβδαίνιο. Η τυπική ποιότητα χάλυβα βολφραμίου μολυβδαινίου είναι W6Mo5Cr4V2 (Μ2 για συντομία). Τα σωματίδια καρβιδίου του M2 είναι λεπτά και ομοιόμορφα και η αντοχή, η σκληρότητα και η πλαστικότητα σε υψηλή θερμοκρασία είναι καλύτερα από εκείνα του W18Cr4V. Το άλλο είδος χάλυβα βολφραμίου μολυβδαινίου είναι το W9Mo3Cr4V (W9 για συντομία), η θερμική του σταθερότητα είναι ελαφρώς υψηλότερη από τον χάλυβα M2, η αντοχή και η σκληρότητά του σε κάμψη είναι καλύτερες από το W6M05Cr4V2 και έχει καλή μηχανική ικανότητα.
(2) Κόπτης χάλυβα υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης
Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης είναι ένας νέος τύπος χάλυβα που προσθέτει λίγη περιεκτικότητα σε άνθρακα, περιεκτικότητα σε βανάδιο και στοιχεία κράματος όπως Co, Al στη σύνθεση του χάλυβα υψηλής ταχύτητας γενικής χρήσης, έτσι ώστε να βελτιωθεί η αντοχή στη θερμότητα και η αντοχή στη φθορά. Υπάρχουν κυρίως οι εξής κατηγορίες:
① χάλυβας υψηλής ταχύτητας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (όπως 95W18Cr4V), με υψηλή σκληρότητα σε θερμοκρασία δωματίου και υψηλή θερμοκρασία, είναι κατάλληλος για την κατασκευή και την επεξεργασία συνηθισμένου χάλυβα και χυτοσιδήρου, τρυπάνια, σκουπίδια, βρύσες και φρέζες με υψηλές απαιτήσεις αντοχής στη φθορά ή κοπτήρες για επεξεργασία σκληρότερα υλικά και δεν πρέπει να φέρουν μεγάλο αντίκτυπο.
② Χάλυβας υψηλής ταχύτητας υψηλού βαναδίου. Τυπικές μάρκες, όπως W12Cr4V4Mo, (EV4 για συντομία), με περιεκτικότητα σε V αυξημένη σε 3% - 5%, έχουν καλή αντοχή στη φθορά και είναι κατάλληλες για κοπή υλικών που φορούν πολύ εργαλεία, όπως ίνες, σκληρό καουτσούκ, πλαστικό, κ.λπ., και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία ανοξείδωτου χάλυβα, χάλυβα υψηλής αντοχής, κράματος υψηλής θερμοκρασίας και άλλων υλικών.
③ Χάλυβας κοβαλτίου υψηλής ταχύτητας. Είναι ένα κοβάλτιο που περιέχει εξαιρετικά σκληρό χάλυβα υψηλής ταχύτητας με τυπικές ποιότητες, όπως το W2Mo9Cr4VCo8 (Μ42 για συντομία). Έχει πολύ υψηλή σκληρότητα και η σκληρότητά του μπορεί να φτάσει τα 69-70HRC. Είναι κατάλληλο για κατεργασία υψηλής αντοχής στη θερμότητα χάλυβα, κράματος υψηλής θερμοκρασίας, κράματος τιτανίου και άλλων δύσκολα στη μηχανή υλικών. Το M42 έχει καλή ικανότητα λείανσης και είναι κατάλληλο για την κατασκευή εργαλείων ακριβείας και πολύπλοκων εργαλείων, αλλά δεν είναι κατάλληλο για εργασία υπό συνθήκες κρουστικής κοπής.
④ Αλουμίνιο υψηλής ταχύτητας χάλυβας. Είναι ένα αλουμίνιο που περιέχει εξαιρετικά σκληρό χάλυβα υψηλής ταχύτητας με τυπικές ποιότητες, όπως W6Mo5Cr4V2Al (501 για συντομία). Η σκληρότητα υψηλής θερμοκρασίας στους 6000C φτάνει επίσης τα 54HRC και η απόδοση κοπής είναι ισοδύναμη με το M42. Είναι κατάλληλο για την κατασκευή φρέζων, τρυπανιών, φρεζαριστηρίων, κοπτικών γραναζιών, καρφιών κ.λπ., και χρησιμοποιείται για την επεξεργασία κραματοποιημένου χάλυβα, ανοξείδωτου χάλυβα, χάλυβα υψηλής αντοχής, υπερκράματα και άλλων υλικών.
⑤ Αζώτου υπερσκληρός χάλυβας υψηλής ταχύτητας. Τυπικές ποιότητες, όπως το W12M03Cr4V3N (V3N για συντομία), ανήκουν στον υπερσκληρό χάλυβα υψηλής ταχύτητας που περιέχει άζωτο. Η σκληρότητα, η αντοχή και η σκληρότητα είναι ισοδύναμες με M42. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο του χάλυβα υψηλής ταχύτητας που περιέχει κοβάλτιο για κοπή χαμηλής ταχύτητας δύσκολα στη μηχανή υλικών και χαμηλής ταχύτητας κατεργασία υψηλής ακρίβειας.
(3) Τήξη χάλυβα υψηλής ταχύτητας και μεταλλουργίας σκόνης χάλυβα υψηλής ταχύτητας
Σύμφωνα με διαφορετικές διαδικασίες παραγωγής, ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας μπορεί να χωριστεί σε χάλυβα υψηλής ταχύτητας τήξης και χάλυβα υψηλής ταχύτητας μεταλλουργίας σκόνης.
① Τήξη χάλυβα υψηλής ταχύτητας: τόσο ο κοινός χάλυβας υψηλής ταχύτητας όσο και ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας υψηλής απόδοσης παράγονται με τήξη. Κατασκευάζονται σε κόπτες με διαδικασίες τήξης, χύτευσης πλινθωμάτων, επιμετάλλωσης και έλασης. Ο διαχωρισμός των καρβιδίων είναι ένα σοβαρό πρόβλημα που είναι εύκολο να παρουσιαστεί στην τήξη χάλυβα υψηλής ταχύτητας. Τα σκληρά και εύθραυστα καρβίδια κατανέμονται άνισα στον χάλυβα υψηλής ταχύτητας και το μέγεθος των κόκκων είναι χονδροειδές (έως δεκάδες μικρά), γεγονός που επηρεάζει αρνητικά την αντοχή στη φθορά, τη σκληρότητα και την απόδοση κοπής των εργαλείων από χάλυβα υψηλής ταχύτητας.
② Χάλυβας υψηλής ταχύτητας μεταλλουργίας σκόνης (PM HSS): Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας μεταλλουργίας σκόνης (PM HSS) είναι ένα είδος τήγματος χάλυβα από επαγωγικό κλίβανο υψηλής συχνότητας, ψεκάζεται με αργό υψηλής πίεσης ή καθαρό άζωτο, σβησμένο για να αποκτήσει λεπτό και ομοιόμορφο κρυσταλλικό δομή (σκόνη χάλυβα υψηλής ταχύτητας), και στη συνέχεια συμπιέζεται σε ένα κενό εργαλείου υπό υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση, ή γίνεται πρώτα σε ένα ατσάλινο τεμάχιο, στη συνέχεια σφυρηλατείται και τυλίγεται σε σχήμα εργαλείου. Σε σύγκριση με τον χάλυβα υψηλής ταχύτητας που κατασκευάζεται με τη μέθοδο τήξης, το PM HSS έχει τα πλεονεκτήματα ότι οι κόκκοι καρβιδίου είναι λεπτοί και ομοιόμορφοι και η αντοχή, η σκληρότητα και η αντοχή στη φθορά είναι πολύ υψηλότερες από εκείνες του χάλυβα υψηλής ταχύτητας που κατασκευάζεται με τήξη. Τα εργαλεία PM HSS θα αναπτυχθούν περαιτέρω και θα καταλάβουν σημαντική θέση στον τομέα των πολύπλοκων εργαλείων NC. Τυπικές μάρκες, όπως F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, κ.λπ., μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή εργαλείων με μεγάλο μέγεθος, βαρύ φορτίο και υψηλή πρόσκρουση, και μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή εργαλείων ακριβείας.
III Αρχή επιλογής υλικών εργαλείων NC
Επί του παρόντος, τα ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά εργαλείων NC περιλαμβάνουν κυρίως εργαλεία διαμαντιού, εργαλεία κυβικού νιτριδίου βορίου, κεραμικά εργαλεία, εργαλεία με επίστρωση, εργαλεία καρβιδίου με τσιμέντο και εργαλεία χάλυβα υψηλής ταχύτητας. Υπάρχουν πολλές γενικές μάρκες υλικών εργαλείων και η απόδοσή τους ποικίλλει πολύ. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τους κύριους δείκτες απόδοσης διαφόρων υλικών εργαλείων.
Τα υλικά εργαλείων για κατεργασία NC πρέπει να επιλέγονται σύμφωνα με το τεμάχιο εργασίας και τις ιδιότητες επεξεργασίας. Η επιλογή των υλικών εργαλείων πρέπει να ταιριάζει εύλογα με τα αντικείμενα μηχανικής κατεργασίας. Η αντιστοίχιση των υλικών κοπτικών εργαλείων με τα αντικείμενα μηχανικής κατεργασίας αναφέρεται κυρίως στην αντιστοίχιση των μηχανικών ιδιοτήτων, των φυσικών ιδιοτήτων και των χημικών ιδιοτήτων τους για να επιτευχθεί η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του εργαλείου και η μέγιστη παραγωγικότητα κοπής.
1. Ταίριασμα μηχανικών ιδιοτήτων μεταξύ υλικού κοπτικού εργαλείου και αντικειμένου μηχανικής κατεργασίας
Η αντιστοίχιση των μηχανικών ιδιοτήτων μεταξύ κοπτικών εργαλείων και αντικειμένων μηχανουργικής κατεργασίας αναφέρεται κυρίως στην αντιστοίχιση μηχανικών ιδιοτήτων όπως η αντοχή, η σκληρότητα και η σκληρότητα των εργαλείων και των υλικών του τεμαχίου κατεργασίας. Τα υλικά εργαλείων με διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες είναι κατάλληλα για την επεξεργασία διαφορετικών υλικών τεμαχίων.
① Η σειρά σκληρότητας του υλικού εργαλείου είναι: εργαλείο διαμαντιού>εργαλείο κυβικού νιτριδίου βορίου>εργαλείο κεραμικό>καρβίδιο με τσιμέντο>χάλυβας υψηλής ταχύτητας.
② Η σειρά της αντοχής σε κάμψη των υλικών εργαλείων είναι: χάλυβας υψηλής ταχύτητας> καρβίδιο με τσιμέντο> κεραμικά εργαλεία> εργαλεία διαμαντιού και κυβικού νιτριδίου βορίου.
③ Η σειρά σκληρότητας του υλικού εργαλείου είναι: χάλυβας υψηλής ταχύτητας> καρβίδιο με τσιμέντο> κυβικό νιτρίδιο βορίου, διαμάντια και κεραμικά εργαλεία.
Το υλικό του κατεργαζόμενου τεμαχίου με υψηλή σκληρότητα πρέπει να υποβάλλεται σε επεξεργασία με εργαλείο υψηλότερης σκληρότητας. Η σκληρότητα του υλικού εργαλείου πρέπει να είναι υψηλότερη από αυτή του υλικού του τεμαχίου εργασίας, η οποία γενικά απαιτείται να είναι πάνω από 60 HRC. Όσο μεγαλύτερη είναι η σκληρότητα του υλικού του εργαλείου, τόσο καλύτερη είναι η αντοχή του στη φθορά. Για παράδειγμα, όταν αυξάνεται η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο στο καρβίδιο με τσιμέντο, η αντοχή και η σκληρότητά του αυξάνονται, αλλά η σκληρότητά του μειώνεται, κάτι που είναι κατάλληλο για σκληρή κατεργασία. Όταν η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο μειώνεται, αυξάνεται η σκληρότητα και η αντίσταση στη φθορά, η οποία είναι κατάλληλη για φινίρισμα.
Εργαλεία με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για κατεργασία υψηλής ταχύτητας. Η εξαιρετική απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία των κεραμικών εργαλείων τους επιτρέπει να κόβουν με υψηλή ταχύτητα και η επιτρεπόμενη ταχύτητα κοπής μπορεί να είναι 2~10 φορές υψηλότερη από αυτή του καρβιδίου με τσιμέντο.
2. Αντιστοίχιση φυσικών ιδιοτήτων υλικών κοπτικών εργαλείων και αντικειμένων κατεργασίας
Εργαλεία με διαφορετικές φυσικές ιδιότητες, όπως εργαλεία από χάλυβα υψηλής ταχύτητας με υψηλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλό σημείο τήξης, κεραμικά εργαλεία με υψηλό σημείο τήξης και χαμηλή θερμική διαστολή, εργαλεία διαμαντιών με υψηλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλή θερμική διαστολή, είναι κατάλληλα για κατεργασία διαφορετικών τεμαχίων υλικά. Κατά τη μηχανική κατεργασία τεμαχίων με κακή θερμική αγωγιμότητα, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται υλικά εργαλείων με καλή θερμική αγωγιμότητα για τη γρήγορη μεταφορά θερμότητας κοπής και τη μείωση της θερμοκρασίας κοπής. Λόγω της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και θερμικής διάχυσης του διαμαντιού, η θερμότητα κοπής διαχέεται εύκολα και δεν προκαλεί μεγάλη θερμική παραμόρφωση, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική για εργαλεία κατεργασίας ακριβείας με απαιτήσεις υψηλών διαστάσεων ακρίβειας.
① Η θερμοκρασία αντίστασης στη θερμότητα των διαφόρων υλικών εργαλείων: 700 ～ 8000 C για εργαλεία διαμαντιού, 13000 ～ 15000 C για εργαλεία PCBN, 1100 ～ 12000 C για κεραμικά εργαλεία, 900 ～ 11000 ～ 11000C με βάση το αυτοκίνητο (9000C) 0C για WC που βασίζεται ultra - καρβίδιο με τσιμέντο με λεπτόκοκκο και 600 ~ 7000C για HSS.
② Η σειρά θερμικής αγωγιμότητας των διαφόρων υλικών εργαλείων είναι: PCD>PCBN>καρβίδιο με βάση το WC>καρβίδιο με βάση TiC (N)>HSS>Κεραμικά με βάση το Si3N4>Κεραμικά με βάση το A1203.
③ Η σειρά του συντελεστή θερμικής διαστολής διαφόρων υλικών εργαλείων είναι HSS>καρβίδιο με βάση το WC>TiC (N)>Κεραμικά με βάση A1203>PCBN>Κεραμικά με βάση Si3N4>PCD.
④ Η σειρά αντοχής σε θερμικό σοκ των διαφόρων υλικών εργαλείων είναι HSS>καρβίδιο με βάση το WC>Κεραμικά με βάση Si3N4>PCBN>PCD>Καρβίδιο με βάση TiC (N)>Κεραμικά με βάση το A1203.
3. Ταίριασμα χημικών ιδιοτήτων μεταξύ υλικού κοπτικού εργαλείου και αντικειμένου μηχανικής κατεργασίας
Το πρόβλημα αντιστοίχισης των χημικών ιδιοτήτων μεταξύ υλικών εργαλείων κοπής και αντικειμένων μηχανικής κατεργασίας αναφέρεται κυρίως στην αντιστοίχιση χημικών ιδιοτήτων όπως η χημική συγγένεια, η χημική αντίδραση, η διάχυση και η διάλυση των υλικών εργαλείων και των υλικών του τεμαχίου εργασίας. Το υλικό του τεμαχίου εργασίας είναι διαφορετικό για διαφορετικούς κόπτες.
① Η θερμοκρασία αντισυγκόλλησης διαφόρων υλικών εργαλείων (με χάλυβα) είναι: PCBN>κεραμικά>καρβίδιο με τσιμέντο>HSS.
② Η θερμοκρασία αντίστασης στην οξείδωση των διαφόρων υλικών εργαλείων είναι: κεραμικό>PCBN>καρβίδιο με τσιμέντο>διαμάντι>HSS.
③ Η αντοχή διάχυσης των υλικών εργαλείων (για χάλυβα) είναι διαμάντι>Κεραμικά με βάση το Si3N4>Κεραμικά με βάση το PCBN>Α1203. Η αντοχή διάχυσης (για τιτάνιο) είναι κεραμικό με βάση το A1203>PCBN>SiC>Si3N4>διαμάντι.
4. Λογική επιλογή υλικών εργαλείων NC
Σε γενικές γραμμές, τα PCBN, τα κεραμικά εργαλεία, το επικαλυμμένο καρβίδιο με τσιμέντο και τα εργαλεία τσιμεντοκαρβιδίου με βάση το TiCN είναι κατάλληλα για κατεργασία NC σιδηρούχων μετάλλων όπως ο χάλυβας. Τα εργαλεία PCD είναι κατάλληλα για την επεξεργασία μη σιδηρούχων υλικών όπως Al, Mg, Cu και τα κράματά τους και μη μεταλλικά υλικά. Ο Πίνακας 3-3-2 παραθέτει ορισμένα υλικά κομματιού εργασίας κατάλληλα για την κατεργασία των παραπάνω υλικών εργαλείων.
