1. Põhiomadused, mis tööriista materjalidel peaksid olema
Tööriistamaterjalide valikul on suur mõju tööriista elueale, töötlemise efektiivsusele, töötlemise kvaliteedile ja töötlemise maksumusele. Lõikamisel peavad tööriistad taluma kõrget survet, kõrget temperatuuri, hõõrdumist, lööke ja vibratsiooni. Seetõttu peaksid tööriistamaterjalidel olema järgmised põhiomadused:
(1) Kõvadus ja kulumiskindlus. Tööriista materjali kõvadus peab olema suurem kui tooriku materjali kõvadus, üldjuhul peab see olema üle 60 HRC. Mida kõrgem on tööriista materjali kõvadus, seda parem on kulumiskindlus.
(2) Tugevus ja sitkus. Tööriista materjalil peab olema kõrge tugevus ja sitkus, et taluda lõikejõudu, lööki ja vibratsiooni ning vältida tööriista rabedat murdumist ja lõhenemist.
(3) Kuumakindlus. Tööriista materjal peab olema hea kuumakindlusega, taluma kõrgeid lõiketemperatuure ja hea antioksüdantse toimega.
(4) Protsessi jõudlus ja ökonoomsus. Tööriista materjalil peaks olema hea sepistamisvõime, kuumtöötlemise jõudlus, keevitusvõime; lihvimistõhusus jne ning peaks taotlema kõrget jõudluse ja hinna suhet.
2. Tööriistamaterjalide tüübid, jõudlus, omadused ja rakendused
1. Teemanttööriistade materjalide tüübid, omadused ja omadused ning tööriistade rakendused
Teemant on süsiniku allotroop ja kõige kõvem materjal looduses. Teemanttööriistadel on kõrge kõvadus, kõrge kulumiskindlus ja kõrge soojusjuhtivus ning neid kasutatakse laialdaselt värviliste metallide ja mittemetalliliste materjalide töötlemisel. Eriti alumiiniumi ja räni alumiiniumsulamite kiirel lõikamisel on teemanttööriistad peamised lõikeriistad, mida on raske asendada. Teemanttööriistad, mis võivad saavutada kõrge efektiivsuse, kõrge stabiilsuse ja pika tööea, on kaasaegses CNC-töötluses asendamatu ja oluline tööriist.
1) Teemanttööriistade tüübid
① Looduslik teemanttööriist: Looduslikku teemanti on lõikeriistadena kasutatud sadu aastaid. Pärast peenlihvimist võib naturaalne monokristallteemanttööriist olla äärmiselt terav, lõikeserva raadiusega kuni 0,002 μm, mis võimaldab saavutada üliõhukese lõikamise ning töödelda detaili ülimalt suure täpsusega ja äärmiselt madala pinnaga. karedus. See on tunnustatud, ideaalne ja asendamatu ülitäpne töötlustööriist.
② PCD teemanttööriist: looduslik teemant on kallis ja lõikamiseks kõige laialdasemalt kasutatav teemant on polükristalliline teemant (PCD). Alates 1970. aastate algusest, pärast polükristallilise teemandi (Polycrystauine diamond, edaspidi PCD) terade edukat väljatöötamist, mis on valmistatud kõrgel temperatuuril ja kõrgsurvel sünteesitehnoloogial, on looduslikud teemanttööriistad paljudel juhtudel asendatud kunstliku polükristallilise teemandiga. PCD toorainet on külluses ja selle hind on vaid mõni kümnendik kuni kümmekond looduslikku teemanti.
PCD-tööriistad ei suuda lihvida väga teravaid servi ja töödeldud tooriku pinnakvaliteet ei ole nii hea kui looduslik teemant. Praegu ei ole tööstuses lihtne toota PCD-terasid koos laastumurdjatega. Seetõttu saab PCD-d kasutada ainult värviliste metallide ja mittemetallide täppislõikamiseks ning ülitäpset peeglilõikamist on raske saavutada.
③ CVD teemanttööriistad: CVD teemanttehnoloogia on Jaapanis ilmunud alates 1970. aastate lõpust ja 1980. aastate algusest. CVD-teemant viitab teemantkile sünteesile heterogeensel substraadil (nagu tsementeeritud karbiid, keraamika jne) keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) abil. CVD teemandil on sama struktuur ja omadused nagu looduslikul teemandil.
CVD teemandi jõudlus on väga lähedane loodusliku teemandi omale. Sellel on loodusliku monokristallteemandi ja polükristallilise teemandi (PCD) eelised ning see ületab teatud määral nende puudused.
(2) Teemanttööriistade tööomadused
① Äärmiselt kõrge kõvadus ja kulumiskindlus: looduslik teemant on kõige kõvem looduses leiduv aine. Teemant on äärmiselt kõrge kulumiskindlusega. Kõrge kõvadusega materjalide töötlemisel on teemanttööriistade eluiga 10–100 korda pikem kui tsementeeritud karbiidtööriistadel või isegi kuni mitusada korda.
② Väga madal hõõrdetegur: teemandi ja mõne värvilise metalli vaheline hõõrdetegur on madalam kui teistel tööriistadel. Madal hõõrdetegur tähendab väiksemat deformatsiooni töötlemise ajal, mis võib vähendada lõikejõudu.
③ Väga terav lõikeserv: Teemanttööriistade lõikeserva saab väga teravalt teritada. Looduslikest monokristallidest teemanttööriistad võivad olla nii teravad kui 0.002-0,008 μm, millega saab teostada üliõhukest lõikamist ja ülitäpset töötlemist.
④ Väga kõrge soojusjuhtivus: teemandil on kõrge soojusjuhtivus ja termiline difusioon, lõikesoojust on lihtne hajutada ja tööriista lõikeosa temperatuur on madal.
⑤ Madal soojuspaisumise koefitsient: teemandi soojuspaisumise koefitsient on mitu korda väiksem kui tsementeeritud karbiidil ja lõikekuumuse põhjustatud tööriista suuruse muutus on väga väike, mis on eriti oluline suure mõõtmega täppis- ja ülitäpse töötlemise jaoks. täpsusnõuded.
(3) Teemanttööriistade kasutamine
Teemanttööriistu kasutatakse enamasti värviliste metallide ja mittemetalliliste materjalide peeneks lõikamiseks ja puurimiseks suurel kiirusel. Sobib erinevate kulumiskindlate mittemetallide töötlemiseks, näiteks klaaskiuga tugevdatud plastist pulbermetallurgia toorikud, keraamilised materjalid jne; mitmesugused kulumiskindlad värvilised metallid, näiteks mitmesugused räni alumiiniumsulamid; mitmesugune värviliste metallide viimistlus.
Teemanttööriistade puuduseks on nende halb termiline stabiilsus. Kui lõiketemperatuur ületab 700–800 kraadi, kaotavad need täielikult oma kõvaduse; lisaks ei sobi need mustmetallide lõikamiseks, sest teemant (süsinik) reageerib kõrgel temperatuuril kergesti rauaaatomitega, muutes süsinikuaatomid grafiitstruktuurideks ning tööriistad saavad kergesti vigastada.
2. Kuubilise boornitriidi tööriistamaterjalide tüübid, omadused ja omadused ning tööriistade rakendused
Kuubiline boornitriid (CBN), teine ülikõva materjal, mis on sünteesitud teemanditootmismeetodiga sarnasel meetodil, on kõvaduse ja soojusjuhtivuse poolest teemandi järel teisel kohal. Sellel on suurepärane termiline stabiilsus ja see ei oksüdeeru, kui seda kuumutatakse atmosfääris temperatuurini 10,{1}}. CBN-il on mustmetallide jaoks äärmiselt stabiilsed keemilised omadused ja seda saab laialdaselt kasutada terasetoodete töötlemisel.
(1) Kuubikute boornitriidi tööriistade tüübid
Kuubiline boornitriid (CBN) on aine, mida looduses ei eksisteeri. Seda saab jagada monokristalliks ja polükristalliliseks, nimelt CBN monokristalliks ja polükristalliline kuupboornitriid (lühidalt PCBN). CBN on üks boornitriidi (BN) allotroopidest ja selle struktuur sarnaneb teemandiga.
PCBN (polükristalliline kuubikboornitriid) on polükristalliline materjal, mis on valmistatud peente CBN-materjalide paagutamisel kokku sidumisfaasis (TiC, TiN, Al, Ti jne) kõrgel temperatuuril ja kõrgel rõhul. Praegu on see kunstlikult sünteesitud tööriistamaterjal, mille kõvadus on teemandi järel teine. Seda ja teemanti nimetatakse ühiselt ülikõvadeks tööriistamaterjalideks. PCBN-i kasutatakse peamiselt tööriistade või muude tööriistade valmistamiseks.
PCBN-tööriistad saab jagada integreeritud PCBN-teradeks ja tsementeeritud karbiidiga paagutatud PCBN-komposiitteradeks.
PCBN-i komposiitterad valmistatakse {{0}}.5-1,0 mm paksuse PCBN-i kihi paagutamisel hea tugevuse ja sitkusega tsementeeritud karbiidile. Selle jõudlus ühendab hea sitkuse kõrge kõvaduse ja kulumiskindlusega. See lahendab CBN-terade madala paindetugevuse ja keerulise keevitamise probleemid.
(2) Kuubikuboornitriidi peamised omadused ja omadused
Kuigi kuubiku boornitriidi kõvadus on veidi madalam kui teemandil, on see palju kõrgem kui teistel kõrge kõvadusega materjalidel. CBN-i silmapaistev eelis on see, et selle termiline stabiilsus on palju kõrgem kui teemandil, mis võib ulatuda üle 1200 kraadi (teemant on 700-800 kraadi). Veel üks silmapaistev eelis on see, et see on keemiliselt inertne ega reageeri keemiliselt rauaga temperatuuril 1200-1300. Kuubilise boornitriidi peamised jõudlusnäitajad on järgmised.
① Kõrge kõvadus ja kulumiskindlus: CBN-i kristallstruktuur on sarnane teemandi omaga ning sellel on teemandiga sarnane kõvadus ja tugevus. PCBN sobib eriti hästi kõrge kõvadusega materjalide töötlemiseks, mida võis enne lihvida ja millega on võimalik saavutada parem tooriku pinna kvaliteet.
② Kõrge termiline stabiilsus: CBN-i kuumakindlus võib ulatuda 1400-1500 kraadini, mis on peaaegu 1 kord kõrgem kui teemandil (700-800 kraadi). PCBN-tööriistad suudavad lõigata kõrge temperatuuriga sulameid ja karastatud terast kiirusega, mis on 3-5 korda suurem kui karbiidtööriistad.
③ Suurepärane keemiline stabiilsus: see ei reageeri keemiliselt raudmaterjalidega 1200-1300 kraadi juures ega kulu nii järsult kui teemant. Sel ajal suudab see siiski säilitada karbiidi kõvadust; PCBN-tööriistad sobivad karastatud terasdetailide ja jahutatud malmi lõikamiseks ning neid saab laialdaselt kasutada malmi kiirel lõikamisel.
④ Hea soojusjuhtivus: kuigi CBN-i soojusjuhtivus ei saa teemandile järele jõuda, on PCBN-i soojusjuhtivus igasuguste tööriistamaterjalide seas teemandi järel teisel kohal ja palju kõrgem kui kiirterasel ja karbiidil.
⑤ Madal hõõrdetegur: madal hõõrdetegur võib vähendada lõikejõudu, madalamat lõiketemperatuuri ja parandada pinna kvaliteeti lõikamise ajal.
(3) Kuubikuboornitriidi tööriistade kasutamine
Kuubikujuline boornitriid sobib erinevate raskesti lõigatavate materjalide, nagu karastatud teras, kõva malm, kõrge temperatuuriga sulam, tsementeeritud karbiid, pinnapihustusmaterjalid jne viimistlemiseks. Töötlemise täpsus võib ulatuda IT5-ni (avade puhul IT6) ja pinna kareduse väärtus võib olla nii väike kui Ra1,25~0,20 μm.
Kuubikujuliste boornitriidtööriistade materjalidel on halb sitkus ja paindetugevus. Seetõttu ei sobi kuupmeetri boornitriidi treitööriistad töötlemata töötlemiseks madalal kiirusel ja suure löögikoormusega; samas ei sobi need suure plastilisusega materjalide (nagu alumiiniumisulam, vasesulam, niklipõhine sulam, suure plastilisusega teras jne) lõikamiseks, sest nende metallide lõikamisel tekib tõsine serv. tekib, mis kahjustab töödeldud pinda.
3. Keraamiliste tööriistamaterjalide tüübid, omadused ja omadused ning tööriistade rakendused
Keraamilistel tööriistadel on kõrge kõvadus, hea kulumiskindlus, suurepärane kuumakindlus ja keemiline stabiilsus ning neid ei ole lihtne metallidega siduda. Keraamilised tööriistad on CNC-töötluses väga olulisel kohal. Keraamilistest tööriistadest on saanud üks peamisi tööriistu kiirel lõikamisel ja raskesti töödeldavate materjalide jaoks. Keraamilisi tööriistu kasutatakse laialdaselt kiirlõikamisel, kuivlõikamisel, kõvalõikamisel ja raskesti töödeldavate materjalide lõikamisel. Keraamilised tööriistad suudavad tõhusalt töödelda kõrge kõvadusega materjale, mida traditsioonilised tööriistad üldse töödelda ei saa, mõistes "lihvimise asemel treimist"; keraamiliste tööriistade optimaalne lõikekiirus võib olla 2–10 korda suurem kui tsementeeritud karbiidtööriistadel, parandades seeläbi oluliselt lõikamise tootmistõhusust; peamisteks keraamiliste tööriistamaterjalide tooraineks on maapõues kõige rohkem leiduvad elemendid. Seetõttu on keraamiliste tööriistade edendamine ja rakendamine suure tähtsusega tootlikkuse parandamisel, töötlemiskulude vähendamisel ja strateegiliste väärismetallide säästmisel ning samuti soodustab see oluliselt lõikamistehnoloogia arengut.
(1) Keraamiliste tööriistamaterjalide liigid
Keraamilised tööriistamaterjalid võib üldiselt jagada kolme kategooriasse: alumiiniumoksiidil põhinev keraamika, räninitriidil põhinev keraamika ja räninitriidi-alumiiniumoksiidil põhinev komposiitkeraamika. Nende hulgas on enim kasutatud alumiiniumoksiidil ja räninitriidil põhinevaid keraamilisi tööriistamaterjale. Räninitriidil põhineva keraamika jõudlus on parem kui alumiiniumoksiidil põhineva keraamika oma.
(2) Keraamiliste tööriistade jõudlus ja omadused
Keraamiliste tööriistade tööomadused on järgmised:
① Kõrge kõvadus ja hea kulumiskindlus: kuigi keraamiliste tööriistade kõvadus ei ole nii kõrge kui PCD ja PCBN, on see palju kõrgem kui tsementeeritud karbiidist ja kiirterasest tööriistade kõvadus, ulatudes 93–95 HRA-ni. Keraamiliste tööriistadega saab töödelda suure kõvadusega materjale, mida on raske traditsiooniliste tööriistadega töödelda ning mis sobivad kiireks ja kõvaks lõikamiseks.
② Kõrge temperatuuritaluvus ja hea kuumakindlus: keraamilisi tööriistu saab siiski lõigata kõrgel temperatuuril üle 1200 kraadi. Keraamilistel tööriistadel on suurepärased mehaanilised omadused kõrgel temperatuuril. Al2O3 keraamilised tööriistad on eriti hea oksüdatsioonikindlusega. Lõiketera saab pidevalt kasutada ka kuumas olekus. Seetõttu on keraamiliste tööriistadega võimalik saavutada kuivlõikamine, kõrvaldades seeläbi vajaduse lõikevedeliku järele.
③ Hea keemiline stabiilsus: keraamilisi tööriistu ei ole lihtne metallidega siduda ning need on korrosioonikindlad ja keemiliselt stabiilsed, mis võib vähendada tööriistade liimimise kulumist.
④ Madal hõõrdetegur: keraamilistel tööriistadel on madal afiinsus metallidega ja madal hõõrdetegur, mis võib vähendada lõikejõudu ja lõiketemperatuuri.
(3) Keraamiliste tööriistade rakendused
Keraamika on üks tööriistamaterjale, mida kasutatakse peamiselt kiireks viimistlemiseks ja poolviimistluseks. Keraamilised tööriistad sobivad erinevate malmide (hallmalm, kõrgtugev malm, tempermalm, jahutatud malm, kõrglegeeritud kulumiskindel malm) ja teraste (süsinikkonstruktsiooniteras, legeerkonstruktsiooniteras, kõrgtugev teras, kõrge mangaanisisaldusega teras, karastatud teras jne) ning seda saab kasutada ka vasesulamite, grafiidi, tehniliste plastide ja komposiitmaterjalide lõikamiseks.
Keraamiliste tööriistamaterjalide probleemid on madala paindetugevuse ja halva löögikindlusega ning need ei sobi lõikamiseks väikese kiiruse ja löögikoormuse korral.
4. Kaetud tööriistamaterjalide jõudlus ja omadused ning tööriistade kasutamine
Tööriistade katmine on üks olulisi viise tööriista jõudluse parandamiseks. Kaetud tööriistade ilmumine on toonud kaasa suure läbimurde tööriistade lõikejõudluses. Kaetud tööriistad valmistatakse ühe või mitme kihi hea kulumiskindlusega tulekindlate ühendite katmisega tugevale tööriistakorpusele. Need ühendavad tööriista aluspinna kõva kattega, parandades seeläbi oluliselt tööriista jõudlust. Kaetud tööriistad võivad parandada töötlemise efektiivsust, parandada töötlemise täpsust, pikendada tööriista eluiga ja vähendada töötlemiskulusid.
Umbes 80% uutes CNC-tööpinkides kasutatavatest lõiketööriistadest kasutavad kaetud tööriistu. Kaetud tööriistad on tulevikus kõige olulisem tööriistavalik CNC-töötluse valdkonnas.
(1) Kaetud tööriistade tüübid
Sõltuvalt katmismeetodist võib kaetud tööriistad jagada keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) kaetud tööriistadeks ja füüsikalise aurustamise-sadestamise (PVD) kaetud tööriistadeks. Kaetud karbiidtööriistad kasutavad tavaliselt keemilist aurustamist ja sadestamise temperatuur on umbes 1000 kraadi. Kaetud kiirterasest tööriistad kasutavad tavaliselt füüsilist aurustamist ja sadestamise temperatuur on umbes 500 kraadi.
Kaetud tööriistade erinevate alusmaterjalide järgi võib kaetud tööriistad jagada karbiidkattega tööriistadeks, kiirterasest kaetud tööriistadeks ning keraamika ja ülikõvade materjalide (teemant- ja kuupboornitriid) kaetud tööriistadeks.
Kattematerjalide omaduste järgi võib kaetud tööriistad jagada kahte kategooriasse, nimelt "kõva" kattega tööriistad ja "pehme" kattega tööriistad. "Kõva" kattega tööriistade peamine eesmärk on kõrge kõvadus ja kulumiskindlus. Selle peamised eelised on kõrge kõvadus ja hea kulumiskindlus. Tüüpilised on TiC- ja TiN-katted. "Pehme" kattega tööriistade eesmärk on madal hõõrdetegur, mida tuntakse ka isemäärivate tööriistadena. Selle hõõrdetegur töödeldava detaili materjaliga on väga madal, ainult umbes 0,1, mis võib vähendada haardumist, hõõrdumist ning lõikejõudu ja lõiketemperatuuri.
Hiljuti on välja töötatud nanokattega tööriistad. Seda tüüpi kaetud tööriistade puhul saab kasutada erinevate kattematerjalide (nt metall/metall, metall/keraamika, keraamika/keraamika jne) erinevaid kombinatsioone, et vastata erinevatele funktsionaalsetele ja jõudlusnõuetele. Mõistliku disainiga nanokatted võimaldavad tööriistamaterjalidel olla suurepärased hõõrde- ja kulumisvastased funktsioonid ning isemäärduvad omadused, mis sobivad kiireks kuivlõikamiseks.
(2) Kaetud tööriistade omadused
Kaetud tööriistade tööomadused on järgmised:
① Hea mehaaniline ja lõikejõudlus: kaetud tööriistad ühendavad põhimaterjali ja kattematerjali suurepärased omadused, säilitades alusmaterjali hea sitkuse ja kõrge tugevuse, omades samal ajal ka katte kõrge kõvaduse, kõrge kulumiskindluse ja madala hõõrdeteguri. . Seetõttu saab kaetud tööriistade lõikekiirust suurendada rohkem kui 2 korda võrreldes katmata tööriistadega ning lubatud on suurem ettenihe. Samuti paraneb kaetud tööriistade eluiga.
② Tugev mitmekülgsus: kaetud tööriistad on mitmekülgsed ja laiendavad oluliselt töötlemisvahemikku. Üks kaetud tööriist võib asendada mitut katmata tööriista.
③ Katte paksus: tööriista eluiga pikeneb katte paksuse suurenemisega, kuid kui katte paksus jõuab küllastumiseni, ei pikene tööriista eluiga enam oluliselt. Kui kate on liiga paks, on kerge koorumist põhjustada; liiga õhukese katte korral on kulumiskindlus halb.
④ Taaslihvimine: kaetud terade lihvimine on halb, katmisseadmed on keerulised, protsessinõuded on kõrged ja katmisaeg pikk.
⑤ Kattematerjal: erinevate kattematerjalidega tööriistadel on erinev lõikejõudlus. Näiteks: TiC-kattel on eelis madalal kiirusel lõikamisel; TiN sobib rohkem kiireks lõikamiseks.
(3) Kaetud tööriistade kasutamine
Kaetud tööriistadel on suur potentsiaal CNC-töötlemise valdkonnas ja need on tulevikus kõige olulisem tööriistatüüp CNC-töötluse valdkonnas. Pindamistehnoloogiat on rakendatud otsafreeside, hõõritsate, puuride, liitaukude töötlemise tööriistade, hammasrataste pliidiplaatide, hammasrataste vormimise lõikurite, hammasrataste pardlilõikurite, vormimisavade ja mitmesuguste masinaga paigaldatavate indekseeritavate lõiketerade jaoks, et rahuldada erinevate teraste kiire lõikamise vajadusi. ja malmid, kuumakindlad sulamid ja värvilised metallid.
5. Tsementeeritud karbiidist tööriistamaterjalide tüübid, omadused, omadused ja rakendused
Tsementkarbiidtööriistad, eriti indekseeritavad tsementeeritud karbiiditööriistad, on CNC-töötlemistööriistade juhtivad tooted. Alates 1980. aastatest on erinevat tüüpi integreeritud ja indekseeritavaid tsementeeritud karbiidist tööriistu või lõiketerasid laiendatud erinevatele lõikeriistade valdkondadele. Nende hulgas on indekseeritavad tsementeeritud karbiidtööriistad laienenud lihtsatest treiriistadest ja pindfreesidest erinevate täppis-, keeruliste ja vormimistööriistade valdkondadeni.
(1) Tsementeeritud karbiidist tööriistade tüübid
Põhilise keemilise koostise järgi võib tsementeeritud karbiidi jagada volframkarbiidil põhinevaks tsementkarbiidiks ja titaankarbiidil (nitriidil) (TiC (N)) põhinevaks tsementkarbiidiks.
Volframkarbiidil põhinev tsementeeritud karbiid sisaldab kolme tüüpi: volframkoobalttüüpi (YG), volframkoobalttitaantüüpi (YT) ja haruldase karbiidiga lisatud tüüpi (YW). Igal neist on oma eelised ja puudused. Peamised komponendid on volframkarbiid (WC), titaankarbiid (TiC), tantaalkarbiid (TaC), nioobiumkarbiid (NbC) jne. Tavaliselt kasutatav metallide sidumise faas on Co.
Titaankarbiidil (nitriidil) põhinev tsementkarbiid on tsementeeritud karbiid, mille põhikomponendiks on TiC (mõnedele on lisatud muid karbiide või nitriide) ning tavaliselt kasutatavad metallide sidumisfaasid on Mo ja Ni.
ISO (Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon) jagab tsementeeritud karbiidi lõikamise kolme kategooriasse:
K-kategooria, sealhulgas Kl{0}}~K40, mis vastab minu riigi YG-kategooriale (peamine komponent on WC-Co).
P-kategooria, sealhulgas P01-P50, mis on samaväärne minu riigi YT-kategooriaga (peamine komponent on WC-TiC-Co).
M-kategooria, sealhulgas M10-M40, mis vastab minu riigi YW-kategooriale (peamine komponent on WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Iga kaubamärki tähistab number vahemikus 01 kuni 50, mis tähistab sulamite seeriat kõrgest kõvadusest kuni maksimaalse sitkuseni.
(2) Tsementeeritud karbiidist tööriistade tööomadused
Tsementeeritud karbiidist tööriistade tööomadused on järgmised:
① Kõrge kõvadus: tsementeeritud karbiiditööriistad on valmistatud pulbermetallurgia abil kõrge kõvaduse ja sulamistemperatuuriga karbiididest (nimetatakse kõvafaasiks) ja metalli sideainest (nn sidefaasiks). Nende kõvadus ulatub 89-93HRA-ni, mis on palju kõrgem kui kiirterasel. 5400 kraadi juures võib kõvadus siiski ulatuda 82-87HRA-ni, mis on sama, mis kiirterase kõvadus toatemperatuuril (83-86HRA). Tsementeeritud karbiidi kõvadus sõltub karbiidide olemusest, kogusest, osakeste suurusest ja metalli sidumisfaasi sisaldusest ning üldiselt väheneb sidememetalli faasi sisalduse suurenemisega. Kui sidumisfaasi sisaldus on sama, on YT-sulami kõvadus kõrgem kui YG-sulami kõvadus ja sulamil, millele on lisatud TaC (NbC), on kõrgem kõrgtemperatuuriline kõvadus.
② Paindetugevus ja sitkus: tavaliselt kasutatava tsementkarbiidi paindetugevus on vahemikus 900-1500MPa. Mida suurem on metalli sidumisfaasi sisaldus, seda suurem on paindetugevus. Kui sideaine sisaldus on sama, on YG-tüüpi (WC-Co) sulami tugevus suurem kui YT-tüüpi (WC-TiC-Co) sulamil ja tugevus väheneb TiC-sisalduse suurenemisega. Tsementkarbiid on habras materjal ja selle löögikindlus toatemperatuuril on vaid 1/30 kuni 1/8 kiirterasest.
(3) Tavaliselt kasutatavate tsementkarbiidtööriistade kasutamine
YG tüüpi sulameid kasutatakse peamiselt malmi, värviliste metallide ja mittemetalliliste materjalide töötlemiseks. Peeneteralise tsemendiga karbiidi (nagu YG3X, YG6X) kõvadus ja kulumiskindlus on kõrgem kui keskmise teralisusega, kui koobaltisisaldus on sama. See sobib mõne spetsiaalse kõvamalmi, austeniitse roostevaba terase, kuumakindla sulami, titaanisulami, kõva pronksi ja kulumiskindlate isoleermaterjalide töötlemiseks.
YT-tüüpi tsementeeritud karbiidi silmapaistvad eelised on kõrge kõvadus, hea kuumakindlus, kõrgem kõvadus ja survetugevus kõrgel temperatuuril kui YG tüüpi ning hea oksüdatsioonikindlus. Seega, kui tööriistal peab olema kõrgem kuumus- ja kulumiskindlus, tuleks valida kõrgema TiC-sisaldusega klass. YT-sulamid sobivad plastmaterjalide, näiteks terase, töötlemiseks, kuid mitte titaani- ja ränialumiiniumisulamite töötlemiseks.
YW-sulamitel on nii YG kui ka YT-sulamite omadused ning neil on head terviklikud omadused. Neid saab kasutada terase, malmi ja värviliste metallide töötlemiseks. Kui seda tüüpi sulami koobaltisisaldust asjakohaselt suurendada, võib tugevus olla väga kõrge ja seda saab kasutada erinevate raskesti töödeldavate materjalide töötlemata töötlemiseks ja katkendlikuks lõikamiseks.
6. Terasest kiirtööriistade tüübid, omadused ja rakendused
High Speed Steel (HSS) on kõrglegeeritud tööriistateras, mis sisaldab suures koguses legeerelemente, nagu W, Mo, Cr ja V. Kiirterasest valmistatud tööriistadel on suurepärane terviklik jõudlus tugevuse, sitkuse ja töödeldavuse osas . Kiirterasel on endiselt suur positsioon keeruliste tööriistade, eriti aukude töötlemise tööriistade, freeside, keermestustööriistade, avade, hammasrataste lõikeriistade ja muude keerukate terakujuliste tööriistade valmistamisel. Terasest kiirtööriistadega on lõikeserva lihtne teritada.
Vastavalt erinevatele kasutusaladele võib kiirterase jagada üldotstarbeliseks kiirteraseks ja suure jõudlusega kiirteraseks.
(1) Üldotstarbelised kiirterasest tööriistad
Üldotstarbeline kiirteras. Üldiselt võib selle jagada kahte kategooriasse: volframteras ja volfram-molübdeenteras. Seda tüüpi kiirteras sisaldab 0,7% kuni 0,9% volframit. Vastavalt terase erinevale volframisisaldusele võib selle jagada volframteraseks, mis sisaldab 12% või 18% W, volfram-molübdeenteraseks, mis sisaldab 6% või 8% W, ja molübdeenteraseks, mis sisaldab 2% või mitte. Üldotstarbeline kiirterasel on teatav kõvadus (63-66HRC) ja kulumiskindlus, kõrge tugevus ja sitkus, hea plastilisus ja töötlemistehnoloogia, mistõttu kasutatakse seda laialdaselt erinevate keerukate tööriistade valmistamisel.
① Volframteras: Üldotstarbelise kiirterasest volframterase tüüpiline klass on W18Cr4V (lühendatult W18), millel on hea terviklik jõudlus. Kõrgtemperatuuriline kõvadus 6000 kraadi juures on 48,5 HRC, mida saab kasutada mitmesuguste keerukate tööriistade valmistamiseks. Selle eeliseks on hea lihvitavus ja madal dekarburiseerimistundlikkus, kuid tänu suurele karbiidisisaldusele, ebaühtlasele jaotumisele, suurtele osakestele, vähesele tugevusele ja sitkusele.
② Volfram-molübdeenteras: viitab kiirterasele, mis saadakse volframterasest osa volframi asendamisel molübdeeniga. Volfram-molübdeenterase tüüpiline mark on W6Mo5Cr4V2 (lühendatult M2). M2 karbiidiosakesed on peened ja ühtlased ning selle tugevus, sitkus ja plastilisus kõrgel temperatuuril on paremad kui W18Cr4V. Teine volfram-molübdeenteras on W9Mo3Cr4V (lühendatult W9), millel on veidi kõrgem termiline stabiilsus kui M2 terasel, parem paindetugevus ja sitkus kui W6M05Cr4V2 ning millel on hea töödeldavus.
(2) Suure jõudlusega kiirterasest tööriistad
Kõrge jõudlusega kiirteras viitab uut tüüpi terasele, mis lisab kiirterase üldisele koostisele veidi süsinikusisaldust, vanaadiumisisaldust ja legeerivaid elemente, nagu Co ja Al, parandades seeläbi selle kuumakindlust ja kulumiskindlust. Seal on peamiselt järgmised kategooriad:
① Suure süsinikusisaldusega kiirteras. Kõrge süsinikusisaldusega kiirterasel (nt 95W18Cr4V) on toatemperatuuril ja kõrgel temperatuuril kõrge kõvadus. See sobib tööriistade valmistamiseks tavalise terase ja malmi töötlemiseks, puurid, hõõritsad, kraanid ja freesid kõrge kulumiskindluse nõudega või kõvemate materjalide töötlemiseks. See ei sobi suure mõju jaoks.
② Kõrge vanaadiumi kiirteras. Tüüpilised klassid, nagu W12Cr4V4Mo (lühendatult EV4), sisaldavad 3% ~ 5% V, neil on hea kulumiskindlus ja need sobivad selliste materjalide lõikamiseks, mis on tööriistadele väga kulumiskindlad, nagu kiud, kõvakumm, plast jne. Seda saab kasutada ka roostevaba terase, kõrgtugeva terase ja kõrge temperatuuriga sulamite töötlemiseks.
③ Koobalti kiirteras. See on koobaltit sisaldav ülikõva kiirteras. Tüüpilistel klassidel, nagu W2Mo9Cr4VCo8 (lühendatult M42), on kõrge kõvadus ja selle kõvadus võib ulatuda 69–70 HRC-ni. See sobib raskesti töödeldavate materjalide töötlemiseks, nagu kõrge tugevusega kuumuskindel teras, kõrge temperatuuriga sulamid, titaanisulamid jne. M42 on hea lihvitavusega ning sobib täppis- ja keerukate tööriistade valmistamiseks, kuid see ei sobi töötamiseks lööklõiketingimustes.
④ Alumiiniumist kiirteras. See on alumiiniumi sisaldav ülikõva kiirteras. Tüüpilised klassid hõlmavad W6Mo5Cr4V2Al (lühendatult 501). Selle kõrge temperatuuri kõvadus 6000 kraadi juures ulatub samuti 54 HRC-ni. Selle lõikejõudlus on samaväärne M42-ga. See sobib freeside, puuride, hõõritsate, hammasrataste, avade jms tootmiseks. Seda kasutatakse legeerterase, roostevaba terase, kõrgtugeva terase ja kõrgtemperatuuriliste sulamite töötlemiseks.
⑤ Lämmastikuga ülikõva kiirteras. Tüüpilised klassid on W12M03Cr4V3N (lühendatult (V3N). See on lämmastikku sisaldav ülikõva kiirteras. Selle kõvadus, tugevus ja sitkus on samaväärsed M42-ga. Seda saab kasutada koobaltit sisaldava kiirterase asendajana terasest ja seda kasutatakse raskesti töödeldavate materjalide aeglaseks lõikamiseks ja väikese kiirusega ülitäpse töötlemiseks.
(3) Kiirterase ja pulbermetallurgia kiirterase sulatamine
Erinevate tootmisprotsesside järgi võib kiirterase jagada sulava kiirteraseks ja pulbermetallurgia kiirteraseks.
① Kiirterase sulatamine: nii tavalist kiirterast kui ka suure jõudlusega kiirterast valmistatakse sulatusmeetoditel. Nendest valmistatakse lõiketööriistad selliste protsesside abil nagu sulatamine, valuploki valamine ning plaadistamine ja valtsimine. Tõsine probleem, mis kiirterase sulatamisel kergesti tekib, on karbiidi eraldamine. Kõvad ja rabedad karbiidid on kiirterasest ebaühtlaselt jaotunud ning terad on jämedad (kuni kümned mikronid), mis avaldab kahjulikku mõju kiirterasest tööriistade kulumiskindlusele, tugevusele ja lõikevõimele.
② Pulbermetallurgia kiirteras (PM HSS): pulbermetallurgia kiirteras (PM HSS) on kõrgsagedusliku induktsioonahjus sulatatud terasest vedelik, mis pihustatakse kõrgsurve argooni või puhta lämmastikuga ja seejärel kiiresti jahutatakse peene ja ühtlase kristallilise struktuuri saamiseks (kiirterase pulber). Saadud pulber pressitakse seejärel kõrgel temperatuuril ja kõrgel rõhul noatoorikuks või tehakse esmalt terastoorikuks ning seejärel sepistatakse ja rullitakse tööriistakujuliseks. Võrreldes sulatusmeetodil valmistatud kiirterasega, on PM HSS-i eelised peened ja ühtlased karbiiditerad ning palju suurem tugevus, sitkus ja kulumiskindlus kui kiirterasel sulataval. Keeruliste CNC-tööriistade valdkonnas arenevad PM HSS-tööriistad edasi ja hõivavad olulise positsiooni. Tüüpilisi marke, nagu F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN jne, saab kasutada suuremõõtmeliste, suure koormusega ja suure löögiga lõikeriistade valmistamiseks ning neid saab kasutada ka täppislõiketööriistade valmistamiseks. lõikeriistad.
CNC tööriista materjalide valimise põhimõtted
Praegu hõlmavad laialdaselt kasutatavad CNC-tööriistade materjalid peamiselt teemanttööriistu, kuupboornitriidi tööriistu, keraamilisi tööriistu, kaetud tööriistu, karbiidtööriistu ja kiirterasest tööriistu. Tööriistamaterjale on palju ja nende jõudlus on väga erinev. Erinevate tööriistamaterjalide peamised jõudlusnäitajad on toodud järgmises tabelis.
Tööriistamaterjalid CNC-töötluseks tuleb valida vastavalt töödeldavale detailile ja töötlemise iseloomule. Tööriistamaterjalide valik peab olema mõistlikult kooskõlas töötlemisobjektiga. Lõikeriistade materjalide ja töötlemisobjektide sobitamine viitab peamiselt nende kahe mehaaniliste, füüsikaliste ja keemiliste omaduste sobitamisele, et saavutada tööriista pikim tööiga ja maksimaalne lõiketootlikkus.
1. Lõikeriistade materjalide ja töötlusobjektide mehaaniliste omaduste sobitamine
Lõiketööriistade ja töötlemisobjektide mehaaniliste omaduste sobitamise probleem viitab peamiselt mehaaniliste omaduste parameetrite, nagu tööriista ja tooriku materjalide tugevus, sitkus ja kõvadus, vastavusseviimisele. Erinevate mehaaniliste omadustega tööriistamaterjalid sobivad erinevate tooriku materjalide töötlemiseks.
① The order of tool material hardness is: diamond tool> cubic boron nitride tool> ceramic tool> cemented carbide>kiirteras.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide> ceramic tool>teemant- ja kuupboornitriidi tööriist.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide>kuupmeetri boornitriid, teemant ja keraamiline tööriist.
Kõrge kõvadusega tooriku materjale tuleb töödelda kõrgema kõvadusega tööriistadega. Tööriista materjali kõvadus peab olema kõrgem kui tooriku materjali kõvadus, tavaliselt peab see olema üle 60 HRC. Mida kõrgem on tööriista materjali kõvadus, seda parem on selle kulumiskindlus. Näiteks kui tsementeeritud karbiidi koobaltisisaldus suureneb, suureneb selle tugevus ja sitkus ning väheneb kõvadus, mis sobib töötlemata töötlemiseks; koobaltisisalduse vähenemisel suureneb selle kõvadus ja kulumiskindlus, mis sobib peentöötluseks.
Suurepäraste kõrge temperatuuriga mehaaniliste omadustega tööriistad sobivad eriti hästi kiireks lõikamiseks. Keraamiliste tööriistade suurepärane jõudlus kõrgel temperatuuril võimaldab neil lõigata suurel kiirusel ja lubatud lõikekiirust saab tsementeeritud karbiidiga võrreldes suurendada 2–10 korda.
2. Lõikeriistade materjalide füüsikaliste omaduste sobitamine töötlemisobjektidega
Erinevate füüsikaliste omadustega tööriistad, nagu kõrge soojusjuhtivuse ja madala sulamistemperatuuriga kiirterasest tööriistad, kõrge sulamistemperatuuri ja madala soojuspaisumisega keraamilised tööriistad, kõrge soojusjuhtivuse ja madala soojuspaisumisega teemanttööriistad jne, sobivad erinevate tooriku materjalide töötlemine. Halva soojusjuhtivusega toorikute töötlemisel tuleks kasutada parema soojusjuhtivusega tööriistamaterjale, et võimaldada lõikesoojuse kiiret ülekandumist ja vähendada lõiketemperatuuri. Teemantil on kõrge soojusjuhtivus ja termiline difusioon, nii et lõikesoojust saab kergesti hajutada ilma suuri termilisi deformatsioone põhjustamata, mis on eriti oluline täppistöötlemistööriistade puhul, millel on kõrged mõõtmete täpsuse nõuded.
① Erinevate tööriistamaterjalide kuumuskindluse temperatuur: 700-8000 kraadi teemanttööriistade puhul, 13000-15000 kraadi PCBN-tööriistade puhul, 1100-12000 kraadi keraamiliste tööriistade puhul, 900-11000 kraadi TiC(N) puhul tsementeeritud karbiid, 800-9000 kraadi WC-põhise ülipeeneteralise tsementkarbiidi jaoks ja 600-7000 kraadi HSS jaoks.
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>Al2O3-põhine keraamika.
③The thermal expansion coefficients of various tool materials are in the following order: HSS>WC-based carbide>TiC(N)>Al2O3-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>Poliitikavaldkondade arengusidusus.
④The thermal shock resistance of various tool materials is in the following order: HSS>WC-based carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC(N)-based carbide>Al2O3-põhine keraamika.
3. Lõikeriistade materjalide ja töötlemisobjektide keemilise jõudluse sobitamine
Lõikeriistade materjalide ja töötlemisobjektide keemilise jõudluse sobitamise probleem viitab peamiselt sellistele keemilistele toimivusparameetritele nagu tööriistamaterjalide ja tooriku materjalide keemiline afiinsus, keemiline reaktsioon, difusioon ja lahustumine. Erinevatest materjalidest tööriistad sobivad erinevate tooriku materjalide töötlemiseks.
①The anti-adhesion temperature of various tool materials (with steel) is: PCBN>ceramics>carbide>HSS.
②The anti-oxidation temperature of various tool materials is: ceramics>PCBN>carbide>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of various tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4-based ceramics>PCBN>Al2O3-based ceramics. The diffusion strength (for titanium) is: Al2O3-based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>teemant.
4. CNC tööriista materjalide mõistlik valik
Üldiselt sobivad PCBN-i, keraamilised tööriistad, kaetud karbiid- ja TiCN-põhised karbiiditööriistad mustmetallide, näiteks terase, CNC-töötluseks; samas kui PCD tööriistad sobivad värviliste metallide, nagu Al, Mg, Cu ja nende sulamite ning mittemetalliliste materjalide töötlemiseks. Järgmises tabelis on toodud mõned tooriku materjalid, mis sobivad erinevate tööriistamaterjalidega töötlemiseks.