Hyvä hevonen tarvitsee hyvän satulan ja käyttää kehittyneitä CNC-työstölaitteita. Jos käytetään vääriä työkaluja, se on hyödytöntä! Sopivan työkalumateriaalin valinnalla on suuri vaikutus työkalun käyttöikään, työstön tehokkuuteen, käsittelyn laatuun ja käsittelykustannuksiin. Tämä artikkeli tarjoaa hyödyllistä tietoa veitsitiedoista, kerää se ja välitä se, opitaan yhdessä.
Työkalumateriaalilla tulee olla perusominaisuudet
Työkalumateriaalien valinnalla on suuri vaikutus työkalun käyttöikään, työstön tehokkuuteen, käsittelyn laatuun ja käsittelykustannuksiin. Työkalujen on kestettävä suurta painetta, korkeita lämpötiloja, kitkaa, iskuja ja tärinää leikattaessa. Siksi työkalumateriaaleilla tulee olla seuraavat perusominaisuudet:
(1) Kovuus ja kulutuskestävyys. Työkalumateriaalin kovuuden on oltava suurempi kuin työkappaleen materiaalin kovuus, jonka yleensä vaaditaan olevan yli 60 HRC. Mitä korkeampi työkalumateriaalin kovuus, sitä parempi kulutuskestävyys.
(2) Lujuus ja sitkeys. Työkalumateriaalien tulee olla lujaa ja sitkeää, jotta ne kestävät leikkausvoimia, iskuja ja tärinää ja estävät työkalun hauraan murtumisen ja halkeilun.
(3) Lämmönkestävyys. Työkalumateriaalilla on hyvä lämmönkestävyys, se kestää korkeita leikkauslämpötiloja ja sillä on hyvä hapettumisenkestävyys.
(4) Prosessin suorituskyky ja taloudellisuus. Työkalumateriaaleilla tulee olla hyvä taontakyky, lämpökäsittelykyky, hitsaussuorituskyky; hiontateho jne., ja sen tulisi pyrkiä korkeaan suorituskyky-hinta-suhteeseen.
Työkalumateriaalien tyypit, ominaisuudet, ominaisuudet ja sovellukset
1. Timanttityökalumateriaalit
Timantti on hiilen allotrooppi ja kovin luonnossa esiintyvä materiaali. Timanttileikkaustyökaluilla on korkea kovuus, korkea kulutuskestävyys ja korkea lämmönjohtavuus, ja niitä käytetään laajasti ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien käsittelyssä. Erityisesti alumiinin ja pii-alumiiniseosten nopeassa leikkauksessa timanttityökalut ovat pääasiallinen vaikeita vaihdettavia leikkaustyökaluja. Timanttityökalut, joilla saavutetaan korkea hyötysuhde, korkea vakaus ja pitkä käyttöikä, ovat välttämättömiä ja tärkeitä työkaluja nykyaikaisessa CNC-koneistuksessa.
⑴ Timanttityökalujen tyypit
① Luonnontimanttityökalut: Luonnontimantteja on käytetty leikkaustyökaluina satojen vuosien ajan. Luonnolliset yksikiteiset timanttityökalut on hiottu hienoksi, jotta terästä tulee erittäin terävä. Leikkuureunan säde voi olla 0,002 μm, mikä voi saavuttaa erittäin ohuen leikkauksen. Se pystyy käsittelemään erittäin suuren työkappaleen tarkkuuden ja erittäin alhaisen pinnan karheuden. Se on tunnustettu, ihanteellinen ja korvaamaton erittäin tarkka työstötyökalu.
② PCD-timanttileikkaustyökalut: Luonnontimantit ovat kalliita. Leikkauksessa yleisimmin käytetty timantti on monikiteinen timantti (PCD). 1970-luvun alusta lähtien on kehitetty monikiteistä timanttia (Polycrystauine-timantti, jota kutsutaan PCD-teriksi), joka on valmistettu korkean lämpötilan ja korkeapaineen synteesitekniikalla. Menestyksensä jälkeen luonnolliset timanttileikkaustyökalut on useaan otteeseen korvattu keinotekoisella monikiteisellä timantilla. PCD-raaka-aineissa on runsaasti lähteitä, ja niiden hinta on vain muutamasta kymmenesosaan luonnontimantin hinnasta. PCD-leikkuutyökaluja ei voida hioa erittäin terävien leikkaustyökalujen saamiseksi. Leikkaussärmän ja työstettävän työkappaleen pinnanlaatu ei ole yhtä hyvä kuin luonnontimantilla. Teollisuudessa ei ole vielä kätevää valmistaa PCD-teriä sirunmurtajilla. Siksi PCD:tä voidaan käyttää vain ei-rautametallien ja ei-metallien tarkkuusleikkaukseen, ja erittäin korkean tarkkuuden leikkaaminen on vaikeaa. Tarkka peilin leikkaus.
③ CVD-timanttileikkaustyökalut: 1970-luvun lopulta 1980-luvun alkuun lähtien CVD-timanttitekniikka ilmestyi Japanissa. CVD-timantilla tarkoitetaan kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) käyttöä timanttikalvon syntetisoimiseksi heterogeeniselle matriisille (kuten sementoitu karbidi, keramiikka jne.). CVD-timantilla on täsmälleen sama rakenne ja ominaisuudet kuin luonnontimantilla. CVD-timantin suorituskyky on hyvin lähellä luonnontimantin suorituskykyä. Sillä on luonnollisen yksikiteisen timantin ja monikiteisen timantin (PCD) edut, ja se voittaa niiden puutteet jossain määrin.
⑵ Timanttityökalujen suorituskykyominaisuudet
① Erittäin korkea kovuus ja kulutuskestävyys: Luonnontimantti on kovin luonnossa esiintyvä aine. Timantilla on erittäin korkea kulutuskestävyys. Erittäin kovia materiaaleja käsiteltäessä timanttityökalujen käyttöikä on 10-100 kertaa kovametallityökalujen käyttöikä tai jopa satoja kertoja.
② Siinä on erittäin alhainen kitkakerroin: Timantin ja joidenkin ei-rautametallien välinen kitkakerroin on pienempi kuin muilla leikkaustyökaluilla. Kitkakerroin on alhainen, muodonmuutos käsittelyn aikana on pieni ja leikkausvoimaa voidaan vähentää.
③ Leikkausreuna on erittäin terävä: Timanttityökalun leikkuureuna voidaan hioa erittäin terävästi. Luonnollinen yksikidetimanttityökalu voi olla jopa 0,002 ~ 0,008 μm, joka voi suorittaa erittäin ohuen leikkaamisen ja erittäin tarkan käsittelyn.
④ Korkea lämmönjohtavuus: Timantilla on korkea lämmönjohtavuus ja lämpödiffuusio, joten leikkauslämpö haihtuu helposti ja työkalun leikkausosan lämpötila on alhainen.
⑤ Sillä on pienempi lämpölaajenemiskerroin: Timantin lämpölaajenemiskerroin on useita kertoja pienempi kuin sementoidun kovametallin, ja leikkauslämmön aiheuttama työkalun koon muutos on erittäin pieni, mikä on erityisen tärkeää tarkkuus- ja ultratarkkuustyöstössä. vaatii suurta mittatarkkuutta.
⑶ Timanttityökalujen käyttö
Timanttityökaluja käytetään enimmäkseen ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien hienoleikkaukseen ja poraamiseen suurilla nopeuksilla. Soveltuu erilaisten kulutusta kestävien ei-metallien, kuten lasikuitujauhemetallurgian aihioiden, keraamisten materiaalien käsittelyyn; erilaiset kulutusta kestävät ei-rautametallit, kuten erilaiset pii-alumiiniseokset; ja erilaisten ei-rautametallien viimeistelykäsittely.
Timanttityökalujen haittana on, että niillä on huono lämmönkestävyys. Kun leikkauslämpötila ylittää 700 ℃ ~ 800 ℃, ne menettävät kovuutensa kokonaan. Lisäksi ne eivät sovellu rautametallien leikkaamiseen, koska timantti (hiili) reagoi helposti raudan kanssa korkeissa lämpötiloissa. Atomitoiminta muuttaa hiiliatomit grafiittirakenteeksi ja työkalu vaurioituu helposti.
2. Kuutioinen boorinitridityökalumateriaali
Kuutioboorinitridi (CBN), toinen superkova materiaali, joka on syntetisoitu timanttien valmistuksen kaltaisella menetelmällä, on kovuuden ja lämmönjohtavuuden osalta toisella sijalla timantin jälkeen. Sillä on erinomainen lämmönkestävyys ja se voidaan lämmittää 10 000 C:een ilmakehässä. Hapettumista ei tapahdu. CBN:llä on erittäin vakaat rautametallien kemialliset ominaisuudet ja sitä voidaan käyttää laajasti terästuotteiden jalostuksessa.
⑴ Kuutioisten boorinitridileikkaustyökalujen tyypit
Kuutioinen boorinitridi (CBN) on aine, jota ei ole luonnossa. Se on jaettu yksikiteiseen ja monikiteiseen, nimittäin CBN-yksikiteiseen ja monikiteiseen kuutioiseen boorinitridiin (polykiteinen kuutiobornitridi, PCBN lyhennettynä). CBN on yksi boorinitridin (BN) allotroopeista ja sen rakenne on samanlainen kuin timantilla.
PCBN (monikiteinen kuutioinen boorinitridi) on monikiteinen materiaali, jossa hienojakoiset CBN-materiaalit sintrataan yhteen sidosfaasien (TiC, TiN, Al, Ti jne.) kautta korkeassa lämpötilassa ja paineessa. Se on tällä hetkellä toiseksi kovin keinotekoisesti syntetisoitu materiaali. Timanttityökalumateriaalia kutsutaan yhdessä timantin kanssa yhteisesti superkovaksi työkalumateriaaliksi. PCBN:ää käytetään pääasiassa veitsien tai muiden työkalujen valmistukseen.
PCBN-leikkuutyökalut voidaan jakaa kiinteisiin PCBN-teriin ja PCBN-komposiittiteriin, jotka on sintrattu kovametallilla.
PCBN-komposiittiterät valmistetaan sintraamalla 0,5–1,0 mm paksu PCBN-kerros kovametallin päälle, jolla on hyvä lujuus ja sitkeys. Sen suorituskyky yhdistää hyvän sitkeyden korkeaan kovuuteen ja kulutuskestävyyteen. Se ratkaisee CBN-terien alhaisen taivutuslujuuden ja vaikean hitsauksen ongelmat.
⑵ Kuutioboorinitridin tärkeimmät ominaisuudet ja ominaisuudet
Vaikka kuution boorinitridin kovuus on hieman pienempi kuin timantin, se on paljon korkeampi kuin muiden korkeakovien materiaalien. CBN:n erinomainen etu on, että sen lämpöstabiilisuus on paljon korkeampi kuin timantilla, ja se saavuttaa yli 1200 °C lämpötilan (timantti on 700-800 °C). Toinen merkittävä etu on, että se on kemiallisesti inertti eikä reagoi raudan kanssa 1200-1300°C:ssa. reaktio. Kuutioboorinitridin tärkeimmät suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat.
① Korkea kovuus ja kulutuskestävyys: CBN-kiderakenne on samanlainen kuin timantti, ja sillä on samanlainen kovuus ja lujuus kuin timantilla. PCBN soveltuu erityisen hyvin kovien materiaalien käsittelyyn, joka voitiin vain hioa ennen ja joilla saadaan parempi työkappaleen pintalaatu.
② Korkea lämmönkestävyys: CBN:n lämmönkestävyys voi olla 1400 ~ 1500 ℃, mikä on lähes 1 kertaa korkeampi kuin timantin lämmönkestävyys (700 ~ 800 ℃). PCBN-työkalut voivat leikata korkean lämpötilan metalliseoksia ja karkaistua terästä suurilla nopeuksilla, jotka ovat 3–5 kertaa suurempia kuin kovametallityökalut.
③ Erinomainen kemiallinen stabiilisuus: Sillä ei ole kemiallista vuorovaikutusta rautapohjaisten materiaalien kanssa 1200-1300 °C asti, eikä se kulu yhtä voimakkaasti kuin timantti. Tällä hetkellä se voi silti säilyttää sementoidun kovametallin kovuuden; PCBN-työkalut soveltuvat karkaistun teräksen osien ja jäähdytetyn valuraudan leikkaamiseen, niitä voidaan käyttää laajasti valuraudan nopeaan leikkaamiseen.
④ Hyvä lämmönjohtavuus: Vaikka CBN:n lämmönjohtavuus ei pysy timantin tahdissa, PCBN:n lämmönjohtavuus eri työkalumateriaalien joukossa on toiseksi vain timantin jälkeen ja paljon korkeampi kuin nopean teräksen ja kovametallin.
⑤ Siinä on pienempi kitkakerroin: Alhainen kitkakerroin voi johtaa leikkausvoiman pienenemiseen leikkauksen aikana, leikkauslämpötilan laskuun ja koneistetun pinnan laadun paranemiseen.
⑶ Kuutioisten boorinitridileikkaustyökalujen käyttö
Kuutioinen boorinitridi soveltuu erilaisten vaikeasti leikattavien materiaalien viimeistelyyn, kuten karkaistu teräs, kova valurauta, korkean lämpötilan metalliseokset, kovametalli ja pintaruiskutusmateriaalit. Käsittelytarkkuus voi olla IT5 (reikä on IT6), ja pinnan karheusarvo voi olla niinkin pieni kuin Ra1,25 ~ 0,20 μm.
Kuutioisella boorinitridityökalumateriaalilla on huono sitkeys ja taivutuslujuus. Siksi kuutiometriset boorinitridisorvaustyökalut eivät sovellu karkeaan koneistukseen pienillä nopeuksilla ja suurilla iskukuormilla; Samalla ne eivät sovellu erittäin plastisten materiaalien leikkaamiseen (kuten alumiiniseokset, kupariseokset, nikkelipohjaiset seokset, erittäin plastiset teräkset jne.), koska näitä leikkaamalla syntyy vakavia kasaantuneita reunoja työskenneltäessä. metallin kanssa, mikä heikentää koneistettua pintaa.
3. keraamiset työkalumateriaalit
Keraamisilla leikkaustyökaluilla on korkea kovuus, hyvä kulutuskestävyys, erinomainen lämmönkestävyys ja kemiallinen stabiilisuus, eikä niitä ole helppo liittää metalliin. Keraamisilla työkaluilla on erittäin tärkeä rooli CNC-työstyksessä. Keraamisista työkaluista on tullut yksi tärkeimmistä työkaluista vaikeasti työstettävien materiaalien nopeaan leikkaamiseen ja käsittelyyn. Keraamisia leikkaustyökaluja käytetään laajalti nopeassa leikkauksessa, kuivaleikkauksessa, kovassa leikkauksessa ja vaikeasti työstettävien materiaalien leikkaamisessa. Keraamiset työkalut voivat työstää tehokkaasti kovia materiaaleja, joita perinteiset työkalut eivät pysty käsittelemään ollenkaan. keraamisten työkalujen optimaalinen leikkausnopeus voi olla 2–10 kertaa suurempi kuin kovametallityökalujen, mikä parantaa merkittävästi leikkaustuotannon tehokkuutta. ; Keraamisten työkalumateriaalien pääraaka-aineet ovat maankuoren runsaimmat alkuaineet. Siksi keraamisten työkalujen edistämisellä ja soveltamisella on suuri merkitys tuottavuuden parantamiseksi, jalostuskustannusten vähentämiseksi ja strategisten jalometallien säästämiseksi. Se myös edistää suuresti leikkaustekniikan kehitystä. edistystä.
⑴ Keraamisten työkalumateriaalien tyypit
Keraamisten työkalujen materiaalityypit voidaan yleensä jakaa kolmeen luokkaan: alumiinioksidipohjainen keramiikka, piinitridipohjainen keramiikka ja piinitridi-alumiinioksidipohjainen komposiittikeramiikka. Niistä alumiinioksidipohjaiset ja piinitridipohjaiset keraamiset työkalumateriaalit ovat laajimmin käytettyjä. Piinitridipohjaisen keramiikan suorituskyky on parempi kuin alumiinioksidipohjaisen keramiikan.
⑵ Keraamisten leikkaustyökalujen suorituskyky ja ominaisuudet
① Korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys: Vaikka keraamisten leikkaustyökalujen kovuus ei ole yhtä korkea kuin PCD:n ja PCBN:n, se on paljon korkeampi kuin kovametalli- ja nopean teräksen leikkaustyökalujen kovuus saavuttaen 93-95HRA:n. Keraamisilla leikkaustyökaluilla voidaan käsitellä erittäin kovia materiaaleja, joita on vaikea käsitellä perinteisillä leikkaustyökaluilla ja jotka soveltuvat nopeaan ja kovaan leikkaamiseen.
② Korkean lämpötilan kestävyys ja hyvä lämmönkestävyys: Keraamiset leikkuutyökalut voivat silti leikata korkeissa lämpötiloissa, jotka ovat yli 1200 °C. Keraamisilla leikkaustyökaluilla on hyvät korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet. A12O3-keraamisilla leikkaustyökaluilla on erityisen hyvä hapettumisenkestävyys. Vaikka leikkuuterä olisi kuumassa tilassa, sitä voidaan käyttää jatkuvasti. Siksi keraamiset työkalut voivat saavuttaa kuivaleikkauksen, mikä eliminoi leikkausnesteen tarpeen.
③ Hyvä kemiallinen vakaus: Keraamisia leikkuutyökaluja ei ole helppo liittää metalliin, ja ne ovat korroosionkestäviä ja niillä on hyvä kemiallinen stabiilisuus, mikä voi vähentää leikkaustyökalujen liimauksen kulumista.
④ Matala kitkakerroin: Keraamisten työkalujen ja metallin välinen affiniteetti on pieni ja kitkakerroin on alhainen, mikä voi vähentää leikkausvoimaa ja leikkauslämpötilaa.
⑶ Keraamisissa veitsissä on sovelluksia
Keramiikka on yksi työkalumateriaaleista, joita käytetään pääasiassa nopeaan viimeistelyyn ja puoliviimeistelyyn. Keraamiset leikkaustyökalut soveltuvat erilaisten valuraudoiden (harmaavalurauta, pallografiittivalurauta, tempervalurauta, jäähdytetty valurauta, korkeaseosteinen kulutusta kestävä valurauta) ja teräsmateriaalien (hiilirakenneteräs, seostettu rakenneteräs, korkealujuus teräs, korkea mangaaniteräs, karkaistu teräs jne.), voidaan käyttää myös kupariseosten, grafiitin, teknisten muovien ja komposiittimateriaalien leikkaamiseen.
Keraamisten leikkaustyökalujen materiaaliominaisuuksien ongelmana on alhainen taivutuslujuus ja huono iskunkestävyys, minkä vuoksi ne eivät sovellu leikkaamiseen pienillä nopeuksilla ja iskukuormituksella.
4. Päällystetyt työkalumateriaalit
Leikkuutyökalujen päällystäminen on yksi tärkeimmistä tavoista parantaa työkalun suorituskykyä. Pinnoitettujen työkalujen ilmestyminen on tuonut suuren läpimurron leikkuutyökalujen leikkaussuorituskykyyn. Pinnoitetut työkalut on päällystetty yhdellä tai useammalla kerroksella tulenkestäviä yhdisteitä, joilla on hyvä kulutuskestävyys työkalun rungossa ja hyvä sitkeys. Se yhdistää työkalumatriisin kovaan pinnoitteeseen, mikä parantaa merkittävästi työkalun suorituskykyä. Päällystetyt työkalut voivat parantaa käsittelyn tehokkuutta, parantaa käsittelyn tarkkuutta, pidentää työkalun käyttöikää ja vähentää käsittelykustannuksia.
Noin 80 % uusissa CNC-työstökoneissa käytetyistä leikkaustyökaluista käyttää pinnoitettuja työkaluja. Päällystetyt työkalut ovat jatkossa tärkein työkaluvalikoima CNC-koneistuksen alalla.
⑴ Pinnoitettujen työkalujen tyypit
Päällystysmenetelmien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kemiallisella höyrypinnoituksella (CVD) päällystettyihin työkaluihin ja fysikaalisiin höyrypinnoitusmenetelmiin (PVD) päällystettyihin työkaluihin. Päällystetyt kovametallileikkaustyökalut käyttävät yleensä kemiallista höyrypinnoitusmenetelmää, ja pinnoituslämpötila on noin 1000 °C. Päällystetyt nopeat teräsleikkaustyökalut käyttävät yleensä fyysistä höyrypinnoitusmenetelmää, ja pinnoituslämpötila on noin 500 °C;
Päällystettyjen työkalujen eri substraattimateriaalien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kovametallipäällysteisiin työkaluihin, pikateräspinnoitettuihin työkaluihin sekä pinnoitetuihin työkaluihin keramiikka- ja superkovilla materiaaleilla (timantti- ja kuutioboorinitridi).
Pinnoitemateriaalin ominaisuuksien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kahteen luokkaan, jotka ovat "kovapinnoitetut" ja "pehmeä" pinnoitetut työkalut. "Kovapinnoitettujen" työkalujen päätavoitteet ovat korkea kovuus ja kulutuskestävyys. Sen tärkeimmät edut ovat korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys, tyypillisesti TiC- ja TiN-pinnoitteet. "Pehmeiden" päällystystyökalujen tavoite on pieni kitkakerroin, joka tunnetaan myös itsevoitelevilla työkaluilla, jotka kitkaavat työkappaleen materiaalin kanssa. Kerroin on erittäin alhainen, vain noin 0,1, mikä voi vähentää tarttuvuutta, vähentää kitkaa ja vähentää leikkausta. voima ja leikkauslämpötila.
Nanocoating (Nanoeoating) -leikkaustyökalut on kehitetty hiljattain. Tällaisissa pinnoitetuissa työkaluissa voidaan käyttää erilaisia pinnoitemateriaalien yhdistelmiä (kuten metalli/metalli, metalli/keramiikka, keramiikka/keramiikka jne.) erilaisten toiminnallisten ja suorituskykyvaatimusten täyttämiseksi. Oikein suunnitellut nanopinnoitteet voivat tehdä työkalumateriaaleista erinomaiset kitkaa vähentävät ja kulumista estävät ominaisuudet sekä itsevoitelevat ominaisuudet, mikä tekee niistä sopivia nopeaan kuivaleikkaukseen.
⑵ Pinnoitettujen leikkaustyökalujen ominaisuudet
① Hyvä mekaaninen ja leikkaussuorituskyky: Päällystetyissä työkaluissa yhdistyvät perusmateriaalin ja pinnoitemateriaalin erinomaiset ominaisuudet. Ne eivät vain säilytä perusmateriaalin hyvää sitkeyttä ja suurta lujuutta, vaan niillä on myös korkea kovuus, korkea kulutuskestävyys ja alhainen kitkakerroin. Siksi pinnoitettujen työkalujen leikkausnopeutta voidaan lisätä yli 2 kertaa pinnoittamattomien työkalujen leikkausnopeutta ja suuremmat syöttönopeudet ovat sallittuja. Myös pinnoitettujen työkalujen käyttöikä paranee.
② Vahva monipuolisuus: Pinnoitetuilla työkaluilla on laaja monipuolisuus ja ne laajentavat huomattavasti työstöaluetta. Yksi pinnoitettu työkalu voi korvata useita pinnoittamattomia työkaluja.
③ Pinnoitteen paksuus: Pinnoitteen paksuuden kasvaessa myös työkalun käyttöikä pitenee, mutta kun pinnoitteen paksuus saavuttaa kylläisyyden, työkalun käyttöikä ei enää pidennä merkittävästi. Kun pinnoite on liian paksu, se aiheuttaa helposti kuoriutumista; kun pinnoite on liian ohut, kulutuskestävyys on huono.
④ Uudelleenhiotettavuus: Päällystetyillä terillä on huono hiotettavuus, monimutkaiset pinnoituslaitteet, korkeat prosessivaatimukset ja pitkä pinnoitusaika.
⑤ Pinnoitemateriaali: Työkaluilla, joissa on erilaisia pinnoitemateriaaleja, on erilainen leikkausteho. Esimerkiksi: kun leikataan alhaisella nopeudella, TiC-pinnoitteella on etuja; kun leikataan suurella nopeudella, TiN on sopivampi.
⑶ Pinnoitettujen leikkaustyökalujen käyttö
Pinnoitetuilla työkaluilla on suuri potentiaali CNC-työstössä, ja ne ovat tulevaisuudessa tärkein työkaluvalikoima CNC-työstössä. Päällystystekniikkaa on sovellettu päätyjyrsimiin, kalvimiin, porantereihin, komposiittireiänkäsittelytyökaluihin, hammaspyörien keittolevyihin, hammaspyörien muotoiluleikkureihin, hammaspyörien ajoleikkureihin, muotoilurevensseihin ja erilaisiin konekiinnitteisiin kääntöteroihin, jotka täyttävät nopean leikkausprosessoinnin eri vaatimukset. Materiaalien tarpeet, kuten teräs ja valurauta, lämmönkestävät metalliseokset ja ei-rautametallit.
5. Kovametallityökalumateriaalit
Kovametallileikkaustyökalut, erityisesti käännettävät kovametallileikkaustyökalut, ovat CNC-työstötyökalujen johtavia tuotteita. 1980-luvulta lähtien erilaisten integroitujen ja käännettävien kovametallileikkaustyökalujen tai -terien valikoimaa on laajennettu erilaisiin tyyppeihin. Erilaisia leikkaustyökalukenttiä, joissa kääntömetallityökalut ovat laajentuneet yksinkertaisista sorvaustyökaluista ja tasojyrsimistä erilaisiin tarkkuus-, monimutkaisiin ja muovaustyökalukenttiin.
⑴ Kovametallileikkaustyökalujen tyypit
Pääkemiallisen koostumuksen mukaan sementoitu karbidi voidaan jakaa volframikarbidipohjaiseen sementoituun karbidiin ja titaanihiili (nitridi) (TiC(N)) -pohjaiseen sementoituun karbidiin.
Volframikarbidipohjainen sementoitu karbidi sisältää kolme tyyppiä: volframikoboltti (YG), volframikobolttititaani (YT) ja harvinainen lisätty karbidi (YW). Jokaisella on omat etunsa ja haittansa. Pääkomponentit ovat volframikarbidi (WC) ja titaanikarbidi. (TiC), tantaalikarbidi (TaC), niobiumkarbidi (NbC) jne. Yleisesti käytetty metallisidosfaasi on Co.
Titaanihiili (nitridi) -pohjainen sementoitu karbidi on sementoitu karbidi, jonka pääkomponentti on TiC (jotkut lisäävät muita karbideja tai nitridejä). Yleisesti käytetyt metallisidosfaasit ovat Mo ja Ni.
ISO (International Organisation for Standardization) jakaa leikkauskarbidin kolmeen luokkaan:
Luokka K, mukaan lukien Kl0 ~ K40, vastaa kotimaani YG-luokkaa (pääkomponentti on WC.Co).
P-luokka, mukaan lukien P01 ~ P50, vastaa kotimaani YT-luokkaa (pääkomponentti on WC.TiC.Co).
Luokka M, mukaan lukien M10-M40, vastaa kotimaani YW-luokkaa (pääkomponentti on WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Jokainen luokka edustaa sarjaa metalliseoksia, jotka vaihtelevat korkeasta kovuudesta maksimisitkeyteen lukujen välillä 01-50.
⑵ Kovametallileikkaustyökalujen suorituskykyominaisuudet
① Korkea kovuus: Kovametallileikkuutyökalut on valmistettu kovametallista, jolla on korkea kovuus ja sulamispiste (kutsutaan kovaksi faasiksi) ja metallisideaineista (kutsutaan sidosfaasiksi) jauhemetallurgian avulla ja joiden kovuus on 89–93 HRA. , paljon korkeampi kuin pikateräs. 5400 C:ssa kovuus voi silti olla 82-87HRA, mikä on sama kuin nopean teräksen kovuus huoneenlämpötilassa (83-86HRA). Sementoidun karbidin kovuusarvo muuttuu karbidien luonteen, määrän, hiukkaskoon ja metallisidosfaasin pitoisuuden mukaan ja yleensä laskee sidosmetallifaasin pitoisuuden kasvaessa. Kun sideainefaasipitoisuus on sama, YT-seosten kovuus on korkeampi kuin YG-seosten, ja TaC:tä (NbC) lisätyillä seoksilla on korkeampi korkean lämpötilan kovuus.
② Taivutuslujuus ja sitkeys: Yleisesti käytetyn sementoidun kovametallin taivutuslujuus on 900-1500 MPa. Mitä suurempi metallisideainefaasipitoisuus on, sitä suurempi on taivutuslujuus. Kun sideainepitoisuus on sama, YG-tyypin (WC-Co) lejeeringin lujuus on suurempi kuin YT-tyypin (WC-TiC-Co) lejeeringin, ja TiC-pitoisuuden kasvaessa lujuus laskee. Sementoitu kovametalli on hauras materiaali, ja sen iskunkestävyys huoneenlämmössä on vain 1/30 - 1/8 pikateräksestä.
⑶ Yleisesti käytettyjen kovametallileikkaustyökalujen käyttö
YG-seoksia käytetään pääasiassa valuraudan, ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien käsittelyyn. Hienorakeisella sementoidulla kovametallilla (kuten YG3X, YG6X) on korkeampi kovuus ja kulutuskestävyys kuin keskirakeisella kovametallilla, jolla on sama kobolttipitoisuus. Se soveltuu joidenkin erityisten kovien valuraudan, austeniittisen ruostumattoman teräksen, lämmönkestävän metalliseoksen, titaaniseoksen, kovan pronssin ja kulutusta kestävien eristysmateriaalien käsittelyyn.
YT-tyypin sementoidun kovametallin merkittäviä etuja ovat korkea kovuus, hyvä lämmönkestävyys, korkeampi kovuus ja puristuslujuus korkeissa lämpötiloissa kuin YG-tyypin sekä hyvä hapettumisenkestävyys. Siksi, kun veitseltä vaaditaan korkeampi lämmönkestävyys ja kulutuskestävyys, tulee valita laatu, jolla on korkeampi TiC-pitoisuus. YT-lejeeringit soveltuvat muovimateriaalien, kuten teräksen, käsittelyyn, mutta eivät sovellu titaaniseosten ja pii-alumiiniseosten käsittelyyn.
YW-seoksella on YG- ja YT-seosten ominaisuuksia, ja sillä on hyvät kokonaisominaisuudet. Sitä voidaan käyttää teräksen, valuraudan ja ei-rautametallien käsittelyyn. Jos tämän tyyppisen metalliseoksen kobolttipitoisuutta lisätään asianmukaisesti, lujuus voi olla erittäin korkea ja sitä voidaan käyttää erilaisten vaikeasti työstettävien materiaalien karkeakoneistukseen ja katkonaiseen leikkaukseen.
6. Pikateräksiset leikkaustyökalut
High Speed Steel (HSS) on runsasseostettu työkaluteräs, joka lisää seosaineita, kuten W, Mo, Cr ja V. Nopeat teräsleikkaustyökalut tarjoavat erinomaisen kokonaisvaltaisen suorituskyvyn lujuuden, sitkeyden ja työstettävyyden suhteen. Monimutkaisissa leikkaustyökaluissa, erityisesti niissä, joissa on monimutkainen terämuoto, kuten reiänkäsittelytyökalut, jyrsimet, kierteitystyökalut, avaruustyökalut, hammaspyörän leikkaustyökalut jne., käytetään edelleen nopeaa terästä. hallitsevassa asemassa. Nopeat teräsveitset on helppo teroittaa terävien leikkausreunojen saamiseksi.
Eri käyttötarkoitusten mukaan pikateräs voidaan jakaa yleiskäyttöiseen pikateräkseen ja korkean suorituskyvyn pikateräkseen.
⑴ Yleiskäyttöiset nopeat teräsleikkaustyökalut
Yleiskäyttöinen nopea teräs. Yleensä se voidaan jakaa kahteen luokkaan: volframiteräs ja volframi-molybdeeniteräs. Tämäntyyppinen pikateräs sisältää 0,7–0,9 % (C). Teräksen erilaisen volframipitoisuuden mukaan se voidaan jakaa volframiteräkseen, jonka W-pitoisuus on 12 % tai 18 %, volframi-molybdeeniteräkseen, jonka W-pitoisuus on 6 tai 8 %, ja molybdeeniteräkseen, jonka W-pitoisuus on 6 % tai 8 %. 2 % tai ei ollenkaan W. . Yleiskäyttöisellä pikateräksellä on tietty kovuus (63-66HRC) ja kulutuskestävyys, korkea lujuus ja sitkeys, hyvä plastisuus ja käsittelytekniikka, joten sitä käytetään laajasti erilaisten monimutkaisten työkalujen valmistuksessa.
① Volframiteräs: Tyypillinen yleiskäyttöisen nopean teräksen volframiteräksen laatu on W18Cr4V, (viitataan nimellä W18). Sillä on hyvä kokonaissuorituskyky. Korkean lämpötilan kovuus 6000 C:ssa on 48,5 HRC, ja sitä voidaan käyttää useiden monimutkaisten työkalujen valmistukseen. Sen etuna on hyvä jauhattavuus ja alhainen hiilenpoistoherkkyys, mutta sen korkean karbidipitoisuuden, epätasaisen jakautumisen, suurten hiukkasten sekä alhaisen lujuuden ja sitkeyden ansiosta.
② Volframi-molybdeeniteräs: viittaa nopeaan teräkseen, joka on saatu korvaamalla osa volframiteräksessä olevasta volframista molybdeenillä. Tyypillinen volframi-molybdeeniteräslaatu on W6Mo5Cr4V2 (jota kutsutaan nimellä M2). M2:n karbidihiukkaset ovat hienoja ja tasalaatuisia, ja sen lujuus, sitkeys ja plastisuus korkeissa lämpötiloissa ovat parempia kuin W18Cr4V:n. Toinen volframi-molybdeeniterästyyppi on W9Mo3Cr4V (lyhennettynä W9). Sen lämpöstabiilisuus on hieman korkeampi kuin M2-teräksellä, sen taivutuslujuus ja sitkeys ovat parempia kuin W6M05Cr4V2, ja sillä on hyvä prosessoitavuus.
⑵ Tehokkaat nopeat teräsleikkaustyökalut
Suorituskykyinen pikateräs viittaa uuteen terästyyppiin, joka lisää hiilipitoisuutta, vanadiinipitoisuutta ja seosaineita, kuten Co ja Al, yleiskäyttöisen pikateräksen koostumukseen, mikä parantaa sen lämmönkestävyyttä ja kulutuskestävyyttä . Siellä on pääasiassa seuraavat luokat:
① Korkeahiilinen nopea teräs. Korkeahiilisellä nopealla teräksellä (kuten 95W18Cr4V) on korkea kovuus huoneenlämpötilassa ja korkeassa lämpötilassa. Se soveltuu tavallisen teräksen ja valuraudan, poranterien, kalvinten, tappien ja jyrsinten, joilla on korkeat kulutuskestävyysvaatimukset, tai kovien materiaalien työstötyökalujen valmistukseen ja käsittelyyn. Se ei sovellu kestämään suuria iskuja.
② Korkeavanadiinipitoinen nopea teräs. Tyypillisten laatujen, kuten W12Cr4V4Mo, (jota kutsutaan nimellä EV4), V-pitoisuus on nostettu 3 %:sta 5 %:iin, niillä on hyvä kulutuskestävyys ja ne sopivat materiaalien leikkaamiseen, jotka aiheuttavat suurta työkalujen kulumista, kuten kuidut, kova kumi, muovit. jne., ja sitä voidaan käyttää myös materiaalien, kuten ruostumattoman teräksen, korkean lujan teräksen ja korkean lämpötilan seosten käsittelyyn.
③ Koboltti nopea teräs. Se on kobolttia sisältävää superkovaa nopeaa terästä. Tyypillisillä lajeilla, kuten W2Mo9Cr4VCo8, (jota kutsutaan nimellä M42), on erittäin korkea kovuus. Sen kovuus voi olla 69-70 HRC. Se soveltuu vaikeasti käytettävien lujien kuumuutta kestävien terästen, korkean lämpötilan metalliseosten, titaaniseosten jne. työstämiseen. Käsittelymateriaalit: M42:lla on hyvä hiovuus ja se soveltuu tarkkuus- ja monimutkaisten työkalujen valmistukseen, mutta se ei sovellu. työskentelyyn iskuleikkausolosuhteissa.
④ Alumiininen nopea teräs. Se on alumiinia sisältävä superkova pikateräs. Tyypillisiä arvoja ovat esimerkiksi W6Mo5Cr4V2Al (viitataan nimellä 501). Korkean lämpötilan kovuus 6000 C:ssa saavuttaa myös 54 HRC:n. Leikkausteho vastaa M42:ta. Se soveltuu jyrsimien, poranterien, kalvinten, hammaspyöräjyrsinten ja avennusten valmistukseen. jne., joita käytetään materiaalien, kuten seosteräksen, ruostumattoman teräksen, korkean lujan teräksen ja korkean lämpötilan seosten käsittelyyn.
⑤ Typen superkovaa nopeaa terästä. Tyypilliset teräslajit, kuten W12M03Cr4V3N, josta käytetään nimitystä (V3N), ovat typpeä sisältäviä superkovia pikateräksiä. Kovuus, lujuus ja sitkeys vastaavat M42:ta. Niitä voidaan käyttää kobolttipitoisten pikaterästen korvikkeena, ja niitä käytetään vaikeasti työstettävien materiaalien ja hidasnopeiden, erittäin tarkkojen terästen hidasleikkaukseen. käsittelyä.
⑶ Pikateräksen ja jauhemetallurgisen pikateräksen sulatus
Eri valmistusprosessien mukaan pikateräs voidaan jakaa pikateräksen sulatukseen ja jauhemetallurgian pikateräkseen.
① Pikateräksen sulatus: Sekä tavallinen pikateräs että korkean suorituskyvyn nopea teräs valmistetaan sulatusmenetelmillä. Niistä valmistetaan veitsiä prosesseilla, kuten sulatuksella, harkkovalulla sekä pinnoituksella ja valssauksella. Vakava ongelma, joka ilmenee helposti pikateräksen sulatuksessa, on karbidin erottelu. Kovat ja hauraat karbidit jakautuvat epätasaisesti pikateräksessä, ja rakeet ovat karkeita (jopa kymmeniä mikroneja), mikä vaikuttaa pikaterästyökalujen kulutuskestävyyteen ja sitkeyteen. ja heikentää leikkaustehoa.
② Jauhemetallurginen suurnopeusteräs (PM HSS): Jauhemetallurginen nopea teräs (PM HSS) on nestemäinen teräs, joka sulatetaan korkeataajuisessa induktiouunissa, sumutetaan korkeapaineisella argonilla tai puhtaalla typellä ja sammutetaan sitten. hienoja ja yhtenäisiä kiteitä. Rakenne (nopea teräsjauhe) ja paina sitten saatu jauhe veitsiaihioksi korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa tai tee ensin teräsaihio ja sitten tako ja rullaa se veitsen muotoon. Verrattuna sulatusmenetelmällä valmistettuun pikateräkseen, PM HSS:n etuna on se, että kovametallirakeet ovat hienoja ja tasaisia ja lujuus, sitkeys ja kulutuskestävyys ovat paljon parempia verrattuna sulatettuun pikateräkseen. Monimutkaisten CNC-työkalujen alalla PM HSS -työkalut kehittyvät edelleen ja niillä on tärkeä asema. Tyypillisiä laatuja, kuten F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN jne., voidaan käyttää suurikokoisten, raskaasti kuormitettujen, iskunkestäviä leikkaustyökaluja sekä tarkkuusleikkaustyökaluja varten.
CNC-työkalumateriaalien valinnan periaatteet
Tällä hetkellä laajalti käytettyjä CNC-työkalumateriaaleja ovat pääasiassa timanttityökalut, kuutiometriset boorinitridityökalut, keraamiset työkalut, pinnoitetut työkalut, kovametallityökalut, pikaterästyökalut jne. Työkalumateriaaleja on monia ja niiden ominaisuudet vaihtelevat suuresti. Seuraavassa taulukossa on esitetty eri työkalumateriaalien tärkeimmät suorituskykyindikaattorit.
Työkalumateriaalit CNC-työstöön tulee valita työstettävän työkappaleen ja työstön luonteen mukaan. Työkalumateriaalien valinnan tulee olla kohtuullisesti sovitettu käsittelykohteeseen. Leikkuutyökalujen materiaalien ja työstökohteiden yhteensovittaminen tarkoittaa pääasiassa näiden kahden mekaanisten, fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien yhteensovittamista, jotta saavutetaan pisin työkalun käyttöikä ja suurin leikkaustuottavuus.
1. Leikkuutyökalumateriaalien ja työstökohteiden mekaanisten ominaisuuksien yhteensovittaminen
Leikkaustyökalun ja työstökohteen mekaanisten ominaisuuksien yhteensovitusongelma liittyy pääasiassa mekaanisten ominaisuuksien parametrien, kuten työkalun ja työkappaleen materiaalin lujuuden, sitkeyden ja kovuuden yhteensovittamiseen. Työkalumateriaalit, joilla on erilaiset mekaaniset ominaisuudet, sopivat erilaisten työkappalemateriaalien käsittelyyn.
① Työkalun materiaalin kovuuden järjestys on: timanttityökalu> kuutioinen boorinitridityökalu> keraaminen työkalu> volframikarbidi> nopea teräs.
② Työkalumateriaalien taivutuslujuuden järjestys on: pikateräs > kovametalli > keraamiset työkalut > timantti- ja kuutioboorinitridityökalut.
③ Työkalumateriaalien sitkeysjärjestys on: nopea teräs> volframikarbidi> kuutio boorinitridi, timantti- ja keraamiset työkalut.
Korkean kovuuden työkappaleen materiaalit on työstettävä kovemmilla työkaluilla. Työkalumateriaalin kovuuden on oltava suurempi kuin työkappaleen materiaalin kovuus, jonka yleensä vaaditaan olevan yli 60 HRC. Mitä korkeampi työkalumateriaalin kovuus on, sitä parempi on sen kulutuskestävyys. Esimerkiksi kun sementoidun karbidin kobolttipitoisuus kasvaa, sen lujuus ja sitkeys kasvavat ja kovuus pienenee, mikä tekee siitä sopivan karkeaan koneistukseen; kobolttipitoisuuden pienentyessä sen kovuus ja kulutuskestävyys kasvavat, mikä tekee siitä sopivan viimeistelyyn.
Erinomaiset korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet omaavat työkalut sopivat erityisen hyvin nopeaan leikkaukseen. Keraamisten leikkaustyökalujen erinomainen suorituskyky korkeissa lämpötiloissa mahdollistaa niiden leikkaamisen suurilla nopeuksilla, ja sallittu leikkausnopeus voi olla 2-10 kertaa kovametallin nopeus.
2. Leikkuutyökalun materiaalin fyysisten ominaisuuksien sovittaminen koneistettuun esineeseen
Työkalut, joilla on erilaiset fysikaaliset ominaisuudet, kuten nopeat terästyökalut, joilla on korkea lämmönjohtavuus ja alhainen sulamispiste, keraamiset työkalut, joilla on korkea sulamispiste ja alhainen lämpölaajeneminen, timanttityökalut, joilla on korkea lämmönjohtavuus ja alhainen lämpölaajeneminen jne., sopivat erilaisten työkappalemateriaalien käsittely. Huonon lämmönjohtavuuden omaavia työkappaleita käsiteltäessä tulee käyttää paremman lämmönjohtavuuden omaavia työkalumateriaaleja, jotta leikkauslämpö voidaan siirtää nopeasti pois ja leikkauslämpötilaa voidaan laskea. Korkean lämmönjohtavuutensa ja lämpödiffusiivisuutensa ansiosta timantti voi helposti haihduttaa leikkauslämpöä aiheuttamatta suuria lämpömuodonmuutoksia, mikä on erityisen tärkeää tarkkuustyöstötyökaluissa, jotka vaativat suurta mittatarkkuutta.
① Eri työkalumateriaalien lämmönkestävyyslämpötila: timanttityökalut ovat 700-8000C, PCBN-työkalut 13000-15000C, keraamiset työkalut 1100-12000C, TiC(N)-pohjainen kovametalli on 900-11000C, WC-pohjainen erittäin hieno grains Carbide on 800-9000C, HSS on 600-7000C.
② Eri työkalumateriaalien lämmönjohtavuuden järjestys: PCD>PCBN>WC-pohjainen kovametalli>TiC(N)-pohjainen kovametalli>HSS>Si3N4-pohjainen keramiikka>A1203-pohjainen keramiikka.
③ Eri työkalumateriaalien lämpölaajenemiskertoimien järjestys on: HSS>WC-pohjainen kovametalli>TiC(N)>A1203-pohjainen keramiikka>PCBN>Si3N4-pohjainen keramiikka>PCD.
④ Eri työkalumateriaalien lämpöiskunkeston järjestys on: HSS>WC-pohjainen kovametalli>Si3N4-pohjainen keramiikka>PCBN>PCD>TiC(N)-pohjainen kovametalli>A1203-pohjainen keramiikka.
3. Leikkaavan työkalun materiaalin kemiallisten ominaisuuksien sovittaminen koneistettuun esineeseen
Leikkaustyökalumateriaalien ja työstökohteiden kemiallisten ominaisuuksien yhteensovitusongelma liittyy pääasiassa kemiallisten suorituskykyparametrien, kuten kemiallisen affiniteetin, kemiallisen reaktion, työkalumateriaalien ja työkappalemateriaalien diffuusio- ja liukenemiskykyyn, yhteensovittamiseen. Eri materiaaleista valmistetut työkalut sopivat erilaisten työkappalemateriaalien käsittelyyn.
① Eri työkalumateriaalien (teräksen kanssa) liimauslämpötilan kestävyys on: PCBN> keraaminen> volframikarbidi> HSS.
② Eri työkalumateriaalien hapettumisenkestävyyslämpötila on: keramiikka> PCBN> volframikarbidi> timantti> HSS.
③ Työkalumateriaalien diffuusiolujuus (teräkselle) on: timantti>Si3N4-pohjainen keramiikka>PCBN>A1203-pohjainen keramiikka. Diffuusiointensiteetti (titaanille) on: A1203-pohjainen keramiikka>PCBN>SiC>Si3N4>timantti.
4. Kohtuullinen CNC-työkalumateriaalien valinta
Yleisesti ottaen PCBN, keraamiset työkalut, päällystetty kovametalli ja TiCN-pohjaiset kovametallityökalut soveltuvat rautametallien, kuten teräksen, CNC-käsittelyyn; PCD-työkalut soveltuvat ei-rautametallimateriaaleille, kuten Al, Mg, Cu ja niiden seokset sekä ei-metallisten materiaalien käsittelyyn. Alla olevassa taulukossa on lueteltu joitakin työkappaleen materiaaleja, joiden käsittelyyn edellä mainitut työkalumateriaalit soveltuvat.
Xinfa CNC-työkaluilla on hyvä laatu ja edullinen hinta. Lisätietoja on osoitteessa:
CNC-työkalujen valmistajat – Kiinan CNC-työkalutehdas ja toimittajat (xinfatools.com)
Postitusaika: 1.11.2023
