1. Perusominaisuudet, jotka työkalumateriaaleilla tulee olla
Työkalumateriaalien valinnalla on suuri vaikutus työkalun käyttöikään, työstön tehokkuuteen, käsittelyn laatuun ja käsittelykustannuksiin. Leikkauksen aikana työkalujen on kestettävä suurta painetta, korkeaa lämpötilaa, kitkaa, iskuja ja tärinää. Siksi työkalumateriaaleilla tulee olla seuraavat perusominaisuudet:
(1) Kovuus ja kulutuskestävyys. Työkalumateriaalin kovuuden on oltava suurempi kuin työkappaleen materiaalin kovuuden, yleensä vaaditaan yli 60 HRC. Mitä korkeampi työkalumateriaalin kovuus, sitä parempi kulutuskestävyys.
(2) Lujuus ja sitkeys. Työkalumateriaalin tulee olla lujaa ja sitkeää, jotta se kestää leikkausvoimaa, iskua ja tärinää ja estää työkalun haurauden ja halkeilun.
(3) Lämmönkestävyys. Työkalumateriaalilla tulee olla hyvä lämmönkestävyys, sen tulee kestää korkeita leikkauslämpötiloja ja hyvä antioksidanttikyky.
(4) Prosessin suorituskyky ja taloudellisuus. Työkalumateriaalilla tulee olla hyvä taontakyky, lämpökäsittelykyky, hitsauskyky; hiontateho jne., ja sen tulisi pyrkiä korkeaan suorituskyky-hinta-suhteeseen.
2. Työkalumateriaalien tyypit, suorituskyky, ominaisuudet ja sovellukset
1. Timanttityökalumateriaalien ja työkalusovellusten tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet
Timantti on hiilen allotrooppi ja kovin luonnossa esiintyvä materiaali. Timanttityökaluilla on korkea kovuus, korkea kulutuskestävyys ja korkea lämmönjohtavuus, ja niitä käytetään laajalti ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien käsittelyssä. Etenkin alumiinin ja silikoni-alumiiniseosten nopeassa leikkauksessa timanttityökalut ovat tärkein leikkaustyökalulaji, jota on vaikea vaihtaa. Timanttityökalut, joilla saavutetaan korkea hyötysuhde, korkea vakaus ja pitkäikäinen työstö, ovat korvaamaton ja tärkeä työkalu nykyaikaisessa CNC-työstössä.
1) Timanttityökalujen tyypit
① Luonnontimanttityökalut: Luonnontimanttia on käytetty leikkaustyökaluina satojen vuosien ajan. Hienohionnan jälkeen luonnollinen yksikiteinen timanttityökalu voi olla erittäin terävä, ja sen leikkuureunan säde on jopa 0,002 μm, mikä voi saavuttaa erittäin ohuen leikkauksen ja työstää erittäin suuren työkappaleen tarkkuuden ja erittäin matalan pinnan. karheutta. Se on tunnustettu, ihanteellinen ja korvaamaton erittäin tarkka työstötyökalu.
② PCD-timanttityökalu: Luonnontimantti on kallista, ja leikkaukseen käytetyin timantti on monikiteinen timantti (PCD). 1970-luvun alusta lähtien, korkean lämpötilan ja korkean paineen synteesitekniikalla valmistettujen monikiteisten timanttien (Polycrystauine diamond, kutsutaan PCD) terien onnistuneen kehityksen jälkeen, luonnolliset timanttityökalut on korvattu monissa tapauksissa keinotekoisella monikiteisellä timantilla. PCD-raaka-aineita on runsaasti, ja sen hinta on vain muutamasta kymmenesosasta tusinaan luonnontimanttia.
PCD-työkalut eivät voi hioa erittäin teräviä reunoja, eikä työstettävän työkappaleen pinnan laatu ole yhtä hyvä kuin luonnontimantilla. Tällä hetkellä teollisuudessa ei ole helppoa valmistaa PCD-teriä sirunmurtajilla. Siksi PCD:tä voidaan käyttää vain ei-rautametallien ja ei-metallien tarkkuusleikkaukseen, ja erittäin tarkkaa peilileikkausta on vaikea saavuttaa.
③ CVD-timanttityökalut: CVD-timanttitekniikka on ilmestynyt Japanissa 1970-luvun lopulta ja 1980-luvun alusta lähtien. CVD-timantilla tarkoitetaan timanttikalvon synteesiä heterogeeniselle alustalle (kuten sementoitu karbidi, keramiikka jne.) kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) avulla. CVD-timantilla on 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 jossain määrin niiden puutteet.
(2) 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-kertainen kovametallityökaluihin verrattuna, tai jopa useita satoja kertoja.
② Erittäin pieni kitkakerroin: Timantin ja joidenkin ei-rautametallien välinen kitkakerroin on pienempi kuin muiden työkalujen. Matala kitkakerroin tarkoittaa vähemmän muodonmuutoksia käsittelyn aikana, mikä voi vähentää leikkausvoimaa.
③ Erittäin terävä leikkuureuna: Timanttityökalujen leikkuureuna voidaan teroittaa erittäin terävästi. Luonnolliset yksikiteiset timanttityökalut voivat olla jopa 0.002-0,008 μm teräviä, ja ne voivat suorittaa erittäin ohuen leikkaamisen ja erittäin tarkan käsittelyn.
④ Erittäin korkea lämmönjohtavuus: Timantilla on korkea lämmönjohtavuus ja lämpödiffuusio, leikkauslämpö on helppo haihtua ja työkalun leikkausosan lämpötila on alhainen.
⑤ Alhainen 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 ultratarkkuusprosessoinnissa suurikokoisella tarkkuusvaatimukset.
(3) Timanttityökalujen käyttö
Timanttityökaluja käytetään enimmäkseen ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien hienoleikkaukseen ja poraukseen suurilla nopeuksilla. Soveltuu erilaisten kulutusta kestävien ei-metallien, kuten lasikuituvahvisteisten muovijauhemetallurgian aihioiden, keraamisten materiaalien, jne. käsittelyyn; erilaiset kulutusta kestävät ei-rautametallit, kuten erilaiset piin alumiiniseokset; erilaisia ei-rautametallien viimeistelyjä.
Timanttityökalujen haittana on, että niillä on huono lämmönkestävyys. Kun leikkauslämpötila ylittää 700 astetta ~ 800 astetta, ne menettävät kovuutensa kokonaan; Lisäksi ne eivät sovellu rautametallien leikkaamiseen, koska timantti (hiili) reagoi helposti rautaatomien kanssa korkeissa lämpötiloissa, muuttaen hiiliatomeja grafiittirakenteiksi ja työkalut vaurioituvat helposti.
2. Kuutioisten boorinitridityökalumateriaalien tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet sekä työkalusovellukset
Kuutioboorinitridi (CBN), toinen superkova materiaali, joka on syntetisoitu timanttien valmistusmenetelmän kaltaisella menetelmällä, on kovuudessa ja lämmönjohtavuudessa toisella sijalla timantin jälkeen. Sillä on erinomainen lämmönkestävyys, eikä se hapetu kuumennettaessa 10,000 asteeseen ilmakehässä. CBN:llä on erittäin vakaat rautametallien kemialliset ominaisuudet ja sitä voidaan käyttää laajasti terästuotteiden jalostuksessa.
(1) Kuutioisten boorinitridityökalujen tyypit
Kuutioinen boorinitridi (CBN) on aine, jota ei ole luonnossa. Se voidaan jakaa yksikiteiseen ja monikiteiseen, nimittäin CBN-yksikiteiseen ja monikiteiseen kuutioon boorinitridiin (lyhyesti PCBN). CBN on yksi boorinitridin (BN) allotroopeista ja sen rakenne on samanlainen kuin timantilla.
PCBN (monikiteinen kuutioinen boorinitridi) on monikiteinen materiaali, joka valmistetaan sintraamalla hienoja CBN-materiaaleja yhteen sitomisfaasin (TiC, TiN, Al, Ti jne.) läpi korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa. Se on tällä hetkellä keinotekoisesti syntetisoitu työkalumateriaali, jonka kovuus on timantin jälkeen toinen. Sitä ja timanttia kutsutaan yhteisesti superkoviksi työkalumateriaaleiksi. PCBN:ää käytetään pääasiassa työkalujen tai muiden työkalujen valmistukseen.
PCBN-työkalut voidaan jakaa kiinteään PCBN-teriin ja PCBN-komposiittiteriin, jotka on sintrattu kovametallilla.
PCBN-komposiittiterät valmistetaan sintraamalla kerros {{0}}.5-1,0 mm paksu PCBN kovametallille, jonka lujuus ja sitkeys on hyvä. Sen suorituskyky yhdistää hyvän sitkeyden korkeaan kovuuteen ja kulutuskestävyyteen. Se ratkaisee CBN-terien alhaisen taivutuslujuuden ja vaikean hitsauksen ongelmat.
(2) Kuutioboorinitridin pääominaisuudet 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, joka voi olla yli 1200 astetta (timantti on 700-800 astetta). Toinen merkittävä etu on, että se on kemiallisesti inertti eikä reagoi kemiallisesti raudan kanssa 1200-1300 asteessa. Kuutioboorinitridin tärkeimmät suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat.
① Korkea kovuus ja kulutuskestävyys: CBN:n kiderakenne on samanlainen kuin timantilla, 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 pinnan laatu.
② Korkea lämpöstabiilisuus: CBN:n lämmönkestävyys voi olla 1400-1500 astetta, mikä on lähes 1 kertaa korkeampi kuin timantilla (700-800 astetta). PCBN-työkalut voivat leikata korkeita lämpötiloja ja karkaistua terästä nopeudella, joka on 3-5 kertaa suurempi kuin kovametallityökalut.
③ Erinomainen kemiallinen stabiilisuus: Se ei reagoi kemiallisesti rautamateriaalien kanssa 1200-1300 asteessa eikä kulu yhtä voimakkaasti kuin timantti. Tällä hetkellä se voi silti säilyttää karbidin kovuuden; PCBN-työkalut soveltuvat karkaistujen teräsosien ja jäähdytetyn valuraudan leikkaamiseen, ja niitä voidaan käyttää laajasti valuraudan nopeaan leikkaamiseen.
④ Hyvä lämmönjohtavuus: Vaikka CBN:n lämmönjohtavuus ei voi saavuttaa timanttia, kaikenlaisten työkalumateriaalien joukossa PCBN:n lämmönjohtavuus on toinen timantin jälkeen ja on paljon korkeampi kuin nopean teräksen ja kovametallin.
⑤ Matala kitkakerroin: Matala kitkakerroin voi vähentää leikkausvoimaa, alentaa leikkauslämpötilaa ja parantaa pinnan laatua leikkauksen aikana.
(3) Kuutioisten boorinitridityökalujen käyttö
Kuutioinen boorinitridi soveltuu erilaisten vaikeasti leikattavien materiaalien viimeistelyyn, kuten karkaistu teräs, kova valurauta, korkean lämpötilan seos, sementoitu kovametalli, pintaruiskutusmateriaalit jne. Työstötarkkuus voi saavuttaa IT5:n (IT6 reikien) ja pinnan karheusarvo voi olla niinkin pieni kuin Ra1.25~0.20μm.
Kuutioisilla boorinitridityökalumateriaaleilla on huono sitkeys ja taivutuslujuus. Siksi kuutiometriset boorinitridisorvaustyökalut eivät sovellu karkeaan koneistukseen alhaisella nopeudella ja suurella iskukuormalla; Samalla ne eivät sovellu erittäin plastisten materiaalien (kuten alumiiniseos, kupariseos, nikkelipohjainen metalliseos, korkeaplastinen teräs jne.) leikkaamiseen, koska näitä metalleja leikattaessa syntyy vakavia särmiä. syntyy, mikä heikentää koneistettua pintaa.
3. Keraamisten työkalumateriaalien ja työkalusovellusten tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet
Keraamisilla työkaluilla on korkea kovuus, hyvä kulutuskestävyys, erinomainen lämmönkestävyys ja kemiallinen stabiilisuus, eikä niitä ole helppo liittää metalleihin. Keraamiset työkalut ovat erittäin tärkeässä asemassa CNC-koneistuksessa. Keraamisista työkaluista on tullut yksi tärkeimmistä työkaluista nopeaan leikkaamiseen ja vaikeasti työstettäviin materiaaleihin. Keraamisia työkaluja käytetään laajalti nopeassa leikkauksessa, kuivaleikkauksessa, kovassa leikkauksessa ja vaikeasti työstettävien materiaalien leikkauksessa. Keraamiset työkalut voivat työstää tehokkaasti erittäin kovia materiaaleja, joita perinteiset työkalut eivät voi käsitellä ollenkaan, ymmärtäen "sorvauksen hiomisen sijaan"; 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 parantamiselle, käsittelykustannusten vähentämiselle ja strategisten jalometallien säästämiselle, ja se edistää myös suuresti leikkausteknologian kehittymistä.
(1) Keraamisten työkalumateriaalien tyypit
Keraamiset työkalumateriaalit 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.
(2) Keraamisten työkalujen suorituskyky ja ominaisuudet
Keraamisten työkalujen suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat:
① Korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys: Vaikka keraamisten työkalujen kovuus ei ole yhtä korkea kuin PCD:n ja PCBN:n, se on paljon korkeampi kuin kovametalli- ja pikaterästyökalujen kovuus saavuttaen 93 ~ 95HRA. Keraamisilla työkaluilla voidaan käsitellä erittäin kovia materiaaleja, joita on vaikea käsitellä perinteisillä työkaluilla, ja ne soveltuvat nopeaan ja kovaan leikkaamiseen.
② Korkean lämpötilan kestävyys ja hyvä lämmönkestävyys: Keraamiset työkalut voivat silti leikata korkeissa lämpötiloissa, jotka ovat yli 1200 astetta. Keraamisilla työkaluilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa. Al2O3-keraamityökaluilla on erityisen hyvä hapettumisenkestävyys. Leikkuuterää voidaan käyttää jatkuvasti myös kuumana. Siksi keraamiset työkalut voivat saavuttaa kuivaleikkauksen, mikä eliminoi leikkausnesteen tarpeen.
③ Hyvä kemiallinen stabiilisuus: Keraamisia työkaluja ei ole helppo liittää metalleihin, ja ne ovat korroosionkestäviä ja kemiallisesti stabiileja, mikä voi vähentää työkalujen liimauksen kulumista.
④ Matala kitkakerroin: Keraamisilla työkaluilla on alhainen affiniteetti metalleihin ja alhainen kitkakerroin, mikä voi vähentää leikkausvoimaa ja leikkauslämpötilaa.
(3) Keraamisten työkalujen sovellukset
Keramiikka on yksi työkalumateriaaleista, joita käytetään pääasiassa nopeaan viimeistelyyn ja puoliviimeistelyyn. Keraamiset työkalut soveltuvat erilaisten valurautojen (harmaavalurauta, pallografiittivalurauta, tempervalurauta, jäähdytetty valurauta, runsasseosteinen kulutusta kestävä valurauta) ja terästen (hiilirakenneteräs, seostettu rakenneteräs, erikoisluja teräs, korkea-mangaaniteräs, karkaistu teräs jne.), ja sitä voidaan käyttää myös kupariseosten, grafiitin, teknisten muovien ja komposiittimateriaalien leikkaamiseen.
Keraamisten työkalumateriaalien ongelmana on alhainen taivutuslujuus ja huono iskunkestävyys, eivätkä ne sovellu leikkaamiseen alhaisella nopeudella ja iskukuormituksella.
4. Pinnoitettujen työkalumateriaalien suorituskyky ja ominaisuudet sekä työkalujen käyttö
Työkalujen päällystäminen on yksi tärkeimmistä tavoista parantaa työkalun suorituskykyä. Pinnoitettujen työkalujen ilmestyminen on tehnyt suuren läpimurron työkalun leikkaussuorituskyvyssä. Pinnoitetut työkalut valmistetaan pinnoittamalla yksi tai useampi kerros tulenkestäviä yhdisteitä, joilla on hyvä kulutuskestävyys kovaan työkalurunkoon. Ne yhdistävät työkalun alustan 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-työstön alalla.
(1) Pinnoitettujen työkalujen tyypit
Päällystysmenetelmästä riippuen pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kemiallisella höyrypinnoituksella (CVD) päällystettyihin työkaluihin ja fysikaalisella höyrypinnoituksella (PVD) päällystettyihin työkaluihin. Päällystetyt kovametallityökalut käyttävät yleensä kemiallista höyrypinnoitusta, ja pinnoituslämpötila on noin 1000 astetta. Päällystetyt nopeat terästyökalut käyttävät yleensä fyysistä höyrypinnoitusta, ja pinnoituslämpötila on noin 500 astetta.
Pinnoitettujen työkalujen eri perusmateriaalien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kovametallipäällysteisiin työkaluihin, pikateräspinnoitettuihin työkaluihin sekä pinnoitetuihin työkaluihin keramiikka- ja superkovilla materiaaleilla (timantti- ja kuutioboorinitridi).
Pinnoitemateriaalien ominaisuuksien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kahteen luokkaan, nimittäin "kova" päällystettyihin työkaluihin ja "pehmeä" päällystettyihin työkaluihin. "Kova" päällystettyjen työkalujen päätavoite on korkea kovuus ja kulutuskestävyys. Sen tärkeimmät edut ovat korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys. Tyypillisiä ovat TiC- ja TiN-pinnoitteet. "Pehmeä" päällystettyjen työkalujen tavoitteena on alhainen kitkakerroin, joka tunnetaan myös itsevoitelevina työkaluina. Sen kitkakerroin työkappaleen materiaaliin on erittäin alhainen, vain noin 0,1, mikä voi vähentää tarttuvuutta, vähentää kitkaa ja leikkausvoimaa ja leikkauslämpötilaa.
Viime aikoina on kehitetty nanopinnoitettuja työkaluja. Tämän tyyppisissä päällystetyissä työkaluissa voidaan käyttää erilaisten pinnoitemateriaalien (kuten metalli/metalli, metalli/keramiikka, keramiikka/keramiikka jne.) eri yhdistelmiä erilaisten toiminnallisten ja suorituskykyvaatimusten täyttämiseksi. Kohtuullisesti suunnitelluilla nanopinnoitteilla työkalumateriaaleista voidaan saada erinomaiset kitkaa ja kulumista estävät toiminnot sekä itsevoitelevat ominaisuudet, jotka sopivat nopeaan kuivaleikkaukseen.
(2) Pinnoitettujen työkalujen ominaisuudet
Pinnoitettujen työkalujen suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat:
① Hyvä mekaaninen ja leikkaussuorituskyky: Päällystetyt työkalut yhdistävät perusmateriaalin ja pinnoitemateriaalin erinomaiset ominaisuudet säilyttäen perusmateriaalin hyvän sitkeyden ja lujuuden samalla kun niillä on pinnoitteen korkea kovuus, korkea kulutuskestävyys ja alhainen kitkakerroin. . Siksi pinnoitettujen työkalujen leikkausnopeutta voidaan lisätä yli 2 kertaa pinnoittamattomiin työkaluihin verrattuna ja suurempi syöttönopeus on sallittu. 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: Työkalun käyttöikä kasvaa pinnoitteen paksuuden kasvaessa, mutta kun pinnoitteen paksuus saavuttaa kylläisyyden, työkalun käyttöikä ei enää pidennä merkittävästi. Kun pinnoite on liian paksu, on helppo aiheuttaa kuorimista; kun pinnoite on liian ohut, kulutuskestävyys on huono.
④ Uudelleenhionta: Pinnoitettujen terien uudelleenhionta on huono, pinnoituslaitteisto on monimutkainen, prosessivaatimukset ovat korkeat ja pinnoitusaika on pitkä.
⑤ Pinnoitemateriaali: Työkaluilla, joissa on erilaisia pinnoitemateriaaleja, on erilainen leikkausteho. Esimerkiksi: TiC-pinnoitteella on etu hitaalla leikkauksella; TiN sopii paremmin nopeaan leikkaukseen.
(3) Pinnoitettujen työkalujen käyttö
Pinnoitetuilla työkaluilla on suuri potentiaali CNC-työstössä ja ne ovat jatkossa tärkein työkalutyyppi CNC-työstössä. Päällystystekniikkaa on sovellettu päätyjyrsimiin, kalvikkeisiin, porakoneisiin, yhdistelmäreiän työstötyökaluihin, hammaspyörien keittolevyihin, hammaspyörän muotoiluleikkureihin, hammaspyörien ajoleikkureihin, muotoilurevensseihin ja erilaisiin koneeseen asennettuihin kääntöteräksiin eri terästen nopean leikkauksen tarpeisiin. ja valuraudat, lämmönkestävät seokset ja ei-rautametallit.
5. Sementoitujen kovametallityökalumateriaalien tyypit, ominaisuudet, ominaisuudet ja sovellukset
Sementoidut kovametallityökalut, erityisesti kääntömetalliset kovametallityökalut, ovat CNC-työstötyökalujen johtavia tuotteita. 1980-luvulta lähtien erilaisia integroituja ja käännettävät kovametallityökaluja tai teriä on laajennettu erilaisiin leikkaustyökalualoihin. Niiden joukossa kääntömetalliset kovametallityökalut ovat laajentuneet yksinkertaisista sorvaustyökaluista ja tasojyrsimistä erilaisiin tarkkuus-, monimutkaisiin ja muovaustyökaluihin.
(1) Sementoitujen kovametallityökalujen tyypit
Pääkemiallisen koostumuksen mukaan sementoitu karbidi voidaan jakaa volframikarbidipohjaiseen sementoituun karbidiin ja titaanikarbidiin (nitridi) (TiC (N)) -pohjaiseen sementoituun karbidiin.
Volframikarbidipohjainen sementoitu karbidi sisältää kolme tyyppiä: volframikobolttityyppi (YG), volframikobolttititaanityyppi (YT) ja harvinainen lisätty tyyppi (YW). Niillä jokaisella on omat etunsa ja haittansa. Pääkomponentit ovat volframikarbidi (WC), titaanikarbidi (TiC), tantaalikarbidi (TaC), niobiumkarbidi (NbC) jne. Yleisesti käytetty metallisidosfaasi on Co.
Titaanikarbidi (nitridi) -pohjainen sementoitu karbidi on sementoitu karbidi, jonka pääkomponenttina on TiC (joihinkin on lisätty muita karbideja tai nitridejä), ja yleisesti käytetyt metallisidosfaasit ovat Mo ja Ni.
ISO (International Organisation for Standardization) jakaa sementoidun kovametallin leikkaamiseen kolmeen luokkaan:
K-luokka, mukaan lukien Kl0~K40, joka vastaa maani YG-luokkaa (pääkomponentti on WC-Co).
P-luokka, mukaan lukien P01-P50, vastaa kotimaani YT-luokkaa (pääkomponentti on WC-TiC-Co).
M-luokka, mukaan lukien M10-M40, joka vastaa kotimaani YW-luokkaa (pääkomponentti on WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Jokaista merkkiä edustaa numero 01-50, mikä edustaa sarjaa metalliseoksia korkeasta kovuudesta maksimaaliseen sitkeyteen.
(2) Sementoitujen kovametallityökalujen suorituskykyominaisuudet
Sementoitujen kovametallityökalujen suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat:
① Korkea kovuus: Sementoidut kovametallityökalut on valmistettu kovametallista (kutsutaan kovaksi faasiksi), joilla on korkea kovuus ja sulamispiste, ja metallisideaineesta (kutsutaan sidosfaasiksi) jauhemetallurgian avulla. Niiden kovuus saavuttaa 89-93HRA:n, joka on paljon korkeampi kuin pikateräksen. 5400 asteessa kovuus voi silti saavuttaa 82-87HRA:n, joka on sama kuin nopean teräksen kovuus huoneenlämpötilassa (83-86HRA). Sementoidun karbidin kovuusarvo vaihtelee karbidien luonteen, määrän, hiukkaskoon ja metallisidosfaasin pitoisuuden mukaan ja yleensä laskee sidosmetallifaasin pitoisuuden kasvaessa. Kun sidosvaiheen pitoisuus on sama, YT-seoksen kovuus on korkeampi kuin YG-seoksen, ja seoksella, johon on lisätty TaC:tä (NbC), on korkeampi korkean lämpötilan kovuus.
② Taivutuslujuus ja sitkeys: Yleisesti käytetyn sementoidun kovametallin taivutuslujuus on alueella 900-1500MPa. Mitä suurempi metallisidosfaasin pitoisuus 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 lujuus pienenee TiC-pitoisuuden kasvaessa. Sementoitu kovametalli on hauras materiaali, ja sen iskunkestävyys huoneenlämmössä on vain 1/30 - 1/8 nopean teräksen lujuudesta.
(3) Yleisesti käytettyjen kovametallityökalujen käyttö
YG-tyyppisiä metalliseoksia käytetään pääasiassa valuraudan, ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien käsittelyyn. Hienorakeisella sementoidulla kovametallilla (kuten YG3X, YG6X) on korkeampi kovuus ja kulutuskestävyys kuin keskirakeisilla, kun kobolttipitoisuus on sama. Se soveltuu joidenkin erityisten kovien valuraudan, austeniittisen ruostumattoman teräksen, lämmönkestävän metalliseoksen, titaaniseoksen, kovan pronssin ja kulutusta kestävien eristemateriaalien käsittelyyn.
YT-tyypin sementoidun kovametallin merkittäviä etuja ovat korkea kovuus, hyvä lämmönkestävyys, korkeampi kovuus ja puristuslujuus korkeassa lämpötilassa kuin YG-tyypin sekä hyvä hapettumisenkestävyys. Siksi, kun työkalulta vaaditaan korkeampi lämmönkestävyys ja kulutuskestävyys, tulee valita korkeampi TiC-pitoisuus. YT-lejeeringit soveltuvat muovimateriaalien, kuten teräksen, käsittelyyn, mutta eivät titaaniseosten ja piialumiiniseosten käsittelyyn.
YW-seoksilla on sekä YG- että YT-seosten ominaisuuksia ja niillä on hyvät kokonaisominaisuudet. Niitä voidaan käyttää teräksen, valuraudan ja ei-rautametallien käsittelyyn. Jos tämän tyyppisen lejeeringin kobolttipitoisuutta lisätään asianmukaisesti, lujuus voi olla erittäin korkea ja sitä voidaan käyttää erilaisten vaikeasti prosessoitavien materiaalien karkeakäsittelyyn ja katkonaiseen leikkaamiseen.
6. Pikaterästyökalujen tyypit, ominaisuudet ja sovellukset
High Speed Steel (HSS) on runsasseostettu työkaluteräs, jossa on suuri määrä seosaineita, kuten W, Mo, Cr ja V. Pikaterästyökaluilla on erinomainen kokonaisvaltainen suorituskyky lujuuden, sitkeyden ja työstettävyyden suhteen . Pikateräs on edelleen tärkeässä asemassa monimutkaisissa työkaluissa, erityisesti reiänkäsittelytyökalujen, jyrsimien, kierteitystyökalujen, avennusten, hammaspyörän leikkaustyökalujen ja muiden monimutkaisen terän muotoisten työkalujen valmistuksessa. Pikaterästyökaluilla on helppo teroittaa leikkuureuna.
Eri käyttötarkoitusten mukaan pikateräs voidaan jakaa yleiskäyttöiseen pikateräkseen ja korkean suorituskyvyn pikateräkseen.
(1) Yleiskäyttöiset pikaterästyökalut
Yleiskäyttöinen pikateräs. Yleensä se voidaan jakaa kahteen luokkaan: volframiteräs ja volframi-molybdeeniteräs. Tämäntyyppinen pikateräs sisältää 0,7 % - 0,9 % volframia. Teräksen eri volframipitoisuuksien mukaan se voidaan jakaa volframiteräkseen, joka sisältää 12 % tai 18 % W, volframi-molybdeeniteräkseen, joka sisältää 6 % tai 8 % W, ja molybdeeniteräkseen, jonka W on 2 % tai ei lainkaan. Yleiskäyttöinen Pikateräksellä on tietty kovuus (63-66HRC) ja kulutuskestävyys, korkea lujuus ja sitkeys, hyvä plastisuus ja työstötekniikka, joten sitä käytetään laajasti erilaisten monimutkaisten työkalujen valmistuksessa.
① Volframiteräs: Yleiskäyttöisen nopean teräksen volframiteräksen tyypillinen laatu on W18Cr4V (lyhennetty W18), jolla on hyvä kokonaisvaltainen suorituskyky. Korkean lämpötilan kovuus 6000 asteessa on 48,5 HRC, jota voidaan käyttää erilaisten monimutkaisten työkalujen valmistukseen. Sen etuna on hyvä jauhattavuus ja alhainen hiilenpoistoherkkyys, mutta korkean karbidipitoisuuden, epätasaisen jakautumisen, suurten hiukkasten, 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 (lyhenne M2). M2:n karbidihiukkaset ovat hienoja ja tasalaatuisia, ja sen lujuus, sitkeys ja plastisuus korkeissa lämpötiloissa ovat parempia kuin W18Cr4V. Toinen volframi-molybdeeniteräs on W9Mo3Cr4V (lyhennetty W9), jolla on hieman korkeampi lämpöstabiilisuus kuin M2-teräksellä, parempi taivutuslujuus ja sitkeys kuin W6M05Cr4V2, ja sillä on hyvä työstettävyys.
(2) Suorituskykyiset nopeat terästyökalut
Suorituskykyinen pikateräs viittaa uudentyyppiseen teräkseen, joka lisää hiilipitoisuutta, vanadiinipitoisuutta ja seosaineita, kuten Co ja Al, yleiseen pikateräskoostumukseen, mikä parantaa sen lämmönkestävyyttä ja kulutuskestävyyttä. Siellä on pääasiassa seuraavat luokat:
① Hiilipitoista pikaterästä. Korkeahiilisellä nopealla teräksellä (kuten 95W18Cr4V) on korkea kovuus huoneenlämpötilassa ja korkeassa lämpötilassa. Se soveltuu tavallisten terästen ja valuraudan työstöön tarkoitettujen työkalujen, porien, kalvinten, tappien ja jyrsimien valmistukseen, joilla on korkeat kulutuskestävyysvaatimukset, tai kovempien materiaalien käsittelyyn. Se ei sovellu suuriin iskuihin.
② Korkeavanadiinipitoinen nopea teräs. Tyypilliset teräslajit, kuten W12Cr4V4Mo (lyhennettynä EV4), sisältävät 3 % ~ 5 % V, niillä on hyvä kulutuskestävyys ja ne soveltuvat materiaalien leikkaamiseen, jotka ovat erittäin alttiita työkaluille, kuten kuitu, kova kumi, muovi jne. Sitä voidaan käyttää myös ruostumattoman teräksen, korkean lujan teräksen ja korkean lämpötilan metalliseosten käsittelyyn.
③ Koboltti nopea teräs. Se on kobolttia sisältävää superkovaa nopeaa terästä. Tyypillisillä laatuluokilla, kuten W2Mo9Cr4VCo8 (lyhennetty M42), on korkea kovuus ja sen kovuus voi olla 69–70 HRC. Se soveltuu vaikeasti prosessoitavien materiaalien, kuten erittäin lujan lämmönkestävän teräksen, korkean lämpötilan metalliseosten, titaaniseosten jne. käsittelyyn. 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 sisältävää superkovaa nopeaa terästä. Tyypillisiä arvoja ovat W6Mo5Cr4V2Al (lyhennettynä 501). Sen korkean lämpötilan kovuus 6000 asteessa saavuttaa myös 54 HRC:n. Sen leikkausteho vastaa M42:ta. Se soveltuu jyrsimien, porien, kalvinten, hammaspyörien jyrsimien, avennusten jne. valmistukseen. Sitä käytetään seosteräksen, ruostumattoman teräksen, erikoislujan teräksen ja korkean lämpötilan metalliseosten käsittelyyn.
⑤ Typen superkovaa nopeaa terästä. Tyypillisiä laatuja ovat W12M03Cr4V3N (lyhennettynä (V3N). Se on typpeä sisältävä superkova pikateräs. Sen kovuus, lujuus ja sitkeys vastaavat M42:ta. Sitä voidaan käyttää kobolttipitoisen pikateräksen korvikkeena teräksestä ja sitä käytetään vaikeasti prosessoitavien materiaalien hitaiseen leikkaamiseen ja hitaisiin, erittäin tarkkoihin työstöön.
(3) Pikateräksen sulatus ja jauhemetallurginen pikateräs
Eri valmistusprosessien mukaan pikateräs voidaan jakaa sulavaan pikateräkseen ja jauhemetallurgian pikateräkseen.
① Pikateräksen sulatus: Tavallinen pikateräs ja korkean suorituskyvyn nopea teräs valmistetaan molemmat sulatusmenetelmillä. Niistä valmistetaan leikkuutyökaluja prosesseilla, kuten sulatuksella, harkkovalulla sekä pinnoituksella ja valssauksella. Vakava ongelma, joka ilmenee helposti pikaterästä sulatettaessa, on karbidin erottuminen. Kovat ja hauraat karbidit jakautuvat epätasaisesti pikateräksessä ja rakeet ovat karkeita (jopa kymmeniä mikroneja), mikä vaikuttaa haitallisesti pikaterästyökalujen kulutuskestävyyteen, sitkeyteen ja leikkauskykyyn.
② Jauhemetallurginen suurnopeusteräs (PM HSS): Jauhemetallurginen nopea teräs (PM HSS) on korkeataajuisessa induktiouunissa sulatettu teräsneste, joka sumutetaan korkeapaineisella argonilla tai puhtaalla typellä ja sitten nopeasti jäähdytetään hienon ja tasaisen kiteisen rakenteen saamiseksi (nopea teräsjauhe). Tuloksena oleva jauhe puristetaan sitten veitsiaihioksi korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa tai tehdään ensin teräsaihio ja sitten takotaan ja valssataan työkalun muotoon. Verrattuna sulatusmenetelmällä valmistettuun pikateräkseen, PM HSS:n etuna on hienot ja tasaiset kovametallirakeet sekä paljon korkeampi lujuus, sitkeys ja kulutuskestävyys kuin pikateräksen sulatuksessa. 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 ja iskunkestäviä leikkaustyökalujen valmistukseen, ja niitä voidaan käyttää myös tarkkuusleikkaustyökalujen valmistukseen. leikkaustyökalut.
Periaatteet CNC-työkalumateriaalien valinnassa
Tällä hetkellä laajalti käytettyjä CNC-työkalumateriaaleja ovat pääasiassa timanttityökalut, kuutiometriset boorinitridityökalut, keraamiset työkalut, päällystetyt työkalut, kovametallityökalut ja nopeat terästyökalut. Työkalumateriaaleja on monia laatuja, ja niiden suorituskyky vaihtelee suuresti. Eri työkalumateriaalien tärkeimmät suorituskykyindikaattorit on esitetty seuraavassa taulukossa.
Työkalumateriaalit CNC-työstöön tulee valita työstettävän työkappaleen ja koneistuksen luonteen mukaan. Työkalumateriaalien valinnan tulee olla kohtuullisesti sovitettu koneistuskohteeseen. Leikkuutyökalujen materiaalien ja työstökohteiden yhteensovittaminen viittaa pääasiassa näiden kahden mekaanisten, fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien yhteensovittamiseen, jotta saavutetaan pisin työkalun käyttöikä ja suurin leikkaustuottavuus.
1. Leikkuutyökalumateriaalien ja työstökohteiden mekaanisten ominaisuuksien yhteensovittaminen
Leikkaustyökalujen ja työstökohteiden mekaanisten ominaisuuksien yhteensovitusongelma liittyy pääasiassa mekaanisten ominaisuuksien parametrien, kuten työkalun ja työkappaleen materiaalien lujuuden, sitkeyden ja kovuuden, yhteensovittamiseen. Erilaisten mekaanisten ominaisuuksien omaavat työkalumateriaalit sopivat erilaisten työkappalemateriaalien työstöön.
① The order of tool material hardness is: diamond tool> cubic boron nitride tool> ceramic tool> cemented carbide>nopea teräs.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide> ceramic tool>timantti ja kuutio boorinitridityökalu.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide>kuutiometrinen boorinitridi, timantti ja keraaminen työkalu.
Korkean kovuuden työkappaleen materiaalit tulee työstää korkeamman kovuuden työkaluilla. Työkalumateriaalin kovuuden on oltava korkeampi kuin työkappaleen materiaalin kovuuden, yleensä vaaditaan yli 60 HRC. Mitä suurempi työkalumateriaalin kovuus on, sitä parempi on sen kulutuskestävyys. Esimerkiksi kun sementoidun karbidin kobolttipitoisuus kasvaa, sen lujuus ja sitkeys kasvavat ja kovuus pienenee, mikä sopii karkeaan käsittelyyn; kobolttipitoisuuden pienentyessä sen kovuus ja kulutuskestävyys kasvavat, mikä sopii hienojalostukseen.
Erinomaiset korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet omaavat työkalut sopivat erityisen hyvin nopeaan leikkaukseen. Keraamisten työkalujen erinomainen suorituskyky korkeissa lämpötiloissa mahdollistaa niiden leikkaamisen suurilla nopeuksilla, ja sallittua leikkausnopeutta voidaan nostaa 2-10 kertaa kovametalliin verrattuna.
2. Leikkuutyökalumateriaalien fysikaalisten ominaisuuksien sovittaminen työstettävään 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. Käsiteltäessä työkappaleita, joiden lämmönjohtavuus on huono, tulee käyttää työkalumateriaaleja, joilla on parempi lämmönjohtavuus, jotta leikkauslämpö siirtyy nopeasti ja leikkauslämpötila laskee. Timantilla on korkea lämmönjohtavuus ja lämpödiffuusio, joten leikkauslämpö voidaan helposti haihduttaa aiheuttamatta suuria lämpömuodonmuutoksia, mikä on erityisen tärkeää tarkkuustyöstötyökaluissa, joilla on korkeat mittatarkkuusvaatimukset.
① Eri työkalumateriaalien lämmönkestolämpötila: 700-8000 astetta timanttityökaluille, 13000-15000 astetta PCBN-työkaluille, 1100-12000 astetta keraamisille työkaluille, 900-11000 astetta TiC(N) -pohjainen sementoitu kovametalli, 800-9000 aste WC-pohjaiselle ultrahienorakeiselle kovametallille ja 600-7000 astetta HSS:lle.
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-pohjainen keramiikka.
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>PCD.
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-pohjainen keramiikka.
3. Leikkuutyökalujen materiaalien ja työstökohteiden kemiallinen suoritustaso
Leikkaustyökalumateriaalien ja työstökohteiden kemiallisen suorituskyvyn yhteensopivuusongelma viittaa pääasiassa kemiallisiin suorituskykyparametreihin, kuten työkalumateriaalien ja työkappalemateriaalien kemiallinen affiniteetti, kemiallinen reaktio, diffuusio ja liukeneminen. Eri materiaaleista valmistetut työkalut sopivat erilaisten työkappalemateriaalien käsittelyyn.
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>timantti.
4. Kohtuullinen CNC-työkalumateriaalien valinta
Yleisesti ottaen PCBN, keraamiset työkalut, päällystetty kovametalli ja TiCN-pohjaiset kovametallityökalut soveltuvat rautametallien, kuten teräksen, CNC-työstöön; PCD-työkalut sopivat ei-rautametallimateriaalien, kuten Al:n, Mg:n, Cu:n ja niiden metalliseosten sekä ei-metallisten materiaalien koneistukseen. Seuraavassa taulukossa on esitetty joitakin työkappaleen materiaaleja, jotka soveltuvat työstettäväksi erilaisilla työkalumateriaaleilla.