1. Propietats bàsiques que han de tenir els materials d'eina
La selecció de materials d'eina té un gran impacte en la vida útil de l'eina, l'eficiència del processament, la qualitat del processament i el cost del processament. En tallar, les eines han de suportar alta pressió, alta temperatura, fricció, impactes i vibracions. Per tant, els materials de les eines haurien de tenir les propietats bàsiques següents:
(1) Duresa i resistència al desgast. La duresa del material de l'eina ha de ser superior a la duresa del material de la peça de treball, generalment requerida per sobre de 60HRC. Com més gran sigui la duresa del material de l'eina, millor serà la resistència al desgast.
(2) Força i duresa. El material de l'eina ha de tenir una gran resistència i tenacitat per suportar la força de tall, l'impacte i la vibració, i evitar la fractura fràgil i l'estella de l'eina.
(3) Resistència a la calor. El material de l'eina ha de tenir una bona resistència a la calor, ser capaç de suportar altes temperatures de tall i tenir una bona capacitat antioxidant.
(4) Rendiment del procés i economia. El material de l'eina ha de tenir un bon rendiment de forja, rendiment de tractament tèrmic, rendiment de soldadura; rendiment de mòlta, etc., i hauria de perseguir una alta relació rendiment-preu.
2. Tipus, rendiment, característiques i aplicacions dels materials d'eina
1. Tipus, propietats i característiques dels materials d'eines de diamant i aplicacions d'eines
El diamant és un al·lòtrop del carboni i és el material més dur que es troba a la natura. Les eines de diamant tenen una alta duresa, una alta resistència al desgast i una alta conductivitat tèrmica, i s'utilitzen àmpliament en el processament de metalls no fèrrics i materials no metàl·lics. Especialment en el tall d'alta velocitat d'aliatges d'alumini i silici, les eines de diamant són la principal varietat d'eines de tall que és difícil de substituir. Les eines de diamant que poden aconseguir una alta eficiència, una alta estabilitat i un processament de llarga vida són una eina indispensable i important en el processament CNC modern.
1) Tipus d'eines de diamant
① Eines de diamant natural: el diamant natural s'ha utilitzat com a eines de tall durant centenars d'anys. Després de la mòlta fina, l'eina de diamant natural d'un sol cristall pot ser extremadament nítida, amb un radi de tall de fins a 0.002μm, que pot aconseguir un tall ultra prim i pot processar una precisió extremadament alta de la peça i una superfície extremadament baixa. rugositat. És una eina de mecanitzat d'ultra precisió reconeguda, ideal i insubstituïble.
② Eina de diamant PCD: el diamant natural és car i el diamant més utilitzat per tallar és el diamant policristalí (PCD). Des de principis de la dècada de 1970, després del desenvolupament reeixit de fulles de diamant policristalí (diamant policristal·lí, denominat PCD) preparades per tecnologia de síntesi d'alta temperatura i alta pressió, les eines de diamant natural han estat substituïdes per diamants policristalí artificials en moltes ocasions. Les matèries primeres PCD són abundants i el seu preu és de només unes dècimes a una dotzena de diamants naturals.
Les eines de PCD no poden moldre vores extremadament afilades i la qualitat superficial de la peça processada no és tan bona com el diamant natural. Actualment, no és fàcil fabricar fulles de PCD amb trencaclosques a la indústria. Per tant, el PCD només es pot utilitzar per al tall de precisió de metalls no fèrrics i no metalls, i és difícil aconseguir un tall de mirall d'ultra precisió.
③ Eines de diamant CVD: la tecnologia de diamant CVD ha aparegut al Japó des de finals de la dècada de 1970 i principis dels anys 80. El diamant CVD es refereix a la síntesi de pel·lícula de diamant sobre un substrat heterogeni (com ara carbur cimentat, ceràmica, etc.) per deposició química de vapor (CVD). El diamant CVD té la mateixa estructura i propietats que el diamant natural.
El rendiment del diamant CVD és molt proper al del diamant natural. Té els avantatges del diamant d'un sol cristall natural i del diamant policristal·lí (PCD), i fins a cert punt supera les seves deficiències.
(2) Característiques de rendiment de les eines de diamant
① Duresa i resistència al desgast extremadament alta: el diamant natural és la substància més dura que es troba a la natura. El diamant té una resistència al desgast extremadament alta. Quan es processen materials d'alta duresa, la vida útil de les eines de diamant és de 10 a 100 vegades la de les eines de carbur cimentat, o fins i tot diversos centenars de vegades.
② Coeficient de fricció molt baix: el coeficient de fricció entre el diamant i alguns metalls no fèrrics és inferior al d'altres eines. El baix coeficient de fricció significa menys deformació durant el processament, cosa que pot reduir la força de tall.
③ Vora de tall molt afilada: la vora de tall de les eines de diamant es pot esmolar amb molta força. Les eines de diamant natural d'un sol cristall poden ser tan afilades com 0.002-0,008 μm, que poden realitzar un tall ultra prim i un processament d'ultra precisió.
④ Conductivitat tèrmica molt alta: el diamant té una alta conductivitat tèrmica i difusivitat tèrmica, la calor de tall és fàcil de dissipar i la temperatura de la part de tall de l'eina és baixa.
⑤ Baix coeficient d'expansió tèrmica: el coeficient d'expansió tèrmica del diamant és diverses vegades més petit que el del carbur cimentat, i el canvi de mida de l'eina causat per la calor de tall és molt petit, la qual cosa és especialment important per al processament de precisió i ultra-precisió amb grans dimensions. requisits de precisió.
(3) Aplicació d'eines de diamant
Les eines de diamant s'utilitzen principalment per tallar i perforar metalls no fèrrics i materials no metàl·lics a altes velocitats. Adequat per processar diversos no metalls resistents al desgast, com ara blancs de metal·lúrgia en pols de plàstic reforçat amb fibra de vidre, materials ceràmics, etc.; diversos metalls no fèrrics resistents al desgast, com ara diversos aliatges d'alumini de silici; diversos acabats de metalls no fèrrics.
El desavantatge de les eines de diamant és que tenen poca estabilitat tèrmica. Quan la temperatura de tall supera els 700 graus ~ 800 graus, perdran completament la seva duresa; a més, no són adequats per tallar metalls ferrosos, perquè el diamant (carboni) reacciona fàcilment amb els àtoms de ferro a altes temperatures, convertint els àtoms de carboni en estructures de grafit, i les eines es fan malbé fàcilment.
2. Tipus, propietats i característiques dels materials d'eina de nitrur de bor cúbic i aplicacions d'eines
El nitrur de bor cúbic (CBN), un segon material superdur sintetitzat per un mètode similar al mètode de fabricació del diamant, és el segon només després del diamant en duresa i conductivitat tèrmica. Té una excel·lent estabilitat tèrmica i no s'oxida quan s'escalfa a 10,000 graus a l'atmosfera. El CBN té propietats químiques extremadament estables per als metalls ferrosos i es pot utilitzar àmpliament en el processament de productes d'acer.
(1) Tipus d'eines de nitrur de bor cúbic
El nitrur de bor cúbic (CBN) és una substància que no existeix a la natura. Es pot dividir en monocristal·lí i policristalí, és a dir, CBN monocristal·lí i nitrur de bor cúbic policristalí (PCBN per abreujar). El CBN és un dels al·lòtrops del nitrur de bor (BN) i té una estructura semblant al diamant.
El PCBN (nitrur de bor cúbic policristalí) és un material policristalí que es fa sinteritzant materials CBN fins junts mitjançant una fase d'unió (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) a alta temperatura i alta pressió. Actualment és el material de l'eina amb la duresa només per darrere del diamant que es sintetitza artificialment. Ell i el diamant es coneixen col·lectivament com a materials d'eines superdurs. El PCBN s'utilitza principalment per fabricar eines o altres eines.
Les eines PCBN es poden dividir en fulles PCBN integrals i fulles compostes PCBN sinteritzades amb carbur cimentat.
Les fulles compostes de PCBN es fan sinteritzant una capa de PCBN de {{0}}.{5-1,0 mm de gruix sobre un carbur cimentat amb bona resistència i tenacitat. El seu rendiment combina una bona duresa amb una gran duresa i resistència al desgast. Soluciona els problemes de baixa resistència a la flexió i difícil soldadura de fulles CBN.
(2) Principals propietats i característiques del nitrur de bor cúbic
Tot i que la duresa del nitrur de bor cúbic és lleugerament inferior a la del diamant, és molt superior a la d'altres materials d'alta duresa. L'avantatge destacat del CBN és que la seva estabilitat tèrmica és molt superior a la del diamant, que pot arribar a superar els 1200 graus (el diamant és 700-800 grau). Un altre avantatge destacat és que és químicament inert i no reacciona químicament amb el ferro a 1200-1300 graus. Les principals característiques de rendiment del nitrur de bor cúbic són les següents.
① Alta duresa i resistència al desgast: l'estructura cristal·lina del CBN és similar a la del diamant i té una duresa i una força similars a les del diamant. El PCBN és especialment adequat per processar materials d'alta duresa que només es podrien mòltar abans i poden obtenir una millor qualitat de superfície de la peça.
② Alta estabilitat tèrmica: la resistència a la calor del CBN pot arribar a 1400-1500 grau, que és gairebé 1 vegades superior a la del diamant (700-800 grau). Les eines PCBN poden tallar aliatges d'alta temperatura i acer endurit a una velocitat 3-5 vegades superior a la de les eines de carbur.
③ Excel·lent estabilitat química: no reacciona químicament amb els materials de ferro a 1200-1300 graus i no es desgastarà tan fort com el diamant. En aquest moment, encara pot mantenir la duresa del carbur; Les eines PCBN són adequades per tallar peces d'acer endurit i ferro colat refrigerat, i es poden utilitzar àmpliament en el tall d'alta velocitat de ferro colat.
④ Bona conductivitat tèrmica: tot i que la conductivitat tèrmica de CBN no pot posar-se al dia amb el diamant, entre tot tipus de materials d'eina, la conductivitat tèrmica de PCBN és la segona només per darrere del diamant i és molt superior a l'acer i el carbur d'alta velocitat.
⑤ Baix coeficient de fricció: el baix coeficient de fricció pot provocar una força de tall reduïda, una temperatura de tall més baixa i una millor qualitat de la superfície durant el tall.
(3) Aplicació d'eines de nitrur de bor cúbic
El nitrur de bor cúbic és adequat per a l'acabat de diversos materials difícils de tallar, com ara acer endurit, ferro colat dur, aliatge d'alta temperatura, carbur cimentat, materials de polvorització superficial, etc. La precisió de mecanitzat pot arribar a IT5 (IT6 per als forats) i el valor de la rugositat superficial pot ser tan petit com Ra1,25~0,20μm.
Els materials d'eines de nitrur de bor cúbic tenen poca duresa i resistència a la flexió. Per tant, les eines de tornejat de nitrur de bor cúbic no són adequades per al mecanitzat en brut a baixa velocitat i amb una càrrega d'impacte elevada; al mateix temps, no són adequats per tallar materials amb alta plasticitat (com ara aliatge d'alumini, aliatge de coure, aliatge a base de níquel, acer amb alta plasticitat, etc.), perquè quan es tallen aquests metalls, la vora acumulada seria es generarà, que deteriorarà la superfície mecanitzada.
3. Tipus, propietats i característiques dels materials d'eina ceràmica i aplicacions de les eines
Les eines de ceràmica tenen les característiques d'alta duresa, bona resistència al desgast, excel·lent resistència a la calor i estabilitat química, i no són fàcils d'unir amb metalls. Les eines ceràmiques ocupen una posició molt important en el mecanitzat CNC. Les eines de ceràmica s'han convertit en una de les principals eines per al tall a gran velocitat i materials difícils de mecanitzar. Les eines de ceràmica s'utilitzen àmpliament en el tall d'alta velocitat, el tall en sec, el tall dur i el tall de materials difícils de mecanitzar. Les eines de ceràmica poden processar de manera eficient materials de gran duresa que les eines tradicionals no poden processar en absolut, adonant-se de "tornar en comptes de moldre"; la velocitat de tall òptima de les eines de ceràmica pot ser de 2 a 10 vegades superior a la de les eines de carbur cimentat, millorant així molt l'eficiència de la producció de tall; les principals matèries primeres utilitzades en els materials d'eines ceràmiques són els elements més abundants a l'escorça terrestre. Per tant, la promoció i aplicació d'eines ceràmiques és de gran importància per millorar la productivitat, reduir els costos de processament i estalviar metalls preciosos estratègics, i també promourà molt l'avenç de la tecnologia de tall.
(1) Tipus de materials per a eines ceràmiques
Els materials d'eines ceràmiques generalment es poden dividir en tres categories: ceràmica basada en alúmina, ceràmica basada en nitrur de silici i ceràmica composta a base de nitrur de silici i alúmina. Entre ells, els materials d'eina ceràmics a base d'alúmina i nitrur de silici són els més utilitzats. El rendiment de la ceràmica a base de nitrur de silici és superior al de la ceràmica a base d'alúmina.
(2) Rendiment i característiques de les eines ceràmiques
Les característiques de rendiment de les eines ceràmiques són les següents:
① Alta duresa i bona resistència al desgast: tot i que la duresa de les eines ceràmiques no és tan alta com la de PCD i PCBN, és molt superior a la de les eines de carbur cimentat i d'acer d'alta velocitat, arribant a 93 ~ 95HRA. Les eines de ceràmica poden processar materials d'alta duresa que són difícils de processar amb eines tradicionals i són adequades per al tall d'alta velocitat i el tall dur.
② Resistència a altes temperatures i bona resistència a la calor: les eines de ceràmica encara poden tallar a altes temperatures per sobre de 1200 graus. Les eines de ceràmica tenen excel·lents propietats mecàniques a alta temperatura. Les eines de ceràmica Al2O3 tenen una resistència a l'oxidació especialment bona. El tall es pot utilitzar contínuament fins i tot en un estat calent. Per tant, les eines de ceràmica poden aconseguir un tall en sec, eliminant així la necessitat de fluid de tall.
③ Bona estabilitat química: les eines de ceràmica no són fàcils d'unir amb metalls, són resistents a la corrosió i químicament estables, cosa que pot reduir el desgast de l'enllaç de les eines.
④ Baix coeficient de fricció: les eines de ceràmica tenen una baixa afinitat amb els metalls i un baix coeficient de fricció, cosa que pot reduir la força de tall i la temperatura de tall.
(3) Aplicacions d'eines ceràmiques
La ceràmica és un dels materials d'eina utilitzats principalment per a l'acabat i el semiacabat d'alta velocitat. Les eines de ceràmica són adequades per tallar diferents ferros colats (ferro colat gris, ferro dúctil, ferro colat mal·leable, ferro colat refrigerat, ferro colat d'alt aliatge resistent al desgast) i acers (acer estructural al carboni, acer estructural aliat, acer d'alta resistència, acer alt en manganès, acer tret, etc.), i també es pot utilitzar per tallar aliatges de coure, grafit, plàstics d'enginyeria i materials compostos.
Els materials d'eines ceràmiques tenen problemes de baixa resistència a la flexió i poca resistència a l'impacte, i no són adequats per tallar a baixa velocitat i càrrega d'impacte.
4. Rendiment i característiques dels materials d'eina recoberts i aplicació de les eines
Les eines de recobriment són una de les maneres importants de millorar el rendiment de les eines. L'aparició d'eines recobertes ha suposat un gran avenç en el rendiment de tall d'eines. Les eines recobertes es fabriquen recobrint una o més capes de compostos refractaris amb bona resistència al desgast sobre un cos d'eina resistent. Combinen el substrat de l'eina amb un recobriment dur, millorant així molt el rendiment de l'eina. Les eines recobertes poden millorar l'eficiència del processament, millorar la precisió del processament, allargar la vida útil de l'eina i reduir els costos de processament.
Al voltant del 80% de les eines de tall utilitzades en les noves màquines eina CNC utilitzen eines recobertes. Les eines recobertes seran la varietat d'eines més important en el camp del processament CNC en el futur.
(1) Tipus d'eines recobertes
Depenent del mètode de recobriment, les eines recobertes es poden dividir en eines recobertes de deposició química de vapor (CVD) i eines recobertes de deposició física de vapor (PVD). Les eines de carbur recobert generalment utilitzen la deposició química de vapor i la temperatura de deposició és d'uns 1000 graus. Les eines d'acer d'alta velocitat recobertes utilitzen generalment la deposició física de vapor i la temperatura de deposició és d'uns 500 graus.
Segons els diferents materials base de les eines recobertes, les eines recobertes es poden dividir en eines recobertes de carbur, eines recobertes d'acer d'alta velocitat i eines recobertes de ceràmica i materials superdurs (diamant i nitrur de bor cúbic).
Segons les propietats dels materials de recobriment, les eines recobertes es poden dividir en dues categories, a saber, eines recobertes "dures" i eines recobertes "tous". L'objectiu principal de les eines recobertes "dures" és una alta duresa i resistència al desgast. Els seus principals avantatges són l'alta duresa i la bona resistència al desgast. Els típics són els recobriments de TiC i TiN. L'objectiu de les eines recobertes "toves" és el baix coeficient de fricció, també conegut com a eines autolubricants. El seu coeficient de fricció amb el material de la peça és molt baix, només aproximadament 0.1, que pot reduir l'adhesió, reduir la fricció i reduir la força de tall i la temperatura de tall.
Recentment, s'han desenvolupat eines nano-revestides. Aquest tipus d'eina recoberta pot utilitzar diferents combinacions de diversos materials de recobriment (com ara metall/metall, metall/ceràmica, ceràmica/ceràmica, etc.) per satisfer diferents requisits funcionals i de rendiment. Els nano-recobriments dissenyats raonablement poden fer que els materials d'eines tinguin excel·lents funcions antifricció i antidesgast i propietats autolubricants, que són adequades per al tall en sec a alta velocitat.
(2) Característiques de les eines recobertes
Les característiques de rendiment de les eines recobertes són les següents:
① Bon rendiment mecànic i de tall: les eines recobertes combinen les excel·lents propietats del material base i el material de recobriment, mantenint la bona tenacitat i alta resistència del material base alhora que tenen l'alta duresa, alta resistència al desgast i baix coeficient de fricció del recobriment. . Per tant, la velocitat de tall de les eines recobertes es pot augmentar més de 2 vegades en comparació amb les eines no recobertes i es permet una velocitat d'alimentació més alta. També es millora la vida útil de les eines recobertes.
② Forta versatilitat: les eines recobertes tenen una àmplia versatilitat i amplien significativament el rang de processament. Una eina recoberta pot substituir diverses eines no recobertes.
③ Gruix del recobriment: la vida útil de l'eina augmentarà amb l'augment del gruix del recobriment, però quan el gruix del recobriment arriba a la saturació, la vida de l'eina ja no augmentarà significativament. Quan el recobriment és massa gruixut, és fàcil provocar pelades; quan el recobriment és massa prim, la resistència al desgast és baixa.
④ Remolat: el rectificat de fulles recobertes és deficient, l'equip de recobriment és complex, els requisits del procés són alts i el temps de recobriment és llarg.
⑤ Material de recobriment: les eines amb diferents materials de recobriment tenen un rendiment de tall diferent. Per exemple: el recobriment TiC té un avantatge en el tall a baixa velocitat; TiN és més adequat per al tall a alta velocitat.
(3) Aplicació d'eines recobertes
Les eines recobertes tenen un gran potencial en el camp del mecanitzat CNC i seran el tipus d'eina més important en el camp del mecanitzat CNC en el futur. La tecnologia de recobriment s'ha aplicat a freses d'extrem, escariadors, trepants, eines de mecanitzat de forats compostos, plaques d'engranatges, talladors de conformació d'engranatges, talladors d'engranatges, broques de formació i diverses insercions indexables muntades a màquina per satisfer les necessitats de tall d'alta velocitat de diversos acers. i ferros colats, aliatges resistents a la calor i metalls no fèrrics.
5. Tipus, propietats, característiques i aplicacions dels materials d'eines de carbur cimentat
Les eines de carbur cimentat, especialment les eines de carbur cimentat indexables, són els principals productes d'eines de mecanitzat CNC. Des de la dècada de 1980, diversos tipus d'eines o fulles de carbur cimentat integrals i indexables s'han ampliat a diversos camps d'eines de tall. Entre elles, les eines de carbur cimentat indexable s'han expandit des d'eines simples de tornejat i freses de cara fins a diversos camps d'eines de precisió, complexos i de conformació.
(1) Tipus d'eines de carbur cimentat
Segons la composició química principal, el carbur cimentat es pot dividir en carbur cimentat a base de carbur de tungstè i carbur cimentat a base de carbur de titani (nitrur) (TiC (N)).
El carbur cimentat basat en carbur de tungstè inclou tres tipus: el tipus de cobalt de tungstè (YG), el tipus de titani de cobalt de tungstè (YT) i el tipus de carbur afegit rar (YW). Cadascun té els seus propis avantatges i desavantatges. Els components principals són el carbur de tungstè (WC), el carbur de titani (TiC), el carbur de tàntal (TaC), el carbur de niobi (NbC), etc. La fase d'unió metàl·lica que s'utilitza habitualment és Co.
El carbur cimentat a base de carbur de titani (nitrur) és un carbur cimentat amb TiC com a component principal (alguns tenen altres carburs o nitrurs afegits), i les fases d'unió metàl·lica que s'utilitzen habitualment són Mo i Ni.
ISO (Organització Internacional per a la Normalització) divideix el tall de carbur cimentat en tres categories:
Categoria K, inclòs Kl0~K40, equivalent a la categoria YG del meu país (el component principal és WC-Co).
Categoria P, inclòs P01 ~ P50, equivalent a la categoria YT del meu país (el component principal és WC-TiC-Co).
Categoria M, inclosa M10 ~ M40, equivalent a la categoria YW del meu país (el component principal és WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Cada marca està representada per un número entre 01 i 50 per representar una sèrie d'aliatges des d'alta duresa fins a màxima tenacitat.
(2) Característiques de rendiment de les eines de carbur cimentat
Les característiques de rendiment de les eines de carbur cimentat són les següents:
① Alta duresa: les eines de carbur cimentat estan fetes de carburs (anomenada fase dura) amb gran duresa i punt de fusió i aglutinant metàl·lic (anomenat fase d'enllaç) mitjançant la metal·lúrgia de pols. La seva duresa arriba a 89-93HRA, que és molt superior a l'acer d'alta velocitat. A 5400 graus, la duresa encara pot arribar a 82-87HRA, que és la mateixa que la duresa de l'acer d'alta velocitat a temperatura ambient (83-86HRA). El valor de duresa del carbur cimentat varia amb la naturalesa, la quantitat, la mida de les partícules i el contingut de la fase d'unió metàl·lica dels carburs, i generalment disminueix amb l'augment del contingut de la fase metàl·lica d'unió. Quan el contingut de la fase d'enllaç és el mateix, la duresa de l'aliatge YT és superior a la de l'aliatge YG i l'aliatge amb TaC (NbC) afegit té una duresa més alta a alta temperatura.
② Resistència a la flexió i tenacitat: la resistència a la flexió del carbur cimentat d'ús habitual està en el rang de 900-1500MPa. Com més gran sigui el contingut de la fase d'unió metàl·lica, més gran serà la resistència a la flexió. Quan el contingut d'aglutinant és el mateix, la resistència de l'aliatge de tipus YG (WC-Co) és superior a la de l'aliatge de tipus YT (WC-TiC-Co), i la resistència disminueix amb l'augment del contingut de TiC. El carbur cimentat és un material trencadís i la seva resistència a l'impacte a temperatura ambient és només d'1/30 a 1/8 de la de l'acer d'alta velocitat.
(3) Aplicació d'eines de carbur cimentat d'ús habitual
Els aliatges de tipus YG s'utilitzen principalment per processar ferro colat, metalls no fèrrics i materials no metàl·lics. El carbur cimentat de gra fi (com ara YG3X, YG6X) té una duresa i resistència al desgast més alta que els de gra mitjà quan el contingut de cobalt és el mateix. És adequat per processar alguns ferro colat dur especial, acer inoxidable austenític, aliatge resistent a la calor, aliatge de titani, bronze dur i materials aïllants resistents al desgast.
Els avantatges destacats del carbur cimentat tipus YT són una gran duresa, una bona resistència a la calor, una major duresa i resistència a la compressió a alta temperatura que el tipus YG i una bona resistència a l'oxidació. Per tant, quan es requereix que l'eina tingui una major resistència a la calor i al desgast, s'ha de seleccionar un grau amb un contingut més elevat de TiC. Els aliatges YT són adequats per processar materials plàstics com l'acer, però no per processar aliatges de titani i aliatges de silici i alumini.
Els aliatges YW tenen les propietats dels aliatges YG i YT i tenen bones propietats integrals. Es poden utilitzar per processar acer, ferro colat i metalls no fèrrics. Si s'augmenta adequadament el contingut de cobalt d'aquest tipus d'aliatge, la resistència pot ser molt alta i es pot utilitzar per al processament en brut i el tall intermitent de diversos materials difícils de processar.
6. Tipus, característiques i aplicacions d'eines d'acer d'alta velocitat
L'acer d'alta velocitat (HSS) és un acer per eines d'alt aliatge amb una gran quantitat d'elements d'aliatge com W, Mo, Cr i V. Les eines d'acer d'alta velocitat tenen un rendiment integral excel·lent en termes de resistència, duresa i processabilitat. . L'acer d'alta velocitat encara ocupa una posició important en eines complexes, especialment en la fabricació d'eines de processament de forats, freses, eines de roscat, broques, eines de tall d'engranatges i altres eines amb formes complexes de fulla. Les eines d'acer d'alta velocitat són fàcils d'esmolar el tall.
Segons els diferents usos, l'acer d'alta velocitat es pot dividir en acer d'alta velocitat d'ús general i acer d'alta velocitat d'alt rendiment.
(1) Eines d'acer d'alta velocitat d'ús general
Acer d'alta velocitat d'ús general. En general, es pot dividir en dues categories: acer de tungstè i acer de tungstè-molibdè. Aquest tipus d'acer d'alta velocitat conté de 0,7% a 0,9% de tungstè. Segons els diferents continguts de tungstè de l'acer, es pot dividir en acer de tungstè que conté un 12% o un 18% de W, un acer de tungstè-molibdè que conté un 6% o un 8% de W i un acer de molibdè que conté un 2% o cap W. Propòsit general L'acer d'alta velocitat té una certa duresa (63-66HRC) i resistència al desgast, alta resistència i tenacitat, bona plasticitat i tecnologia de processament, de manera que s'utilitza àmpliament en la fabricació de diverses eines complexes.
① Acer de tungstè: el grau típic de l'acer de tungstè d'acer d'alta velocitat d'ús general és W18Cr4V (abreujat com a W18), que té un bon rendiment integral. La duresa a alta temperatura a 6000 graus és de 48,5 HRC, que es pot utilitzar per fabricar diverses eines complexes. Té els avantatges d'una bona mòlta i una baixa sensibilitat a la descarburació, però a causa de l'alt contingut de carbur, distribució desigual, partícules grans, baixa resistència i duresa.
② Acer tungstè-molibdè: es refereix a un acer d'alta velocitat obtingut substituint part del tungstè en acer de tungstè per molibdè. El grau típic de l'acer de tungstè-molibdè és W6Mo5Cr4V2 (abreujat com a M2). Les partícules de carbur de M2 són fines i uniformes, i la seva força, duresa i plasticitat a alta temperatura són millors que W18Cr4V. Un altre acer de tungstè-molibdè és W9Mo3Cr4V (abreujat com a W9), que té una estabilitat tèrmica lleugerament més alta que l'acer M2, una millor resistència a la flexió i tenacitat que W6M05Cr4V2 i una bona mecanització.
(2) Eines d'acer d'alta velocitat d'alt rendiment
L'acer d'alta velocitat d'alt rendiment es refereix a un nou tipus d'acer que afegeix contingut de carboni, contingut de vanadi i elements d'aliatge com Co i Al a la composició general d'acer d'alta velocitat, millorant així la seva resistència a la calor i resistència al desgast. Hi ha principalment les categories següents:
① Acer d'alta velocitat d'alt carboni. L'acer d'alta velocitat d'alt carboni (com ara 95W18Cr4V) té una alta duresa a temperatura ambient i alta temperatura. És adequat per a la fabricació d'eines per processar acer normal i ferro colat, trepants, escariadors, aixetes i freses amb requisits d'alta resistència al desgast, o processar materials més durs. No és adequat per a grans impactes.
② Acer d'alta velocitat amb alt vanadi. Els graus típics, com W12Cr4V4Mo (abreujat com a EV4), contenen un 3% ~ 5% de V, tenen una bona resistència al desgast i són adequats per tallar materials que són extremadament propensos al desgast d'eines, com ara fibra, cautxú dur, plàstic, etc. També es pot utilitzar per processar acer inoxidable, acer d'alta resistència i aliatges d'alta temperatura.
③ Acer d'alta velocitat al cobalt. És un acer d'alta velocitat súper dur que conté cobalt. Els graus típics, com ara W2Mo9Cr4VCo8 (abreujat com a M42), tenen una duresa elevada i la seva duresa pot arribar als 69 ~ 70HRC. És adequat per processar materials difícils de processar, com ara acer resistent a la calor d'alta resistència, aliatges d'alta temperatura, aliatges de titani, etc. M42 té una bona mòlta i és adequat per a la fabricació d'eines de precisió i complexes, però no és adequat. per treballar en condicions de tall per impacte.
④ Acer d'alumini d'alta velocitat. És un acer d'alta velocitat súper dur que conté alumini. Els graus típics inclouen W6Mo5Cr4V2Al (abreujat com a 501). La seva duresa a alta temperatura a 6000 graus també arriba als 54HRC. El seu rendiment de tall és equivalent al M42. És adequat per a la fabricació de freses, trepants, escariadors, talladors d'engranatges, broques, etc. S'utilitza per processar acers aliats, acer inoxidable, acers d'alta resistència i aliatges d'alta temperatura.
⑤ Acer d'alta velocitat súper dur amb nitrogen. Els graus típics inclouen W12M03Cr4V3N (abreujat com a (V3N). És un acer d'alta velocitat súper dur que conté nitrogen. La seva duresa, resistència i tenacitat són equivalents a M42. Es pot utilitzar com a substitut de l'alta velocitat que conté cobalt. acer i s'utilitza per tall a baixa velocitat de materials difícils de processar i processament de baixa velocitat i alta precisió.
(3) Fons d'acer d'alta velocitat i acer d'alta velocitat de metal·lúrgia en pols
Segons els diferents processos de fabricació, l'acer d'alta velocitat es pot dividir en acer d'alta velocitat de fusió i acer d'alta velocitat de metal·lúrgia en pols.
① Fusió d'acer d'alta velocitat: l'acer normal d'alta velocitat i l'acer d'alta velocitat d'alt rendiment es fabriquen amb mètodes de fusió. Es converteixen en eines de tall mitjançant processos com la fosa, la fosa de lingot i el xapat i laminació. Un problema greu que es produeix fàcilment quan es fon l'acer d'alta velocitat és la segregació del carbur. Els carburs durs i trencadissos es distribueixen de manera desigual a l'acer d'alta velocitat i els grans són gruixuts (fins a desenes de micres), cosa que té un efecte advers sobre la resistència al desgast, la duresa i el rendiment de tall de les eines d'acer d'alta velocitat.
② Acer d'alta velocitat de metal·lúrgia de pols (PM HSS): l'acer d'alta velocitat de metal·lúrgia de pols (PM HSS) és un líquid d'acer fos en un forn d'inducció d'alta freqüència, que s'atomitza amb argó d'alta pressió o nitrogen pur, i després ràpidament. refredat per obtenir una estructura cristal·lina fina i uniforme (pols d'acer d'alta velocitat). A continuació, la pols resultant es pressiona en un blanc de ganivet a alta temperatura i alta pressió, o primer es converteix en un blanc d'acer i després es forja i s'enrotlla en forma d'eina. En comparació amb l'acer d'alta velocitat fabricat pel mètode de fusió, PM HSS té els avantatges de grans de carbur fins i uniformes i una força, duresa i resistència al desgast molt més alta que la fosa d'acer d'alta velocitat. En el camp de les eines CNC complexes, les eines PM HSS es desenvoluparan i ocuparan una posició important. Els graus típics, com ara F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., es poden utilitzar per fabricar eines de tall de gran mida, càrrega pesada i d'alt impacte, i també es poden utilitzar per fabricar eines de precisió. eines de tall.
Principis per a la selecció de materials d'eines CNC
Actualment, els materials d'eines CNC àmpliament utilitzats inclouen principalment eines de diamant, eines de nitrur de bor cúbic, eines de ceràmica, eines de recobriment, eines de carbur i eines d'acer d'alta velocitat. Hi ha molts graus de materials d'eines i el seu rendiment varia molt. Els principals indicadors de rendiment de diversos materials d'eina es mostren a la taula següent.
Els materials d'eina per al mecanitzat CNC s'han de seleccionar segons la peça que s'està mecanitzant i la naturalesa del mecanitzat. La selecció dels materials de l'eina ha de coincidir raonablement amb l'objecte de mecanitzat. La combinació de materials d'eines de tall i objectes de mecanitzat es refereix principalment a la combinació de les propietats mecàniques, físiques i químiques de les dues per obtenir la vida útil més llarga de l'eina i la màxima productivitat de tall.
1. Coincidència de propietats mecàniques dels materials de les eines de tall i dels objectes de mecanitzat
El problema de la concordança de les propietats mecàniques de les eines de tall i els objectes de mecanitzat es refereix principalment a la concordança de paràmetres de propietats mecàniques com ara la força, la duresa i la duresa dels materials de l'eina i la peça. Els materials d'eina amb diferents propietats mecàniques són adequats per mecanitzar diferents materials de peces de treball.
① The order of tool material hardness is: diamond tool> cubic boron nitride tool> ceramic tool> cemented carbide>acer d'alta velocitat.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide> ceramic tool>eina de diamant i nitrur de bor cúbic.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide>nitrur de bor cúbic, diamant i eina ceràmica.
Els materials de peça d'alta duresa s'han de processar amb eines de major duresa. La duresa del material de l'eina ha de ser superior a la del material de la peça, generalment es requereix que sigui superior a 60HRC. Com més gran sigui la duresa del material de l'eina, millor serà la seva resistència al desgast. Per exemple, quan augmenta el contingut de cobalt en el carbur cimentat, la seva resistència i tenacitat augmenten, i la seva duresa disminueix, la qual cosa és adequada per al processament en brut; quan el contingut de cobalt disminueix, la seva duresa i resistència al desgast augmenten, la qual cosa és adequada per a un processament fi.
Les eines amb excel·lents propietats mecàniques a alta temperatura són especialment adequades per al tall a alta velocitat. L'excel·lent rendiment a alta temperatura de les eines ceràmiques els permet tallar a altes velocitats i la velocitat de tall permesa es pot augmentar de 2 a 10 vegades en comparació amb el carbur cimentat.
2. Relacionar les propietats físiques dels materials de les eines de tall amb els objectes de processament
Eines amb diferents propietats físiques, com ara eines d'acer d'alta velocitat amb alta conductivitat tèrmica i baix punt de fusió, eines ceràmiques amb alt punt de fusió i baixa expansió tèrmica, eines de diamant amb alta conductivitat tèrmica i baixa expansió tèrmica, etc. processament de diferents materials de peces. Quan es processen peces amb poca conductivitat tèrmica, s'han d'utilitzar materials d'eina amb millor conductivitat tèrmica per permetre que la calor de tall es transfereixi ràpidament i redueixi la temperatura de tall. El diamant té una alta conductivitat tèrmica i difusivitat tèrmica, de manera que la calor de tall es pot dissipar fàcilment sense provocar una gran deformació tèrmica, cosa que és especialment important per a eines de mecanitzat de precisió amb requisits d'alta precisió dimensional.
① Temperatura de resistència a la calor de diversos materials d'eina: 700-8000 grau per a eines de diamant, 13000-15000 grau per a eines PCBN, 1100-12000 grau per a eines ceràmiques, 900-11000 grau per a TiC(N) carbur cimentat amb base, 800-9000 grau per a carbur cimentat de gra ultrafin basat en WC i 600-7000 grau per a HSS.
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>Ceràmica basada en Al2O3-.
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>Ceràmica basada en Al2O3-.
3. Coincidència de rendiment químic dels materials d'eines de tall i objectes de processament
El problema de concordança de rendiment químic dels materials d'eines de tall i objectes de processament es refereix principalment als paràmetres de rendiment químic, com ara l'afinitat química, la reacció química, la difusió i la dissolució de materials d'eines i materials de peces de treball. Les eines de diferents materials són adequades per processar diferents materials de peces de treball.
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>diamant.
4. Selecció raonable de materials d'eines CNC
En termes generals, PCBN, eines de ceràmica, carbur recobert i eines de carbur basades en TiCN són adequades per al mecanitzat CNC de metalls ferrosos com l'acer; mentre que les eines PCD són adequades per mecanitzar materials metàl·lics no fèrrics com ara Al, Mg, Cu i els seus aliatges i materials no metàl·lics. La taula següent mostra alguns materials de peces aptes per al mecanitzat amb diferents materials d'eina.