Комбинацията от усъвършенствано оборудване за обработка и високопроизводителни CNC режещи инструменти може напълно да упражни дължимата си ефективност и да постигне добри икономически ползи. С бързото развитие на материалите за режещи инструменти, различни нови видове материали за режещи инструменти значително подобриха своите физически, механични и режещи характеристики и обхватът на тяхното приложение също непрекъснато се разширява.
1. Основни свойства, които трябва да притежават материалите за режещи инструменти
Изборът на инструментални материали има значително влияние върху живота на инструмента, ефективността на обработката, качеството на обработката и разходите за обработка. Режещият инструмент трябва да издържа на високо налягане, висока температура, триене, удар и вибрации по време на рязане. Следователно инструменталните материали трябва да имат следните основни свойства:
(1) Твърдост и устойчивост на износване. Твърдостта на материала на инструмента трябва да бъде по-висока от тази на материала на детайла, като обикновено се изисква твърдост над 60HRC. Колкото по-висока е твърдостта на материала на инструмента, толкова по-добра е неговата устойчивост на износване.
(2) Сила и издръжливост. Материалът на инструмента трябва да има висока якост и издръжливост, за да издържа на сили на рязане, удари и вибрации и да предотвратява крехко счупване и срутване на ръба на инструмента.
(3) Устойчивост на топлина. Материалът на инструмента има добра устойчивост на топлина, издържа на високи температури на рязане и има добра устойчивост на окисление.
(4) Производителност и икономичност на процеса. Материалът на инструмента трябва да има добри показатели за коване, термична обработка и заваряване; Ефективност на обработката на смилане и стремеж към високо съотношение на производителност и цена.
2. Видове, свойства, характеристики и приложения на материалите за режещи инструменти
а. Видове, свойства, характеристики и инструментално приложение на диамантени инструментални материали
Диамантът е алотроп на въглерода и е най-твърдият материал, открит в природата. Диамантените режещи инструменти имат висока твърдост, устойчивост на износване и топлопроводимост и се използват широко при обработката на цветни и неметални материали. Особено при високоскоростно рязане на алуминиеви и силициево-алуминиеви сплави, диамантените инструменти са основните разновидности на режещи инструменти, които трудно се заменят. Диамантените режещи инструменти, които могат да постигнат висока ефективност, висока стабилност и обработка с дълъг живот, са незаменими и важни инструменти в съвременната CNC обработка.
2. Видове, свойства, характеристики и инструментални приложения на инструментални материали от кубичен борен нитрид
Вторият вид свръхтвърд материал, кубичен борен нитрид (CBN), синтезиран по метод, подобен на метода за производство на диаманти, е на второ място след диаманта по твърдост и топлопроводимост. Има отлична термична стабилност и не се окислява при нагряване до 10000 градуса в атмосферата. CBN
има изключително стабилни химични свойства за черни метали и може да се използва широко при обработката на стоманени продукти.
3. Вид, експлоатационни характеристики и характеристики на керамичните инструментални материали и приложение на инструмента
Керамичните режещи инструменти се характеризират с висока твърдост, добра устойчивост на износване, отлична устойчивост на топлина и химическа стабилност и не се свързват лесно с метал. Керамичните инструменти играят много важна роля в NC обработката. Керамичните инструменти се превърнаха в един от основните инструменти за високоскоростно рязане и обработка на трудни материали. Керамичните инструменти се използват широко при високоскоростно рязане, сухо рязане, трудно рязане и трудни за рязане материали. Керамичните инструменти могат ефективно да обработват високотвърди материали, които не могат да бъдат обработени с традиционни инструменти, реализирайки "струговане вместо шлайфане"; Оптималната скорост на рязане на керамичните инструменти може да бъде 2~10 пъти по-висока от тази на инструментите от циментиран твърд сплав, като по този начин значително подобрява производствената ефективност на рязане; Основните суровини, използвани за материалите за керамични инструменти, са най-разпространените елементи в земната кора. Следователно популяризирането и прилагането на керамични инструменти е от голямо значение за подобряване на производителността, намаляване на разходите за обработка и спестяване на стратегически благородни метали, а също така значително ще насърчи напредъка на технологията за рязане.
4. Ефективност и характеристики на инструментални материали с покритие и приложение на инструментите
Покритието на инструмента е един от важните начини за подобряване на работата му. Появата на режещи инструменти с покритие направи значителен пробив в тяхната режеща производителност. Режещите инструменти с покритие са покрити с един или повече слоя огнеупорни съединения с добра устойчивост на износване върху тялото на инструмента с добра издръжливост. Те комбинират матрицата на инструмента с твърдо покритие, като по този начин значително подобряват работата на инструмента. Режещите инструменти с покритие могат да подобрят ефективността на обработката, да подобрят точността на обработка, да удължат живота на инструмента и да намалят разходите за обработка.
Около 80 процента от режещите инструменти, използвани в новите машини с ЦПУ, използват инструменти с покритие. Инструментите с покритие ще бъдат най-важното разнообразие от инструменти в областта на обработката с ЦПУ в бъдеще.
5. Видове, свойства, характеристики и приложения на материалите за режещи инструменти от твърди сплави
Режещите инструменти от твърда сплав, особено индексируемите режещи инструменти от твърда сплав, са водещите продукти на CNC машинните инструменти. От 80-те години на миналия век различни видове интегрирани и индексируеми режещи инструменти или остриета от твърди сплави се разшириха до различни области на режещи инструменти. Сред тях, индексируемите режещи инструменти от твърда сплав се разшириха от прости инструменти за струговане и повърхностно фрезоване до различни прецизни, сложни и формовани инструменти.
Видове режещи инструменти от твърди сплави
Според основния химичен състав твърдите сплави могат да бъдат разделени на твърди сплави на основата на волфрамов карбид и твърди сплави на основата на титанов карбид (TiC (N).
Циментираните карбиди на базата на волфрамов карбид включват волфрамов кобалт (YG), волфрамов кобалт титан (YT) и добавен рядък карбид (YW). Те имат своите предимства и недостатъци. Основните компоненти са волфрамов карбид (WC), титанов карбид (TiC), танталов карбид (TaC), ниобиев карбид (NbC) и др. Обикновената метална свързваща фаза е Co.
Твърдите сплави на базата на въглерод (азот) на титан са твърди сплави с TiC като основен компонент (някои с добавени други карбиди или нитриди), а често използваните метални свързващи фази са Mo и Ni.
ISO (Международна организация по стандартизация) разделя рязането на твърди сплави на три категории:
Клас K, включително Kl0-K40, е еквивалентен на клас YG в Китай (основно съставен от WC Co).
Клас P, включително P01 до P50, е еквивалентен на клас YT в Китай (основно съставен от WC TiC Co).
Клас M, включително M10 до M40, е еквивалентен на клас YW в Китай (основно съставен от WC TiC TaC (NbC) Co).
Всяка марка представлява серия от сплави, вариращи от висока твърдост до максимална издръжливост с числа между 01 и 50.
6. Видове, характеристики и приложение на режещи инструменти от бързорежеща стомана
Високоскоростната стомана (HSS) е вид високолегирана инструментална стомана, която съдържа голямо количество легиращи елементи като W, Mo, Cr и V. Режещите инструменти за бързорежеща стомана имат отлични цялостни характеристики по отношение на здравина, издръжливост и обработваемост. В сложните режещи инструменти, особено за производство на инструменти за обработка на дупки, фрезови инструменти, инструменти за рязане на резби, протяжки, инструменти за рязане на зъбни колела и други режещи инструменти със сложни ръбове, високоскоростната стомана все още заема основна позиция. Инструментите от високоскоростна стомана са лесни за шлифоване на остри режещи ръбове.
Според различните цели, бързорежещата стомана може да бъде разделена на бързорежеща стомана с общо предназначение и високопроизводителна високоскоростна стомана.
(1) Универсални режещи инструменти за бързорежеща стомана
Универсална бързорежеща стомана. Като цяло може да се раздели на две категории: волфрамова стомана и волфрамова молибденова стомана. Този тип бързорежеща стомана съдържа (C), вариращ от 0.7 процента до 0.9 процента. Според различното съдържание на волфрам в стоманата, тя може да бъде разделена на волфрамова стомана, съдържаща 12 процента или 18 процента W, волфрамова молибденова стомана, съдържаща 6 процента или 8 процента W, и молибденова стомана, съдържаща 2 процента или никаква W. Универсална високоскоростна стомана има определена степен на твърдост (63-66HRC) и устойчивост на износване, висока якост и издръжливост, добра пластичност и способност за обработка и се използва широко в производството на различни сложни режещи инструменти.
① Волфрамова стомана: Типичният клас универсална бързорежеща стомана волфрамова стомана е W18Cr4V, (наричана W18), която има добри цялостни свойства и висока температурна твърдост от 48,5HRC при 6000 градуса. Може да се използва за производство на различни сложни режещи инструменти. Има предимства като добра смилаемост и ниска чувствителност към обезвъглеродяване, но поради високото съдържание на карбиди, неравномерно разпределение, по-големи частици и ниска якост и издръжливост.
② Волфрамова молибденова стомана: отнася се за високоскоростна стомана, получена чрез замяна на част от волфрам във волфрамова стомана с молибден. Типичният клас волфрамова молибденова стомана е W6Mo5Cr4V2 или накратко M2. Карбидните частици на M2 са фини и еднакви, с по-добра якост, издръжливост и пластичност при висока температура от W18Cr4V. Друг вид волфрамова молибденова стомана е W9Mo3Cr4V (съкратено W9), която има малко по-висока термична стабилност от стомана M2, по-добра якост на огъване и якост от W6M05Cr4V2 и има добра обработваемост.
(2) Високоефективни режещи инструменти за високоскоростна стомана
Високопроизводителна високоскоростна стомана се отнася до нов тип стомана, която добавя известно съдържание на въглерод, съдържание на ванадий и легиращи елементи като Co и Al към състава на бързорежещата стомана с общо предназначение, като по този начин подобрява нейната устойчивост на топлина и устойчивост на износване . Има основно следните категории:
① Високовъглеродна бързорежеща стомана. Високовъглеродна високоскоростна стомана (като 95W18Cr4V) има висока твърдост при стайна и висока температура, което я прави подходяща за производство и обработка на обикновена стомана и чугун, свредла, райбери, метчици и фрези с високи изисквания за устойчивост на износване или режещи инструменти за обработка на по-твърди материали. Не е подходящ да издържа на големи удари.
② Бързорежеща стомана с високо съдържание на ванадий. Типични степени, като W12Cr4V4Mo, (EV4 за кратко), със съдържание на V, увеличено до 3 процента ~ 5 процента, имат добра устойчивост на износване и са подходящи за рязане на материали с голямо износване на инструменти, като влакна, твърда гума, пластмаса, и т.н. и може да се използва и за обработка на неръждаема стомана, високоякостна стомана, високотемпературна сплав и други материали.
③ Кобалтова бързорежеща стомана. Това е съдържаща кобалт свръхтвърда бързорежеща стомана с типичен клас, като W2Mo9Cr4VCo8 (наричана M42), която има висока твърдост до 69~70HRC. Подходящ е за обработка на трудни за обработка материали като високоякостна топлоустойчива стомана, високотемпературни сплави, титанови сплави и др. M42 има добра смилаемост и е подходящ за изработка на прецизни и сложни режещи инструменти, но не е подходящ за работа при условия на ударно рязане.
④ Алуминиева бързорежеща стомана. Това е алуминий, съдържащ свръхтвърда бързорежеща стомана с типичен клас, като W6Mo5Cr4V2Al (съкратено като 501). Твърдостта при висока температура при 6000 градуса също достига 54HRC, а производителността на рязане е еквивалентна на M42. Подходящ е за производство на фрези, свредла, райбери, зъбни фрези, протяжки и др., и се използва за обработка на материали като легирана стомана, неръждаема стомана, стомана с висока якост и сплави при висока температура.
⑤ Азотна свръхтвърда бързорежеща стомана. Типичен клас, като W12M03Cr4V3N, съкратено като (V3N), е азотсъдържаща свръхтвърда бързорежеща стомана с твърдост, здравина и издръжливост, сравними с M42. Може да се използва като заместител на високоскоростна стомана, съдържаща кобалт, за нискоскоростно рязане на трудни за обработка материали и нискоскоростна високопрецизна обработка.
(3) Топене на бързорежеща стомана и прахова металургия на бързорежеща стомана
Според различните производствени процеси бързорежещата стомана може да бъде разделена на разтопена бързорежеща стомана и бързорежеща стомана от праховата металургия.
① Топене на бързорежеща стомана: Както обикновената бързорежеща стомана, така и високопроизводителната бързорежеща стомана се произвеждат по метода на топене. Те се изработват като режещи инструменти чрез процеси като топене, леене на слитък и обшивка и валцуване. Сериозният проблем, който е склонен да възникне при топенето на бързорежеща стомана, е сегрегацията на карбида. Твърдите и крехки карбиди са неравномерно разпределени във високоскоростната стомана, а размерът на зърната е груб (до десетки микрометри), което има неблагоприятно въздействие върху устойчивостта на износване, якостта и производителността на рязане на инструментите за бързорежеща стомана.
② Високоскоростна стомана от прахова металургия (PM HSS): Високоскоростна стомана от прахова металургия (PM HSS) е стоманена течност, разтопена във високочестотна индукционна пещ. Той се пулверизира с аргон под високо налягане или чист азотен газ и след това се охлажда, за да се получи фина и равномерна кристална структура (прах от високоскоростна стомана). Полученият прах след това се пресова в заготовка за инструмент при висока температура и налягане или първо се прави в стоманена заготовка и след това се изковава и валцува във форма на инструмент. В сравнение с високоскоростната стомана, произведена чрез метод на топене, PM HSS има предимствата на фини и еднакви карбидни зърна, значително подобрена здравина, издръжливост и устойчивост на износване в сравнение с разтопената бързорежеща стомана. Инструментите PM HSS ще се развиват допълнително и ще заемат важна позиция в областта на сложните CNC инструменти. Типичните марки, като F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN и др., могат да се използват за производство на големи, тежки и удароустойчиви режещи инструменти, както и прецизни режещи инструменти.
