1. Grunnleggende egenskaper som verktøymaterialer skal ha
Valget av verktøymaterialer har stor innvirkning på verktøyets levetid, prosesseringseffektivitet, prosesskvalitet og prosesseringskostnad. Ved skjæring skal verktøy tåle høyt trykk, høy temperatur, friksjon, slag og vibrasjoner. Derfor bør verktøymaterialer ha følgende grunnleggende egenskaper:
(1) Hardhet og slitestyrke. Hardheten til verktøymaterialet må være høyere enn hardheten til arbeidsstykkematerialet, vanligvis nødvendig å være over 60HRC. Jo høyere hardhet verktøymaterialet har, desto bedre slitestyrke.
(2) Styrke og seighet. Verktøymaterialet bør ha høy styrke og seighet for å motstå skjærekraft, slag og vibrasjoner, og forhindre sprø brudd og flisdannelse av verktøyet.
(3) Varmemotstand. Verktøymaterialet skal ha god varmebestandighet, tåle høye skjæretemperaturer, og ha god antioksidantevne.
(4) Prosessytelse og økonomi. Verktøymaterialet skal ha god smiytelse, varmebehandlingsytelse, sveiseytelse; slipeytelse osv., og bør ha et høyt ytelse-prisforhold.
2. Typer, ytelse, egenskaper og bruksområder for verktøymaterialer
1. Typer, egenskaper og egenskaper av diamantverktøymaterialer og verktøyapplikasjoner
Diamant er en allotrop av karbon og er det hardeste materialet som finnes i naturen. Diamantverktøy har høy hardhet, høy slitestyrke og høy varmeledningsevne, og er mye brukt i bearbeiding av ikke-jernholdige metaller og ikke-metalliske materialer. Spesielt i høyhastighetsskjæring av aluminium og silisiumaluminiumslegeringer, er diamantverktøy den viktigste skjæreverktøyvarianten som er vanskelig å erstatte. Diamantverktøy som kan oppnå høy effektivitet, høy stabilitet og lang levetid er et uunnværlig og viktig verktøy i moderne CNC-behandling.
1) Typer diamantverktøy
① Naturlig diamantverktøy: Naturlig diamant har blitt brukt som skjæreverktøy i hundrevis av år. Etter finsliping kan det naturlige enkrystalldiamantverktøyet være ekstremt skarpt, med en skjæreradius på opptil 0.002μm, noe som kan oppnå ultratynn skjæring, og kan behandle ekstremt høy arbeidsstykkepresisjon og ekstremt lav overflate ruhet. Det er et anerkjent, ideelt og uerstattelig ultrapresisjonsmaskinverktøy.
② PCD-diamantverktøy: Naturlig diamant er dyrt, og den mest brukte diamanten for skjæring er polykrystallinsk diamant (PCD). Siden tidlig på 1970-tallet, etter den vellykkede utviklingen av polykrystallinske diamantblader (polycrystauine diamant, referert til som PCD) fremstilt av høytemperatur- og høytrykkssynteseteknologi, har naturlige diamantverktøy blitt erstattet av kunstig polykrystallinsk diamant i mange anledninger. PCD-råmaterialer er rikelig, og prisen er bare noen få tideler til et dusin naturlig diamant.
PCD-verktøy kan ikke slipe ekstremt skarpe kanter, og overflatekvaliteten til det behandlede arbeidsstykket er ikke like god som naturlig diamant. For tiden er det ikke lett å produsere PCD-blader med sponbrytere i industrien. Derfor kan PCD kun brukes til presisjonsskjæring av ikke-jernholdige metaller og ikke-metaller, og det er vanskelig å oppnå ultrapresisjonsspeilskjæring.
③ CVD-diamantverktøy: CVD-diamantteknologi har dukket opp i Japan siden slutten av 1970-tallet og begynnelsen av 1980-tallet. CVD-diamant refererer til syntesen av diamantfilm på et heterogent substrat (som sementert karbid, keramikk, etc.) ved kjemisk dampavsetning (CVD). CVD-diamant har samme struktur og egenskaper som naturlig diamant.
Ytelsen til CVD-diamanter er veldig nær den for naturlig diamant. Den har fordelene med naturlig enkrystalldiamant og polykrystallinsk diamant (PCD), og overvinner til en viss grad deres mangler.
(2) Ytelsesegenskaper for diamantverktøy
① Ekstremt høy hardhet og slitestyrke: Naturlig diamant er det hardeste stoffet som finnes i naturen. Diamant har ekstremt høy slitestyrke. Ved bearbeiding av materialer med høy hardhet er levetiden til diamantverktøy 10 til 100 ganger så stor som for hardmetallverktøy, eller til og med opptil flere hundre ganger.
② Svært lav friksjonskoeffisient: Friksjonskoeffisienten mellom diamant og enkelte ikke-jernholdige metaller er lavere enn for andre verktøy. Lav friksjonskoeffisient betyr mindre deformasjon under bearbeiding, noe som kan redusere skjærekraften.
③ Veldig skarp skjærekant: Skjæreggen til diamantverktøy kan slipes veldig skarpt. Naturlige énkrystall-diamantverktøy kan være så skarpe som 0.002-0.008μm, som kan utføre ultratynn skjæring og ultrapresisjonsbehandling.
④ Svært høy termisk ledningsevne: Diamant har høy termisk ledningsevne og termisk diffusivitet, skjærevarme er lett å spre, og temperaturen på skjæredelen av verktøyet er lav.
⑤ Lav termisk ekspansjonskoeffisient: Den termiske ekspansjonskoeffisienten til diamant er flere ganger mindre enn den for sementert karbid, og endringen i verktøystørrelse forårsaket av skjærevarme er svært liten, noe som er spesielt viktig for presisjon og ultrapresisjonsbehandling med høydimensjonal krav til nøyaktighet.
(3) Bruk av diamantverktøy
Diamantverktøy brukes mest til finskjæring og boring av ikke-jernholdige metaller og ikke-metalliske materialer ved høye hastigheter. Egnet for behandling av forskjellige slitesterke ikke-metaller, for eksempel glassfiberforsterkede plastpulvermetallurgiemner, keramiske materialer, etc.; en rekke slitasjebestandige ikke-jernholdige metaller, for eksempel en rekke silisiumaluminiumslegeringer; en rekke ikke-jernholdige metaller etterbehandling.
Ulempen med diamantverktøy er at de har dårlig termisk stabilitet. Når skjæretemperaturen overstiger 700 grader ~ 800 grader, vil de fullstendig miste hardheten; i tillegg er de ikke egnet til å kutte jernholdige metaller, fordi diamant (karbon) lett reagerer med jernatomer ved høye temperaturer, omdanner karbonatomer til grafittstrukturer, og verktøyene blir lett skadet.
2. Typer, egenskaper og egenskaper ved verktøymaterialer og verktøyapplikasjoner for kubisk bornitrid
Kubisk bornitrid (CBN), et andre superhardt materiale syntetisert ved en metode som ligner på diamantfremstillingsmetoden, er kun nest etter diamant i hardhet og termisk ledningsevne. Den har utmerket termisk stabilitet og oksiderer ikke når den varmes opp til 10,000 grader i atmosfæren. CBN har ekstremt stabile kjemiske egenskaper for jernholdige metaller og kan brukes mye i bearbeiding av stålprodukter.
(1) Typer kubisk bornitridverktøy
Kubisk bornitrid (CBN) er et stoff som ikke finnes i naturen. Det kan deles inn i enkeltkrystall og polykrystallinsk, nemlig CBN enkeltkrystall og polykrystallinsk kubisk bornitrid (PCBN for kort). CBN er en av allotropene til bornitrid (BN) og har en struktur som ligner på diamant.
PCBN (polykrystallinsk kubisk bornitrid) er et polykrystallinsk materiale som lages ved å sintre sammen fine CBN-materialer gjennom en bindingsfase (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) under høy temperatur og høyt trykk. Det er for tiden verktøymaterialet med hardheten nest etter diamant som er kunstig syntetisert. Det og diamant blir samlet referert til som superharde verktøymaterialer. PCBN brukes hovedsakelig til å lage verktøy eller andre verktøy.
PCBN-verktøy kan deles inn i integrerte PCBN-blader og PCBN-komposittblader sintret med sementert karbid.
PCBN komposittblader lages ved å sintre et lag med {{0}}.5-1,0 mm tykt PCBN på en hardmetall med god styrke og seighet. Ytelsen kombinerer god seighet med høy hardhet og slitestyrke. Det løser problemene med lav bøyestyrke og vanskelig sveising av CBN-blader.
(2) Hovedegenskaper og egenskaper til kubisk bornitrid
Selv om hardheten til kubisk bornitrid er litt lavere enn for diamant, er den mye høyere enn andre materialer med høy hardhet. Den enestående fordelen med CBN er at dens termiske stabilitet er mye høyere enn for diamant, som kan nå over 1200 grader (diamant er 700-800 grader). En annen enestående fordel er at den er kjemisk inert og reagerer ikke kjemisk med jern ved 1200-1300 grader. De viktigste ytelsesegenskapene til kubisk bornitrid er som følger.
① Høy hardhet og slitestyrke: Krystallstrukturen til CBN er lik den til diamant, og den har lignende hardhet og styrke som diamant. PCBN er spesielt egnet for bearbeiding av materialer med høy hardhet som kun kunne slipes før, og kan oppnå bedre overflatekvalitet på arbeidsstykket.
② Høy termisk stabilitet: CBNs varmemotstand kan nå 1400-1500 grad , som er nesten 1 ganger høyere enn for diamant (700-800 grad ). PCBN-verktøy kan kutte høytemperaturlegeringer og herdet stål med en hastighet som er 3-5 ganger høyere enn for karbidverktøy.
③ Utmerket kjemisk stabilitet: Den reagerer ikke kjemisk med jernmaterialer ved 1200-1300 grader, og vil ikke slites like skarpt som diamant. På dette tidspunktet kan det fortsatt opprettholde hardheten til karbid; PCBN-verktøy er egnet for skjæring av herdede ståldeler og kjølt støpejern, og kan brukes mye i høyhastighetsskjæring av støpejern.
④ God termisk ledningsevne: Selv om CBNs varmeledningsevne ikke kan hamle opp med diamant, er PCBNs varmeledningsevne blant alle typer verktøymaterialer nest etter diamant, og er mye høyere enn høyhastighetsstål og karbid.
⑤ Lav friksjonskoeffisient: Lav friksjonskoeffisient kan føre til redusert skjærekraft, lavere skjæretemperatur og forbedret overflatekvalitet under skjæring.
(3) Bruk av kubisk bornitridverktøy
Kubisk bornitrid er egnet for etterbehandling av ulike materialer som er vanskelig å kutte, som herdet stål, hardt støpejern, høytemperaturlegering, sementert karbid, overflatesprøytematerialer osv. Maskineringsnøyaktigheten kan nå IT5 (IT6 for hull), og overflateruhetsverdien kan være så liten som Ra1,25~0.20μm.
Kubisk bornitridverktøymaterialer har dårlig seighet og bøyestyrke. Derfor er dreieverktøy for kubisk bornitrid ikke egnet for grov bearbeiding ved lav hastighet og med høy slagbelastning; samtidig er de ikke egnet for skjæring av materialer med høy plastisitet (som aluminiumslegering, kobberlegering, nikkelbasert legering, stål med høy plastisitet osv.), fordi ved skjæring av disse metallene vil alvorlige oppbyggingskanter genereres, noe som vil forringe den bearbeidede overflaten.
3. Typer, egenskaper og egenskaper ved keramiske verktøymaterialer og verktøyapplikasjoner
Keramiske verktøy har egenskapene høy hardhet, god slitestyrke, utmerket varmebestandighet og kjemisk stabilitet, og er ikke lett å binde med metaller. Keramiske verktøy inntar en svært viktig posisjon i CNC-maskinering. Keramiske verktøy har blitt et av hovedverktøyene for høyhastighetsskjæring og materialer som er vanskelige å bearbeide. Keramiske verktøy er mye brukt i høyhastighetsskjæring, tørrskjæring, hard skjæring og skjæring av materialer som er vanskelige å maskinere. Keramiske verktøy kan effektivt behandle høyharde materialer som tradisjonelle verktøy ikke kan behandle i det hele tatt, og realisere "dreiing i stedet for sliping"; den optimale skjærehastigheten til keramiske verktøy kan være 2 til 10 ganger høyere enn for hardmetallverktøy, og forbedrer dermed skjæreproduksjonseffektiviteten betydelig; de viktigste råvarene som brukes i keramiske verktøymaterialer er de mest tallrike elementene i jordskorpen. Derfor er promotering og bruk av keramiske verktøy av stor betydning for å forbedre produktiviteten, redusere prosesseringskostnadene og spare strategiske edle metaller, og vil også i stor grad fremme utviklingen av skjæreteknologi.
(1) Typer keramiske verktøymaterialer
Keramiske verktøymaterialer kan generelt deles inn i tre kategorier: alumina-basert keramikk, silisiumnitrid-basert keramikk og kompositt silisiumnitrid-alumina-basert keramikk. Blant dem er alumina-baserte og silisiumnitrid-baserte keramiske verktøymaterialer de mest brukte. Ytelsen til silisiumnitrid-basert keramikk er overlegen den til alumina-basert keramikk.
(2) Ytelse og egenskaper til keramiske verktøy
Ytelsesegenskapene til keramiske verktøy er som følger:
① Høy hardhet og god slitestyrke: Selv om hardheten til keramiske verktøy ikke er så høy som for PCD og PCBN, er den mye høyere enn hardmetall- og høyhastighetsstålverktøy, og når 93 ~ 95HRA. Keramiske verktøy kan behandle materialer med høy hardhet som er vanskelige å bearbeide med tradisjonelle verktøy, og egner seg for høyhastighetsskjæring og hardkutting.
② Høy temperaturbestandighet og god varmebestandighet: Keramiske verktøy kan fortsatt kutte ved høye temperaturer over 1200 grader. Keramiske verktøy har utmerkede høytemperatur mekaniske egenskaper. Al2O3 keramiske verktøy har spesielt god oksidasjonsmotstand. Skjæreggen kan brukes kontinuerlig selv i en rødglødende tilstand. Derfor kan keramiske verktøy oppnå tørrkutting, og dermed eliminere behovet for kuttevæske.
③ God kjemisk stabilitet: Keramiske verktøy er ikke enkle å binde med metaller, og er korrosjonsbestandige og kjemisk stabile, noe som kan redusere verktøyets limslitasje.
④ Lav friksjonskoeffisient: Keramiske verktøy har lav affinitet med metaller og lav friksjonskoeffisient, noe som kan redusere skjærekraft og skjæretemperatur.
(3) Bruk av keramiske verktøy
Keramikk er et av verktøymaterialene som hovedsakelig brukes til høyhastighets etterbehandling og semi-finish. Keramiske verktøy er egnet for skjæring av ulike støpejern (grått støpejern, duktilt jern, formbart støpejern, kjølt støpejern, høylegert slitebestandig støpejern) og stål (karbonkonstruksjonsstål, legert konstruksjonsstål, høyfast stål, høymanganstål, bråkjølt stål, etc.), og kan også brukes til å kutte kobberlegeringer, grafitt, ingeniørplast og komposittmaterialer.
Keramiske verktøymaterialer har problemer med lav bøyestyrke og dårlig slagfasthet, og er ikke egnet for skjæring under lav hastighet og slagbelastning.
4. Ytelse og egenskaper for belagte verktøymaterialer og påføring av verktøy
Malingsverktøy er en av de viktige måtene å forbedre verktøyytelsen på. Fremveksten av belagte verktøy har gjort et stort gjennombrudd når det gjelder skjæreytelse. Belagte verktøy lages ved å belegge ett eller flere lag med ildfaste forbindelser med god slitestyrke på en tøff verktøykropp. De kombinerer verktøysubstratet med et hardt belegg, og forbedrer dermed verktøyets ytelse betraktelig. Belagte verktøy kan forbedre prosesseringseffektiviteten, forbedre prosesseringsnøyaktigheten, forlenge verktøyets levetid og redusere prosesseringskostnadene.
Omtrent 80 % av skjæreverktøyene som brukes i nye CNC-maskiner bruker belagte verktøy. Belagte verktøy vil være den viktigste verktøyvarianten innen CNC-behandling i fremtiden.
(1) Typer belagte verktøy
Avhengig av belegningsmetoden kan belagte verktøy deles inn i verktøy belagt med kjemisk dampavsetning (CVD) og belagt verktøy med fysisk dampavsetning (PVD). Belagte karbidverktøy bruker vanligvis kjemisk dampavsetning, og avsetningstemperaturen er omtrent 1000 grader. Belagte høyhastighetsstålverktøy bruker vanligvis fysisk dampavsetning, og avsetningstemperaturen er omtrent 500 grader.
I henhold til de forskjellige basismaterialene til belagte verktøy, kan belagte verktøy deles inn i karbidbelagte verktøy, høyhastighets stålbelagte verktøy og belagte verktøy på keramikk og superharde materialer (diamant og kubisk bornitrid).
I henhold til egenskapene til belegningsmaterialene kan belagte verktøy deles inn i to kategorier, nemlig "hardt" belagt verktøy og "mykt" belagt verktøy. Hovedmålet med "hardt" belagte verktøy er høy hardhet og slitestyrke. Dens viktigste fordeler er høy hardhet og god slitestyrke. Typiske er TiC- og TiN-belegg. Målet med "myke" belagte verktøy er lav friksjonskoeffisient, også kjent som selvsmørende verktøy. Friksjonskoeffisienten med arbeidsstykkematerialet er svært lav, bare ca. 0.1, noe som kan redusere vedheft, redusere friksjon og redusere skjærekraft og skjæretemperatur.
Nylig har nanobelagte verktøy blitt utviklet. Denne typen belagt verktøy kan bruke forskjellige kombinasjoner av forskjellige beleggmaterialer (som metall/metall, metall/keramikk, keramikk/keramikk, etc.) for å møte ulike funksjons- og ytelseskrav. Rimelig utformede nanobelegg kan få verktøymaterialer til å ha utmerkede antifriksjons- og antislitasjefunksjoner og selvsmørende egenskaper, som er egnet for høyhastighets tørrkutting.
(2) Egenskaper for belagte verktøy
Ytelsesegenskapene til belagte verktøy er som følger:
① God mekanisk og kutteytelse: Belagte verktøy kombinerer de utmerkede egenskapene til basismaterialet og belegningsmaterialet, opprettholder den gode seigheten og høye styrken til basismaterialet, samtidig som de har den høye hardheten, høy slitestyrke og lav friksjonskoeffisient til belegget . Derfor kan skjærehastigheten til belagte verktøy økes med mer enn 2 ganger sammenlignet med ubelagte verktøy, og en høyere matehastighet er tillatt. Levetiden til belagte verktøy er også forbedret.
② Sterk allsidighet: Belagte verktøy har stor allsidighet og utvider behandlingsområdet betydelig. Ett belagt verktøy kan erstatte flere ubelagte verktøy.
③ Beleggtykkelse: Verktøyets levetid vil øke med økningen i beleggtykkelsen, men når beleggtykkelsen når metning, vil verktøyets levetid ikke lenger øke betydelig. Når belegget er for tykt, er det lett å forårsake avskalling; når belegget er for tynt, er slitestyrken dårlig.
④ Omsliping: Omslipingen av belagte blader er dårlig, belegningsutstyret er komplekst, prosesskravene er høye og belegningstiden er lang.
⑤ Beleggmateriale: Verktøy med forskjellige beleggmaterialer har forskjellig skjæreytelse. For eksempel: TiC-belegg har en fordel ved lavhastighetsskjæring; TiN er mer egnet for høyhastighetsskjæring.
(3) Påføring av belagt verktøy
Belagte verktøy har stort potensiale innen CNC-maskinering og vil være den viktigste verktøytypen innen CNC-maskinering i fremtiden. Beleggingsteknologi har blitt brukt på endefreser, rømmere, bor, verktøy for maskinering av sammensatte hull, tannhjulsplater, kuttere til utforming av gir, barberkuttere, formingsbrosjer og forskjellige maskinmonterte vendeskjær for å møte behovene til høyhastighetsskjæring av forskjellige ståltyper og støpejern, varmebestandige legeringer og ikke-jernholdige metaller.
5. Typer, egenskaper, egenskaper og bruksområder for verktøymaterialer av hardmetall
Hårdmetallverktøy, spesielt indekserbare hardmetallverktøy, er de ledende produktene av CNC-maskinverktøy. Siden 1980-tallet har ulike typer integrerte og indekserbare hardmetallverktøy eller blader blitt utvidet til ulike felt for skjæreverktøy. Blant dem har indekserbare hardmetallverktøy utvidet seg fra enkle dreieverktøy og planfreser til forskjellige presisjons-, komplekse og formingsverktøyfelt.
(1) Typer av hardmetallverktøy
I henhold til den viktigste kjemiske sammensetningen kan sementert karbid deles inn i wolframkarbidbasert sementert karbid og titankarbid (nitrid) (TiC (N))-basert sementert karbid.
Wolframkarbidbasert sementert karbid inkluderer tre typer: wolframkobolttype (YG), wolframkobolttitantype (YT) og sjeldne karbidtilsatt type (YW). De har hver sine fordeler og ulemper. Hovedkomponentene er wolframkarbid (WC), titankarbid (TiC), tantalkarbid (TaC), niobkarbid (NbC), etc. Den vanlig brukte metallbindingsfasen er Co.
Titankarbid (nitrid) basert sementert karbid er et hardmetall med TiC som hovedkomponent (noen har andre karbider eller nitrider tilsatt), og de vanligste metallbindingsfasene er Mo og Ni.
ISO (International Organization for Standardization) deler skjæring av hardmetall i tre kategorier:
K-kategori, inkludert Kl0~K40, tilsvarende mitt lands YG-kategori (hovedkomponenten er WC-Co).
P-kategori, inkludert P01~P50, tilsvarende mitt lands YT-kategori (hovedkomponenten er WC-TiC-Co).
M-kategori, inkludert M10~M40, tilsvarende mitt lands YW-kategori (hovedkomponenten er WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Hvert merke er representert med et tall mellom 01 og 50 for å representere en serie legeringer fra høy hardhet til maksimal seighet.
(2) Ytelsesegenskaper for hardmetallverktøy
Ytelsesegenskapene til hardmetallverktøy er som følger:
① Høy hardhet: Sementert karbidverktøy er laget av karbider (kalt hard fase) med høy hardhet og smeltepunkt og metallbindemiddel (kalt bindefase) gjennom pulvermetallurgi. Hardheten deres når 89-93HRA, som er mye høyere enn høyhastighetsstål. Ved 5400 grader kan hardheten fortsatt nå 82-87HRA, som er den samme som hardheten til høyhastighetsstål ved romtemperatur (83-86HRA). Hardhetsverdien til sementert karbid varierer med arten, kvantiteten, partikkelstørrelsen og innholdet av metallbindingsfasen til karbider, og avtar generelt med økningen av bindemetallfaseinnholdet. Når bindefaseinnholdet er det samme, er hardheten til YT-legeringen høyere enn for YG-legeringen, og legeringen med TaC (NbC) tilsatt har høyere høytemperaturhardhet.
② Bøyestyrke og seighet: Bøyestyrken til vanlig brukt hardmetall er i området 900-1500MPa. Jo høyere innhold av metallbindingsfase, jo høyere bøyestyrke. Når bindemiddelinnholdet er det samme, er styrken til YG-type (WC-Co) legering høyere enn for YT-type (WC-TiC-Co) legering, og styrken avtar med økningen av TiC-innhold. Sementert karbid er et sprøtt materiale, og slagfastheten ved romtemperatur er bare 1/30 til 1/8 av høyhastighetsstål.
(3) Bruk av vanlig brukte hardmetallverktøy
YG-legeringer brukes hovedsakelig til bearbeiding av støpejern, ikke-jernholdige metaller og ikke-metalliske materialer. Finkornet hardmetall (som YG3X, YG6X) har høyere hardhet og slitestyrke enn mellomkornet når koboltinnholdet er det samme. Den er egnet for å behandle noe spesielt hardt støpejern, austenittisk rustfritt stål, varmebestandig legering, titanlegering, hard bronse og slitesterkt isolasjonsmateriale.
De enestående fordelene med YT-type sementert karbid er høy hardhet, god varmebestandighet, høyere hardhet og trykkstyrke ved høy temperatur enn YG-type, og god oksidasjonsmotstand. Derfor, når verktøyet kreves for å ha høyere varmebestandighet og slitestyrke, bør en klasse med høyere TiC-innhold velges. YT-legeringer er egnet for bearbeiding av plastmaterialer som stål, men ikke for bearbeiding av titanlegeringer og silisiumaluminiumslegeringer.
YW-legeringer har egenskapene til både YG- og YT-legeringer og har gode helhetlige egenskaper. De kan brukes til å behandle stål, støpejern og ikke-jernholdige metaller. Hvis koboltinnholdet i denne typen legeringer økes på passende måte, kan styrken være svært høy og kan brukes til grovbearbeiding og periodisk skjæring av ulike vanskelige å behandle materialer.
6. Typer, egenskaper og bruksområder for høyhastighetsstålverktøy
High Speed Steel (HSS) er et høylegert verktøystål med en stor mengde legeringselementer som W, Mo, Cr og V. Høyhastighets stålverktøy har utmerket omfattende ytelse når det gjelder styrke, seighet og bearbeidbarhet . Høyhastighetsstål har fortsatt en stor posisjon i komplekse verktøy, spesielt innen produksjon av hullbehandlingsverktøy, freser, gjengeverktøy, brosjer, girskjæreverktøy og andre verktøy med komplekse bladformer. Høyhastighets stålverktøy er enkle å slipe skjærekanten.
I henhold til forskjellige bruksområder kan høyhastighetsstål deles inn i høyhastighetsstål for generell bruk og høyhastighetsstål med høy ytelse.
(1) Høyhastighetsstålverktøy for generell bruk
Høyhastighetsstål for generell bruk. Generelt kan det deles inn i to kategorier: wolframstål og wolfram-molybdenstål. Denne typen høyhastighetsstål inneholder 0,7 % til 0,9 % wolfram. I henhold til det forskjellige wolframinnholdet i stålet, kan det deles inn i wolframstål som inneholder 12 % eller 18 % W, wolfram-molybdenstål som inneholder 6 % eller 8 % W, og molybdenstål som inneholder 2 % eller ingen W. Generelle formål høyhastighetsstål har en viss hardhet (63-66HRC) og slitestyrke, høy styrke og seighet, god plastisitet og prosesseringsteknologi, så det er mye brukt i produksjon av ulike komplekse verktøy.
① Wolframstål: Den typiske karakteren for høyhastighetsstål av høyhastighetsstål er W18Cr4V (forkortet W18), som har god omfattende ytelse. Høytemperaturhardheten ved 6000 grader er 48,5 HRC, som kan brukes til å produsere forskjellige komplekse verktøy. Den har fordelene med god slipbarhet og lav avkarboniseringsfølsomhet, men på grunn av det høye karbidinnholdet, ujevn fordeling, store partikler, lav styrke og seighet.
② Wolfram-molybdenstål: refererer til et høyhastighetsstål oppnådd ved å erstatte deler av wolfram i wolframstål med molybden. Den typiske typen wolfram-molybdenstål er W6Mo5Cr4V2 (forkortet M2). Karbidpartiklene til M2 er fine og jevne, og dens styrke, seighet og høytemperaturplastisitet er bedre enn W18Cr4V. Et annet wolfram-molybdenstål er W9Mo3Cr4V (forkortet til W9), som har litt høyere termisk stabilitet enn M2-stål, bedre bøyestyrke og seighet enn W6M05Cr4V2, og har god bearbeidbarhet.
(2) Høyytelses høyhastighets stålverktøy
Høyytelses høyhastighetsstål refererer til en ny type stål som tilfører noe karboninnhold, vanadiuminnhold og legeringselementer som Co og Al til den generelle høyhastighetsstålsammensetningen, og dermed forbedrer varmebestandigheten og slitestyrken. Det er hovedsakelig følgende kategorier:
① Høy-karbon høyhastighetsstål. Høykarbon høyhastighetsstål (som 95W18Cr4V) har høy hardhet ved romtemperatur og høy temperatur. Den er egnet for produksjon av verktøy for bearbeiding av vanlig stål og støpejern, bor, rømmer, kraner og freser med høye krav til slitestyrke, eller bearbeiding av hardere materialer. Den er ikke egnet for store påvirkninger.
② Høyhastighetsstål med høy vanadium. Typiske kvaliteter, som W12Cr4V4Mo (forkortet EV4), inneholder 3%~5% V, har god slitestyrke og er egnet for å kutte materialer som er ekstremt slitasjeutsatte for verktøy, som fiber, hard gummi, plast, etc. Den kan også brukes til å behandle rustfritt stål, høyfast stål og høytemperaturlegeringer.
③ Kobolt høyhastighetsstål. Det er et koboltholdig superhardt høyhastighetsstål. Typiske karakterer, som W2Mo9Cr4VCo8 (forkortet M42), har høy hardhet, og hardheten kan nå 69 ~ 70HRC. Den egner seg for bearbeiding av vanskelig bearbeidede materialer som høyfast varmebestandig stål, høytemperaturlegeringer, titanlegeringer osv. M42 har god slipbarhet og egner seg for å lage presisjon og komplekse verktøy, men den egner seg ikke for arbeid under støtskjæringsforhold.
④ Høyhastighetsstål i aluminium. Det er et superhardt høyhastighetsstål som inneholder aluminium. Typiske karakterer inkluderer W6Mo5Cr4V2Al (forkortet til 501). Dens høytemperaturhardhet ved 6000 grader når også 54HRC. Dens kutteytelse tilsvarer M42. Den er egnet for produksjon av freser, bor, rømmer, kuttere, brosjer osv. Den brukes til å behandle legert stål, rustfritt stål, høyfast stål og høytemperaturlegeringer.
⑤ Nitrogen superhardt høyhastighetsstål. Typiske karakterer inkluderer W12M03Cr4V3N (forkortet til (V3N). Det er et nitrogenholdig superhardt høyhastighetsstål. Dets hardhet, styrke og seighet tilsvarer M42. Det kan brukes som en erstatning for koboltholdig høyhastighetsstål. stål og brukes til lavhastighetsskjæring av vanskelig bearbeidede materialer og lavhastighets høypresisjonsbehandling.
(3) Smelting av høyhastighetsstål og pulvermetallurgi høyhastighetsstål
I henhold til forskjellige produksjonsprosesser kan høyhastighetsstål deles inn i smeltende høyhastighetsstål og pulvermetallurgi høyhastighetsstål.
① Smelting av høyhastighetsstål: Vanlig høyhastighetsstål og høyhastighetsstål med høy ytelse er begge produsert ved smeltemetoder. De lages til skjæreverktøy gjennom prosesser som smelting, støping av blokker og plettering og valsing. Et alvorlig problem som lett oppstår ved smelting av høyhastighetsstål er karbidsegregering. Harde og sprø karbider er ujevnt fordelt i høyhastighetsstål, og kornene er grove (opptil titalls mikron), noe som har en negativ effekt på slitestyrken, seigheten og skjæreytelsen til høyhastighetsstålverktøy.
② Pulvermetallurgi høyhastighetsstål (PM HSS): Pulvermetallurgi høyhastighetsstål (PM HSS) er en stålvæske smeltet i en høyfrekvent induksjonsovn, som forstøves med høytrykksargon eller rent nitrogen, og deretter raskt avkjølt for å oppnå en fin og jevn krystallinsk struktur (høyhastighetsstålpulver). Det resulterende pulveret blir deretter presset inn i et knivemne under høy temperatur og høyt trykk, eller først gjort til et stålemne og deretter smidd og rullet til en verktøyform. Sammenlignet med høyhastighetsstål produsert ved smeltemetoden, har PM HSS fordelene med fine og jevne karbidkorn, og mye høyere styrke, seighet og slitestyrke enn smelting av høyhastighetsstål. Innenfor komplekse CNC-verktøy vil PM HSS-verktøy videreutvikle og innta en viktig posisjon. Typiske kvaliteter, som F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., kan brukes til å produsere store, tungt belastede og slagkraftige skjæreverktøy, og kan også brukes til å produsere presisjon skjæreverktøy.
Prinsipper for valg av CNC-verktøymaterialer
For tiden inkluderer de mye brukte CNC-verktøymaterialene hovedsakelig diamantverktøy, kubisk bornitridverktøy, keramiske verktøy, belagte verktøy, karbidverktøy og høyhastighetsstålverktøy. Det finnes mange kvaliteter av verktøymaterialer, og ytelsen varierer sterkt. De viktigste ytelsesindikatorene for ulike verktøymaterialer er vist i følgende tabell.
Verktøymaterialer for CNC-bearbeiding må velges i henhold til arbeidsstykket som bearbeides og bearbeidingens art. Valget av verktøymaterialer bør være rimelig tilpasset bearbeidingsobjektet. Tilpasningen av skjæreverktøysmaterialer og maskineringsobjekter refererer hovedsakelig til matchingen av de mekaniske egenskapene, fysiske egenskapene og kjemiske egenskapene til de to for å oppnå den lengste verktøylevetiden og maksimal skjæreproduktivitet.
1. Matching av mekaniske egenskaper til skjærende verktøymaterialer og maskineringsobjekter
Problemet med å matche mekaniske egenskaper til skjæreverktøy og maskineringsobjekter refererer hovedsakelig til matching av mekaniske egenskaper parametere som styrke, seighet og hardhet til verktøy og arbeidsstykkematerialer. Verktøymaterialer med forskjellige mekaniske egenskaper er egnet for bearbeiding av forskjellige arbeidsstykkematerialer.
① The order of tool material hardness is: diamond tool> cubic boron nitride tool> ceramic tool> cemented carbide>høyhastighets stål.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide> ceramic tool>diamant- og kubisk bornitridverktøy.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide>kubisk bornitrid, diamant og keramisk verktøy.
Arbeidsstykkematerialer med høy hardhet må bearbeides med verktøy med høyere hardhet. Hardheten til verktøymaterialet må være høyere enn arbeidsstykkets materiale, generelt kreves det å være over 60HRC. Jo høyere hardhet verktøymaterialet har, desto bedre slitestyrke. For eksempel, når koboltinnholdet i sementert karbid øker, øker styrken og seigheten, og hardheten reduseres, noe som er egnet for grovbearbeiding; når koboltinnholdet synker, øker hardheten og slitestyrken, noe som er egnet for finbearbeiding.
Verktøy med utmerkede høytemperaturmekaniske egenskaper er spesielt egnet for høyhastighetsskjæring. Den utmerkede høytemperaturytelsen til keramiske verktøy gjør at de kan kutte ved høye hastigheter, og den tillatte kuttehastigheten kan økes med 2 til 10 ganger sammenlignet med hardmetall.
2. Matche de fysiske egenskapene til skjærende verktøymaterialer med prosessobjekter
Verktøy med ulike fysiske egenskaper, som høyhastighetsstålverktøy med høy termisk ledningsevne og lavt smeltepunkt, keramiske verktøy med høyt smeltepunkt og lav termisk ekspansjon, diamantverktøy med høy varmeledningsevne og lav termisk ekspansjon, etc., er egnet for bearbeiding av forskjellige arbeidsstykkematerialer. Ved bearbeiding av arbeidsstykker med dårlig varmeledningsevne bør verktøymaterialer med bedre varmeledningsevne brukes for å la skjærevarmen raskt overføres og redusere skjæretemperaturen. Diamant har høy termisk ledningsevne og termisk diffusivitet, slik at skjærevarmen lett kan spres uten å forårsake store termiske deformasjoner, noe som er spesielt viktig for presisjonsbearbeidingsverktøy med høye krav til dimensjonsnøyaktighet.
① Varmemotstandstemperatur for ulike verktøymaterialer: 700-8000 grad for diamantverktøy, 13000-15000 grad for PCBN-verktøy, 1100-12000 grad for keramiske verktøy, 900-11000 grad for TiC(N) -basert hardmetall, 800-9000 grad for WC-basert ultrafinkornet hardmetall, og 600-7000 grad for 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>Al2O3-basert keramikk.
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-basert keramikk.
3. Kjemisk ytelsesmatching av skjærende verktøymaterialer og prosessobjekter
Det kjemiske ytelsesmatchingsproblemet for skjærende verktøymaterialer og bearbeiding av gjenstander refererer hovedsakelig til kjemiske ytelsesparametere som kjemisk affinitet, kjemisk reaksjon, diffusjon og oppløsning av verktøymaterialer og arbeidsstykkematerialer. Verktøy av forskjellige materialer er egnet for bearbeiding av forskjellige arbeidsstykkematerialer.
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. Rimelig utvalg av CNC-verktøymaterialer
Generelt sett er PCBN, keramiske verktøy, belagt karbid og TiCN-baserte karbidverktøy egnet for CNC-bearbeiding av jernholdige metaller som stål; mens PCD-verktøy er egnet for maskinering av ikke-jernholdige metallmaterialer som Al, Mg, Cu og deres legeringer og ikke-metalliske materialer. Tabellen nedenfor viser noen arbeidsstykkematerialer som er egnet for bearbeiding med forskjellige verktøymaterialer.