Verktøymaterialer bør ha grunnleggende egenskaper
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, kunne tåle høye skjæretemperaturer, og ha god antioksidantevne.
(4) Prosessytelse og økonomi. Verktøymaterialet bør ha god smiingsytelse, varmebehandlingsytelse, sveiseytelse, slipeytelse osv., og bør ha et høyt ytelses-prisforhold.
2
Typer, egenskaper, egenskaper og anvendelser av verktøymaterialer
1. Diamantverktøymaterialer
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-bearbeiding.
(1) Typer diamantverktøy
① Naturlig diamantverktøy: Naturlig diamant har blitt brukt som et skjæreverktøy i hundrevis av år. Naturlig enkeltkrystall diamantverktøy kan finslipes til en ekstremt skarp kant med en skjæreradius på opptil 0,002 μm. De kan oppnå ultra-tynt skjæring og kan produsere ekstremt høy arbeidsstykkepresisjon og ekstremt lav overflateruhet. De er anerkjente, ideelle og uerstattelige ultra-bearbeidingsverktøy.
② PCD-diamantverktøy: Naturlige diamanter er dyre, og diamanten som er mye brukt i skjæring er polykrystallinsk diamant (PCD). Siden tidlig på 1970-tallet, etter den vellykkede utviklingen av polykrystallinske diamanter (PCD-blader) fremstilt av høytemperatur- og høytrykkssynteseteknologi, har naturlige diamantverktøy blitt erstattet av kunstige polykrystallinske diamanter ved mange anledninger. PCD-råvarer er rikelig, og prisen er bare noen få tideler til et dusin tideler av naturlige diamanter. PCD-verktøy kan ikke slipe ekstremt skarpe kanter, og overflatekvaliteten på de behandlede arbeidsstykkene er ikke like god som naturlige diamanter. For tiden kan ikke PCD-blader med sponbrytere enkelt produseres i industrien. Derfor kan PCD bare brukes til presisjonsskjæring av ikke-jernholdige metaller og ikke-metaller, og det er vanskelig å oppnå ultra-speilskjæring.
③ CVD-diamantverktøy: Siden slutten av 1970- og begynnelsen av 1980-tallet har CVD-diamantteknologi dukket opp i Japan. CVD-diamant refererer til diamantfilm syntetisert 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 deres mangler til en viss grad.
(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 prosessering av materialer med høy-hardhet er levetiden til diamantverktøy 10 til 100 ganger så lang 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. Den lave friksjonskoeffisienten betyr mindre deformasjon under bearbeiding, noe som kan redusere skjærekraften.
③ Veldig skarp skjærekant: Skjæreggen på diamantverktøy kan slipes til et veldig skarpt nivå. Naturlige énkrystall-diamantverktøy kan nå 0,002 til 0,008 μm, som kan utføre ultra-tynn skjæring og ultra-presisjonsmaskinering.
④ Høy termisk ledningsevne: Diamant har høy termisk ledningsevne og termisk diffusivitet, skjærevarme spres lett, 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 ultra-presisjonsbearbeiding med høye krav til dimensjonsnøyaktighet.
(3) Bruk av diamantverktøy
Diamantverktøy brukes mest til finskjæring og boring av ikke-jernholdige metaller og ikke-metalliske materialer ved høye hastigheter. Egnet for bearbeiding av ulike slitasjebestandige ikke-metaller, for eksempel glassfiberpulvermetallurgiemner, keramiske materialer, etc.; ulike slitasjebestandige ikke-jernholdige metaller, for eksempel ulike silisiumaluminiumslegeringer; ulike ikke-jernholdige metaller.
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, og omdanner karbonatomer til grafittstrukturer, noe som gjør verktøyene ekstremt enkle å skade.
2. Kubisk bornitridverktøymaterialer
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 selv 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 enkeltkrystaller og polykrystallinske krystaller, nemlig CBN-enkeltkrystaller og polykrystallinsk kubisk bornitrid (PCBN). CBN er en av allotropene til bornitrid (BN) og har en struktur som ligner på diamant.
PCBN (polykrystallinsk kubisk bornitrid) er et polykrystallinsk materiale laget ved å sintre sammen fine CBN-materialer gjennom en bindefase (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) under høy temperatur og høyt trykk. Det er for tiden verktøymaterialet med hardhet 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 mer enn 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 ligner på diamant, og den har lignende hardhet og styrke som diamant. PCBN er spesielt egnet for å behandle materialer med høy-hardhet som kun kunne slipes før, og som kan oppnå bedre overflatekvalitet på arbeidsstykket.
② Den har høy termisk stabilitet: Varmemotstanden til CBN kan nå 1400-1500 grader, som er nesten 1 ganger høyere enn varmebestandigheten til diamant (700-800 grader). 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 ut like raskt som diamant. På dette tidspunktet kan den fortsatt opprettholde hardheten til sementert karbid; PCBN-verktøy er egnet for skjæring av herdede ståldeler og kjølt støpejern, og kan brukes mye i høy-skjæring av støpejern.
④ God termisk ledningsevne: Selv om den termiske ledningsevnen til CBN ikke kan hamle opp med diamant, er den termiske ledningsevnen til PCBN kun nest etter diamant blant alle typer verktøymaterialer, og er mye høyere enn høyhastighetsstål og sementert karbid.
⑤ Lav friksjonskoeffisient: Lav friksjonskoeffisient kan føre til redusert skjærekraft, lavere skjæretemperatur og forbedret bearbeidingsoverflatekvalitet under skjæring.
(3) Bruk av kubisk bornitridverktøy
Kubisk bornitrid er egnet for etterbehandling av forskjellige hard-å-materialer som herdet stål, hardt støpejern, høy-temperaturlegering, sementert karbid, overflatesprøytematerialer osv. Bearbeidingsnøyaktigheten kan nå IT5 (IT6 for hull), og overflateruhetsverdien kan være så liten som Ra.5~02.μ.μ.
Kubisk bornitridverktøymaterialer har dårlig seighet og bøyestyrke. Derfor er dreieverktøy for kubisk bornitrid ikke egnet for grovbearbeiding med lav-hastighet og høy-påvirkning; samtidig er de ikke egnet for å kutte materialer med høy plastisitet (som aluminiumslegeringer, kobberlegeringer, nikkel-baserte legeringer, stål med høy plastisitet, etc.), fordi det ved skjæring av disse metallene vil dannes alvorlige oppbygde-kanter som vil forringe maskinoverflaten.
3. Keramiske verktøymaterialer
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 innen CNC-maskinering. Keramiske verktøy har blitt et av hovedverktøyene for høy-skjæring og vanskelige-å-materialer. Keramiske verktøy er mye brukt i høy-skjæring, tørrskjæring, hard skjæring og skjæring av vanskelig-å-materialer. Keramiske skjæreverktøy kan effektivt behandle materialer med høy{10}}hardhet som tradisjonelle skjæreverktøy ikke kan behandle i det hele tatt, og realisere "snu i stedet for sliping"; den optimale skjærehastigheten til keramiske skjæreverktøy kan være 2 til 10 ganger høyere enn for skjæreverktøy i karbid, og forbedrer dermed skjæreproduksjonseffektiviteten betydelig; de viktigste råvarene som brukes i keramiske skjæreverktøy er de mest tallrike elementene i jordskorpen. Derfor er promotering og bruk av keramiske skjæreverktøy av stor betydning for å forbedre produktiviteten, redusere prosesseringskostnadene og spare strategiske edle metaller, og vil også i stor grad fremme fremgangen innen skjæreteknologi.
(1) Typer av keramiske skjæreverktøymaterialer
Keramiske skjæreverktøymaterialer 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 skjæreverktøymaterialer de mest brukte. Ytelsen til silisiumnitrid-basert keramikk er overlegen ytelsen til alumina-basert keramikk.
(2) Ytelse og egenskaper til keramiske skjæreverktøy
① Høy hardhet og god slitestyrke: Selv om hardheten til keramiske skjæreverktøy ikke er så høy som for PCD og PCBN, er den mye høyere enn hardmetall- og høyhastighetsstål-skjæreverktøy, og når 93~95HRA. Keramiske verktøy kan behandle materialer med høy-hardhet som er vanskelig å behandle med tradisjonelle verktøy, og er egnet for høy-skjæring og hard kutting.
② Høy temperaturbestandighet og god varmebestandighet: Keramiske verktøy kan fortsatt kutte ved høye temperaturer over 1200 grader. Keramiske verktøy har utmerkede høye-mekaniske egenskaper, og keramiske verktøy har spesielt god oksidasjonsmotstand. Selv om skjærekanten er i rød-varm tilstand, kan den brukes kontinuerlig. Derfor kan keramiske verktøy oppnå tørr kutting, 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 en lav friksjonskoeffisient, som kan redusere skjærekraft og skjæretemperatur.
(3) Påføring av keramiske verktøy
Keramikk er et av verktøymaterialene som hovedsakelig brukes til høyhastighets-etterbehandling og semi-etterbehandling. Keramiske verktøy er egnet for skjæring av ulike støpejern (grått støpejern, duktilt jern, formbart støpejern, kjølt støpejern, høylegert slitasjebestandig støpejern) og stål (karbonkonstruksjonsstål, legert konstruksjonsstål, høyfast stål, høy manganstål, bråkjølt stål, kan også brukes til å kutte alt stål, etc.), og kografere alt stål, etc.), og komposittmaterialer.
Keramiske verktøymaterialer har lav bøyestyrke og dårlig slagfasthet, og er ikke egnet for skjæring under lav hastighet og slagbelastning.
4. Belagte verktøymaterialer
Å belegge verktøyet 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 er belagt med ett eller flere lag med ildfaste forbindelser med god slitestyrke på den tøffe verktøykroppen. Den 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-bearbeiding i fremtiden.
(1) Typer belagte verktøy
I henhold til forskjellige beleggingsmetoder kan belagte verktøy deles inn i verktøy belagt med kjemisk dampavsetning (CVD) og belagt verktøy med fysisk dampavsetning (PVD). Belagte karbidverktøy bruker generelt kjemisk dampavsetningsmetode, og avsetningstemperaturen er omtrent 1000 grader. Belagte høyhastighetsstålverktøy bruker vanligvis fysisk dampavsetningsmetode, og avsetningstemperaturen er omtrent 500 grader.
I henhold til ulike belagte verktøysubstratmaterialer kan belagte verktøy deles inn i karbidbelagte verktøy, høyhastighetsstålbelagte verktøy og belagte verktøy på keramikk og superharde materialer (diamant og kubisk bornitrid).
I henhold til egenskapene til belegningsmaterialer kan belagte verktøy deles inn i to kategorier, nemlig "harde" belagte verktøy og "myke" belagte verktøy. Hovedmålet med "hardt" belagte verktøy er høy hardhet og slitestyrke. Dens viktigste fordeler er høy hardhet og god slitestyrke. Typiske eksempler er TiC- og TiN-belegg. Målet med "myke" belagte verktøy er lav friksjonskoeffisient. De kalles også selv-smørende verktøy. Friksjonskoeffisienten mellom dem og arbeidsstykkematerialet er svært lav, bare ca. 0,1, noe som kan redusere vedheft, redusere friksjon og redusere skjærekraft og skjæretemperatur.
Nylig har nano-belagte verktøy blitt utviklet. Denne typen belagt verktøy kan bruke forskjellige kombinasjoner av beleggsmaterialer (som metall/metall, metall/keramikk, keramikk/keramikk, etc.) for å møte ulike funksjons- og ytelseskrav. Et godt-designet nano-belegg kan gjøre at verktøymaterialet har utmerkede anti-friksjons- og anti-slitasjefunksjoner og selv-smørende egenskaper, som er egnet for høy-tørrskjæring.
(2) Egenskaper for belagte verktøy
① Gode mekaniske og skjærende egenskaper: Belagte verktøy kombinerer de utmerkede egenskapene til basismaterialet og beleggmaterialet, opprettholder den gode seigheten og høye styrken til basismaterialet, samtidig som de har den høye hardheten, høye slitestyrken og den lave friksjonskoeffisienten 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 ikke lenger verktøyets levetid 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 kutting med lav-hastighet; TiN er mer egnet for høy-skjæring.
(2) Påføring av belagt verktøy
Belagte verktøy har stort potensial innen CNC-maskinering og vil være det mest populære innen CNC-maskinering i fremtiden
Viktige redskapsvarianter. Beleggingsteknologi har blitt brukt på endefreser, rømmere, bor, verktøy for prosessering av sammensatte hull, tannhjulsplater, girformingskuttere, tannskjæremaskiner, formingsbrosjer og forskjellige maskin-fastklemte vendeskjær for å møte behovene til høy-skjæring av forskjellige stål og støpejern, varmebestandige{{3}metaller og jernbestandige{{4}metaller.
5. Verktøymaterialer av hardmetall
Hårdmetallverktøy, spesielt indekserbare hardmetallverktøy, er de ledende produktene av CNC-maskinverktøy. Siden 1980-tallet har forskjellige integrerte og indekserbare hardmetallverktøy eller -skjær blitt utvidet til forskjellige skjæreverktøyfelt. Blant dem har indekserbare hardmetallverktøy utvidet seg fra enkle dreieverktøy og planfreser til ulike presisjons-, komplekse og formingsverktøyfelt.
(1) Typer av hardmetallverktøy
I henhold til den kjemiske hovedsammensetningen kan sementert karbid deles inn i wolframkarbid-basert sementert karbid og titankarbid (nitrid) (TiCN)-basert hardmetall.
Wolframkarbid-baserte sementerte karbider inkluderer wolframkobolt (YG), wolframkobolttitan (YT) og sjelden karbidtilsetning (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.
Karbon (nitrid) titan-basert sementert karbid er en sementert karbid med TiC som hovedkomponent (noen andre karbider eller nitrider er 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, tilsvarer mitt lands YG-kategori (hovedkomponenter er WC og Co).
P-kategorien, inkludert P01~P50, tilsvarer mitt lands YT-kategori (hovedkomponenter er WC, TiC, Co).
M-kategori, inkludert M10~M40, tilsvarer mitt lands YW-kategori (hovedkomponenter er WC-TiC-TaC, NbC=-Co).
Hvert merke er representert med et tall mellom 01 og 50, som representerer en serie legeringer fra høy hardhet til maksimal seighet.
(2) Ytelseskarakteristikker for hardmetallverktøy
① Høy hardhet: Sementert karbidverktøy er laget av karbider med høy hardhet og smeltepunkt (kalt hard fase) og metallbindemiddel (kalt bindefase) gjennom pulvermetallurgi. Hardheten når 89~93HRA, som er mye høyere enn høyhastighetsstål. Ved 5400 grader kan hardheten fortsatt nå 82~87HRA, som er det 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 innholdet i bindingsfasen er det samme, er hardheten til YT-legeringen høyere enn YG-legeringen, og legeringen med TaC (NbC) tilsatt har høyere høytemperaturhardhet.
② Bøyestyrke og seighet: Bøyestyrken til vanlig sementert karbid er i området 900-1500 MPa. Jo høyere innhold av metallbindingsfase, jo høyere bøyestyrke. Når innholdet av bindemiddel er det samme, er styrken til YG (WC-Co)-legeringen høyere enn YT-legeringen (WC-TiC-Co), og styrken avtar med økningen av TiC-innholdet. Hardmetall er et sprøtt materiale, og slagfastheten ved romtemperatur er bare 1/30-1/8 av høyhastighetsstål.
(3) Bruk av vanlige hardmetallverktøy
YG-legeringer brukes hovedsakelig til bearbeiding av støpejern, ikke-jernholdige metaller og ikke-metalliske materialer. Fin-karbid (som YG3X, YG6X) har høyere hardhet og slitestyrke enn middels-kornet karbid når koboltinnholdet er det samme. Den er egnet for å behandle noe spesielt hardt støpejern, austenittisk rustfritt stål, varme-legering, titanlegering, hard bronse og slitebestandig-isolasjonsmateriale.
De enestående fordelene med YT-karbid er høy hardhet, god varmebestandighet, høyere hardhet og trykkstyrke ved høy temperatur enn YG-type, og god oksidasjonsmotstand. Derfor, når kniven kreves for å ha høyere varmebestandighet og slitestyrke, bør en kvalitet med høyere TiC-innhold velges. YT-legeringer er egnet for bearbeiding av plastmaterialer som stål, men ikke for bearbeiding av titanlegeringer og silisium-aluminiumslegeringer.
YW-legeringer har egenskapene til YG og YT-type legeringer og har gode omfattende egenskaper. Den 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 forskjellige-å-materialer.
6. Høyhastighets-stålverktøy
Høy-hastighetsstål (HSS) er et høy-legert verktøystål med en stor mengde legeringselementer som W, Mo, Cr og V. Høy-stålverktøy har utmerket omfattende ytelse når det gjelder styrke, seighet og bearbeidbarhet. Høyhastighetsstål har fortsatt en viktig posisjon innen komplekse verktøy, spesielt innen produksjon av hullbehandlingsverktøy, freser, gjengeverktøy, brosjer, skjæreverktøy og andre komplekse bladformede verktøy. Høyhastighets-stålverktøy er enkle å slipe.
I henhold til ulike bruksområder kan høyhastighetsstål deles inn i høyhastighetsstål for generell-formål og høyhastighetsstål med høy-ytelse-.
(1) Generelle-høyhastighets-stålverktøy
Høyhastighetsstål for generell-formål. Generelt kan det deles inn i wolframstål og wolfram-molybdenstål. Denne typen høyhastighetsstål inneholder 0,7 % til 0,9 % (C). 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. Generell-formål høy-hastighetsbestandighet (RC) og høy slitestyrke (RC63~6) seighet, god plastisitet og prosesseringsteknologi, så det er mye brukt i produksjon av forskjellige komplekse verktøy.
① Tungsten-stål: Den typiske typen for generell-høyhastighets-tungstenstål er W18Cr4V (forkortet til 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 Tungsten-molybdenstål: Det refererer til et høyhastighetsstål oppnådd ved å erstatte en del av wolfram i wolframstål med molybden. Den typiske typen wolfram-molybdenstål er W6Mo5Cr4V2 (forkortet M2). Karbidpartiklene til M2 er fine og jevne, og styrken, seigheten og plastisiteten ved høye{11}}temperaturer er bedre enn W18Cr4V. En annen type 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) Høy-høyhastighets-stålverktøy
Høy-ytelses høy-stål 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 høyhastighets-stål. Høy-karbon høyhastighets-stål (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 Høy-vanadium høyhastighets-stål. Typiske kvaliteter, som W12Cr4V4Mo (forkortet EV4), inneholder V til 3 %~5 %, god slitestyrke, egnet for skjæring av materialer med stor verktøyslitasje, som fiber, hard gummi, plast osv., kan også brukes til å behandle rustfritt stål,{10}}høyfast stål og høytemperaturlegeringer.
③ Kobolt høyhastighets-stål. Det er et-koboltholdig super-hardt høyhastighets-stål. Typiske karakterer som W2Mo9Cr4VCo8 (forkortet M42) har høy hardhet, som kan nå 69~70HRC. Den er egnet for behandling av høy-varmebestandig-stål, høy-temperaturlegering, titanlegering og andre vanskelige-å-materialer. M42 har god slipbarhet og er egnet for å lage presisjon og komplekse verktøy, men den er ikke egnet for arbeid under støtskjæringsforhold.
④ Høyhastighetsstål i-aluminium. Det er et-aluminium som inneholder super-hardt høyhastighets-stål. 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., og brukes til å behandle legert stål, rustfritt stål, høy-stål og høy-temperaturlegeringer.
⑤ Super-nitrogenhardt høyhastighets-stål. Typiske karakterer inkluderer W12M03Cr4V3N (forkortet V3N). Det er et nitrogen-inneholdende super-hardt høyhastighets-stål. Dens hardhet, styrke og seighet tilsvarer M42. Den kan brukes som en erstatning for kobolt-inneholdende høy-hastighetsstål og brukes til lav-skjæring av vanskelig-å-bearbeide materialer og lav-høyhastighets-presisjonsbehandling.
(3) Smelting av høy-stål og pulvermetallurgisk høyhastighets-stål
I henhold til ulike produksjonsprosesser kan høy-hastighetsstål deles inn i smeltende høyhastighetsstål- og pulvermetallurgisk høyhastighetsstål.
① Smeltende høy-hastighetsstål: Vanlig høy-hastighetsstål og høy-høyhastighetsstål med høy-ytelse er begge produsert ved hjelp av smeltemetoder. De lages til skjæreverktøy gjennom prosesser som smelting, støping av blokker og plettering og valsing. Det alvorlige problemet som er lett å oppstå ved smelting av høyhastighetsstål er karbidsegregering. De harde og sprø karbidene er ujevnt fordelt i høyhastighetsstålet, og kornene er grove (opptil titalls mikron), noe som har en negativ effekt på slitestyrken, seigheten og skjæreytelsen til høyhastighetsstålverktøyene.
② Pulvermetallurgisk høy-hastighetsstål (PM HSS): Pulvermetallurgi høy-hastighetsstål (PM HSS) er en stålvæske smeltet i en høy-induksjonsovn, som forstøves med høy-argon eller rent nitrogen for å oppnå en rask og jevn avkjølt struktur. (høy-stålpulver). Det resulterende pulveret blir deretter presset inn i et knivemne under høy temperatur og høyt trykk, eller først gjort til en 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, osv., kan brukes til å produsere store-, tunge-lastede og{19}}sterke verktøy, og kan også brukes til å produsere presisjonsverktøy.
3
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.
Hovedytelsesindikatorer for ulike verktøymaterialer
Verktøymaterialer for CNC-bearbeiding må velges i henhold til arbeidsstykket som bearbeides og bearbeidingsegenskapene. Valget av verktøymaterialer bør være rimelig tilpasset bearbeidingsobjektet. Matching av skjæreverktøymaterialer og bearbeidingsobjekter refererer hovedsakelig til samsvar mellom de mekaniske egenskapene, fysiske egenskapene og kjemiske egenskapene til de to for å oppnå den lengste verktøylevetiden og maksimal skjæreproduktivitet.
1. Mekaniske egenskaper samsvarer mellom skjærende verktøymaterialer og bearbeidingsobjekter
Problemet med samsvar med mekaniske egenskaper mellom skjæreverktøy og bearbeidingsobjekter refererer hovedsakelig til tilpasning av parametere for mekaniske egenskaper som styrke, seighet og hardhet mellom 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 keramiske verktøy.
Arbeidsstykkematerialer med høy-hardhet må behandles med verktøy med høyere hardhet. Hardheten til verktøymaterialer må være høyere enn for arbeidsstykkematerialer, generelt kreves det å være over 60HRC. Jo høyere hardhet verktøymaterialene 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-mekaniske egenskaper ved høy temperatur er spesielt egnet for høy-skjæring. Den utmerkede høye-temperaturytelsen 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. Matching av de fysiske egenskapene til skjærende verktøymaterialer og bearbeiding av gjenstander
Verktøy med forskjellige fysiske egenskaper, for eksempel høyhastighetsstålverktøy med høy varmeledningsevne og lavt smeltepunkt, keramiske verktøy med høyt smeltepunkt og lav termisk ekspansjon, diamantverktøy med høy varmeledningsevne og lav termisk ekspansjon, osv., er egnet for behandling av forskjellige arbeidsstykkematerialer. Ved bearbeiding av arbeidsstykker med dårlig varmeledningsevne bør verktøymaterialer med god varmeledningsevne brukes for å la skjærevarmen raskt overføres og redusere skjæretemperaturen. Diamant har høy termisk ledningsevne og termisk diffusivitet, så skjærevarme er lett å spre og vil ikke produsere store termiske deformasjoner, noe som er spesielt viktig for presisjonsmaskiner med høy dimensjonsnøyaktighetskrav.
① Varme-temperatur for ulike verktøymaterialer: 700-8000 grader for diamantverktøy, 13000-15000 grader for PCBN-verktøy, 1100-12000 grader for keramiske verktøy, 900-11000 grader for karbidbasert (N)-karbid 800-9000 grader for WC-basert ultrafinkornet hardmetall, og 600-7000 grader 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>A1203-basert keramikk.
③ The order of thermal expansion coefficients of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC (N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC (N)-based cemented carbide>A1203-basert keramikk.
3. Kjemisk ytelsesmatching av skjærende verktøymaterialer og prosessobjekter
Problemet med kjemisk ytelsesmatching av skjærende verktøymaterialer og prosessobjekter refererer hovedsakelig til kjemiske ytelsesparametere som kjemisk affinitet, kjemisk reaksjon, diffusjon og oppløsning av verktøymaterialer og arbeidsstykkematerialer. Verktøy med forskjellige materialer er egnet for bearbeiding av forskjellige arbeidsstykkematerialer.
① The anti-adhesion temperature of various tool materials (with steel) is: PCBN>ceramics>ceramics>HSS.
② The anti-oxidation temperature of various tool materials is: ceramics>PCBN>ceramics>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of various tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4-based ceramics>PCBN>A1203-based ceramics. Diffusion strength (for titanium) is: A1203-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 ovennevnte verktøymaterialer.
