Kehittyneiden työstölaitteiden ja korkean suorituskyvyn CNC-leikkaustyökalujen yhdistelmä voi antaa täyden pelin sen asianmukaiselle suorituskyvylle ja saavuttaa hyviä taloudellisia etuja. Leikkuutyökalumateriaalien nopean kehityksen myötä erilaiset uudet leikkuutyökalumateriaalit ovat parantaneet huomattavasti fyysisiä, mekaanisia ominaisuuksiaan ja leikkaussuorituskykyään, ja niiden käyttöalue on myös jatkanut laajentumistaan.
kuva
1. Työkalujen materiaaleilla tulee olla perusominaisuudet
the
Työkalun materiaalin valinnalla on suuri vaikutus työkalun käyttöikään, käsittelytehoon, käsittelyn laatuun ja käsittelykustannuksiin. Kun työkalu leikkaa, sen on kestettävä korkean paineen, korkean lämpötilan, kitkan, iskujen ja tärinän vaikutukset. Siksi työkalumateriaalilla tulee olla seuraavat perusominaisuudet:
(1) Kovuus ja kulutuskestävyys. Työkalumateriaalin kovuuden on oltava suurempi kuin työkappaleen materiaalin, yleensä yli 60 HRC. Mitä kovempi työkalun materiaali, sitä parempi kulutuskestävyys.
(2) Lujuus ja sitkeys. Työkalumateriaalien tulee olla lujaa ja sitkeää kestämään leikkausvoimia, iskuja ja tärinää ja estämään työkalujen hauraat murtumat ja halkeilut.
(3) Lämmönkestävyys. Työkalumateriaalin lämmönkestävyys on parempi, se kestää korkeaa leikkauslämpötilaa ja sillä on hyvä hapettumisenkestävyys.
(4) Prosessin suorituskyky ja taloudellisuus. Työkalumateriaaleilla tulee olla hyvä taontakyky, lämpökäsittelykyky, hitsauskyky, hiontakyky jne., ja niillä on oltava korkea suorituskyky-hinta-suhde.
2. Työkalumateriaalien tyypit, ominaisuudet, ominaisuudet ja sovellukset
1. Timanttityökalumateriaalien ja työkalusovellusten tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet
Timantti on hiilen allotrooppi, ja se on kovin luonnossa esiintyvä materiaali. Timanttityökaluilla on korkea kovuus, korkea kulutuskestävyys ja korkea lämmönjohtavuus, ja niitä käytetään laajalti ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien käsittelyssä. Erityisesti alumiinin ja pii-alumiiniseosten nopeassa leikkauksessa timanttityökalut ovat pääasiallisia vaikeita vaihdettavia leikkaustyökaluja. Timanttityökalut, joilla voidaan saavuttaa korkea hyötysuhde, korkea vakaus ja pitkäikäinen koneistus, ovat välttämättömiä ja tärkeitä työkaluja nykyaikaisessa CNC-koneistuksessa.
kuva
⑴ Timanttityökalujen tyypit
① Luonnontimanttityökalu: Luonnontimanttia on käytetty leikkaustyökaluna satojen vuosien ajan. Luonnollinen yksikidetimanttityökalu on hienoksi hiottu, ja leikkuureuna voidaan hioa erittäin terävästi. Leikkuureunan säde voi olla 0,002 μm, mikä mahdollistaa erittäin ohuen leikkauksen ja voi Se on tunnustettu, ihanteellinen ja korvaamaton erittäin tarkka työstötyökalu erittäin suuren työkappaleen tarkkuuden ja erittäin alhaisen pinnan karheuden käsittelyyn.
② PCD-timanttityökalu: Luonnontimantti on kallista, ja monikiteistä timanttia (PCD) käytetään laajalti leikkaamisessa. 1970-luvun alusta lähtien kehitettiin monikiteistä timanttia (lyhennettynä Polycrystauine diamond, PCD) Menestyksen jälkeen luonnolliset timanttityökalut on usein korvattu keinotekoisella monikiteisellä timantilla. PCD-raaka-aineissa on runsaasti lähteitä, ja niiden hinta on vain muutama kymmenesosa - kymmenesosa luonnontimanteista.
PCD-työkalut eivät pysty hiomaan äärimmäisen teräviä reunoja, eikä käsiteltyjen työkappaleiden pinnanlaatu ole yhtä hyvä kuin luonnontimantilla. Teollisuudessa ei ole kätevää valmistaa PCD-teräkappaleita lastunmurtimilla. Siksi PCD:tä voidaan käyttää vain ei-rautametallien ja ei-metallien hienoleikkaukseen, ja erittäin tarkkaa peilileikkausta on vaikea saavuttaa.
③ CVD-timanttityökalut: 1970-luvun lopulta 1980-luvun alkuun CVD-timanttitekniikka ilmestyi Japanissa. CVD-timantti viittaa timanttikalvon synteesiin heterogeenisillä alustoilla (kuten sementoitu karbidi, keramiikka jne.) kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) avulla. CVD-timantilla on täsmälleen sama rakenne ja ominaisuudet kuin luonnontimantilla.
CVD-timantin suorituskyky on hyvin lähellä luonnontimantin suorituskykyä, ja sillä on luonnollisen yksikiteisen timantin ja polykiteisen timantin (PCD) edut, ja se voittaa jossain määrin niiden puutteet.
⑵ Timanttityökalujen suorituskykyominaisuudet
① Erittäin korkea kovuus ja kulutuskestävyys: Luonnontimantti on kovin luonnossa esiintyvä aine. Timantilla on erittäin korkea kulutuskestävyys. Erittäin kovia materiaaleja käsiteltäessä timanttityökalujen käyttöikä on 10-100 kertaa kovametallityökalujen käyttöikä tai jopa satoja kertoja.
② Sillä on erittäin alhainen kitkakerroin: timantin ja joidenkin ei-rautametallien välinen kitkakerroin on pienempi kuin muiden leikkaustyökalujen, kitkakerroin on alhainen, muodonmuutos käsittelyn aikana on pieni ja leikkausvoima voi vähennetään.
③ Leikkausreuna on erittäin terävä: timanttityökalujen leikkuureunaa voidaan teroittaa, ja luonnollinen yksikidetimanttityökalu voi olla jopa 0.002-0,008 μm korkea, jota voidaan käyttää ultrassa. -ohut leikkaus ja erittäin tarkka koneistus.
④ Siinä on korkea lämmönjohtavuus: timantilla on korkea lämmönjohtavuus ja lämpödiffuusio, leikkauslämpö haihtuu helposti ja työkalun leikkausosan lämpötila on alhainen.
⑤ Matala lämpölaajenemiskerroin: Timantin lämpölaajenemiskerroin on useita kertoja pienempi kuin kovametallin, ja leikkauslämmön aiheuttama työkalun koon muutos on erittäin pieni, mikä on erityisen tärkeää korkeaa vaativassa tarkkuus- ja ultratarkkuustyöstössä mittatarkkuus.
⑶ Timanttityökalujen käyttö
Timanttityökaluja käytetään enimmäkseen ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien hienoleikkaukseen ja poraamiseen suurella nopeudella. Se soveltuu erilaisten kulutusta kestävien ei-metallien, kuten FRP-jauhemetallurgian aihioiden, keraamisten materiaalien, käsittelyyn; erilaiset kulutusta kestävät ei-rautametallit, kuten erilaiset pii-alumiiniseokset; erilaisia ei-rautametallien viimeistely jalostus.
Timanttityökalujen haittana on, että niillä on huono lämmönkestävyys. Kun leikkauslämpötila ylittää 700 - 800 astetta, se menettää täysin kovuutensa; Lisäksi se ei sovellu rautametallien leikkaamiseen, koska timantti (hiili) on helppo liimata raudalla korkeissa lämpötiloissa. Atomitoiminta muuttaa hiiliatomit grafiittirakenteeksi ja työkalu vaurioituu helposti.
2. Kuutioisten boorinitridityökalumateriaalien tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet sekä työkalusovellukset
Kuutioboorinitridi (CBN), toinen superkova materiaali, joka on syntetisoitu samankaltaisella menetelmällä kuin timantti, on kovuudessa ja lämmönjohtavuudessa toisella sijalla timantin jälkeen. Sillä on erinomainen lämmönkestävyys ja se voidaan lämmittää 10,000 asteeseen ilmakehässä. Hapettumista ei tapahdu. CBN:llä on erittäin vakaat rautametallien kemialliset ominaisuudet ja sitä voidaan käyttää laajasti terästuotteiden jalostuksessa.
kuva
⑴ Kuutioisten boorinitridileikkaustyökalujen tyypit
Kuutioboorinitridi (CBN) on aine, jota ei ole luonnossa. Se voidaan jakaa yksikiteiseen ja monikiteiseen, eli CBN-yksikiteiseen ja monikiteiseen kuutioon boorinitridiin (monikiteinen kuutiobornitridi, jota kutsutaan PCBN:ksi). CBN on yksi boorinitridin (BN) isomeereistä, ja sen rakenne on samanlainen kuin timantin.
PCBN (monikiteinen kuutioinen boorinitridi) on monikiteinen materiaali, joka sintraa hienoja CBN-materiaaleja sidosvaiheen (TiC, TiN, Al, Ti jne.) läpi korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa. Timanttityökalumateriaali, sitä ja timanttia kutsutaan yhteisesti superkovaksi työkalumateriaaliksi. PCBN:ää käytetään pääasiassa veitsien tai muiden työkalujen valmistukseen.
PCBN-työkalut voidaan jakaa kiinteällä PCBN-terillä ja PCBN-komposiittiterillä, jotka on sintrattu kovametallilla.
PCBN-komposiittiterät valmistetaan sintraamalla PCBN-kerros, jonka paksuus on {{0}},5-1,0 mm sementoidulle kovametallille, jolla on hyvä lujuus ja sitkeys. Sen suorituskyky on sekä hyvä sitkeys että korkea kovuus ja kulutuskestävyys. CBN-terien alhaisen taivutuslujuuden ja hitsausvaikeuksien ongelmat on ratkaistu.
⑵ Kuutioboorinitridin tärkeimmät ominaisuudet ja ominaisuudet
Vaikka kuutiometrisen boorinitridin kovuus on hieman huonompi kuin timantin, se on paljon korkeampi kuin muiden korkeakovien materiaalien. CBN:n erinomainen etu on, että sen lämpöstabiilisuus on paljon korkeampi kuin timantilla, joka voi olla yli 1200 astetta (timantilla 700-800 astetta). reaktio. Kuutioboorinitridin tärkeimmät suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat.
① Korkea kovuus ja kulutuskestävyys: CBN:n kiderakenne on samanlainen kuin timantin, ja sillä on samanlainen kovuus ja lujuus kuin timantilla. PCBN soveltuu erityisesti korkeakovien materiaalien käsittelyyn, joka voitiin vain hioa ennen ja joilla saadaan parempi työkappaleiden pintalaatu.
② Korkea lämpöstabiilisuus: CBN:n lämmönkestävyys voi olla 1400-1500 astetta, mikä on lähes 1 kertaa korkeampi kuin timantin (700-800 astetta). PCBN-työkalut voivat leikata korkean lämpötilan metalliseoksia ja karkaistuja teräksiä nopeudella, joka on 3–5 kertaa suurempi kuin kovametallityökalut.
③Erinomainen kemiallinen stabiilisuus: Sillä ei ole kemiallista vuorovaikutusta rautapohjaisten materiaalien kanssa 1200-1300 asteessa, eikä se kulu yhtä voimakkaasti kuin timantti, ja se voi silti säilyttää sementoidun karbidin kovuuden tällä hetkellä; PCBN-työkalut soveltuvat karkaistujen terästen osien ja jäähdytetyn valuraudan leikkaamiseen, niitä voidaan käyttää laajasti valuraudan nopeaan leikkaamiseen.
④ Hyvä lämmönjohtavuus: Vaikka CBN:n lämmönjohtavuus ei ole yhtä hyvä kuin timantilla, PCBN:n lämmönjohtavuus on eri työkalumateriaalien joukossa toiseksi timantin jälkeen ja on paljon korkeampi kuin nopean teräksen ja sementoidun kovametallin.
⑤ Matala kitkakerroin: Pieni kitkakerroin voi vähentää leikkausvoimaa leikkauksen aikana, alentaa leikkauslämpötilaa ja parantaa koneistetun pinnan laatua.
⑶ Kuutioinen boorinitridityökalu
Kuutioinen boorinitridi soveltuu erilaisten vaikeasti leikattavien materiaalien viimeistelyyn, kuten karkaistu teräs, kova valurauta, korkean lämpötilan metalliseos, kova seos ja pintaruiskutusmateriaalit. Koneistustarkkuus voi olla IT5 (reikä on IT6), ja pinnan karheus voi olla niinkin pieni kuin Ra1.25-0.20μm.
Kuutioisella boorinitridityökalumateriaalilla on huono sitkeys ja taivutuslujuus. Siksi kuutiometriset boorinitridisorvaustyökalut eivät sovellu karkeaan koneistukseen alhaisella nopeudella ja suurella iskukuormalla; Metallin kohdalla syntyy voimakasta reunan muodostumista, mikä heikentää koneistettua pintaa.
3. Keraamisten työkalumateriaalien ja työkalusovellusten tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet
Keraamisilla leikkaustyökaluilla on korkea kovuus, hyvä kulutuskestävyys, erinomainen lämmönkestävyys ja kemiallinen stabiilisuus, eikä niitä ole helppo liittää metalliin. Keraamiset leikkaustyökalut ovat erittäin tärkeässä asemassa CNC-koneistuksessa. Keraamisista leikkaustyökaluista on tullut yksi tärkeimmistä leikkaustyökaluista vaikeasti työstettävien materiaalien nopeaan leikkaamiseen ja käsittelyyn. Keraamisia leikkaustyökaluja käytetään laajalti nopeassa leikkauksessa, kuivaleikkauksessa, kovassa leikkauksessa ja vaikeasti työstettävien materiaalien leikkaamisessa. Keraamiset veitset voivat käsitellä tehokkaasti kovia materiaaleja, joita perinteiset veitset eivät voi käsitellä ollenkaan, ja toteuttaa "hionnan korvaamisen autolla"; keraamisten veitsien optimaalinen leikkausnopeus voi olla 2-10 kertaa suurempi kuin kovametalliveitsien, mikä parantaa merkittävästi leikkausprosessoinnin tuotantotehokkuutta. Keraamisten työkalumateriaalien pääraaka-aine on maankuoren runsain alkuaine. Siksi keraamisten työkalujen popularisointi ja soveltaminen on erittäin tärkeää tuottavuuden parantamiseksi, käsittelykustannusten vähentämiseksi ja strategisten jalometallien säästämiseksi, ja se edistää myös suuresti leikkaustekniikan kehitystä. edistystä.
kuva
⑴ Keraamisten työkalumateriaalien tyypit
Keraamiset työkalumateriaalit voidaan yleensä jakaa kolmeen luokkaan: alumiinioksidipohjainen keramiikka, piinitridipohjainen keramiikka ja piinitridi-alumiinioksidipohjainen komposiittikeramiikka. Niistä alumiinioksidipohjaiset ja piinitridipohjaiset keraamiset työkalumateriaalit ovat laajimmin käytettyjä. Piinitridipohjaisen keramiikan suorituskyky on parempi kuin alumiinioksidipohjaisen keramiikan.
⑵ Keraamisten leikkaustyökalujen suorituskyky ja ominaisuudet
Keraamisten leikkaustyökalujen suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat:
① Korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys: Vaikka keraamisten työkalujen kovuus ei ole yhtä korkea kuin PCD:n ja PCBN:n, se on paljon korkeampi kuin kovametalli- ja pikaterästyökalujen kovuus saavuttaen 93-95HRA:n. Keraamisilla työkaluilla voidaan käsitellä erittäin kovia materiaaleja, joita on vaikea käsitellä perinteisillä työkaluilla, ja ne soveltuvat nopeaan ja kovaan leikkaamiseen.
② Korkean lämpötilan kestävyys ja hyvä lämmönkestävyys: Keraamiset työkalut voivat silti leikata korkeissa lämpötiloissa, jotka ovat yli 1200 astetta. Keraamisilla veitsillä on hyvät korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet, ja A12O3-keraamisten veitsien hapettumisenkestävyys on erityisen hyvä. Vaikka leikkuuterä olisi kuumassa tilassa, sitä voidaan käyttää jatkuvasti. Siksi keraamiset työkalut voivat saavuttaa kuivaleikkauksen, mikä voi säästää leikkausnestettä.
③ Hyvä kemiallinen vakaus: keraamisia leikkuutyökaluja ei ole helppo liittää metalliin, ja ne ovat korroosionkestäviä ja kemiallisesti vakaita, mikä voi vähentää leikkaustyökalujen liimauksen kulumista.
④ Matala kitkakerroin: Keraamisten leikkaustyökalujen ja metallin välinen affiniteetti on pieni ja kitkakerroin on alhainen, mikä voi vähentää leikkausvoimaa ja leikkauslämpötilaa.
⑶ Keraamisten veitsien käyttö
Keramiikka on yksi työkalumateriaaleista, joita käytetään pääasiassa nopeaan viimeistelyyn ja puoliviimeistelyyn. Keraamiset leikkaustyökalut soveltuvat kaikenlaisten valuraudan (harmaavalurauta, pallografiittivalurauta, tempervalurauta, jäähdytetty valurauta, korkeaseosteinen kulutusta kestävä valurauta) ja teräksen (hiilirakenneteräs, seostettu rakenneteräs, korkealujuus teräs) leikkaamiseen , runsasmangaanipitoinen teräs, karkaistu teräs jne.), voidaan käyttää myös kupariseosten, grafiitin, teknisten muovien ja komposiittimateriaalien leikkaamiseen.
Keraamisten työkalumateriaalien suorituskyvyssä on ongelmia alhaisen taivutuslujuuden ja huonon iskunkestävyyden kanssa, koska ne eivät sovellu leikkaamiseen alhaisella nopeudella ja iskukuormituksella.
kuva
4. Pinnoitettujen leikkaustyökalujen materiaalien ominaisuudet ja leikkaustyökalujen käyttö
Työkalun pinnoitus on yksi tärkeimmistä tavoista parantaa työkalun suorituskykyä. Pinnoitettujen leikkaustyökalujen ilmestyminen on tehnyt suuren läpimurron leikkuutyökalujen leikkaussuorituskyvyssä. Pinnoitettu työkalu on päällystetty yhdellä tai useammalla tulenkestävällä yhdistekerroksella, jolla on hyvä kulutuskestävyys sitkeämmässä työkalun rungossa, joka yhdistää työkalun alustan kovaan pinnoitteeseen, jolloin työkalun suorituskyky paranee huomattavasti. Päällystetyt leikkaustyökalut voivat parantaa käsittelyn tehokkuutta, parantaa käsittelyn tarkkuutta, pidentää työkalun käyttöikää ja vähentää käsittelykustannuksia.
Noin 80 prosenttia uusissa CNC-työstökoneissa käytetyistä leikkaustyökaluista käyttää pinnoitettuja työkaluja. Päällystetyt leikkuutyökalut ovat jatkossa tärkein työkaluvalikoima CNC-koneistuksen alalla.
kuva
⑴ Pinnoitettujen työkalujen tyypit
Päällystysmenetelmien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kemiallisella höyrypinnoituksella (CVD) päällystettyihin työkaluihin ja fysikaalisiin höyrypinnoitusmenetelmiin (PVD) päällystettyihin työkaluihin. Päällystetyt kovametallityökalut käyttävät yleensä kemiallista höyrypinnoitusta, ja pinnoituslämpötila on noin 1000 astetta. Päällystetyt nopeat terästyökalut käyttävät yleensä fyysistä höyrypinnoitusta, ja pinnoituslämpötila on noin 500 astetta;
Päällystettyjen työkalujen eri substraattimateriaalien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kovametallipäällysteisiin työkaluihin, pikateräspinnoitettuihin työkaluihin sekä pinnoitetuihin työkaluihin keramiikka- ja superkovilla materiaaleilla (timantti- ja kuutioboorinitridi).
Pinnoitemateriaalin luonteen mukaan päällystetyt työkalut voidaan jakaa kahteen luokkaan, nimittäin "kova" päällystettyihin työkaluihin ja "pehmeä" päällystettyihin työkaluihin. "Kova"pinnoitettujen työkalujen päätavoitteet ovat korkea kovuus ja kulutuskestävyys. Sen tärkeimmät edut ovat korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys, tyypillisesti TiC- ja TiN-pinnoitteet. "Pehmeiden" pinnoitustyökalujen tavoite on pieni kitkakerroin, joka tunnetaan myös itsevoitelevilla työkaluilla, ja sen kitka työkappaleen materiaaliin. Kerroin on erittäin alhainen, vain noin 0,1, mikä voi vähentää kitkakerrointa. liimaus, vähentää kitkaa, vähentää leikkausvoimaa ja leikkauslämpötilaa.
Äskettäin kehitetty nanopinnoitustyökalu (Nanoeoating). Tässä päällystetyssä työkalussa voidaan käyttää erilaisten pinnoitemateriaalien (kuten metalli/metalli, metalli/keramiikka, keramiikka/keramiikka jne.) eri yhdistelmiä erilaisten toiminnallisten ja suorituskykyvaatimusten täyttämiseksi. Oikein suunniteltu nanopinnoite voi saada työkalumateriaalista erinomaiset kitkaa ja kulumista estävät ominaisuudet sekä itsevoitelevat ominaisuudet, mikä soveltuu nopeaan kuivaleikkaukseen.
⑵ Pinnoitettujen työkalujen ominaisuudet
Pinnoitettujen työkalujen suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat:
① Hyvä mekaaninen ja leikkaussuorituskyky: Päällystetyissä työkaluissa yhdistyvät perusmateriaalin ja pinnoitemateriaalin erinomaiset ominaisuudet, mikä ei ainoastaan ylläpidä pohjan hyvää sitkeyttä ja suurta lujuutta
Kehittyneiden työstölaitteiden ja korkean suorituskyvyn CNC-leikkaustyökalujen yhdistelmä voi antaa täyden pelin sen asianmukaiselle suorituskyvylle ja saavuttaa hyviä taloudellisia etuja. Leikkuutyökalumateriaalien nopean kehityksen myötä erilaiset uudet leikkuutyökalumateriaalit ovat parantaneet huomattavasti fyysisiä, mekaanisia ominaisuuksiaan ja leikkaussuorituskykyään, ja niiden käyttöalue on myös jatkanut laajentumistaan.
kuva
1. Työkalujen materiaaleilla tulee olla perusominaisuudet
the
Työkalun materiaalin valinnalla on suuri vaikutus työkalun käyttöikään, käsittelytehoon, käsittelyn laatuun ja käsittelykustannuksiin. Kun työkalu leikkaa, sen on kestettävä korkean paineen, korkean lämpötilan, kitkan, iskujen ja tärinän vaikutukset. Siksi työkalumateriaalilla tulee olla seuraavat perusominaisuudet:
(1) Kovuus ja kulutuskestävyys. Työkalumateriaalin kovuuden on oltava suurempi kuin työkappaleen materiaalin, yleensä yli 60 HRC. Mitä kovempi työkalun materiaali, sitä parempi kulutuskestävyys.
(2) Lujuus ja sitkeys. Työkalumateriaalien tulee olla lujaa ja sitkeää kestämään leikkausvoimia, iskuja ja tärinää ja estämään työkalujen hauraat murtumat ja halkeilut.
(3) Lämmönkestävyys. Työkalumateriaalin lämmönkestävyys on parempi, se kestää korkeaa leikkauslämpötilaa ja sillä on hyvä hapettumisenkestävyys.
(4) Prosessin suorituskyky ja taloudellisuus. Työkalumateriaaleilla tulee olla hyvä taontakyky, lämpökäsittelykyky, hitsauskyky, hiontakyky jne., ja niillä on oltava korkea suorituskyky-hinta-suhde.
2. Työkalumateriaalien tyypit, ominaisuudet, ominaisuudet ja sovellukset
1. Timanttityökalumateriaalien ja työkalusovellusten tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet
Timantti on hiilen allotrooppi, ja se on kovin luonnossa esiintyvä materiaali. Timanttityökaluilla on korkea kovuus, korkea kulutuskestävyys ja korkea lämmönjohtavuus, ja niitä käytetään laajalti ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien käsittelyssä. Erityisesti alumiinin ja pii-alumiiniseosten nopeassa leikkauksessa timanttityökalut ovat pääasiallisia vaikeita vaihdettavia leikkaustyökaluja. Timanttityökalut, joilla voidaan saavuttaa korkea hyötysuhde, korkea vakaus ja pitkäikäinen koneistus, ovat välttämättömiä ja tärkeitä työkaluja nykyaikaisessa CNC-koneistuksessa.
kuva
⑴ Timanttityökalujen tyypit
① Luonnontimanttityökalu: Luonnontimanttia on käytetty leikkaustyökaluna satojen vuosien ajan. Luonnollinen yksikidetimanttityökalu on hienoksi hiottu, ja leikkuureuna voidaan hioa erittäin terävästi. Leikkuureunan säde voi olla 0,002 μm, mikä mahdollistaa erittäin ohuen leikkauksen ja voi Se on tunnustettu, ihanteellinen ja korvaamaton erittäin tarkka työstötyökalu erittäin suuren työkappaleen tarkkuuden ja erittäin alhaisen pinnan karheuden käsittelyyn.
② PCD-timanttityökalu: Luonnontimantti on kallista, ja monikiteistä timanttia (PCD) käytetään laajalti leikkaamisessa. 1970-luvun alusta lähtien kehitettiin monikiteistä timanttia (lyhennettynä Polycrystauine diamond, PCD) Menestyksen jälkeen luonnolliset timanttityökalut on usein korvattu keinotekoisella monikiteisellä timantilla. PCD-raaka-aineissa on runsaasti lähteitä, ja niiden hinta on vain muutama kymmenesosa - kymmenesosa luonnontimanteista.
PCD-työkalut eivät pysty hiomaan äärimmäisen teräviä reunoja, eikä käsiteltyjen työkappaleiden pinnanlaatu ole yhtä hyvä kuin luonnontimantilla. Teollisuudessa ei ole kätevää valmistaa PCD-teräkappaleita lastunmurtimilla. Siksi PCD:tä voidaan käyttää vain ei-rautametallien ja ei-metallien hienoleikkaukseen, ja erittäin tarkkaa peilileikkausta on vaikea saavuttaa.
③ CVD-timanttityökalut: 1970-luvun lopulta 1980-luvun alkuun CVD-timanttitekniikka ilmestyi Japanissa. CVD-timantti viittaa timanttikalvon synteesiin heterogeenisillä alustoilla (kuten sementoitu karbidi, keramiikka jne.) kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) avulla. CVD-timantilla on täsmälleen sama rakenne ja ominaisuudet kuin luonnontimantilla.
CVD-timantin suorituskyky on hyvin lähellä luonnontimantin suorituskykyä, ja sillä on luonnollisen yksikiteisen timantin ja polykiteisen timantin (PCD) edut, ja se voittaa jossain määrin niiden puutteet.
⑵ Timanttityökalujen suorituskykyominaisuudet
① Erittäin korkea kovuus ja kulutuskestävyys: Luonnontimantti on kovin luonnossa esiintyvä aine. Timantilla on erittäin korkea kulutuskestävyys. Erittäin kovia materiaaleja käsiteltäessä timanttityökalujen käyttöikä on 10-100 kertaa kovametallityökalujen käyttöikä tai jopa satoja kertoja.
② Sillä on erittäin alhainen kitkakerroin: timantin ja joidenkin ei-rautametallien välinen kitkakerroin on pienempi kuin muiden leikkaustyökalujen, kitkakerroin on alhainen, muodonmuutos käsittelyn aikana on pieni ja leikkausvoima voi vähennetään.
③ Leikkausreuna on erittäin terävä: timanttityökalujen leikkuureunaa voidaan teroittaa, ja luonnollinen yksikidetimanttityökalu voi olla jopa 0.002-0,008 μm korkea, jota voidaan käyttää ultrassa. -ohut leikkaus ja erittäin tarkka koneistus.
④ Siinä on korkea lämmönjohtavuus: timantilla on korkea lämmönjohtavuus ja lämpödiffuusio, leikkauslämpö haihtuu helposti ja työkalun leikkausosan lämpötila on alhainen.
⑤ Matala lämpölaajenemiskerroin: Timantin lämpölaajenemiskerroin on useita kertoja pienempi kuin kovametallin, ja leikkauslämmön aiheuttama työkalun koon muutos on erittäin pieni, mikä on erityisen tärkeää korkeaa vaativassa tarkkuus- ja ultratarkkuustyöstössä mittatarkkuus.
⑶ Timanttityökalujen käyttö
Timanttityökaluja käytetään enimmäkseen ei-rautametallien ja ei-metallisten materiaalien hienoleikkaukseen ja poraamiseen suurella nopeudella. Se soveltuu erilaisten kulutusta kestävien ei-metallien, kuten FRP-jauhemetallurgian aihioiden, keraamisten materiaalien, käsittelyyn; erilaiset kulutusta kestävät ei-rautametallit, kuten erilaiset pii-alumiiniseokset; erilaisia ei-rautametallien viimeistely jalostus.
Timanttityökalujen haittana on, että niillä on huono lämmönkestävyys. Kun leikkauslämpötila ylittää 700 - 800 astetta, se menettää täysin kovuutensa; Lisäksi se ei sovellu rautametallien leikkaamiseen, koska timantti (hiili) on helppo liimata raudalla korkeissa lämpötiloissa. Atomitoiminta muuttaa hiiliatomit grafiittirakenteeksi ja työkalu vaurioituu helposti.
2. Kuutioisten boorinitridityökalumateriaalien tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet sekä työkalusovellukset
Kuutioboorinitridi (CBN), toinen superkova materiaali, joka on syntetisoitu samankaltaisella menetelmällä kuin timantti, on kovuudessa ja lämmönjohtavuudessa toisella sijalla timantin jälkeen. Sillä on erinomainen lämmönkestävyys ja se voidaan lämmittää 10,000 asteeseen ilmakehässä. Hapettumista ei tapahdu. CBN:llä on erittäin vakaat rautametallien kemialliset ominaisuudet ja sitä voidaan käyttää laajasti terästuotteiden jalostuksessa.
kuva
⑴ Kuutioisten boorinitridileikkaustyökalujen tyypit
Kuutioboorinitridi (CBN) on aine, jota ei ole luonnossa. Se voidaan jakaa yksikiteiseen ja monikiteiseen, eli CBN-yksikiteiseen ja monikiteiseen kuutioon boorinitridiin (monikiteinen kuutiobornitridi, jota kutsutaan PCBN:ksi). CBN on yksi boorinitridin (BN) isomeereistä, ja sen rakenne on samanlainen kuin timantin.
PCBN (monikiteinen kuutioinen boorinitridi) on monikiteinen materiaali, joka sintraa hienoja CBN-materiaaleja sidosvaiheen (TiC, TiN, Al, Ti jne.) läpi korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa. Timanttityökalumateriaali, sitä ja timanttia kutsutaan yhteisesti superkovaksi työkalumateriaaliksi. PCBN:ää käytetään pääasiassa veitsien tai muiden työkalujen valmistukseen.
PCBN-työkalut voidaan jakaa kiinteällä PCBN-terillä ja PCBN-komposiittiterillä, jotka on sintrattu kovametallilla.
PCBN-komposiittiterät valmistetaan sintraamalla PCBN-kerros, jonka paksuus on {{0}},5-1,0 mm sementoidulle kovametallille, jolla on hyvä lujuus ja sitkeys. Sen suorituskyky on sekä hyvä sitkeys että korkea kovuus ja kulutuskestävyys. CBN-terien alhaisen taivutuslujuuden ja hitsausvaikeuksien ongelmat on ratkaistu.
⑵ Kuutioboorinitridin tärkeimmät ominaisuudet ja ominaisuudet
Vaikka kuutiometrisen boorinitridin kovuus on hieman huonompi kuin timantin, se on paljon korkeampi kuin muiden korkeakovien materiaalien. CBN:n erinomainen etu on, että sen lämpöstabiilisuus on paljon korkeampi kuin timantilla, joka voi olla yli 1200 astetta (timantilla 700-800 astetta). reaktio. Kuutioboorinitridin tärkeimmät suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat.
① Korkea kovuus ja kulutuskestävyys: CBN:n kiderakenne on samanlainen kuin timantin, ja sillä on samanlainen kovuus ja lujuus kuin timantilla. PCBN soveltuu erityisesti korkeakovien materiaalien käsittelyyn, joka voitiin vain hioa ennen ja joilla saadaan parempi työkappaleiden pintalaatu.
② Korkea lämpöstabiilisuus: CBN:n lämmönkestävyys voi olla 1400-1500 astetta, mikä on lähes 1 kertaa korkeampi kuin timantin (700-800 astetta). PCBN-työkalut voivat leikata korkean lämpötilan metalliseoksia ja karkaistuja teräksiä nopeudella, joka on 3–5 kertaa suurempi kuin kovametallityökalut.
③Erinomainen kemiallinen stabiilisuus: Sillä ei ole kemiallista vuorovaikutusta rautapohjaisten materiaalien kanssa 1200-1300 asteessa, eikä se kulu yhtä voimakkaasti kuin timantti, ja se voi silti säilyttää sementoidun karbidin kovuuden tällä hetkellä; PCBN-työkalut soveltuvat karkaistujen terästen osien ja jäähdytetyn valuraudan leikkaamiseen, niitä voidaan käyttää laajasti valuraudan nopeaan leikkaamiseen.
④ Hyvä lämmönjohtavuus: Vaikka CBN:n lämmönjohtavuus ei ole yhtä hyvä kuin timantilla, PCBN:n lämmönjohtavuus on eri työkalumateriaalien joukossa toiseksi timantin jälkeen ja on paljon korkeampi kuin nopean teräksen ja sementoidun kovametallin.
⑤ Matala kitkakerroin: Pieni kitkakerroin voi vähentää leikkausvoimaa leikkauksen aikana, alentaa leikkauslämpötilaa ja parantaa koneistetun pinnan laatua.
⑶ Kuutioinen boorinitridityökalu
Kuutioinen boorinitridi soveltuu erilaisten vaikeasti leikattavien materiaalien viimeistelyyn, kuten karkaistu teräs, kova valurauta, korkean lämpötilan metalliseos, kova seos ja pintaruiskutusmateriaalit. Koneistustarkkuus voi olla IT5 (reikä on IT6), ja pinnan karheus voi olla niinkin pieni kuin Ra1.25-0.20μm.
Kuutioisella boorinitridityökalumateriaalilla on huono sitkeys ja taivutuslujuus. Siksi kuutiometriset boorinitridisorvaustyökalut eivät sovellu karkeaan koneistukseen alhaisella nopeudella ja suurella iskukuormalla; Metallin kohdalla syntyy voimakasta reunan muodostumista, mikä heikentää koneistettua pintaa.
3. Keraamisten työkalumateriaalien ja työkalusovellusten tyypit, ominaisuudet ja ominaisuudet
Keraamisilla leikkaustyökaluilla on korkea kovuus, hyvä kulutuskestävyys, erinomainen lämmönkestävyys ja kemiallinen stabiilisuus, eikä niitä ole helppo liittää metalliin. Keraamiset leikkaustyökalut ovat erittäin tärkeässä asemassa CNC-koneistuksessa. Keraamisista leikkaustyökaluista on tullut yksi tärkeimmistä leikkaustyökaluista vaikeasti työstettävien materiaalien nopeaan leikkaamiseen ja käsittelyyn. Keraamisia leikkaustyökaluja käytetään laajalti nopeassa leikkauksessa, kuivaleikkauksessa, kovassa leikkauksessa ja vaikeasti työstettävien materiaalien leikkaamisessa. Keraamiset veitset voivat käsitellä tehokkaasti kovia materiaaleja, joita perinteiset veitset eivät voi käsitellä ollenkaan, ja toteuttaa "hionnan korvaamisen autolla"; keraamisten veitsien optimaalinen leikkausnopeus voi olla 2-10 kertaa suurempi kuin kovametalliveitsien, mikä parantaa merkittävästi leikkausprosessoinnin tuotantotehokkuutta. Keraamisten työkalumateriaalien pääraaka-aine on maankuoren runsain alkuaine. Siksi keraamisten työkalujen popularisointi ja soveltaminen on erittäin tärkeää tuottavuuden parantamiseksi, käsittelykustannusten vähentämiseksi ja strategisten jalometallien säästämiseksi, ja se edistää myös suuresti leikkaustekniikan kehitystä. edistystä.
kuva
⑴ Keraamisten työkalumateriaalien tyypit
Keraamiset työkalumateriaalit voidaan yleensä jakaa kolmeen luokkaan: alumiinioksidipohjainen keramiikka, piinitridipohjainen keramiikka ja piinitridi-alumiinioksidipohjainen komposiittikeramiikka. Niistä alumiinioksidipohjaiset ja piinitridipohjaiset keraamiset työkalumateriaalit ovat laajimmin käytettyjä. Piinitridipohjaisen keramiikan suorituskyky on parempi kuin alumiinioksidipohjaisen keramiikan.
⑵ Keraamisten leikkaustyökalujen suorituskyky ja ominaisuudet
Keraamisten leikkaustyökalujen suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat:
① Korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys: Vaikka keraamisten työkalujen kovuus ei ole yhtä korkea kuin PCD:n ja PCBN:n, se on paljon korkeampi kuin kovametalli- ja pikaterästyökalujen kovuus saavuttaen 93-95HRA:n. Keraamisilla työkaluilla voidaan käsitellä erittäin kovia materiaaleja, joita on vaikea käsitellä perinteisillä työkaluilla, ja ne soveltuvat nopeaan ja kovaan leikkaamiseen.
② Korkean lämpötilan kestävyys ja hyvä lämmönkestävyys: Keraamiset työkalut voivat silti leikata korkeissa lämpötiloissa, jotka ovat yli 1200 astetta. Keraamisilla veitsillä on hyvät korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet, ja A12O3-keraamisten veitsien hapettumisenkestävyys on erityisen hyvä. Vaikka leikkuuterä olisi kuumassa tilassa, sitä voidaan käyttää jatkuvasti. Siksi keraamiset työkalut voivat saavuttaa kuivaleikkauksen, mikä voi säästää leikkausnestettä.
③ Hyvä kemiallinen vakaus: keraamisia leikkuutyökaluja ei ole helppo liittää metalliin, ja ne ovat korroosionkestäviä ja kemiallisesti vakaita, mikä voi vähentää leikkaustyökalujen liimauksen kulumista.
④ Matala kitkakerroin: Keraamisten leikkaustyökalujen ja metallin välinen affiniteetti on pieni ja kitkakerroin on alhainen, mikä voi vähentää leikkausvoimaa ja leikkauslämpötilaa.
⑶ Keraamisten veitsien käyttö
Keramiikka on yksi työkalumateriaaleista, joita käytetään pääasiassa nopeaan viimeistelyyn ja puoliviimeistelyyn. Keraamiset leikkaustyökalut soveltuvat kaikenlaisten valuraudan (harmaavalurauta, pallografiittivalurauta, tempervalurauta, jäähdytetty valurauta, korkeaseosteinen kulutusta kestävä valurauta) ja teräksen (hiilirakenneteräs, seostettu rakenneteräs, korkealujuus teräs) leikkaamiseen , runsasmangaanipitoinen teräs, karkaistu teräs jne.), voidaan käyttää myös kupariseosten, grafiitin, teknisten muovien ja komposiittimateriaalien leikkaamiseen.
Keraamisten työkalumateriaalien suorituskyvyssä on ongelmia alhaisen taivutuslujuuden ja huonon iskunkestävyyden kanssa, koska ne eivät sovellu leikkaamiseen alhaisella nopeudella ja iskukuormituksella.
kuva
4. Pinnoitettujen leikkaustyökalujen materiaalien ominaisuudet ja leikkaustyökalujen käyttö
Työkalun pinnoitus on yksi tärkeimmistä tavoista parantaa työkalun suorituskykyä. Pinnoitettujen leikkaustyökalujen ilmestyminen on tehnyt suuren läpimurron leikkuutyökalujen leikkaussuorituskyvyssä. Pinnoitettu työkalu on päällystetty yhdellä tai useammalla tulenkestävällä yhdistekerroksella, jolla on hyvä kulutuskestävyys sitkeämmässä työkalun rungossa, joka yhdistää työkalun alustan kovaan pinnoitteeseen, jolloin työkalun suorituskyky paranee huomattavasti. Päällystetyt leikkaustyökalut voivat parantaa käsittelyn tehokkuutta, parantaa käsittelyn tarkkuutta, pidentää työkalun käyttöikää ja vähentää käsittelykustannuksia.
Noin 80 prosenttia uusissa CNC-työstökoneissa käytetyistä leikkaustyökaluista käyttää pinnoitettuja työkaluja. Päällystetyt leikkuutyökalut ovat jatkossa tärkein työkaluvalikoima CNC-koneistuksen alalla.
kuva
⑴ Pinnoitettujen työkalujen tyypit
Päällystysmenetelmien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kemiallisella höyrypinnoituksella (CVD) päällystettyihin työkaluihin ja fysikaalisiin höyrypinnoitusmenetelmiin (PVD) päällystettyihin työkaluihin. Päällystetyt kovametallityökalut käyttävät yleensä kemiallista höyrypinnoitusta, ja pinnoituslämpötila on noin 1000 astetta. Päällystetyt nopeat terästyökalut käyttävät yleensä fyysistä höyrypinnoitusta, ja pinnoituslämpötila on noin 500 astetta;
Päällystettyjen työkalujen eri substraattimateriaalien mukaan pinnoitetut työkalut voidaan jakaa kovametallipäällysteisiin työkaluihin, pikateräspinnoitettuihin työkaluihin sekä pinnoitetuihin työkaluihin keramiikka- ja superkovilla materiaaleilla (timantti- ja kuutioboorinitridi).
Pinnoitemateriaalin luonteen mukaan päällystetyt työkalut voidaan jakaa kahteen luokkaan, nimittäin "kova" päällystettyihin työkaluihin ja "pehmeä" päällystettyihin työkaluihin. "Kova"pinnoitettujen työkalujen päätavoitteet ovat korkea kovuus ja kulutuskestävyys. Sen tärkeimmät edut ovat korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys, tyypillisesti TiC- ja TiN-pinnoitteet. "Pehmeiden" pinnoitustyökalujen tavoite on pieni kitkakerroin, joka tunnetaan myös itsevoitelevilla työkaluilla, ja sen kitka työkappaleen materiaaliin. Kerroin on erittäin alhainen, vain noin 0,1, mikä voi vähentää kitkakerrointa. liimaus, vähentää kitkaa, vähentää leikkausvoimaa ja leikkauslämpötilaa.
Äskettäin kehitetty nanopinnoitustyökalu (Nanoeoating). Tässä päällystetyssä työkalussa voidaan käyttää erilaisten pinnoitemateriaalien (kuten metalli/metalli, metalli/keramiikka, keramiikka/keramiikka jne.) eri yhdistelmiä erilaisten toiminnallisten ja suorituskykyvaatimusten täyttämiseksi. Oikein suunniteltu nanopinnoite voi saada työkalumateriaalista erinomaiset kitkaa ja kulumista estävät ominaisuudet sekä itsevoitelevat ominaisuudet, mikä soveltuu nopeaan kuivaleikkaukseen.
⑵ Pinnoitettujen työkalujen ominaisuudet
Pinnoitettujen työkalujen suorituskykyominaisuudet ovat seuraavat:
① Hyvä mekaaninen ja leikkaussuorituskyky: Päällystetyissä työkaluissa yhdistyvät perusmateriaalin ja pinnoitemateriaalin erinomaiset ominaisuudet, mikä ei ainoastaan ylläpidä pohjan hyvää sitkeyttä ja suurta lujuutta
