Kombinationen af avanceret forarbejdningsudstyr og højtydende CNC skæreværktøjer kan fuldt ud udøve sin behørige effektivitet og opnå gode økonomiske fordele. Med den hurtige udvikling af skæreværktøjsmaterialer har forskellige nye typer skæreværktøjsmaterialer i høj grad forbedret deres fysiske, mekaniske og skærende ydeevne, og deres anvendelsesområde udvides også konstant.
1. Grundlæggende egenskaber, som skæreværktøjsmaterialer bør have
Valget af værktøjsmaterialer har en væsentlig indflydelse på værktøjets levetid, forarbejdningseffektivitet, forarbejdningskvalitet og forarbejdningsomkostninger. Skæreværktøjet skal modstå højt tryk, høj temperatur, friktion, stød og vibrationer under skæring. Derfor skal værktøjsmaterialer have følgende grundlæggende egenskaber:
(1) Hårdhed og slidstyrke. Værktøjsmaterialets hårdhed skal være højere end emnematerialets hårdhed, hvilket generelt kræver en hårdhed på over 60HRC. Jo højere hårdhed værktøjsmaterialet er, jo bedre slidstyrke.
(2) Styrke og sejhed. Værktøjsmaterialet skal have høj styrke og sejhed for at modstå skærekræfter, stød og vibrationer og for at forhindre skørt brud og kantkollaps af værktøjet.
(3) Varmemodstand. Værktøjsmaterialet har god varmebestandighed, kan modstå høje skæretemperaturer og har god oxidationsmodstand.
(4) Proces ydeevne og økonomi. Værktøjsmaterialet skal have god smedningsydelse, varmebehandlingsydelse og svejseydelse; Slibning forarbejdning ydeevne, og forfølgelsen af høj ydeevne til prisforhold.
2. Typer, egenskaber, karakteristika og anvendelser af skærende værktøjsmaterialer
en. Typer, egenskaber, karakteristika og værktøjsanvendelser af diamantværktøjsmaterialer
Diamant er en allotrop af kulstof, og det er det hårdeste materiale, der findes i naturen. Diamantskæreværktøjer har høj hårdhed, slidstyrke og termisk ledningsevne og er meget udbredt til forarbejdning af ikke-jernholdige og ikke-metalliske materialer. Især ved højhastighedsskæring af aluminium og siliciumaluminiumslegeringer er diamantværktøjer de vigtigste skæreværktøjsvarianter, som er svære at erstatte. Diamantskærende værktøjer, der kan opnå høj effektivitet, høj stabilitet og lang levetid, er uundværlige og vigtige værktøjer i moderne CNC-bearbejdning.
2. Typer, egenskaber, karakteristika og værktøjsanvendelser af værktøjsmaterialer af kubisk bornitrid
Den anden slags superhårdt materiale, kubisk bornitrid (CBN), syntetiseret ved en metode svarende til diamantfremstillingsmetoden, er kun næst efter diamant i hårdhed og termisk ledningsevne. Den har fremragende termisk stabilitet og oxiderer ikke, når den opvarmes til 10000 grader i atmosfæren. CBN
har ekstremt stabile kemiske egenskaber for jernholdige metaller og kan i vid udstrækning anvendes til forarbejdning af stålprodukter.
3. Type, ydeevne og karakteristika for keramiske værktøjsmaterialer og værktøjsanvendelse
Keramiske skæreværktøjer er kendetegnet ved høj hårdhed, god slidstyrke, fremragende varmebestandighed og kemisk stabilitet og er ikke lette at binde med metal. Keramiske værktøjer spiller en meget vigtig rolle i NC-bearbejdning. Keramiske værktøjer er blevet et af de vigtigste værktøjer til højhastighedsskæring og bearbejdning af vanskelige materialer. Keramiske værktøjer er meget udbredt til højhastighedsskæring, tørskæring, hård skæring og svært at skære materialer. Keramiske værktøjer kan effektivt behandle højhårde materialer, der ikke kan behandles med traditionelle værktøjer, og realiserer "drejning i stedet for slibning"; Den optimale skærehastighed for keramiske værktøjer kan være 2 ~ 10 gange højere end for hårdmetalværktøjer, hvilket i høj grad forbedrer produktionseffektiviteten ved skæring; De vigtigste råmaterialer, der bruges til keramiske værktøjsmaterialer, er de mest udbredte elementer i skorpen. Derfor er fremme og anvendelse af keramiske værktøjer af stor betydning for at forbedre produktiviteten, reducere forarbejdningsomkostningerne og spare strategiske ædelmetaller og vil også i høj grad fremme fremskridtene inden for skæreteknologi.
4. Ydeevne og karakteristika for belagte værktøjsmaterialer og påføring af værktøj
Belægning af værktøjet er en af de vigtige måder at forbedre dets ydeevne på. Fremkomsten af coatede skæreværktøjer har gjort et betydeligt gennembrud i deres skæreydelse. Coatede skæreværktøjer belægges med et eller flere lag af ildfaste forbindelser med god slidstyrke på værktøjskroppen med god sejhed. De kombinerer værktøjsmatrixen med en hård belægning og forbedrer derved værktøjets ydeevne. Coatede skæreværktøjer kan forbedre bearbejdningseffektiviteten, forbedre bearbejdningsnøjagtigheden, forlænge værktøjets levetid og reducere bearbejdningsomkostningerne.
Omkring 80 procent af de skærende værktøjer, der bruges i nye CNC-værktøjsmaskiner, bruger coatede værktøjer. Coated værktøjer vil være den vigtigste værktøjsvariant inden for CNC-bearbejdning i fremtiden.
5. Typer, egenskaber, karakteristika og anvendelser af hårdlegerede skæreværktøjsmaterialer
Skæreværktøjer i hårde legeringer, især skæreværktøjer i hårdlegering, der kan indekseres, er de førende produkter inden for CNC-bearbejdningsværktøjer. Siden 1980'erne er forskellige typer af integrerede og indekserbare skæreværktøjer eller klinger i hårdlegering udvidet til forskellige skæreværktøjsområder. Blandt dem er indekserbare skæreværktøjer af hårde legeringer udvidet fra simple dreje- og overfladefræseværktøjer til forskellige præcisions-, komplekse og formede værktøjsfelter.
Typer af skærende værktøjer i hård legering
Ifølge den vigtigste kemiske sammensætning kan hårde legeringer opdeles i wolframcarbidbaserede hårde legeringer og titaniumcarbid (TiC (N) baserede hårde legeringer.
Wolframcarbidbaserede cementerede carbider omfatter wolframkobolt (YG), wolframkobolttitan (YT) og sjældent karbid tilsat (YW). De har deres egne fordele og ulemper. Hovedkomponenterne er wolframcarbid (WC), titaniumcarbid (TiC), tantalcarbid (TaC), niobiumcarbid (NbC) osv. Den almindelige metalbindingsfase er Co.
Carbon (nitrogen) titaniumbaserede hårde legeringer er hårde legeringer med TiC som hovedkomponent (nogle med andre carbider eller nitrider tilføjet), og de almindeligt anvendte metalbindingsfaser er Mo og Ni.
ISO (International Organization for Standardization) opdeler skæring af hårde legeringer i tre kategorier:
Klasse K, inklusive Kl0-K40, svarer til YG-klassen i Kina (hovedsageligt sammensat af WC Co).
Klasse P, inklusive P01 til P50, svarer til YT-klassen i Kina (hovedsageligt sammensat af WC TiC Co).
Klasse M, inklusive M10 til M40, svarer til YW-klassen i Kina (hovedsageligt sammensat af WC TiC TaC (NbC) Co).
Hvert mærke repræsenterer en række legeringer lige fra høj hårdhed til maksimal sejhed med tal mellem 01 og 50.
6. Typer, karakteristika og anvendelser af højhastighedsstålskæreværktøjer
High Speed Steel (HSS) er en type højlegeret værktøjsstål, der indeholder en stor mængde legeringselementer såsom W, Mo, Cr og V. Højhastighedsstålskæreværktøjer har fremragende omfattende ydeevne med hensyn til styrke, sejhed og bearbejdelighed. I komplekse skæreværktøjer, især til fremstilling af hulbearbejdningsværktøjer, fræseværktøjer, gevindskæreværktøjer, brocher, tandhjulsskæreværktøjer og andre komplekse kantformede skæreværktøjer, indtager højhastighedsstål stadig hovedpositionen. Højhastighedsstålværktøj er let at slibe skarpe skær.
Ifølge forskellige formål kan højhastighedsstål opdeles i højhastighedsstål til generelle formål og højtydende højhastighedsstål.
(1) Universal højhastighedsstål skæreværktøj
Universal højhastighedsstål. Generelt kan det opdeles i to kategorier: wolframstål og wolframmolybdænstål. Denne type højhastighedsstål indeholder (C), der spænder fra 0,7 procent til 0,9 procent. I henhold til det forskellige wolframindhold i stål kan det opdeles i wolframstål indeholdende 12 procent eller 18 procent W, wolframmolybdænstål med 6 procent eller 8 procent W, og molybdænstål med 2 procent eller ingen W. Universal højhastighedsstål har en vis grad af hårdhed (63-66HRC) og slidstyrke, høj styrke og sejhed, god plasticitet og forarbejdningsevne og er meget udbredt til fremstilling af forskellige komplekse skæreværktøjer.
① Wolframstål: Den typiske kvalitet af universal højhastighedsstål wolframstål er W18Cr4V, (benævnt W18), som har gode omfattende egenskaber og en højtemperaturhårdhed på 48,5HRC ved 6000 grader. Det kan bruges til at fremstille forskellige komplekse skæreværktøjer. Det har fordele som god slibbarhed og lav afkulningsfølsomhed, men på grund af det høje indhold af karbider, ujævn fordeling, større partikler og lav styrke og sejhed.
② Wolfram molybdænstål: refererer til et højhastighedsstål opnået ved at erstatte en del af wolfram i wolframstål med molybdæn. Den typiske kvalitet af wolframmolybdænstål er W6Mo5Cr4V2, eller M2 for kort. Karbidpartiklerne i M2 er fine og ensartede med bedre styrke, sejhed og højtemperatur-plasticitet end W18Cr4V. En anden type wolframmolybdænstål er W9Mo3Cr4V (forkortet W9), som har lidt højere termisk stabilitet end M2-stål, bedre bøjningsstyrke og sejhed end W6M05Cr4V2 og har god bearbejdelighed.
(2) Højtydende højhastighedsstålskæreværktøj
Højtydende højhastighedsstål refererer til en ny type stål, der tilføjer noget kulstofindhold, vanadiumindhold og legeringselementer såsom Co og Al til sammensætningen af højhastighedsstål til generelle formål og derved forbedre dets varmebestandighed og slidstyrke. . Der er hovedsageligt følgende kategorier:
① Høj-kulstof højhastighedsstål. Højt kulstof højhastighedsstål (såsom 95W18Cr4V) har høj hårdhed ved rum og høje temperaturer, hvilket gør det velegnet til fremstilling og forarbejdning af almindeligt stål og støbejern, bor, oprømmere, haner og fræsere med høje krav til slidstyrke, eller skæreværktøj til bearbejdning af hårdere materialer. Den er ikke egnet til at modstå store påvirkninger.
② Høj-vanadium højhastighedsstål. Typiske kvaliteter, såsom W12Cr4V4Mo, (forkortet EV4), med V-indholdet øget til 3 procent ~5 procent, har god slidstyrke og er velegnede til skæring af materialer med stor værktøjsslid, såsom fiber, hård gummi, plastik, osv., og kan også bruges til forarbejdning af rustfrit stål, højstyrkestål, højtemperaturlegering og andre materialer.
③ Kobolt højhastighedsstål. Det er et koboltholdigt superhårdt højhastighedsstål med en typisk kvalitet, såsom W2Mo9Cr4VCo8 (benævnt M42), som har en høj hårdhed på op til 69~70HRC. Den er velegnet til bearbejdning af svært bearbejdede materialer såsom højstyrke varmebestandigt stål, højtemperaturlegeringer, titanlegeringer osv. M42 har god slibbarhed og er velegnet til fremstilling af præcisions- og komplekse skæreværktøjer, men den er ikke egnet til arbejde under stødskæringsforhold.
④ Højhastighedsstål i aluminium. Det er et aluminium, der indeholder superhårdt højhastighedsstål med en typisk kvalitet, såsom W6Mo5Cr4V2Al (forkortet til 501). Højtemperaturhårdheden ved 6000 grader når også 54HRC, og skæreydelsen svarer til M42. Den er velegnet til fremstilling af fræsere, bor, oprømmere, tandhjulsfræsere, brocher osv., og bruges til forarbejdning af materialer såsom legeret stål, rustfrit stål, højstyrkestål og højtemperaturlegeringer.
⑤ Nitrogen superhårdt højhastighedsstål. En typisk kvalitet, såsom W12M03Cr4V3N, forkortet til (V3N), er et nitrogenholdigt superhårdt højhastighedsstål med en hårdhed, styrke og sejhed, der kan sammenlignes med M42. Den kan bruges som erstatning for koboltholdigt højhastighedsstål til lavhastighedsskæring af svært bearbejdede materialer og lavhastigheds højpræcisionsbearbejdning.
(3) Smeltning af højhastighedsstål og pulvermetallurgi højhastighedsstål
Ifølge forskellige fremstillingsprocesser kan højhastighedsstål opdeles i smeltet højhastighedsstål og pulvermetallurgi højhastighedsstål.
① Smeltende højhastighedsstål: Både almindeligt højhastighedsstål og højtydende højhastighedsstål fremstilles ved hjælp af smeltemetoden. De laves til skærende værktøjer gennem processer som smeltning, ingot støbning og plettering og valsning. Det alvorlige problem, der er tilbøjelige til at opstå ved smeltning af højhastighedsstål, er carbidadskillelse. Hårde og sprøde karbider er ujævnt fordelt i højhastighedsstål, og kornstørrelsen er grov (op til titusvis af mikrometer), hvilket har en negativ indvirkning på slidstyrken, sejheden og skæreydelsen af højhastighedsstålværktøjer.
② Powder Metallurgy High Speed Steel (PM HSS): Powder Metallurgy High Speed Steel (PM HSS) er en stålvæske smeltet i en højfrekvent induktionsovn. Det forstøves med højtryksargon eller ren nitrogengas og bratkøles derefter for at opnå en fin og ensartet krystallinsk struktur (højhastighedsstålpulver). Det resulterende pulver presses derefter ind i et værktøjsemne ved høj temperatur og tryk eller laves først til en stålstang og derefter smedet og rullet til en værktøjsform. Sammenlignet med højhastighedsstål fremstillet ved smeltemetoden har PM HSS fordelene ved fine og ensartede hårdmetalkorn, væsentligt forbedret styrke, sejhed og slidstyrke sammenlignet med smeltet højhastighedsstål. PM HSS værktøjer vil videreudvikle og indtage en vigtig position inden for komplekse CNC værktøjer. Typiske kvaliteter, såsom F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN osv., kan bruges til at fremstille store, kraftige og slagfaste skæreværktøjer samt præcisionsskæreværktøjer.
