Alta velocidad herramientas de corte La tecnología de herramientas es la clave para el mecanizado CNC de alta velocidad. La tecnología de herramientas es una de las tecnologías clave para lograr un corte CNC de alta velocidad. Las herramientas inadecuadas harán que las máquinas herramienta o los sistemas de mecanizado complejos y costosos sean completamente ineficaces. Dado que el corte de alta velocidad tiene una alta velocidad de corte, y la velocidad de la línea de mecanizado de alta velocidad está limitada principalmente por la herramienta, porque dentro del rango de alta velocidad que la máquina herramienta actual puede alcanzar, cuanto mayor sea la velocidad, más rápido se desgasta la herramienta.
Por lo tanto, el corte a alta velocidad impone mayores requisitos a los materiales de las herramientas. Además de algunas propiedades básicas de los materiales de las herramientas ordinarias, las herramientas de corte a alta velocidad también deben tener alta resistencia al calor, resistencia al choque térmico, buenas propiedades mecánicas a alta temperatura y alta confiabilidad. Actualmente, los materiales de herramientas de corte a alta velocidad comúnmente utilizados incluyen diamante policristalino (PCD), nitruro de boro cúbico (CBN), cerámica, herramientas revestidas, carburo cementado de grano ultrafino y otros materiales de herramientas.
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Materiales de herramientas de diamante. Las fresas de diamante tienen las características de alta dureza, alta resistencia a la compresión, buena conductividad térmica y resistencia al desgaste, y pueden lograr una alta precisión de procesamiento y eficiencia de procesamiento en el corte de alta velocidad. Las herramientas de diamante se dividen en herramientas de diamante natural y herramientas de diamante artificial. El diamante natural es caro y difícil de procesar y soldar. Rara vez se utiliza como herramienta de corte, excepto para unos pocos usos especiales. En los últimos años, se han desarrollado una variedad de métodos de herramientas de diamante de rectificado de mecanismo químico y tecnología de diamante de soldadura fuerte con gas protector, lo que simplifica el proceso de fabricación de herramientas de diamante natural. Por lo tanto, el diamante natural juega un papel importante en el campo de aplicación de alta tecnología del corte de espejo de ultraprecisión.
Material de herramientas de nitruro de boro cúbico. El nitruro de boro cúbico (CBN) es un material superduro que solo supera al diamante en dureza. Aunque el CBN tiene una dureza menor que el diamante, su temperatura de oxidación es tan alta como 1360 ℃ y tiene una menor afinidad con los materiales ferromagnéticos. Por lo tanto, es particularmente adecuado para procesar materiales metálicos difíciles de procesar con alta dureza y alta tenacidad. Las herramientas PCBN son los principales materiales de herramientas que pueden cumplir con los requisitos de corte avanzados y son materiales de herramientas ideales para corte duro, corte de alta velocidad y corte en seco. Las herramientas PCBN se utilizan principalmente para procesar acero endurecido, hierro fundido, aleaciones de alta temperatura y materiales de pulverización de superficies. La industria de fabricación de automóviles extranjera utiliza herramientas PCBN para cortar materiales de hierro fundido.
Herramientas cerámicas. En comparación con el carburo cementado, los materiales cerámicos tienen mayor dureza, dureza roja y resistencia al desgaste. Por lo tanto, al procesar acero, la durabilidad de las herramientas cerámicas es de 10 a 20 veces mayor que la de las herramientas de carburo cementado, y su dureza roja es de 2 a 6 veces mayor que la del carburo cementado. Además, su estabilidad química y capacidad antioxidante son mejores que las del carburo cementado. La baja resistencia y la tenacidad de los materiales de las herramientas cerámicas restringen su aplicación y promoción, mientras que el desarrollo de la tecnología de polvos ultrafinos y la investigación de nanocompuestos han agregado nueva vitalidad a su desarrollo. Las herramientas cerámicas son las herramientas de corte de alta velocidad más prometedoras y han atraído la atención de países de todo el mundo. En Alemania, alrededor de 70% de los procesos de mecanizado de piezas fundidas se completan con herramientas cerámicas, y el consumo anual de cuchillas cerámicas en Japón ha representado entre 8% y 10% del número total de herramientas.
Herramientas recubiertas. El desarrollo de materiales de recubrimiento ha pasado por las etapas de desarrollo de recubrimientos compuestos y recubrimientos compuestos multicomponentes desde el recubrimiento único inicial. Ahora, se han desarrollado materiales de película compuesta multicomponente como TiN/NbN y TiN/CN, lo que mejora en gran medida el rendimiento de los recubrimientos de herramientas. Entre los materiales de recubrimiento duros, TiN tiene la tecnología más madura y el más utilizado.
Materiales para herramientas de carburo cementado. El desarrollo de materiales de carburo cementado de grano fino (1~0,5 um) y de grano ultrafino (<0,5 um) y de herramientas de carburo cementado integral ha mejorado enormemente la resistencia a la flexión del carburo cementado. Puede reemplazar al acero de alta velocidad para fabricar brocas, fresas de extremo, machos de roscar y otras herramientas de uso general de tamaño pequeño en grandes cantidades y con una amplia gama. Su velocidad de corte y vida útil de la herramienta superan con creces al acero de alta velocidad. El uso de herramientas de carburo cementado integral puede mejorar significativamente la eficiencia de corte en la mayoría de los campos de aplicación que originalmente utilizaban herramientas de acero de alta velocidad. Otra ventaja del carburo cementado de grano fino es que el borde de la herramienta es afilado, especialmente adecuado para el corte a alta velocidad de materiales pegajosos y duros.
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En el corte de alta velocidad, la estructura del cuerpo de la herramienta y la estructura de sujeción de la hoja están sujetas a una gran fuerza centrífuga. Para mantener la herramienta con suficiente fuerza de sujeción, el diseño de la estructura de la herramienta debe considerar completamente la particularidad del procesamiento de corte de alta velocidad, el material del cuerpo de la herramienta debe ser liviano, se debe considerar el equilibrio dinámico de la herramienta y la sujeción de la hoja de la herramienta debe ser confiable. Los centros de mecanizado y otras N (máquinas herramienta) han estado utilizando sistemas de herramientas de vástago cónico sólido 7:24 durante muchos años. Este vástago cónico sólido tiene las siguientes desventajas: dado que solo está conectado por la superficie cónica, la rigidez de la conexión entre el vástago y el husillo es baja, especialmente cuando la velocidad del husillo supera las 10 000 r/min, la falta de rigidez de la conexión es más obvia.
Al utilizar ATC (cambio automático de herramienta), la precisión de posicionamiento repetitivo es baja y es difícil lograr un mecanizado de alta precisión; cuando el husillo gira a alta velocidad, el extremo frontal del husillo se expandirá bajo la acción de la fuerza centrífuga, lo que puede hacer que el husillo se separe fácilmente de la superficie del cono del portaherramientas, lo que hace que el descentramiento radial aumente bruscamente (hasta 15? um), reduciendo así la rigidez de contacto del portaherramientas y siendo propenso a accidentes de seguridad.
Por lo tanto, el portaherramientas tradicional de cono largo no es adecuado para el corte a alta velocidad. Para resolver este problema, se ha desarrollado un portaherramientas de doble posicionamiento que utiliza el cono y la cara del extremo del husillo para posicionar simultáneamente. Este tipo de portaherramientas está centrado por el cono, y la cara del extremo del husillo de la máquina herramienta está cerca de la cara del extremo de la brida del portaherramientas. Este tipo de portaherramientas tiene una alta precisión de posicionamiento repetitivo cuando se instala (la precisión de posicionamiento repetitivo axial puede alcanzar 0,001 mm), bajo la fuerza centrífuga generada por la rotación a alta velocidad, el portaherramientas se bloqueará firmemente y su descentramiento radial no excede los 5? um, y puede mantener una alta rigidez estática y dinámica en todo el rango de velocidad. Por lo tanto, este tipo de portaherramientas es particularmente adecuado para el corte a alta velocidad.
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La tecnología de monitoreo de herramientas es muy importante para la seguridad del corte a alta velocidad. La tecnología de monitoreo de herramientas incluye principalmente el control del desgaste de la herramienta mediante el monitoreo de la fuerza de corte; la obtención indirecta de información sobre el desgaste de la herramienta mediante el monitoreo de la potencia de la máquina herramienta; el monitoreo de la rotura de la herramienta (rotura), etc. En la actualidad, la investigación, el desarrollo y la aplicación de la tecnología de monitoreo de herramientas de corte a alta velocidad en el país y en el extranjero no son suficientes. Dado que la señal de emisión acústica es sensible a la carga de la herramienta, la emisión acústica se utiliza para monitorear el estado y el desgaste de la herramienta en el corte a alta velocidad, y se han obtenido buenos resultados. Además, se utilizan cámaras digitales y accesorios especiales para estudiar el desgaste de las herramientas de corte a alta velocidad.
Con el desarrollo de tecnología de fabricación avanzada, tecnología de materiales y nanotecnología, nuevos recubrimientos duros multielementos, compuestos, de nivel nano y películas de diamante CVD y otros materiales funcionales, materiales de herramientas superduros, herramientas cerámicas, herramientas recubiertas, etc. se utilizarán ampliamente, y los sistemas de herramientas de corte de alta velocidad se volverán cada vez más perfectos, convirtiéndose en una parte importante de la promoción del corte CNC de alta velocidad.
