La tendencia general del desarrollo del procesamiento mecánico es la alta eficiencia, alta precisión, alta flexibilidad y mayor conciencia ambiental. En el campo del procesamiento mecánico, el procesamiento de corte (rectificado) es el método de procesamiento más utilizado. El corte de alta velocidad es la dirección de desarrollo del procesamiento de corte y se ha convertido en la corriente principal del procesamiento de corte. Es una tecnología clave común importante de la tecnología de fabricación avanzada. La promoción y aplicación de la tecnología de corte de alta velocidad mejorará en gran medida la eficiencia de producción y la calidad del procesamiento y reducirá los costos. El desarrollo y la aplicación de la tecnología de corte de alta velocidad están determinados por el progreso de las máquinas herramienta y la tecnología de herramientas, entre las cuales el progreso de los materiales de las herramientas juega un papel decisivo.
Los estudios han demostrado que al cortar a alta velocidad, a medida que aumenta la velocidad de corte, la fuerza de corte disminuye, la temperatura de corte aumenta mucho y el aumento se ralentiza gradualmente después de alcanzar un cierto valor. La principal causa de daño de la herramienta es el desgaste y los daños como la fricción mecánica, la adhesión, el desgaste químico, el astillado, el aplastamiento y la deformación plástica bajo la acción de la fuerza de corte y la temperatura de corte. Por lo tanto, los requisitos más importantes para la alta velocidad herramienta de corte Los materiales son propiedades mecánicas, propiedades termofísicas, propiedades antiadherentes a altas temperaturas, estabilidad química (oxidabilidad, difusividad, solubilidad, etc.) y resistencia al choque térmico y al agrietamiento del recubrimiento. En base a este requisito, en los últimos 20 años se han desarrollado una serie de materiales para herramientas adecuados para el corte a alta velocidad, que pueden cortar varios materiales de piezas de trabajo en diferentes condiciones de corte.
Aunque siempre esperamos obtener materiales para herramientas con una alta dureza para garantizar la resistencia al desgaste de la herramienta y una alta tenacidad para evitar que la herramienta se rompa, el desarrollo tecnológico actual aún no ha encontrado materiales para herramientas con un rendimiento tan superior y no podemos tener ambas cosas. Por lo tanto, elegiremos materiales para herramientas más adecuados según las necesidades de la práctica. La tenacidad del material de la herramienta tiene prioridad en el mecanizado en bruto; la dureza del material de la herramienta tiene prioridad en el mecanizado fino. Por supuesto, la gente también espera obtener mejores resultados procesando a velocidades de corte ultraaltas.
Procesamiento de materiales de aleación de aluminio
Las aleaciones de aluminio de fácil corte se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial. Las herramientas adecuadas incluyen K10, K20 y PCD. La velocidad de corte es de 2000 a 4000 m/min, la velocidad de avance es de 3 a 12 m/min, el ángulo de inclinación de la herramienta es de 12° a 18°, el ángulo de retroceso es de 10° a 18° y el ángulo de inclinación de la cuchilla puede alcanzar los 25°.
Las aleaciones de aluminio fundido utilizan diferentes herramientas según el diferente contenido de Si de la base. Para aleaciones de aluminio fundido con un contenido de Si inferior a 12%, se pueden utilizar herramientas K10 y Si3N4. Cuando el contenido de Si es superior a 12%, se pueden utilizar herramientas recubiertas de diamante PKD (diamante artificial), PCD (diamante policristalino) y CVD. Para aleaciones de aluminio de silicio sobre silicio con un contenido de Si de 16%~18%, es mejor utilizar herramientas recubiertas de diamante PCD o CVD, con una velocidad de corte de 1100 m/min y una velocidad de avance de 0,125 mm/r.
Procesamiento de materiales de hierro fundido
o fundiciones, cuando la velocidad de corte es mayor a 350m/min, se llama mecanizado de alta velocidad, y la velocidad de corte tiene una gran influencia en la selección de herramientas. Cuando la velocidad de corte es menor a 750m/min, se pueden utilizar carburo revestido y cerámica metálica. Cuando la velocidad de corte es de 510~2000m/min, se pueden utilizar herramientas de cerámica Si3N4. Cuando la velocidad de corte es de 2000~4500m/min, se pueden utilizar herramientas CBN. La estructura metalográfica de la fundición tiene cierta influencia en la selección de herramientas de corte de alta velocidad. Cuando la velocidad de corte es mayor a 500m/min para procesar fundiciones dominadas por perlita, se puede utilizar CBN o Si3N4.
Cuando predomina la ferrita, debido al desgaste por difusión, el desgaste de la herramienta es grave. Independientemente del uso de CBN, se deben utilizar herramientas cerámicas. Por ejemplo, cuando la fase de unión es metal Co, el tamaño de grano medio es de 3 um y el contenido de CBN es mayor que 90%~95%, BZN6000 es adecuado para procesar fundición gris con alto contenido de ferrita cuando V=700m/min. Las hojas de amborita con una fase de unión de cerámica (AIN+AIB2), un tamaño de grano medio de 10 um y un contenido de CBN de 90%~95%, al procesar fundición gris con un alto contenido de perlita, cuando la velocidad de corte es inferior a 1100m/min, la vida útil de la herramienta aumenta con el aumento de la velocidad de corte.
Procesamiento de materiales de acero ordinarios
La velocidad de corte tiene una gran influencia en la calidad de la superficie del acero. Según las investigaciones, su velocidad de corte óptima es de 500 a 800 m/min. En la actualidad, las herramientas de carburo revestido, las herramientas de cerámica metálica, las herramientas de cerámica no metálica y las herramientas de CBN se pueden utilizar como materiales de herramientas para el corte a alta velocidad de piezas de acero. Entre ellas, las herramientas de carburo revestido pueden utilizar fluido de corte. La resistencia al desgaste de las herramientas revestidas de TiN producidas por el método de revestimiento PVD es mejor que la de las herramientas revestidas producidas por el método de revestimiento CVD, porque las primeras pueden mantener bien la forma del filo de corte, de modo que las piezas procesadas pueden obtener una mayor precisión y calidad de superficie.
Actualmente, el sector de las herramientas cermet ocupa una gran cuota de mercado. Las cerámicas metálicas basadas en TC-Ni-Mo tienen una buena estabilidad química, pero una resistencia a la flexión y una conductividad térmica deficientes. Son adecuadas para el acabado con un avance pequeño y una profundidad de corte pequeña a una velocidad de corte de 400~800 m/min. Las cerámicas metálicas con TiCN como matriz y menos molibdeno y más tungsteno en el aglutinante combinan resistencia y resistencia al desgaste. El TiN se utiliza para aumentar la tenacidad de las cerámicas metálicas. La profundidad de corte del acero o del hierro fundido puede alcanzar los 2~3 mm.
Procesamiento de materiales de acero de alta dureza
Las herramientas de corte de alta velocidad para acero de alta dureza (HRC40~70) pueden ser herramientas de metal-cerámica, herramientas de cerámica, herramientas de carburo revestidas de TiC, herramientas de PCBN, etc. Las metalocerámicas pueden ser metalocerámicas con TiC como componente básico y TiN añadido. Su dureza y tenacidad a la fractura son aproximadamente equivalentes a las del carburo cementado, mientras que su conductividad térmica es inferior a 1/10 de la del carburo cementado, y tiene una excelente resistencia a la oxidación, resistencia a la adhesión y resistencia al desgaste. Además, tiene buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas y baja afinidad con el acero, lo que es adecuado para el procesamiento SKD de acero para moldes de velocidad media y alta (aproximadamente 200 m/min). Las metalocerámicas son especialmente adecuadas para ranurado. Las herramientas cerámicas se pueden utilizar para cortar materiales de piezas de trabajo con una dureza de HRC63. Si la pieza de trabajo se templa antes de cortar, se puede lograr "cortar en lugar de rectificar".
Al cortar acero 45 con una dureza templada de HRC48~58, la velocidad de corte puede ser de 150~180m/min, la velocidad de avance es de 0,3~0,4min/r y la profundidad de corte puede ser de 2~4mm. Las herramientas de cerámica AI203-TiC con un tamaño de partícula de 1um y un contenido de TiC de 20% a 30% se pueden utilizar para procesar acero de alta dureza con un alto rendimiento antidesgaste a una velocidad de corte de aproximadamente 100m/min. Cuando la velocidad de corte es superior a 1000m/min, el PCBN es el mejor material para herramientas, y las herramientas de PCBN con un contenido de CBN superior a 90% son adecuadas para procesar acero para herramientas endurecido (como el acero para herramientas H13 con HRC55).
Procesamiento de materiales de aleación a base de níquel de alta temperatura
La aleación a base de níquel Inconel718 es un material típico difícil de procesar con alta resistencia a altas temperaturas, resistencia al corte dinámico y bajo coeficiente de difusión térmica. Es fácil producir endurecimiento por trabajo durante el corte, lo que provocará una alta temperatura en el área de corte de la herramienta y un desgaste acelerado. Al cortar esta aleación a alta velocidad, se utilizan principalmente herramientas de cerámica y CBN. La cerámica de alúmina reforzada con bigotes de carburo de silicio puede obtener una vida útil más larga de la herramienta a 100 ~ 300 m / min. Cuando la velocidad de corte es superior a 500 m / min, el desgaste de la herramienta de la cerámica de alúmina agregada con TiC es pequeño, mientras que el desgaste de la muesca es grande a 100 ~ 300 m / min.
La cerámica de nitruro de silicio (Si3N4) también se puede utilizar para procesar la aleación Inconel718. En general, se cree que las mejores condiciones de corte para mecanizar Inconel718 con cerámica reforzada con filamentos de SiC son: velocidad de corte 700 m/min, profundidad de corte 1~2 mm, velocidad de avance 0,1~0,18 mm/z, y la cerámica Sialon tiene alta tenacidad y es adecuada para cortar aleación Inconel 718 tratada con solución (HRC45). La cerámica reforzada con filamentos de SiC AI203 es adecuada para mecanizar aleaciones a base de níquel con baja dureza.
Procesamiento de materiales de aleación de titanio (Ti6Al6V2Sn)
La aleación de titanio tiene una alta resistencia y tenacidad al impacto, y su dureza es ligeramente inferior a la del Inconel718, pero su endurecimiento por trabajo es muy grave, por lo que se producen altas temperaturas y un desgaste severo de la herramienta durante el corte. Los experimentos muestran que el fresado a alta velocidad de aleación de titanio con una fresa espiral de dos filos de carburo K10 de 10 mm de diámetro (ángulo de hélice de 30°) puede lograr una vida útil satisfactoria de la herramienta, la velocidad de corte puede ser de hasta 628 m/min y el avance por diente puede ser de 0,06 ~ 0,12 mm/z. La velocidad de corte del torneado continuo a alta velocidad de aleación de titanio no debe superar los 200 m/min.
Procesamiento de materiales compuestos
En el pasado, los materiales compuestos avanzados utilizados en la industria aeroespacial utilizaban carburo y PCD. La velocidad de corte del carburo era limitada. Sin embargo, a una temperatura alta de más de 900 ℃, la hoja de PCD se derrite en el punto de soldadura con el cuerpo de corte de carburo o acero de alta velocidad, y las herramientas de cerámica pueden lograr un corte de alta velocidad de aproximadamente 300 m/min.
