Alta velocidade ferramentas de corte são a chave para a tecnologia de usinagem CNC de alta velocidade. A tecnologia de ferramentas é uma das principais tecnologias para atingir o corte CNC de alta velocidade. Ferramentas inadequadas tornarão máquinas-ferramentas complexas e caras ou sistemas de usinagem completamente ineficazes. Como o corte de alta velocidade tem uma alta velocidade de corte, e a velocidade da linha de usinagem de alta velocidade é limitada principalmente pela ferramenta, porque dentro da faixa de alta velocidade que a máquina-ferramenta atual pode atingir, quanto maior a velocidade, mais rápido a ferramenta se desgasta.
Portanto, o corte de alta velocidade coloca requisitos mais altos em materiais de ferramentas. Além de algumas propriedades básicas de materiais de ferramentas comuns, ferramentas de corte de alta velocidade também devem ter alta resistência ao calor, resistência ao choque térmico, boas propriedades mecânicas de alta temperatura e alta confiabilidade. Atualmente, os materiais de ferramentas de corte de alta velocidade comumente usados incluem diamante policristalino (PCD), nitreto de boro cúbico (CBN), cerâmica, ferramentas revestidas, carboneto cimentado de grãos ultrafinos e outros materiais de ferramentas.
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Materiais de ferramentas diamantadas. As fresas diamantadas têm as características de alta dureza, alta resistência à compressão, boa condutividade térmica e resistência ao desgaste, e podem atingir alta precisão de processamento e eficiência de processamento em cortes de alta velocidade. As ferramentas diamantadas são divididas em ferramentas de diamante natural e ferramentas de diamante artificial. O diamante natural é caro e difícil de processar e soldar. Raramente é usado como ferramenta de corte, exceto para alguns usos especiais. Nos últimos anos, uma variedade de métodos de ferramentas diamantadas de retificação de mecanismo químico e tecnologia de diamante de brasagem de gás de proteção foram desenvolvidos, tornando o processo de fabricação de ferramentas diamantadas naturais mais simples. Portanto, o diamante natural desempenha um papel importante no campo de aplicação de alta tecnologia de corte de espelho de ultraprecisão.
Material de ferramenta de nitreto de boro cúbico. O nitreto de boro cúbico (CBN) é um material superduro, perdendo apenas para o diamante em dureza. Embora o CBN tenha uma dureza menor que o diamante, sua temperatura de oxidação é tão alta quanto 1360℃ e tem uma afinidade menor com materiais ferromagnéticos. Portanto, é particularmente adequado para processar materiais metálicos difíceis de processar com alta dureza e alta tenacidade. As ferramentas PCBN são os principais materiais de ferramentas que podem atender aos requisitos de corte avançados e são materiais de ferramentas ideais para corte duro, corte de alta velocidade e corte a seco. As ferramentas PCBN são usadas principalmente para processar aço endurecido, ferro fundido, ligas de alta temperatura e materiais de pulverização de superfície. A indústria automobilística estrangeira usa ferramentas PCBN para cortar materiais de ferro fundido.
Ferramentas de cerâmica. Comparados com o carboneto cimentado, os materiais cerâmicos têm maior dureza, dureza vermelha e resistência ao desgaste. Portanto, ao processar aço, a durabilidade das ferramentas de cerâmica é de 10 a 20 vezes maior que a das ferramentas de carboneto cimentado, e sua dureza vermelha é de 2 a 6 vezes maior que a do carboneto cimentado. Além disso, sua estabilidade química e capacidade antioxidante são melhores que as do carboneto cimentado. A baixa resistência e a baixa tenacidade dos materiais de ferramentas de cerâmica restringem sua aplicação e promoção, enquanto o desenvolvimento da tecnologia de pó ultrafino e a pesquisa de nanocompósitos adicionaram nova vitalidade ao seu desenvolvimento. As ferramentas de cerâmica são as ferramentas de corte de alta velocidade mais promissoras e atraíram a atenção de países ao redor do mundo. Na Alemanha, cerca de 70% dos processos de usinagem de peças fundidas são concluídos com ferramentas de cerâmica, e o consumo anual de facas de cerâmica no Japão foi responsável por 8% a 10% do número total de ferramentas.
Ferramentas revestidas. O desenvolvimento de materiais de revestimento passou pelos estágios de desenvolvimento de revestimentos compostos e revestimentos compostos multicomponentes a partir do revestimento único inicial. Agora, materiais de filme composto multicomponente como TiN/NbN e TiN/CN foram desenvolvidos, o que melhora muito o desempenho dos revestimentos de ferramentas. Entre os materiais de revestimento duro, o TiN tem a tecnologia mais madura e a mais amplamente usada.
Materiais de ferramentas de carboneto cimentado. O desenvolvimento de materiais de carboneto cimentado de grão fino (1~0,5um) e ultrafino (<0,5um) e ferramentas integrais de carboneto cimentado melhorou muito a resistência à flexão do carboneto cimentado. Ele pode substituir o aço rápido para fabricar brocas de pequeno porte, fresas de topo, machos e outras ferramentas de uso geral com grandes quantidades e amplas faixas. Sua velocidade de corte e vida útil da ferramenta excedem em muito o aço rápido. O uso de ferramentas integrais de carboneto cimentado pode melhorar significativamente a eficiência de corte na maioria dos campos de aplicação que originalmente usavam ferramentas de aço rápido. Outra vantagem do carboneto cimentado de grão fino é que a aresta da ferramenta é afiada, especialmente adequada para corte em alta velocidade de materiais pegajosos e resistentes.
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No corte de alta velocidade, a estrutura do corpo da ferramenta e a estrutura de fixação da lâmina estão sujeitas a grande força centrífuga. Para manter a ferramenta com força de fixação suficiente, o projeto da estrutura da ferramenta deve considerar totalmente a particularidade do processamento de corte de alta velocidade, o material do corpo da ferramenta deve ser leve, o equilíbrio dinâmico da ferramenta deve ser considerado e a fixação da lâmina da ferramenta deve ser confiável. Centros de usinagem e outras máquinas-ferramentas N (usamáquinas-ferramentas têm usado sistemas de ferramentas de haste cônica sólida 7:24 por muitos anos. Esta haste cônica sólida tem as seguintes desvantagens: Como é conectada apenas pela superfície cônica, a rigidez da conexão entre a haste e o fuso é baixa, especialmente quando a velocidade do fuso excede 10.000 r/min, a falta de rigidez da conexão é mais óbvia.
Ao usar o ATC (Automático) Ao instalar a ferramenta pelo método de troca de ferramentas (troca automática de ferramentas), a precisão de posicionamento repetitivo é baixa e é difícil obter usinagem de alta precisão; quando o fuso gira em alta velocidade, a extremidade frontal do fuso se expande sob a ação da força centrífuga, o que pode facilmente fazer com que o fuso se separe da superfície do cone do porta-ferramentas, fazendo com que o desvio radial aumente acentuadamente (até 15? um), reduzindo assim a rigidez de contato do porta-ferramentas e propenso a acidentes de segurança.
Portanto, o porta-ferramentas tradicional de cone longo não é adequado para cortes de alta velocidade. Para resolver esse problema, foi desenvolvido um porta-ferramentas de posicionamento duplo que usa o cone e a face final do fuso para posicionar simultaneamente. Esse tipo de porta-ferramentas é centralizado pelo cone, e a face final do fuso da máquina-ferramenta fica próxima à face final do flange do porta-ferramentas. Esse tipo de porta-ferramentas tem alta precisão de posicionamento repetitivo quando instalado (a precisão de posicionamento repetitivo axial pode chegar a 0,001 mm), sob a força centrífuga gerada pela rotação de alta velocidade, o porta-ferramentas será firmemente travado, e seu desvio radial não excede 5? um, e pode manter alta rigidez estática e dinâmica em toda a faixa de velocidade. Portanto, esse tipo de porta-ferramentas é particularmente adequado para cortes de alta velocidade.
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A tecnologia de monitoramento de ferramentas é muito importante para a segurança do corte de alta velocidade. A tecnologia de monitoramento de ferramentas inclui principalmente o controle do desgaste da ferramenta monitorando a força de corte; obtendo indiretamente informações sobre o desgaste da ferramenta monitorando a potência da máquina-ferramenta; monitorando a quebra da ferramenta (quebra), etc. Atualmente, a pesquisa, o desenvolvimento e a aplicação da tecnologia de monitoramento de ferramentas de corte de alta velocidade no país e no exterior não são suficientes. Como o sinal de emissão acústica é sensível à carga da ferramenta, a emissão acústica é usada para monitorar a condição da ferramenta e o desgaste da ferramenta no corte de alta velocidade, e bons resultados foram alcançados. Além disso, câmeras digitais e acessórios especiais são usados para estudar o desgaste de ferramentas de corte de alta velocidade.
Com o desenvolvimento de tecnologia de fabricação avançada, tecnologia de materiais e nanotecnologia, novos revestimentos duros multielementos, compostos, nanonível e filmes de diamante CVD e outros materiais funcionais, materiais de ferramentas superduros, ferramentas de cerâmica, ferramentas revestidas, etc. serão amplamente utilizados, e os sistemas de ferramentas de corte de alta velocidade se tornarão cada vez mais perfeitos, tornando-se uma parte importante da promoção do corte CNC de alta velocidade.
