A tendência geral do desenvolvimento do processamento mecânico é alta eficiência, alta precisão, alta flexibilidade e maior conscientização ambiental. No campo do processamento mecânico, o processamento de corte (retificação) é o método de processamento mais amplamente utilizado. O corte de alta velocidade é a direção do desenvolvimento do processamento de corte e se tornou o mainstream do processamento de corte. É uma importante tecnologia-chave comum da tecnologia de fabricação avançada. A promoção e a aplicação da tecnologia de corte de alta velocidade melhorarão muito a eficiência da produção e a qualidade do processamento e reduzirão os custos. O desenvolvimento e a aplicação da tecnologia de corte de alta velocidade são determinados pelo progresso das máquinas-ferramentas e da tecnologia de ferramentas, entre as quais o progresso dos materiais de ferramentas desempenha um papel decisivo.
Estudos mostram que ao cortar em alta velocidade, conforme a velocidade de corte aumenta, a força de corte diminui, a temperatura de corte aumenta muito e o aumento diminui gradualmente após atingir um determinado valor. A principal causa de danos à ferramenta é o desgaste e danos como atrito mecânico, colagem, desgaste químico, lascamento, esmagamento e deformação plástica sob a ação da força de corte e da temperatura de corte. Portanto, os requisitos mais importantes para alta velocidade ferramenta de corte materiais são propriedades mecânicas, propriedades termofísicas, propriedades antiaderentes em altas temperaturas, estabilidade química (oxidabilidade, difusividade, solubilidade, etc.) e resistência ao choque térmico e resistência a rachaduras no revestimento. Com base neste requisito, uma série de materiais de ferramentas adequados para corte em alta velocidade foram desenvolvidos nos últimos 20 anos, que podem cortar vários materiais de peças de trabalho sob diferentes condições de corte.
Embora sempre esperemos obter materiais de ferramentas com alta dureza para garantir a resistência ao desgaste da ferramenta e alta tenacidade para evitar que a ferramenta quebre, o desenvolvimento tecnológico atual ainda não encontrou materiais de ferramentas de desempenho superior, e não podemos ter ambos. Portanto, escolheremos materiais de ferramentas mais adequados de acordo com as necessidades na prática. A tenacidade do material da ferramenta tem prioridade na usinagem de desbaste; a dureza do material da ferramenta tem prioridade na usinagem fina. Claro, as pessoas também esperam obter melhores resultados processando em velocidades de corte ultra-altas.
Processamento de materiais de liga de alumínio
Ligas de alumínio de corte livre são amplamente utilizadas na indústria aeroespacial. Ferramentas adequadas incluem K10, K20 e PCD. A velocidade de corte é de 2000~4000m/min, a taxa de avanço é de 3~12m/min, o ângulo de inclinação da ferramenta é de 12°~18°, o ângulo traseiro é de 10°~18° e o ângulo de inclinação da lâmina pode atingir 25°.
Ligas de alumínio fundido usam ferramentas diferentes de acordo com o conteúdo de Si base diferente. Para ligas de alumínio fundido com conteúdo de Si menor que 12%, ferramentas K10 e Si3N4 podem ser usadas. Quando o conteúdo de Si é maior que 12%, ferramentas revestidas de diamante PKD (diamante artificial), PCD (diamante policristalino) e CVD podem ser usadas. Para ligas de alumínio de silício sobre silício com conteúdo de Si de 16%~18%, é melhor usar ferramentas revestidas de diamante PCD ou CVD, com uma velocidade de corte de 1100m/min e uma taxa de avanço de 0,125mm/r.
Processamento de materiais de ferro fundido
ou fundições, quando a velocidade de corte é maior que 350 m/min, é chamada de usinagem de alta velocidade, e a velocidade de corte tem uma grande influência na seleção de ferramentas. Quando a velocidade de corte é menor que 750 m/min, carboneto revestido e cerâmica metálica podem ser usados. Quando a velocidade de corte é de 510~2000 m/min, ferramentas de cerâmica Si3N4 podem ser usadas. Quando a velocidade de corte é de 2000~4500 m/min, ferramentas CBN podem ser usadas. A estrutura metalográfica da fundição tem uma certa influência na seleção de ferramentas de corte de alta velocidade. Quando a velocidade de corte é maior que 500 m/min para processamento de fundições dominadas por perlita, CBN ou Si3N4 podem ser usados.
Quando a ferrita é dominante, devido ao desgaste por difusão, o desgaste da ferramenta é sério. Independentemente do uso de CBN, ferramentas de cerâmica devem ser usadas. Por exemplo, quando a fase de ligação é metal Co, o tamanho médio do grão é 3um, e o conteúdo de CBN é maior que 90%~95%, BZN6000 é adequado para processar ferro fundido cinzento com alto teor de ferrita quando V=700m/min. Lâminas de amborita com uma fase de ligação cerâmica (AIN+AIB2), um tamanho médio do grão de 10um, e um conteúdo de CBN de 90%~95%, ao processar ferro fundido cinzento com alto teor de perlita, quando a velocidade de corte é menor que 1100m/min, a vida útil da ferramenta aumenta com o aumento da velocidade de corte.
Processamento de materiais de aço comuns
A velocidade de corte tem uma grande influência na qualidade da superfície do aço. De acordo com a pesquisa, sua velocidade de corte ideal é de 500~800m/min. Atualmente, ferramentas de carboneto revestido, ferramentas de metal-cerâmica, ferramentas de cerâmica não metálica e ferramentas de CBN podem ser usadas como materiais de ferramentas para corte de alta velocidade de peças de aço. Entre elas, as ferramentas de carboneto revestido podem usar fluido de corte. A resistência ao desgaste das ferramentas revestidas de TiN produzidas pelo método de revestimento PVD é melhor do que a das ferramentas revestidas produzidas pelo método de revestimento CVD, porque as primeiras podem manter bem o formato da aresta de corte, de modo que as peças processadas podem obter maior precisão e qualidade de superfície.
O condado de ferramentas Cermet atualmente ocupa uma grande fatia de mercado. As cerâmicas metálicas baseadas em TC-Ni-Mo têm boa estabilidade química, mas baixa resistência à flexão e condutividade térmica. Elas são adequadas para acabamento com pequeno avanço e pequena profundidade de corte a uma velocidade de corte de 400~800m/min. Cerâmicas metálicas com TiCN como matriz e menos molibdênio e mais tungstênio no ligante combinam força e resistência ao desgaste. O TiN é usado para aumentar a tenacidade das cerâmicas metálicas. A profundidade de corte do aço ou ferro fundido pode atingir 2~3mm.
Processamento de materiais de aço de alta dureza
Ferramentas de corte de alta velocidade para aço de alta dureza (HRC40~70) podem ser ferramentas de metal-cerâmica, ferramentas de cerâmica, ferramentas de carboneto revestido de TiC, ferramentas de PCBN, etc. A metal-cerâmica pode ser metal-cerâmica com TiC como componente básico e TiN adicionado. Sua dureza e tenacidade à fratura são aproximadamente equivalentes às do carboneto cimentado, enquanto sua condutividade térmica é menor que 1/10 daquela do carboneto cimentado, e tem excelente resistência à oxidação, resistência à adesão e resistência ao desgaste. Além disso, tem boas propriedades mecânicas em altas temperaturas e baixa afinidade com o aço, o que é adequado para processamento de SKD de aço de molde de média e alta velocidade (cerca de 200 m/min). A metal-cerâmica é particularmente adequada para ranhuras. Ferramentas de cerâmica podem ser usadas para cortar materiais de peças de trabalho com uma dureza de HRC63. Se a peça de trabalho for temperada antes do corte, "corte em vez de retificação" pode ser alcançado.
Ao cortar aço 45 com dureza temperada de HRC48~58, a velocidade de corte pode ser de 150~180m/min, a taxa de avanço é de 0,3~0,4min/r, e a profundidade de corte pode ser de 2~4mm. Ferramentas de cerâmica AI203-TiC com tamanho de partícula de 1um e teor de TiC de 20% a 30% podem ser usadas para processar aço de alta dureza com alto desempenho anti-descascamento a uma velocidade de corte de cerca de 100m/min. Quando a velocidade de corte é maior que 1000m/min, PCBN é o melhor material de ferramenta, e ferramentas PCBN com teor de CBN maior que 90% são adequadas para processar aço para ferramentas endurecido (como aço para ferramentas H13 com HRC55).
Processamento de materiais de liga à base de níquel de alta temperatura
A liga de níquel Inconel718 é um material típico difícil de processar com alta resistência a altas temperaturas, resistência ao cisalhamento dinâmico e baixo coeficiente de difusão térmica. É fácil produzir endurecimento por trabalho durante o corte, o que levará a alta temperatura na área de corte da ferramenta e desgaste acelerado. Ao cortar esta liga em alta velocidade, ferramentas de cerâmica e CBN são usadas principalmente. Cerâmicas de alumina reforçadas com whisker de carboneto de silício podem obter vida útil mais longa da ferramenta a 100~300m/min. Quando a velocidade de corte é maior que 500m/min, o desgaste da ferramenta de cerâmicas de alumina adicionadas com TiC é pequeno, enquanto o desgaste do entalhe é grande a 100~300m/min.
Cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4) também podem ser usadas para processar a liga Inconel718. Acredita-se geralmente que as melhores condições de corte para usinar Inconel718 com cerâmicas reforçadas com whisker de SiC são: velocidade de corte de 700 m/min, profundidade de corte de 1 a 2 mm, taxa de avanço de 0,1 a 0,18 mm/z, e as cerâmicas Sialon têm alta tenacidade e são adequadas para cortar ligas Inconel 718 (HRC45) tratadas com solução. As cerâmicas reforçadas com whisker de AI203-SiC são adequadas para usinar ligas à base de níquel com baixa dureza.
Processamento de materiais de liga de titânio (Ti6Al6V2Sn)
A liga de titânio tem alta resistência e tenacidade ao impacto, e sua dureza é ligeiramente menor que a Inconel718, mas seu endurecimento por trabalho é muito sério, então ocorrem altas temperaturas e desgaste severo da ferramenta durante o corte. Experimentos mostram que a fresagem de alta velocidade da liga de titânio com uma fresa espiral de carboneto K10 de duas arestas de 10 mm de diâmetro (ângulo de hélice de 30°) pode atingir uma vida útil satisfatória da ferramenta, a velocidade de corte pode ser tão alta quanto 628 m/min, e o avanço por dente pode ser de 0,06~0,12 mm/z. A velocidade de corte do torneamento contínuo de alta velocidade da liga de titânio não deve exceder 200 m/min.
Processamento de materiais compostos
Materiais compostos avançados usados na indústria aeroespacial usavam carboneto e PCD no passado. A velocidade de corte do carboneto era limitada. No entanto, em uma alta temperatura de mais de 900℃, a lâmina de PCD derrete no ponto de soldagem com o corpo do cortador de carboneto ou aço rápido, e as ferramentas de cerâmica podem atingir corte de alta velocidade de cerca de 300m/min.
