Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de usinagem CNC e o uso generalizado de Máquinas-ferramentas CNC, os materiais das ferramentas são constantemente atualizados e desenvolvidos. O corte de alta velocidade se tornou um meio indispensável e importante no corte moderno. A velocidade de corte do corte de alta velocidade é de 5 a 10 vezes maior que a do corte convencional, o que apresenta novos requisitos para materiais de ferramentas, estrutura da ferramenta, parâmetros geométricos, etc. Em particular, há requisitos mais elevados para materiais de ferramentas. Os materiais das ferramentas de corte de alta velocidade devem ter alta resistência, tenacidade e dureza. Boa estabilidade térmica e dureza a quente, boas propriedades mecânicas em alta temperatura, pequena afinidade química e resistência ao desgaste. Aqui discutiremos os materiais da ferramenta e o desempenho das ferramentas de corte de alta velocidade e suas medidas de seleção razoáveis.
Classificação e desempenho de ferramentas de alta velocidade
Revestido Mdoença Tolá
Ferramentas de corte revestidas são revestidas com uma película de composto de metal duro e resistente ao desgaste no substrato da ferramenta para atingir o propósito de melhorar a dureza e a resistência ao desgaste da superfície da ferramenta. Os materiais comuns de substrato de ferramentas incluem principalmente aço rápido, carboneto cimentado, cerâmica de metal e cerâmica. Ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas com revestimento duro e ferramentas com revestimento macio. Os materiais de revestimento de ferramentas com revestimento duro incluem principalmente nitreto de titânio (TiN), carboneto de titânio (TiC), óxido de alumínio (Al2O3), carbonitreto de titânio (TiCN), nitreto de titânio e alumínio (TiAlN), carbonitreto de titânio e alumínio (TiAlCN), etc. As principais características das ferramentas com revestimento duro são alta dureza e boa resistência ao desgaste. Ferramentas com revestimento macio são ferramentas de aço rápido com MoS2 e WS2 como materiais de revestimento. Ferramentas com revestimento macio podem reduzir o atrito, a força de corte e a temperatura de corte.
O revestimento pode ser um revestimento único, um revestimento duplo ou um revestimento múltiplo, ou mesmo um revestimento composto composto de vários materiais de revestimento. O revestimento composto pode ser revestimentos multicompostos TiC-Al2O3-TiN, TiCN e TiAlN, e os últimos desenvolvimentos incluem TiN/NbN, TiN/CN e outros filmes multicompostos. O revestimento TiN tem alta dureza e boa resistência ao desgaste, o revestimento TiC tem baixa afinidade com o metal e forte resistência à oxidação, o TiAlN tem bom desempenho de corte em alta velocidade e o revestimento Al2O3 tem boa estabilidade térmica. A camada TiAlN tem excelente desempenho em corte em alta velocidade e a temperatura máxima de corte pode atingir 800℃.
Cerâmica Crevelando Tolá
Os materiais das ferramentas de corte de cerâmica incluem principalmente à base de alumina e à base de nitreto de silício. As ferramentas de corte de cerâmica têm as vantagens de alta dureza (HRA91~95), alta resistência (resistência à flexão 750~1000MPa), boa resistência ao desgaste, boa estabilidade química, bom desempenho antiadesão, baixo coeficiente de atrito e baixo preço. Não só isso, as ferramentas de corte de cerâmica também têm dureza muito alta em alta temperatura, atingindo HRA80 a 1200°C. Durante o corte normal, as ferramentas de fresamento de cerâmica são extremamente duráveis, e a velocidade de corte pode ser de 2 a 5 vezes maior do que a do carboneto.
Nos últimos anos, devido ao controle da pureza da matéria-prima e ao refinamento do tamanho das partículas, vários carbonetos, nitretos, boretos e óxidos foram adicionados para melhorar seu desempenho. Sua tenacidade à fratura também pode ser melhorada por meio do efeito sinérgico de partículas, bigodes, mudanças de fase, microfissuras e vários mecanismos de endurecimento. Não apenas a resistência à flexão aumenta para 0,9~1,0 GPa (a mais alta pode atingir 1,3-1,5 GPa), mas a tenacidade à fratura e a resistência ao impacto são muito melhoradas, e o escopo de aplicação é cada vez mais expandido. Além do acabamento geral e semiacabamento, também pode ser usado para desbaste sob carga de impacto. É reconhecido internacionalmente como a ferramenta com maior potencial para melhorar a eficiência da produção.
Atualmente, ferramentas de cerâmica podem processar materiais como aço, ferro fundido e suas ligas em altas velocidades em velocidades de corte de 200~1000m/min. A vida útil da ferramenta é várias vezes ou até dezenas de vezes maior do que a do carboneto cimentado. Comparadas com ferramentas superduras como diamante e CBN (nitreto cúbico de boro), as cerâmicas são relativamente baratas.
Metal Ceraico Crevelando Tolá
As cerâmicas metálicas têm alta dureza em temperatura ambiente, dureza em alta temperatura, boa resistência ao desgaste, forte resistência à oxidação e boa estabilidade química. Os materiais das ferramentas de cerâmica metálica incluem principalmente carboneto cimentado à base de TiC (TiC+Ni ou Mo) com alta resistência ao desgaste, carboneto cimentado à base de TiC (TiC+TaC+WC) com alta tenacidade, carboneto cimentado à base de TiN forte e carboneto cimentado à base de TiCN de alta resistência e tenacidade (TiCN+NbC). As ferramentas feitas dessas ligas podem processar aço e aço de liga em altas velocidades dentro da faixa de υc=300m/min~500m/min, e processar finamente ferro fundido. A cerâmica metálica pode ser transformada em brocas, fresas de topo e fresas. Por exemplo, a fresa de cerâmica metálica desenvolvida no Japão tem uma velocidade de υc=600m/min, que é cerca de 10 a 20 vezes maior que a da fresa de carboneto, e o valor de rugosidade da superfície Rmax da superfície usinada é de 2μm.
Ferramentas de nitreto de boro cúbico (CBN)
As ferramentas de nitreto de boro cúbico (CBN) têm uma dureza alta, perdendo apenas para o diamante (até 8000HV ~ 9000HV) e alta estabilidade térmica (até 1250℃ ~ 1350℃). É quimicamente inerte a elementos de ferro, tem forte capacidade antiadesão e pode ser retificada e afiada com uma roda de retificação de diamante. Portanto, é adequada para processar vários aços endurecidos, materiais de pulverização térmica, ferro fundido resfriado e materiais à base de cobalto e níquel acima de 35HRC. Porque as ferramentas de nitreto de boro cúbico (CBN) podem obter boa rugosidade de superfície ao processar peças de alta dureza. Portanto, o uso de ferramentas de nitreto de boro cúbico (CBN) pode substituir a retificação por torneamento e fresamento, melhorando muito a eficiência do processamento.
Ferramentas de diamante policristalino (PCD)
Ferramentas de diamante policristalino (PCD) As ferramentas de PCD podem atingir processamento de alta velocidade de metais não ferrosos e materiais não metálicos resistentes ao desgaste. É relatado que a velocidade de corte de brocas de PCD para processamento de ligas de Si-Al é de 300 m/min~400 m/min. Brocas de compósito de PCD e carboneto são usadas para processar ligas de Al, ligas de Mg, materiais compostos FRP, grafite e blanks de metalurgia do pó. Comparado com ferramentas de carboneto, a vida útil da ferramenta é aumentada em 65~145 vezes. A velocidade υc de fresas de faceamento de PCD usando corpos de fresa de liga de Al de alta resistência para processamento de ligas é de 3000 m/min~4000 m/min, e algumas chegam a 7000 m/min. Nos últimos anos, ferramentas de filme de diamante (inserções de torneamento e fresamento, brocas helicoidais, fresas de topo, machos, etc.) foram desenvolvidas no exterior, e sua vida útil é de 10~140 vezes a das ferramentas de carboneto.
Ferramentas de corte complexas de aço rápido e carboneto de alto desempenho
Cortadores de engrenagens feitos de aço rápido de cobalto de alto desempenho, aço rápido de metalurgia do pó e carboneto cimentado podem ser usados para corte de engrenagens em alta velocidade. Fresas de engrenagens feitas de novos materiais de metalurgia do pó feitos de pó de carboneto cimentado e pó de aço rápido podem atingir uma velocidade de fresagem de 150 m/min a 180 m/min. Após o tratamento de revestimento de TiAlN, elas podem ser usadas para corte a seco de engrenagens em alta velocidade. Quando brocas helicoidais feitas de carboneto cimentado de grão fino e revestidas com revestimentos resistentes ao desgaste, ao calor e lubrificantes são adicionadas com refrigerante para processar aço estrutural de carbono e aço de liga, a velocidade de corte pode atingir 200 m/min, e a velocidade de corte também pode atingir 150 m/min durante o corte a seco. Quando machos feitos de carboneto cimentado de grão fino são usados para processar ferro fundido cinzento, a velocidade de corte pode atingir 100 m/min.
Seleção razoável de ferramentas de corte de acordo com os materiais de processamento
Como selecionar corretamente as ferramentas de corte para processar os materiais da peça de trabalho correspondentes, melhorando assim a produtividade do processamento e reduzindo os custos de produção, é uma questão muito importante. Cada material de ferramenta tem sua faixa de processamento específica. Em geral, CBN, ferramentas de corte de metal-cerâmica, ferramentas de corte de cerâmica e ferramentas de corte revestidas são adequadas para processar materiais metálicos ferrosos, como aço. As ferramentas de corte PCD são adequadas para processamento de alta velocidade de metais não ferrosos, como alumínio, magnésio, cobre e suas ligas e materiais não metálicos.
Como Rrazoavelmente Cescolha o Rcerto Crevelando Tolá Mmaterial
Ferramentas de corte de cerâmica são adequadas para processar vários ferros fundidos, peças de aço e ligas de alta temperatura à base de níquel. Diferentes variedades e ferramentas de corte de cerâmica têm diferentes faixas de processamento. Ferramentas de corte de cerâmica à base de Al2O3 têm boa resistência ao desgaste, resistência ao calor e boa estabilidade química em alta temperatura, e podem ser usadas para processar ferro fundido, aço e suas ligas. Ferramentas de corte de cerâmica à base de Si3N4 têm boa tenacidade à fratura e resistência à vibração térmica, e são adequadas para processamento intermitente de ferro fundido e ferro fundido de liga.
As ferramentas de corte de fresamento de metal-cerâmica não só têm a dureza da cerâmica, mas também têm a alta resistência do carboneto cimentado, boa resistência de adesão e resistência ao desgaste. Elas têm baixa afinidade com o aço e são adequadas para corte de média e alta velocidade de aço de matriz. Quando a velocidade de corte é menor que 750 m/min, peças de ferro fundido podem ser processadas.
Ferramentas de corte de diamante são adequadas para processar materiais não metálicos, metais não ferrosos e suas ligas. Porque o diamante tem baixa estabilidade térmica e forte afinidade química com o ferro. Portanto, o PCD não é adequado para processar materiais de aço. O diamante tem um pequeno coeficiente de atrito, nenhuma afinidade com metais não ferrosos e os cavacos são fáceis de fluir para fora. Ele tem alta condutividade térmica, não é fácil de produzir arestas postiças durante o corte e tem boa qualidade de superfície. É mais adequado para processamento de ultraprecisão de materiais metálicos não ferrosos, metais não ferrosos e materiais não metálicos. Como cobre, alumínio e outros metais não ferrosos e suas ligas, cerâmica, carbonetos sinterizados em pó, vários materiais compostos reforçados com fibras e partículas, plásticos, borracha, grafite, vidro e várias madeiras resistentes ao desgaste (especialmente materiais compostos como madeira maciça e compensado).
As ferramentas de nitreto de boro cúbico são adequadas para processar vários aços endurecidos, materiais de pulverização térmica, ferro fundido resfriado e materiais à base de cobalto e níquel acima de 35HRC. Quanto maior a dureza do material processado, mais ele pode refletir as vantagens das ferramentas de nitreto de boro cúbico. Países estrangeiros também desenvolveram ferramentas de CBN com diferentes teores de CBN para dar total liberdade ao desempenho de corte das ferramentas de CBN. É relatado que a velocidade de processamento de ferro fundido cinzento BN-10 pode atingir 2000m/min.
A atualização contínua dos materiais de ferramentas fez com que o processamento de corte se desenvolvesse em direção à alta velocidade e ultra-alta velocidade. Vários materiais de ferramentas são combinados com os materiais de peça de trabalho correspondentes. E com diferentes faixas de velocidade de corte, as ferramentas revestidas dominarão o campo de corte de alta velocidade. As vantagens inerentes das ferramentas de cerâmica serão mais amplamente desenvolvidas. CBN e PCD ocuparão uma posição importante no corte de alta velocidade, e suas aplicações se tornarão cada vez mais extensas. O fortalecimento da pesquisa e do desenvolvimento de materiais de ferramentas de corte de alta velocidade será de grande importância para a aplicação e o desenvolvimento da tecnologia de corte de alta velocidade.
Do estudo do mecanismo de corte de alta velocidade, podemos ver que com o aumento da velocidade de corte, a taxa de remoção de metal é bastante melhorada. A alta taxa de deformação do material (cerca de 1,67×105/s a uma velocidade de corte de 500m/min e uma temperatura de corte de 1400℃) torna o processo de formação de cavacos e os vários fenômenos que ocorrem na superfície de contato entre a ferramenta e a peça de trabalho diferentes daqueles sob condições de corte tradicionais. A dureza a quente e o desgaste da ferramenta tornam-se a chave. Para atingir o corte de alta velocidade, materiais de ferramentas e tecnologias de fabricação de ferramentas adequadas para corte de alta velocidade devem ser suportados.
Os materiais de ferramentas de corte de metal usados atualmente podem ser divididos em nove categorias. Eles variam de aço rápido com a menor velocidade de corte e a pior resistência ao desgaste a ferramentas de diamante policristalino com o melhor desempenho de alta velocidade. O corte de alta velocidade também requer materiais de ferramentas com boa tenacidade, forte resistência ao impacto e boa resistência ao desgaste.
De modo geral, ferramentas de baixo desempenho, como aço rápido e carboneto cimentado não revestido, são amplamente utilizadas em processos de corte comuns, mas seu desempenho em alta velocidade não é bom. Ferramentas de alto desempenho, como ferramentas de diamante policristalino, são os mais duros de todos os materiais de ferramentas. Elas têm resistência ao desgaste e capacidades de velocidade muito altas, e o calor de corte quase não tem efeito sobre elas. Sua superioridade é totalmente refletida no processamento de alta velocidade de metais não ferrosos e materiais não metálicos. No entanto, sua resistência ao impacto é baixa, e seu desempenho térmico é muito ruim ao cortar materiais de aço e ferro fundido. Porque ao cortar metais ferrosos em alta velocidade, os átomos de carbono no material da ferramenta se difundirão na peça de trabalho, causando o aumento do desgaste da ferramenta.
Ferramentas de carboneto são as mais amplamente utilizadas, respondendo por 80% do total de vendas de várias ferramentas. 90% de corte de metal em velocidades normais usa ferramentas de carboneto. O carboneto tem uma tenacidade ao impacto relativamente boa, mas um desempenho ruim em alta velocidade. Além disso, ferramentas de corte de alta velocidade também devem ter dureza térmica e estabilidade química extremamente altas, que o carboneto não pode atender.
As ferramentas CBN têm excelente resistência ao calor e podem cortar materiais duros em altas temperaturas. No entanto, são caras e não podem processar materiais de metal macio. Materiais cerâmicos à base de alumínio com boa estabilidade química são adequados apenas para esse tipo de processamento, mas não têm dureza térmica e não podem ser usados para processamento de alta velocidade.
Concentre-se nas vantagens de materiais de ferramentas com características diferentes e desenvolva novos materiais de ferramentas. Fazer com que tenham tenacidade ao impacto e alta resistência ao desgaste é um dos principais problemas a serem resolvidos na pesquisa de ferramentas de corte de alta velocidade. No material base da ferramenta com tenacidade ao impacto relativamente boa, a superfície é revestida com materiais com boa dureza térmica e resistência ao desgaste. A nova ferramenta geralmente tem as vantagens de dois materiais, e esse tipo de ferramenta tem uma ampla gama de aplicações em corte de alta velocidade.
Sob a orientação dessa ideia, novas ferramentas compostas, como ferramentas revestidas de carboneto, ferramentas revestidas de CBN e ferramentas revestidas de PCD, surgiram uma após a outra. É adequado para corte de alta velocidade de diferentes materiais metálicos.
Ferramentas de carboneto revestido adequadas para corte de alta velocidade usam materiais de revestimento com boa resistência ao calor e alta dureza e tecnologia de revestimento multicamadas. A faixa de corte de ferramentas de carboneto revestido é grande e a vida útil é longa. Seu desempenho de corte é muito melhor do que o do carboneto não revestido. Portanto, o carboneto revestido tem uma tendência a substituir o carboneto não revestido comum.
A tecnologia de revestimento de ferramentas não só pode ser usada em ferramentas de metal duro endurecido, mas também tem bons efeitos em outros materiais de ferramentas, como cerâmicas e metais.
Ferramentas de cerâmica também são ferramentas que podem ser usadas para corte de alta velocidade e são uma parte importante da pesquisa e desenvolvimento de materiais de ferramentas nos últimos anos. Ferramentas de cerâmica reforçadas com bigodes são ferramentas feitas de materiais especiais. Por terem boa resistência ao impacto e forte resistência ao choque térmico, são muito adequadas para processamento de alta velocidade.
Outro problema que as ferramentas de corte de alta velocidade precisam resolver é retificar ou pressionar ranhuras de quebra-cavacos de uma certa geometria na lâmina. Para atingir a quebra de cavacos e controlar a direção dos cavacos, esta também é uma tecnologia importante para melhorar a eficiência do processamento e a durabilidade da ferramenta.
Ferramentas de corte de alta velocidade devem ter excelente tenacidade ao impacto e resistência ao choque térmico, melhor resistência ao calor, resistência ao desgaste e estabilidade química. E melhor efeito de quebra de cavacos, e adequado para uma faixa de corte de metal mais ampla.
Tendência de desenvolvimento de corte de alta velocidade
Desenvolver e fabricar uma nova geração de máquinas-ferramentas de alta velocidade e alta potência para melhorar e aprimorar ainda mais o desempenho do fuso.
Novos materiais de ferramentas de alta resistência ao desgaste e ao calor precisam ser desenvolvidos, e a estrutura das ferramentas de alta velocidade precisa ser melhorada ainda mais. Como as ferramentas de corte de alta velocidade determinam diretamente os benefícios, a qualidade e a segurança do corte de alta velocidade, elas são a base para promover e implementar a tecnologia de corte de alta velocidade.
Desenvolver e promover novos processos de corte a seco e corte duro. Nos últimos anos, países estrangeiros desenvolveram e aplicaram novos processos de corte a seco e corte duro (ou seja, corte de peças endurecidas) no processo de desenvolvimento de corte de alta velocidade. Como o corte a seco tem o efeito de proteger o meio ambiente, o corte duro pode substituir a retificação para melhorar a eficiência do trabalho. E ganhou novo desenvolvimento, mas ambos os tipos de corte exigem materiais de ferramentas de alto desempenho.
