Общая тенденция развития механической обработки - высокая эффективность, высокая точность, высокая гибкость и повышенная экологическая осведомленность. В области механической обработки наиболее широко используемым методом обработки является обработка резанием (шлифованием). Высокоскоростная резка является направлением развития обработки резанием и стала основным направлением обработки резанием. Это важная общая ключевая технология передовой производственной технологии. Продвижение и применение технологии высокоскоростной резки значительно повысит эффективность производства и качество обработки, а также снизит затраты. Разработка и применение технологии высокоскоростной резки определяются прогрессом станков и инструментальной технологии, среди которых решающую роль играет прогресс инструментальных материалов.
Исследования показали, что при резке на высокой скорости, по мере увеличения скорости резания, сила резания уменьшается, температура резания повышается очень высоко, и рост постепенно замедляется после достижения определенного значения. Основной причиной повреждения инструмента являются износ и повреждения, такие как механическое трение, склеивание, химический износ, выкрашивание, дробление и пластическая деформация под действием силы резания и температуры резания. Поэтому важнейшие требования к высокоскоростным режущий инструмент Материалы обладают механическими свойствами, теплофизическими свойствами, антиадгезионными свойствами при высоких температурах, химической стабильностью (окисляемостью, диффузионной способностью, растворимостью и т. д.), а также термостойкостью и стойкостью покрытия к растрескиванию. На основе этого требования за последние 20 лет был разработан ряд инструментальных материалов, пригодных для высокоскоростной резки, которые могут резать различные материалы заготовок при различных условиях резания.
Хотя мы всегда надеемся получить инструментальные материалы как с высокой твердостью, чтобы обеспечить износостойкость инструмента, так и с высокой прочностью, чтобы предотвратить поломку инструмента, современное технологическое развитие еще не нашло таких превосходных инструментальных материалов, и мы не можем иметь и то, и другое. Поэтому мы выберем более подходящие инструментальные материалы в соответствии с потребностями на практике. Прочность инструментального материала имеет приоритет при черновой обработке; твердость инструментального материала имеет приоритет при тонкой обработке. Конечно, люди также ожидают получить лучшие результаты при обработке на сверхвысоких скоростях резания.
Обработка материалов из алюминиевого сплава
Легкообрабатываемые алюминиевые сплавы широко используются в аэрокосмической промышленности. Подходящие инструменты включают K10, K20 и PCD. Скорость резания составляет 2000~4000 м/мин, скорость подачи составляет 3~12 м/мин, передний угол инструмента составляет 12°~18°, задний угол составляет 10°~18°, а угол наклона лезвия может достигать 25°.
Для литых алюминиевых сплавов используются различные инструменты в зависимости от различного содержания Si в основе. Для литых алюминиевых сплавов с содержанием Si менее 12% можно использовать инструменты K10 и Si3N4. Если содержание Si больше 12%, можно использовать инструменты с покрытием PKD (искусственный алмаз), PCD (поликристаллический алмаз) и CVD-алмазом. Для алюминиевых сплавов с кремнием над кремнием с содержанием Si 16%~18% лучше всего использовать инструменты с покрытием PCD или CVD-алмазом со скоростью резания 1100 м/мин и скоростью подачи 0,125 мм/об.
Обработка чугунных материалов
или литье, когда скорость резания больше 350 м/мин, это называется высокоскоростной обработкой, и скорость резания имеет большое влияние на выбор инструментов. Когда скорость резания меньше 750 м/мин, можно использовать карбид с покрытием и металлокерамику. Когда скорость резания составляет 510~2000 м/мин, можно использовать керамические инструменты Si3N4. Когда скорость резания составляет 2000~4500 м/мин, можно использовать инструменты CBN. Металлографическая структура отливки имеет определенное влияние на выбор высокоскоростных режущих инструментов. Когда скорость резания больше 500 м/мин для обработки отливок, в которых преобладает перлит, можно использовать CBN или Si3N4.
Когда феррит доминирует, из-за диффузионного износа износ инструмента серьезный. Независимо от использования CBN, следует использовать керамические инструменты. Например, когда связующей фазой является металл Co, средний размер зерна составляет 3 мкм, а содержание CBN больше 90%~95%, BZN6000 подходит для обработки серого чугуна с высоким содержанием феррита при V=700 м/мин. Лезвия Amborite с керамической (AIN+AIB2) связующей фазой, средним размером зерна 10 мкм и содержанием CBN 90%~95%, при обработке серого чугуна с высоким содержанием перлита, когда скорость резания составляет менее 1100 м/мин, срок службы инструмента увеличивается с увеличением скорости резания.
Обработка обычных стальных материалов
Скорость резания оказывает большое влияние на качество поверхности стали. Согласно исследованиям, оптимальная скорость резания составляет 500~800 м/мин. В настоящее время в качестве инструментальных материалов для высокоскоростной резки стальных деталей могут использоваться покрытые твердосплавные инструменты, металлокерамические инструменты, неметаллические керамические инструменты и инструменты CBN. Среди них покрытые твердосплавные инструменты могут использовать смазочно-охлаждающую жидкость. Износостойкость покрытых TiN инструментов, изготовленных методом покрытия PVD, лучше, чем у покрытых инструментов, изготовленных методом покрытия CVD, поскольку первые могут хорошо сохранять форму режущей кромки, так что обработанные детали могут получить более высокую точность и качество поверхности.
В настоящее время Cermet tool county занимает большую долю рынка. Металлокерамика на основе TC-Ni-Mo имеет хорошую химическую стабильность, но плохую прочность на изгиб и теплопроводность. Она подходит для чистовой обработки с небольшой подачей и небольшой глубиной резания при скорости резания 400~800 м/мин. Металлокерамика с TiCN в качестве матрицы и меньшим содержанием молибдена и большим содержанием вольфрама в связующем веществе сочетает прочность и износостойкость. TiN используется для повышения прочности металлокерамики. Глубина резания стали или чугуна может достигать 2~3 мм.
Обработка материалов из стали высокой твердости
Высокоскоростные режущие инструменты для стали высокой твердости (HRC40~70) могут быть металлокерамическими инструментами, керамическими инструментами, твердосплавными инструментами с покрытием TiC, инструментами из PCBN и т. д. Металлокерамика может быть металлокерамикой с TiC в качестве основного компонента и добавлением TiN. Ее твердость и вязкость разрушения примерно эквивалентны таковым у твердого сплава, в то время как ее теплопроводность составляет менее 1/10 от теплопроводности твердого сплава, и она обладает превосходной стойкостью к окислению, адгезионной прочностью и износостойкостью. Кроме того, она обладает хорошими механическими свойствами при высоких температурах и низким сродством со сталью, что подходит для средне- и высокоскоростной (около 200 м/мин) обработки литейной стали SKD. Металлокерамика особенно подходит для проточки канавок. Керамические инструменты можно использовать для резки материалов заготовок с твердостью HRC63. Если заготовку закалить перед резкой, можно добиться «резки вместо шлифовки».
При резке стали 45 с закаленной твердостью HRC48~58 скорость резания может составлять 150~180 м/мин, скорость подачи 0,3~0,4 мин/об, а глубина резания может составлять 2~4 мм. Керамические инструменты AI203-TiC с размером частиц 1 мкм и содержанием TiC от 20% до 30% могут использоваться для обработки стали высокой твердости с высокими характеристиками противозадирания при скорости резания около 100 м/мин. Когда скорость резания превышает 1000 м/мин, лучшим инструментальным материалом является PCBN, а инструменты PCBN с содержанием CBN более 90% подходят для обработки закаленной инструментальной стали (например, инструментальной стали H13 с HRC55).
Обработка высокотемпературных сплавов на основе никеля
Сплав на основе никеля Inconel718 является типичным труднообрабатываемым материалом с высокой прочностью при высоких температурах, динамической прочностью на сдвиг и низким коэффициентом тепловой диффузии. Легко получить деформационное упрочнение во время резки, что приведет к высокой температуре в зоне резания инструмента и ускоренному износу. При резке этого сплава на высокой скорости в основном используются керамические и CBN-инструменты. Керамика из оксида алюминия, армированная нитевидными кристаллами карбида кремния, может обеспечить более длительный срок службы инструмента при 100 ~ 300 м / мин. Когда скорость резания превышает 500 м / мин, износ инструмента керамики из оксида алюминия с добавлением TiC невелик, в то время как износ надрезов велик при 100 ~ 300 м / мин.
Керамика на основе нитрида кремния (Si3N4) также может использоваться для обработки сплава Inconel718. Обычно считается, что наилучшие условия резания для обработки Inconel718 с керамикой, армированной нитевидными кристаллами SiC, следующие: скорость резания 700 м/мин, глубина резания 1~2 мм, скорость подачи 0,1~0,18 мм/z, а керамика Sialon имеет высокую прочность и подходит для обработки сплава Inconel 718 (HRC45) с термической обработкой резанием. Керамика, армированная нитевидными кристаллами AI203-SiC, подходит для обработки сплавов на основе никеля с низкой твердостью.
Обработка материалов из титанового сплава (Ti6Al6V2Sn)
Титановый сплав обладает высокой прочностью и ударной вязкостью, а его твердость немного ниже, чем у Inconel718, но его деформационное упрочнение очень серьезное, поэтому во время резки возникают высокие температуры и сильный износ инструмента. Эксперименты показывают, что высокоскоростное фрезерование титанового сплава двухлезвийной спиральной фрезой из твердого сплава K10 диаметром 10 мм (угол наклона спирали 30°) может обеспечить удовлетворительный срок службы инструмента, скорость резания может достигать 628 м/мин, а подача на зуб может составлять 0,06~0,12 мм/зуб. Скорость резания непрерывной высокоскоростной токарной обработки титанового сплава не должна превышать 200 м/мин.
Обработка композитных материалов
Современные композитные материалы, используемые в аэрокосмической промышленности, в прошлом использовали карбид и PCD. Скорость резки карбида была ограничена. Однако при высокой температуре более 900℃ лезвие PCD плавится в точке сварки с корпусом фрезы из карбида или быстрорежущей стали, а керамические инструменты могут достигать высокоскоростной резки около 300 м/мин.
