Благодаря быстрому развитию технологии обработки на станках с ЧПУ и широкому использованию Станки с ЧПУ, инструментальные материалы постоянно обновляются и развиваются. Высокоскоростная резка стала незаменимым и важным средством в современной резке. Скорость резки высокоскоростной резкой в 5-10 раз больше, чем у обычной резки, что выдвигает новые требования к инструментальным материалам, структуре инструмента, геометрическим параметрам и т. д. В частности, предъявляются более высокие требования к инструментальным материалам. Материалы высокоскоростных режущих инструментов должны обладать высокой прочностью, вязкостью и твердостью. Хорошей термостойкостью и горячей твердостью, хорошими высокотемпературными механическими свойствами, малым химическим сродством и износостойкостью. Здесь мы обсудим инструментальные материалы и эксплуатационные характеристики высокоскоростных режущих инструментов и меры их разумного выбора.
Классификация и производительность высокоскоростного инструмента
Покрытый Мзаполнение Тинструменты
Покрытые режущие инструменты покрываются твердой и износостойкой металлической композитной пленкой на подложке инструмента для достижения цели повышения твердости и износостойкости поверхности инструмента. Обычные материалы подложки инструмента в основном включают быстрорежущую сталь, твердый сплав, металлокерамику и керамику. Покрытые инструменты можно разделить на инструменты с твердым покрытием и инструменты с мягким покрытием. Материалы покрытия инструментов с твердым покрытием в основном включают нитрид титана (TiN), карбид титана (TiC), оксид алюминия (Al2O3), карбонитрид титана (TiCN), нитрид титана-алюминия (TiAlN), карбонитрид титана-алюминия (TiAlCN) и т. д. Основными характеристиками инструментов с твердым покрытием являются высокая твердость и хорошая износостойкость. Инструменты с мягким покрытием представляют собой инструменты из быстрорежущей стали с MoS2 и WS2 в качестве материалов покрытия. Инструменты с мягким покрытием могут снизить трение, силу резания и температуру резания.
Покрытие может быть одинарным, двойным или многослойным, или даже композитным, состоящим из нескольких материалов покрытия. Композитное покрытие может быть многослойным покрытием TiC-Al2O3-TiN, TiCN и TiAlN, а последние разработки включают TiN/NbN, TiN/CN и другие многослойные пленки. Покрытие TiN имеет высокую твердость и хорошую износостойкость, покрытие TiC имеет низкое сродство с металлом и сильную стойкость к окислению, TiAlN имеет хорошие характеристики высокоскоростной резки, а покрытие Al2O3 имеет хорошую термическую стабильность. Слой TiAlN имеет отличные характеристики высокоскоростной резки, а максимальная температура резки может достигать 800 ℃.
Керамика Свысказывание Тинструменты
Материалы керамических режущих инструментов в основном включают в себя материалы на основе оксида алюминия и нитрида кремния. Керамические режущие инструменты обладают такими преимуществами, как высокая твердость (HRA91~95), высокая прочность (прочность на изгиб 750~1000 МПа), хорошая износостойкость, хорошая химическая стабильность, хорошие антиадгезионные характеристики, низкий коэффициент трения и низкая цена. Кроме того, керамические режущие инструменты также имеют очень высокую высокотемпературную твердость, достигающую HRA80 при 1200 °C. При обычной резке керамические фрезерные инструменты чрезвычайно долговечны, а скорость резания может быть в 2-5 раз выше, чем у карбида.
В последние годы, благодаря контролю чистоты сырья и измельчению размера частиц, для улучшения его характеристик были добавлены различные карбиды, нитриды, бориды и оксиды. Его вязкость разрушения также может быть улучшена за счет синергетического эффекта частиц, усов, фазовых изменений, микротрещин и нескольких механизмов упрочнения. Не только прочность на изгиб увеличивается до 0,9~1,0 ГПа (максимальная может достигать 1,3-1,5 ГПа), но и значительно улучшаются вязкость разрушения и ударопрочность, а область применения все больше расширяется. В дополнение к общей чистовой и получистовой обработке, его также можно использовать для черновой обработки под ударной нагрузкой. Он признан на международном уровне как инструмент с наибольшим потенциалом для повышения эффективности производства.
В настоящее время керамические инструменты могут обрабатывать такие материалы, как сталь, чугун и их сплавы на высоких скоростях при скоростях резания 200~1000 м/мин. Срок службы инструмента в несколько раз или даже в десятки раз больше, чем у твердого сплава. По сравнению со сверхтвердыми инструментами, такими как алмаз и CBN (кубический нитрид бора), керамика относительно недорога.
Металл Скерамический Свысказывание Тинструменты
Металлокерамика имеет высокую твердость при комнатной температуре, высокую твердость, хорошую износостойкость, сильную стойкость к окислению и хорошую химическую стабильность. Материалы металлокерамических инструментов в основном включают в себя твердый сплав на основе TiC (TiC+Ni или Mo) с высокой износостойкостью, твердый сплав на основе TiC (TiC+TaC+WC) с высокой прочностью, прочный твердый сплав на основе TiN и твердый сплав на основе TiCN с высокой прочностью и прочностью (TiCN+NbC). Инструменты из этих сплавов могут обрабатывать сталь и легированную сталь на высоких скоростях в диапазоне υc=300 м/мин~500 м/мин и тонко обрабатывать чугун. Металлокерамика может быть изготовлена из сверл, концевых фрез и червячных фрез. Например, металлокерамическая фреза, разработанная в Японии, имеет скорость υc=600 м/мин, что примерно в 10–20 раз больше, чем у твердосплавной фрезы, а значение шероховатости обработанной поверхности Rmax составляет 2 мкм.
Инструменты из кубического нитрида бора (CBN)
Инструменты из кубического нитрида бора (CBN) обладают высокой твердостью, уступающей только алмазу (до 8000HV ~ 9000HV), и высокой термической стабильностью (до 1250℃ ~ 1350℃). Он химически инертен к элементам железа, обладает сильной антиадгезионной способностью и может шлифоваться и затачиваться алмазным шлифовальным кругом. Поэтому он подходит для обработки различных закаленных сталей, материалов с термическим напылением, отбеленного чугуна и материалов на основе кобальта и никеля выше 35HRC. Поскольку инструменты из кубического нитрида бора (CBN) могут получить хорошую шероховатость поверхности при обработке деталей высокой твердости. Поэтому использование инструментов из кубического нитрида бора (CBN) может заменить шлифование точением и фрезерованием, значительно повышая эффективность обработки.
Инструменты из поликристаллического алмаза (PCD)
Инструменты из поликристаллического алмаза (PCD) Инструменты из PCD могут достигать высокоскоростной обработки цветных металлов и неметаллических износостойких материалов. Сообщается, что скорость резания сверл из PCD для обработки сплавов Si-Al составляет 300 м/мин ~ 400 м/мин. Сверла из PCD и твердосплавного композита используются для обработки сплавов Al, сплавов Mg, композитных материалов FRP, графита и заготовок порошковой металлургии. По сравнению с твердосплавными инструментами срок службы инструмента увеличивается в 65 ~ 145 раз. Скорость υc торцевых фрез из PCD с использованием корпусов из высокопрочного сплава Al для обработки сплавов составляет 3000 м/мин ~ 4000 м/мин, а некоторые достигают 7000 м/мин. В последние годы за рубежом разрабатываются алмазные инструменты (токарные и фрезерные пластины, спиральные сверла, концевые фрезы, метчики и т. д.), срок службы которых в 10–140 раз превышает срок службы твердосплавных инструментов.
Высокопроизводительные режущие инструменты из быстрорежущей стали и твердого сплава
Зуборезные фрезы из высокопроизводительной кобальтовой быстрорежущей стали, порошковой металлургической быстрорежущей стали и твердого сплава могут использоваться для высокоскоростной резки зубчатых колес. Зубофрезы из новых материалов порошковой металлургии из порошка твердого сплава и порошка быстрорежущей стали могут достигать скорости червячной обработки от 150 м/мин до 180 м/мин. После обработки покрытием TiAlN их можно использовать для высокоскоростной сухой резки зубчатых колес. Когда спиральные сверла из мелкозернистого твердого сплава, покрытые износостойкими, жаропрочными и смазочными покрытиями, добавляются с охлаждающей жидкостью для обработки углеродистой конструкционной стали и легированной стали, скорость резания может достигать 200 м/мин, а скорость резания также может достигать 150 м/мин при сухой резке. Когда метчики из мелкозернистого твердого сплава используются для обработки серого чугуна, скорость резания может достигать 100 м/мин.
Обоснованный выбор режущего инструмента в зависимости от обрабатываемых материалов
Как правильно выбрать режущие инструменты для обработки соответствующих материалов заготовки, тем самым повысив производительность обработки и снизив производственные затраты, является очень важным вопросом. Каждый инструментальный материал имеет свой определенный диапазон обработки. Вообще говоря, режущие инструменты CBN, металлокерамические режущие инструменты, керамические режущие инструменты и режущие инструменты с покрытием подходят для обработки черных металлов, таких как сталь. Режущие инструменты PCD подходят для высокоскоростной обработки цветных металлов, таких как алюминий, магний, медь и их сплавы, а также неметаллических материалов.
Как рразумно Свыбирай рночь Свысказывание Тоол Мматериальный
Керамические режущие инструменты подходят для обработки различных чугунов, стальных деталей и жаропрочных сплавов на основе никеля. Различные разновидности и керамические режущие инструменты имеют разные диапазоны обработки. Керамические режущие инструменты на основе Al2O3 обладают хорошей износостойкостью, термостойкостью и хорошей высокотемпературной химической стабильностью и могут использоваться для обработки чугуна, стали и их сплавов. Керамические режущие инструменты на основе Si3N4 обладают хорошей вязкостью разрушения и устойчивостью к термическим колебаниям и подходят для прерывистой обработки чугуна и легированного чугуна.
Металлокерамические фрезерные инструменты не только обладают твердостью керамики, но и высокой прочностью твердого сплава, хорошей адгезионной стойкостью и износостойкостью. Он имеет низкое сродство к стали и подходит для средне- и высокоскоростной резки штампованной стали. При скорости резки ниже 750 м/мин можно обрабатывать чугунные детали.
Алмазные режущие инструменты подходят для обработки неметаллических материалов, цветных металлов и их сплавов. Поскольку алмаз имеет плохую термическую стабильность и сильное химическое сродство с железом. Поэтому PCD не подходит для обработки стальных материалов. Алмаз имеет небольшой коэффициент трения, не имеет сродства с цветными металлами, и стружка легко вытекает. Он имеет высокую теплопроводность, нелегко образует наросты на кромке во время резки и имеет хорошее качество поверхности. Он наиболее подходит для сверхточной обработки цветных металлов, цветных металлов и неметаллических материалов. Таких как медь, алюминий и другие цветные металлы и их сплавы, керамика, порошковые спеченные карбиды, различные армированные волокнами и частицами композитные материалы, пластики, резина, графит, стекло и различные износостойкие материалы из древесины (особенно композитные материалы, такие как массив дерева и фанера).
Инструменты из кубического нитрида бора подходят для обработки различных закаленных сталей, материалов с термическим напылением, отбеленного чугуна и материалов на основе кобальта и никеля выше 35HRC. Чем выше твердость обрабатываемого материала, тем больше он может отражать преимущества инструментов из кубического нитрида бора. Зарубежные страны также разработали инструменты из кубического нитрида бора с различным содержанием CBN, чтобы в полной мере раскрыть режущие характеристики инструментов из CBN. Сообщается, что скорость обработки серого чугуна BN-10 может достигать 2000 м/мин.
Постоянное обновление инструментальных материалов привело к тому, что обработка резанием развивалась в направлении высокой скорости и сверхвысокой скорости. Различные инструментальные материалы подбираются под соответствующие материалы заготовки. И с различными диапазонами скоростей резания покрытые инструменты будут доминировать в области высокоскоростной резки. Присущие керамическим инструментам преимущества будут более широко развиты. CBN и PCD займут важное место в высокоскоростной резке, и их применение будет становиться все более и более обширным. Усиление исследований и разработок материалов для высокоскоростных режущих инструментов будет иметь большое значение для применения и развития технологии высокоскоростной резки.
Изучая механизм высокоскоростной резки, мы видим, что с увеличением скорости резания скорость съема металла значительно улучшается. Высокая скорость деформации материала (около 1,67×105/с при скорости резания 500 м/мин и температуре резания 1400 ℃) делает процесс стружкообразования и различные явления, происходящие на поверхности контакта между инструментом и заготовкой, отличными от тех, которые наблюдаются при традиционных условиях резания. Горячая твердость и износ инструмента становятся ключевыми. Для достижения высокоскоростной резки необходимо поддерживать инструментальные материалы и технологии изготовления инструментов, подходящие для высокоскоростной резки.
В настоящее время используемые материалы для металлорежущих инструментов можно разделить на девять категорий. Они варьируются от быстрорежущей стали с самой низкой скоростью резания и худшей износостойкостью до поликристаллических алмазных инструментов с наилучшими скоростными характеристиками. Высокоскоростная резка также требует инструментальных материалов с хорошей прочностью, высокой ударопрочностью и хорошей износостойкостью.
Вообще говоря, низкопроизводительные инструменты, такие как быстрорежущая сталь и непокрытый твердый сплав, широко используются в обычных процессах резки, но их высокоскоростные характеристики не очень хороши. Высокопроизводительные инструменты, такие как поликристаллические алмазные инструменты, являются самыми твердыми из всех инструментальных материалов. Они обладают очень высокой износостойкостью и скоростными характеристиками, и тепло резки почти не оказывает на них влияния. Его превосходство полностью отражается в высокоскоростной обработке цветных металлов и неметаллических материалов. Однако его ударопрочность плохая, а его тепловые характеристики очень плохие при резке стальных и чугунных материалов. Потому что при резке черных металлов на высокой скорости атомы углерода в инструментальном материале будут диффундировать в заготовку, что приведет к увеличению износа инструмента.
Твердосплавные инструменты являются наиболее широко используемыми, составляя 80% от общего объема продаж различных инструментов. 90% резки металла на нормальных скоростях используют твердосплавные инструменты. Твердый сплав имеет относительно хорошую ударную вязкость, но плохие высокоскоростные характеристики. Кроме того, высокоскоростные режущие инструменты должны также иметь чрезвычайно высокую термическую твердость и химическую стабильность, чего твердый сплав не может достичь.
Инструменты CBN обладают превосходной термостойкостью и могут резать твердые материалы при высоких температурах. Однако они дороги и не могут обрабатывать мягкие металлические материалы. Керамические материалы на основе алюминия с хорошей химической стабильностью подходят только для этого типа обработки, но не обладают термической твердостью и не могут использоваться для высокоскоростной обработки.
Сосредоточиться на преимуществах инструментальных материалов с различными характеристиками и разработать новые инструментальные материалы. Придание им как ударной вязкости, так и высокой износостойкости является одной из основных проблем, которые необходимо решить при исследовании высокоскоростных режущих инструментов. На базовом материале инструмента с относительно хорошей ударной вязкостью поверхность покрывают материалами с хорошей термической твердостью и износостойкостью. Новый инструмент часто имеет преимущества двух материалов, и этот тип инструмента имеет широкий спектр применения при высокоскоростной резке.
Под руководством этой идеи один за другим появились новые композитные инструменты, такие как инструменты с покрытием из карбида, инструменты с покрытием из CBN и инструменты с покрытием из PCD. Они подходят для высокоскоростной резки различных металлических материалов.
Инструменты с покрытием из карбида, подходящие для высокоскоростной резки, используют материалы покрытия с хорошей термостойкостью и высокой твердостью, а также технологию многослойного покрытия. Диапазон резки инструментов с покрытием из карбида большой, а срок службы длительный. Его режущая способность намного лучше, чем у непокрытого карбида. Поэтому карбид с покрытием имеет тенденцию заменять обычный непокрытый карбид.
Технология нанесения покрытия на инструменты может применяться не только для закаленных твердосплавных инструментов, но и оказывает положительное воздействие на другие инструментальные материалы, такие как металлокерамика и керамика.
Керамические инструменты также являются инструментами, которые могут использоваться для высокоскоростной резки, и являются важной частью исследований и разработок инструментальных материалов в последние годы. Керамические инструменты, армированные нитевидными кристаллами, являются инструментами, изготовленными из специальных материалов. Поскольку они обладают хорошей ударной вязкостью и высокой стойкостью к тепловому удару, они очень подходят для высокоскоростной обработки.
Еще одна проблема, которую необходимо решить высокоскоростным режущим инструментам, — это шлифование или выдавливание стружколомных канавок определенной геометрии на лезвии. Для достижения стружколомания и контроля направления стружки это также важная технология для повышения эффективности обработки и долговечности инструмента.
Высокоскоростные режущие инструменты должны обладать превосходной ударной вязкостью и термостойкостью, лучшей термостойкостью, износостойкостью и химической стабильностью. А также лучшим эффектом стружкодробления и подходить для более широкого диапазона резки металла.
Тенденция развития высокоскоростной резки
Разработка и производство нового поколения высокоскоростных и высокомощных станков для дальнейшего улучшения и повышения производительности шпинделя.
Необходимо разработать новые износостойкие и жаропрочные инструментальные материалы, а также усовершенствовать структуру высокоскоростных инструментов. Поскольку высокоскоростные режущие инструменты напрямую определяют преимущества, качество и безопасность высокоскоростной резки, они являются основой для продвижения и внедрения технологии высокоскоростной резки.
Разрабатывать и продвигать новые процессы сухой и жесткой резки. В последние годы зарубежные страны разработали и применили новые процессы сухой и жесткой резки (т.е. резку закаленных заготовок) в процессе разработки высокоскоростной резки. Поскольку сухая резка имеет эффект защиты окружающей среды, жесткая резка может заменить шлифование для повышения эффективности работы. И она получила новое развитие, но оба типа резки требуют высокопроизводительных инструментальных материалов.
