Els materials de les eines han de tenir propietats bàsiques
La selecció de materials d'eina té un gran impacte en la vida útil de l'eina, l'eficiència del processament, la qualitat del processament i el cost del processament. Quan es tallen, les eines han de suportar alta pressió, alta temperatura, fricció, impactes i vibracions. Per tant, els materials de les eines haurien de tenir les propietats bàsiques següents:
(1) Duresa i resistència al desgast. La duresa del material de l'eina ha de ser superior a la duresa del material de la peça de treball, generalment requerida per sobre de 60HRC. Com més gran sigui la duresa del material de l'eina, millor serà la resistència al desgast.
(2) Força i duresa. El material de l'eina ha de tenir una gran resistència i tenacitat per suportar la força de tall, l'impacte i la vibració, i evitar la fractura fràgil i l'estella de l'eina.
(3) Resistència a la calor. El material de l'eina ha de tenir una bona resistència a la calor, ser capaç de suportar altes temperatures de tall i tenir una bona capacitat antioxidant.
(4) Rendiment del procés i economia. El material de l'eina ha de tenir un bon rendiment de forja, un rendiment de tractament tèrmic, un rendiment de soldadura, un rendiment de mòlta, etc., i ha de tenir una relació de preu-alta.
2
Tipus, propietats, característiques i aplicacions dels materials d'eines
1. Materials d'eines de diamant
El diamant és un al·lòtrop del carboni i és el material més dur que es troba a la natura. Les eines de diamant tenen una gran duresa, una gran resistència al desgast i una alta conductivitat tèrmica i s'utilitzen àmpliament en el processament de metalls no-ferrosos i materials no-metàl·lics. Especialment en el tall d'alta velocitat-d'aliatges d'alumini i silici, les eines de diamant són la principal varietat d'eines de tall que és difícil de substituir. Les eines de diamant que poden aconseguir una alta eficiència, una alta estabilitat i una llarga vida són una eina indispensable i important en el mecanitzat CNC modern.
(1) Tipus d'eines de diamant
① Eines de diamant natural: el diamant natural s'ha utilitzat com a eina de tall durant centenars d'anys. Les eines de diamant natural d'un sol cristall es poden triturar finament fins a una vora extremadament afilada amb un radi de tall de fins a 0,002 μm. Poden aconseguir un tall ultra-fins i poden produir una precisió extremadament alta de la peça i una rugositat superficial extremadament baixa. Són eines de mecanitzat d'ultra-precisió reconegudes, ideals i insubstituïbles.
② Eines de diamant PCD: els diamants naturals són cars i el diamant àmpliament utilitzat en el tall és el diamant policristalí (PCD). Des de principis de la dècada de 1970, després del desenvolupament reeixit del diamant policristalí (palmes PCD) preparat amb tecnologia de síntesi d'alta temperatura i alta pressió, les eines de diamant natural han estat substituïdes per diamants policristalins artificials en moltes ocasions. Les matèries primeres PCD són abundants i el seu preu és de només unes dècimes a una dotzena de dècimes de diamants naturals. Les eines de PCD no poden moldre vores extremadament afilades i la qualitat superficial de les peces de treball processades no és tan bona com els diamants naturals. Actualment, les fulles de PCD amb trencaclosques no es poden fabricar fàcilment a la indústria. Per tant, el PCD només es pot utilitzar per al tall de precisió de metalls no{-ferrosos i no-, i és difícil aconseguir un tall mirall d'ultra-precisió.
③ Eines de diamant CVD: des de finals de la dècada de 1970 i principis de la dècada de 1980, la tecnologia de diamant CVD ha aparegut al Japó. El diamant CVD es refereix a la pel·lícula de diamant sintetitzada sobre un substrat heterogeni (com ara carbur cimentat, ceràmica, etc.) per deposició química de vapor (CVD). El diamant CVD té la mateixa estructura i característiques que el diamant natural. El rendiment del diamant CVD és molt proper al del diamant natural. Té els avantatges del diamant d'un sol cristall natural i del diamant policristal·lí (PCD) i supera fins a cert punt les seves deficiències.
(2) Característiques de rendiment de les eines de diamant
① Duresa i resistència al desgast extremadament alta: el diamant natural és la substància més dura que es troba a la natura. El diamant té una resistència al desgast extremadament alta. Quan es processen materials d'alta -duresa, la vida útil de les eines de diamant és de 10 a 100 vegades la de les eines de carbur cimentat, o fins i tot un centenar de vegades.
② Coeficient de fricció molt baix: el coeficient de fricció entre el diamant i alguns metalls no-ferrosos és inferior al d'altres eines. El baix coeficient de fricció significa menys deformació durant el processament, cosa que pot reduir la força de tall.
③ Vora de tall molt afilada: la vora de tall de les eines de diamant es pot esmolar a un nivell molt afilat. Les eines de diamant natural d'un sol cristall poden arribar a 0,002 a 0,008 μm, que poden realitzar un tall ultra-fins i un mecanitzat d'ultra-precisió.
④ Alta conductivitat tèrmica: el diamant té una alta conductivitat tèrmica i difusivitat tèrmica, la calor de tall es dissipa fàcilment i la temperatura de la part de tall de l'eina és baixa.
⑤ Baix coeficient d'expansió tèrmica: el coeficient d'expansió tèrmica del diamant és diverses vegades més petit que el del carbur cimentat, i el canvi de mida de l'eina causat per la calor de tall és molt petit, cosa que és especialment important per al mecanitzat de precisió i ultra{0}}precisió amb requisits d'alta precisió dimensional.
(3) Aplicació d'eines de diamant
Les eines de diamant s'utilitzen principalment per tallar fins i perforar metalls no-ferrosos i materials no-metàl·lics a altes velocitats. Adequat per a mecanitzar diversos metalls-resistents al desgast no-, com ara peces en brut de fibra de vidre de metal·lúrgia en pols, materials ceràmics, etc.; diversos metalls-resistents al desgast no-ferrics, com ara diversos aliatges de silici i alumini; diversos acabats de metalls no fèrrics-.
El desavantatge de les eines de diamant és que tenen poca estabilitat tèrmica. Quan la temperatura de tall supera els 700 graus ~ 800 graus, perdran completament la seva duresa. A més, no són adequats per tallar metalls ferrosos perquè el diamant (carboni) reacciona fàcilment amb àtoms de ferro a altes temperatures, convertint els àtoms de carboni en estructures de grafit, fent que les eines siguin extremadament fàcils de danyar.
2. Materials d'eines de nitrur de bor cúbic
El nitrur de bor cúbic (CBN), un segon material superdur sintetitzat per un mètode similar al mètode de fabricació del diamant, és el segon només després del diamant en duresa i conductivitat tèrmica. Té una excel·lent estabilitat tèrmica i no s'oxida fins i tot quan s'escalfa a 10.000 graus a l'atmosfera. El CBN té propietats químiques extremadament estables per als metalls ferrosos i es pot utilitzar àmpliament en el processament de productes d'acer.
(1) Tipus d'eines de nitrur de bor cúbic
El nitrur de bor cúbic (CBN) és una substància que no existeix a la natura. Es pot dividir en cristalls simples i cristalls policristalins, és a dir, cristalls simples CBN i nitrur de bor cúbic policristalí (PCBN). El CBN és un dels al·lòtrops del nitrur de bor (BN) i té una estructura semblant a la del diamant.
El PCBN (nitrur de bor cúbic policristalí) és un material policristalí fet sinteritzant materials CBN fins junts mitjançant una fase d'unió (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) a alta temperatura i alta pressió. Actualment és el material de l'eina amb duresa només per darrere del diamant que es sintetitza artificialment. Ell i el diamant es coneixen col·lectivament com a materials d'eines superdurs. El PCBN s'utilitza principalment per fabricar eines o altres eines.
Les eines PCBN es poden dividir en fulles PCBN integrals i fulles compostes PCBN sinteritzades amb carbur cimentat.
Les fulles compostes de PCBN es fan sinteritzant una capa de PCBN de 0,5-1,0 mm de gruix sobre un carbur de ciment amb bona resistència i tenacitat. El seu rendiment combina una bona duresa amb una gran duresa i resistència al desgast. Soluciona els problemes de baixa resistència a la flexió i difícil soldadura de fulles CBN.
(2) Principals propietats i característiques del nitrur de bor cúbic
Tot i que la duresa del nitrur de bor cúbic és lleugerament inferior a la del diamant, és molt superior a la d'altres materials d'alta duresa. L'avantatge destacat de CBN és que la seva estabilitat tèrmica és molt superior a la del diamant, que pot arribar a més de 1200 graus (el diamant és de 700-800 graus). Un altre avantatge destacat és que és químicament inert i no reacciona químicament amb el ferro a 1200-1300 graus. Les principals característiques de rendiment del nitrur de bor cúbic són les següents.
① Alta duresa i resistència al desgast: l'estructura cristal·lina del CBN és similar a la del diamant i té una duresa i una força similars a les del diamant. El PCBN és especialment adequat per processar materials d'alta-duresa que només es podrien mòltar abans i poden obtenir una millor qualitat de superfície de la peça de treball.
② Té una alta estabilitat tèrmica: la resistència a la calor del CBN pot arribar als 1400 -1500 graus, que és gairebé 1 vegades més gran que la resistència a la calor del diamant (700-800 graus). Les eines PCBN poden tallar aliatges d'alta temperatura i acer endurit a una velocitat 3-5 vegades superior a la de les eines de carbur.
③ Excel·lent estabilitat química: no reacciona químicament amb materials de ferro a 1200 ~ 1300 graus i no es desgastarà tan ràpidament com el diamant. En aquest moment, encara pot mantenir la duresa del carbur cimentat; Les eines PCBN són adequades per tallar peces d'acer endurit i ferro colat refrigerat, i es poden utilitzar àmpliament en el tall de ferro colat a alta velocitat-.
④ Bona conductivitat tèrmica: tot i que la conductivitat tèrmica del CBN no pot posar-se al dia amb el diamant, la conductivitat tèrmica del PCBN és la segona només per darrere del diamant entre tots els tipus de materials d'eina i és molt superior a l'acer d'alta -velocitat i el carbur cimentat.
⑤ Baix coeficient de fricció: el baix coeficient de fricció pot conduir a una força de tall reduïda, una temperatura de tall més baixa i una millor qualitat de la superfície de processament durant el tall.
(3) Aplicació d'eines de nitrur de bor cúbic
El nitrur de bor cúbic és adequat per a l'acabat de diversos materials --de tall dur com ara acer endurit, ferro colat dur, aliatge d'alta temperatura-, carbur cimentat, materials de polvorització superficial, etc. La precisió de processament pot arribar a IT5 (IT6 per als forats) i el valor de la rugositat superficial pot ser tan petit com Ra1.20μm.
Els materials d'eines de nitrur de bor cúbic tenen poca duresa i resistència a la flexió. Per tant, les eines de tornejat de nitrur de bor cúbic no són adequades per al mecanitzat desbast de baixa-velocitat i alt-impacte; al mateix temps, no són aptes per tallar materials d'alta plasticitat (com ara aliatges d'alumini, aliatges de coure, aliatges a base de níquel, acers d'alta plasticitat, etc.), perquè en tallar aquests metalls es generaran vores greus-construïdes, que deterioraran la superfície de mecanitzat.
3. Materials d'eina ceràmica
Les eines de ceràmica tenen les característiques d'alta duresa, bona resistència al desgast, excel·lent resistència a la calor i estabilitat química, i no són fàcils d'unir amb metalls. Les eines ceràmiques ocupen una posició molt important en el mecanitzat CNC. Les eines de ceràmica s'han convertit en una de les principals eines per al tall a gran-velocitat i materials difícils-de-mecanitzar. Les eines de ceràmica s'utilitzen àmpliament en el tall-alta velocitat, el tall en sec, el tall dur i el tall de materials difícils-de-mecanitzar. Les eines de tall de ceràmica poden processar de manera eficient materials-d'alta duresa que les eines de tall tradicionals no poden processar en absolut, aconseguint "tornar en comptes de rectificar"; la velocitat de tall òptima de les eines de tall de ceràmica pot ser de 2 a 10 vegades superior a la de les eines de tall de carbur, millorant així molt l'eficiència de la producció de tall; les principals matèries primeres utilitzades en les eines de tall de ceràmica són els elements més abundants a l'escorça terrestre. Per tant, la promoció i aplicació d'eines de tall de ceràmica és de gran importància per millorar la productivitat, reduir els costos de processament i estalviar metalls preciosos estratègics, i també promourà molt el progrés de la tecnologia de tall.
(1) Tipus de materials per a eines de tall de ceràmica
Els materials d'eines de tall de ceràmica generalment es poden dividir en tres categories: ceràmica a base d'alúmina-, ceràmica a base de nitrur de silici- i ceràmica composta de nitrur de silici-alúmina-. Entre ells, els materials per a eines de tall ceràmiques basats en alúmina-i nitrur de silici- són els més utilitzats. El rendiment de les ceràmiques basades en nitrur de silici-és superior al de les ceràmiques-a base d'alúmina.
(2) Rendiment i característiques de les eines de tall de ceràmica
① Alta duresa i bona resistència al desgast: tot i que la duresa de les eines de tall de ceràmica no és tan alta com la de PCD i PCBN, és molt superior a la de les eines de tall de carbur i d'acer d'alta -velocitat, arribant a 93~95HRA. Les eines de ceràmica poden processar materials d'alta-duresa que són difícils de processar amb les eines tradicionals i són adequades per a tall a gran-velocitat i tall dur.
② Resistència a altes temperatures i bona resistència a la calor: les eines de ceràmica encara poden tallar a altes temperatures per sobre de 1200 graus. Les eines de ceràmica tenen excel·lents propietats mecàniques a altes-temperatura, i les eines de ceràmica tenen una resistència a l'oxidació especialment bona. Fins i tot si el tall es troba en un estat-vermell, es pot utilitzar contínuament. Per tant, les eines ceràmiques poden aconseguir el tall en sec, eliminant així la necessitat de fluid de tall.
③ Bona estabilitat química: les eines de ceràmica no són fàcils d'unir amb metalls, són resistents a la corrosió- i químicament estables, la qual cosa pot reduir el desgast d'unió de les eines.
④ Baix coeficient de fricció: les eines de ceràmica tenen una baixa afinitat amb els metalls i un baix coeficient de fricció, que pot reduir la força de tall i la temperatura de tall.
(3) Aplicació d'eines ceràmiques
La ceràmica és un dels materials d'eines que s'utilitzen principalment per a l'acabat i el semi-acabat d'alta velocitat{0}}. Les eines de ceràmica són adequades per tallar diferents ferros colats (ferro colat gris, ferro dúctil, ferro colat mal·leable, ferro colat refrigerat, ferro colat d'alt aliatge resistent al desgast-) i acers (acer estructural al carboni, acer estructural aliat, acer d'alta resistència, acer alt manganès, acer trempat, etc.) materials.
Els materials d'eines ceràmiques tenen una resistència a la flexió baixa i una resistència a l'impacte baixa i no són adequats per tallar a baixa velocitat i càrrega d'impacte.
4. Materials d'eina recoberts
El recobriment de l'eina és una de les maneres importants de millorar el rendiment de l'eina. L'aparició d'eines recobertes ha suposat un gran avenç en el rendiment de tall d'eines. Les eines recobertes estan recobertes amb una o més capes de compostos refractaris amb bona resistència al desgast al cos de l'eina resistent. Combina el substrat de l'eina amb un recobriment dur, millorant així molt el rendiment de l'eina. Les eines recobertes poden millorar l'eficiència del processament, millorar la precisió del processament, allargar la vida útil de l'eina i reduir els costos de processament.
Al voltant del 80% de les eines de tall utilitzades en les noves màquines-eina CNC utilitzen eines recobertes. Les eines recobertes seran la varietat d'eines més important en el camp del mecanitzat CNC en el futur.
(1) Tipus d'eines recobertes
Segons els diferents mètodes de recobriment, les eines recobertes es poden dividir en eines recobertes de deposició química de vapor (CVD) i eines recobertes de deposició física de vapor (PVD). Les eines de carbur recobert generalment adopten el mètode de deposició de vapor químic i la temperatura de deposició és d'uns 1000 graus. Les eines d'acer d'alta velocitat recobertes -generalment adopten un mètode físic de deposició de vapor i la temperatura de deposició és d'uns 500 graus.
Segons els diferents materials de substrat d'eines recobertes, les eines recobertes es poden dividir en eines recobertes de carbur, eines recobertes d'acer d'alta{0}}velocitat i eines recobertes de ceràmica i materials superdurs (diamant i nitrur de bor cúbic).
Segons les propietats dels materials de recobriment, les eines recobertes es poden dividir en dues categories, a saber, eines recobertes "dures" i eines recobertes "tous". L'objectiu principal de les eines recobertes "dures" és una alta duresa i resistència al desgast. Els seus principals avantatges són l'alta duresa i la bona resistència al desgast. Exemples típics són els recobriments de TiC i TiN. L'objectiu de les eines recobertes "toves" és el baix coeficient de fricció. També s'anomenen eines auto-lubricants. El coeficient de fricció entre ells i el material de la peça és molt baix, només aproximadament 0,1, cosa que pot reduir l'adhesió, reduir la fricció i reduir la força de tall i la temperatura de tall.
Recentment, s'han desenvolupat eines nano-revestides. Aquest tipus d'eina recoberta pot utilitzar diferents combinacions de materials de recobriment (com ara metall/metall, metall/ceràmica, ceràmica/ceràmica, etc.) per satisfer diferents requisits funcionals i de rendiment. Un recobriment nano-ben dissenyat pot fer que el material de l'eina tingui excel·lents funcions anti-fricció i anti-desgast i propietats d'auto-lubricació, que són adequades per al tall en sec-alta velocitat.
(2) Característiques de les eines recobertes
① Bones propietats mecàniques i de tall: les eines recobertes combinen les excel·lents propietats del material base i del material de recobriment, mantenint la bona tenacitat i alta resistència del material base alhora que tenen l'alta duresa, alta resistència al desgast i baix coeficient de fricció del recobriment. Per tant, la velocitat de tall de les eines recobertes es pot augmentar més de 2 vegades en comparació amb les eines no recobertes i es permet una velocitat d'alimentació més alta. També es millora la vida útil de les eines recobertes.
② Forta versatilitat: les eines recobertes tenen una àmplia versatilitat i amplien significativament el rang de processament. Una eina recoberta pot substituir diverses eines no recobertes.
③ Gruix del recobriment: la vida útil de l'eina augmentarà amb l'augment del gruix del recobriment, però quan el gruix del recobriment arriba a la saturació, la vida de l'eina ja no augmentarà significativament. Quan el recobriment és massa gruixut, és fàcil provocar pelades; quan el recobriment és massa prim, la resistència al desgast és baixa.
④ Remolat: el rectificat de fulles recobertes és deficient, l'equip de recobriment és complex, els requisits del procés són alts i el temps de recobriment és llarg.
⑤ Material de recobriment: les eines amb diferents materials de recobriment tenen un rendiment de tall diferent. Per exemple: el recobriment de TiC té un avantatge en el tall de baixa-velocitat; TiN és més adequat per al tall-alta velocitat.
(2) Aplicació d'eines recobertes
Les eines recobertes tenen un gran potencial en el camp del mecanitzat CNC i seran les més populars en el camp del mecanitzat CNC en el futur
Varietats d'eines importants. La tecnologia de recobriment s'ha aplicat a freses d'extrem, escariadors, trepants, eines de processament de forats compostos, plaques d'engranatges, talladors de conformació d'engranatges, talladors d'engranatges, broques de conformació i diverses plaques indexables fixades a màquina-per satisfer les necessitats de tall d'alta-velocitat de diversos acers i ferros colats, no resistents a la calor{4}{3} metalls.
5. Materials d'eines de carbur cimentat
Les eines de carbur cimentat, especialment les eines de carbur cimentat indexable, són els principals productes d'eines de mecanitzat CNC. Des de la dècada de 1980, diverses eines o inserts de carbur cimentat integrals i indexables s'han ampliat a diversos camps d'eines de tall. Entre elles, les eines de carbur cimentat indexable s'han expandit des d'eines simples de tornejat i freses de cara fins a diversos camps d'eines de precisió, complexos i de conformació.
(1) Tipus d'eines de carbur cimentat
Segons la composició química principal, el carbur cimentat es pot dividir en carbur cimentat-a base de carbur de tungstè i carbur cimentat a base de carbur de titani (nitrur) (TiCN)-.
Els carburs cimentats a base de carbur de tungstè-inclouen el tungstè cobalt (YG), el tungstè cobalt titani (YT) i l'addició de carbur rar (YW). Cadascun té els seus propis avantatges i desavantatges. Els components principals són el carbur de tungstè (WC), el carbur de titani (TiC), el carbur de tàntal (TaC), el carbur de niobi (NbC), etc. La fase d'unió metàl·lica que s'utilitza habitualment és Co.
El carbur cimentat a base de carboni (nitrur) de titani- és un carbur cimentat amb TiC com a component principal (s'afegeixen alguns altres carburs o nitrurs) i les fases d'unió metàl·lica que s'utilitzen habitualment són Mo i Ni.
ISO (Organització Internacional per a la Normalització) divideix el tall de carburs cimentats en tres categories:
La categoria K, inclosa Kl0 ~ K40, és equivalent a la categoria YG del meu país (els components principals són WC i Co).
La categoria P, inclosa P01 ~ P50, és equivalent a la categoria YT del meu país (els components principals són WC, TiC, Co).
La categoria M, incloent M10~M40, és equivalent a la categoria YW del meu país (els components principals són WC-TiC-TaC, NbC=-Co).
Cada marca està representada per un número entre 01 i 50, que representa una sèrie d'aliatges des d'alta duresa fins a màxima tenacitat.
(2) Característiques de rendiment de les eines de carbur cimentat
① Alta duresa: les eines de carbur cimentat estan fetes de carburs amb alta duresa i punt de fusió (anomenat fase dura) i aglutinant metàl·lic (anomenat fase d'unió) mitjançant la metal·lúrgia de pols. La seva duresa arriba als 89~93HRA, que és molt superior a l'acer d'alta velocitat-. A 5400 graus, la duresa encara pot arribar als 82~87HRA, que és la mateixa que la duresa de l'acer d'alta velocitat a temperatura ambient (83~86HRA). El valor de duresa del carbur cimentat varia amb la naturalesa, la quantitat, la mida de les partícules i el contingut de la fase d'unió metàl·lica dels carburs, i generalment disminueix amb l'augment del contingut de la fase metàl·lica d'unió. Quan el contingut de la fase d'unió és el mateix, la duresa de l'aliatge YT és superior a la de l'aliatge YG, i l'aliatge amb TaC (NbC) afegit té una duresa més alta a alta temperatura.
② Resistència a la flexió i tenacitat: la resistència a la flexió del carbur cimentat comú està en el rang de 900-1500MPa. Com més gran sigui el contingut de la fase d'unió metàl·lica, més gran serà la resistència a la flexió. Quan el contingut d'agent d'enllaç és el mateix, la resistència de l'aliatge YG (WC-Co) és superior a la de l'aliatge YT (WC{{-TiC{-Co) i la resistència disminueix amb l'augment del contingut de TiC. El carbur cimentat és un material trencadís i la seva resistència a l'impacte a temperatura ambient és només 1/30-1/8 de la de l'acer d'alta velocitat.
(3) Aplicació d'eines comunes de carbur cimentat
Els aliatges YG s'utilitzen principalment per processar ferro colat, metalls no-ferrosos i materials no-metàl·lics. El carbur-de gra fi (com ara YG3X, YG6X) té una duresa i una resistència al desgast més elevades que el carbur-de gra mitjà quan el contingut de cobalt és el mateix. És adequat per processar alguns materials especials de ferro colat dur, acer inoxidable austenític, aliatge resistent a la calor-, aliatge de titani, bronze dur i materials aïllants resistents al desgast-.
Els avantatges destacats del carbur de tipus YT- són una alta duresa, una bona resistència a la calor, una duresa més alta i una resistència a la compressió a alta temperatura que el tipus YG- i una bona resistència a l'oxidació. Per tant, quan es requereix que el ganivet tingui una major resistència a la calor i al desgast, s'ha de seleccionar un grau amb un contingut de TiC més alt. Els aliatges de tipus YT-són adequats per processar materials plàstics com l'acer, però no per processar aliatges de titani i aliatges de silici-alumini.
Els aliatges de tipus YW-tenen les propietats dels aliatges de tipus YG i YT- i tenen bones propietats completes. Es pot utilitzar per processar acer, ferro colat i metalls no-ferrosos. Si s'augmenta adequadament el contingut de cobalt d'aquest tipus d'aliatge, la resistència pot ser molt alta i es pot utilitzar per al processament en brut i el tall intermitent de diversos materials de--processament difícils.
6. Eines d'acer-d'alta velocitat
L'acer d'alta-velocitat (HSS) és un acer per eines d'alta-aliatge amb una gran quantitat d'elements d'aliatge com ara W, Mo, Cr i V. Les eines d'acer d'alta-velocitat tenen un excel·lent rendiment global en termes de resistència, duresa i processabilitat. L'acer d'alta-velocitat encara ocupa una posició important en les eines complexes, especialment en la fabricació d'eines de processament de forats, freses, eines de roscat, broques, eines de tall d'engranatges i altres eines complexes en forma de fulla-. Les eines-d'acer d'alta velocitat són fàcils d'esmolar.
Segons els diferents usos, l'acer d'alta-velocitat es pot dividir en acer-de propòsit general d'alta-acer ràpid i acer d'alt-rendiment-acer ràpid.
(1) Eines-de propòsit general-d'acer d'alta velocitat
Acer-de propòsit general-alta velocitat. En general, es pot dividir en acer de tungstè i acer de tungstè-molibdè. Aquest tipus d'acer d'alta-velocitat conté del 0,7% al 0,9% (C). Segons els diferents continguts de tungstè de l'acer, es pot dividir en acer de tungstè que conté un 12% o un 18% de W, un acer de tungstè-molibdè que conté un 6% o un 8% de W i un acer de molibdè que conté un 2% o cap W. resistència, alta resistència i duresa, bona plasticitat i tecnologia de processament, per la qual cosa s'utilitza àmpliament en la fabricació de diverses eines complexes.
① Acer de tungstè: el grau típic de l'acer de tungstè d'acer d'alta velocitat-de propòsit general és W18Cr4V (abreujat com a W18), que té un bon rendiment integral. La duresa a alta temperatura a 6000 graus és de 48,5 HRC, que es pot utilitzar per fabricar diverses eines complexes. Té els avantatges d'una bona mòlta i una baixa sensibilitat a la descarburació, però a causa de l'alt contingut de carbur, distribució desigual, partícules grans, baixa resistència i duresa.
② Acer al tungstè-molibdè: es refereix a un acer-de gran velocitat obtingut substituint part del tungstè en acer al tungstè per molibdè. El grau típic de l'acer al tungstè-molibdè és W6Mo5Cr4V2 (abreujat com a M2). Les partícules de carbur de M2 són fines i uniformes, i la força, la duresa i la plasticitat a alta-temperatura són millors que les de W18Cr4V. Un altre tipus d'acer de tungstè-molibdè és el W9Mo3Cr4V (abreujat com a W9), que té una estabilitat tèrmica lleugerament superior a l'acer M2, una millor resistència a la flexió i tenacitat que el W6M05Cr4V2 i una bona mecanització.
(2) Eines d'acer d'alt-rendiment-alta velocitat
L'acer ràpid d'alt -rendiment-es refereix a un nou tipus d'acer que afegeix una mica de carboni, contingut de vanadi i elements d'aliatge com ara Co i Al a la composició general d'acer d'alta-velocitat, millorant així la seva resistència a la calor i al desgast. Hi ha principalment les categories següents:
① Acer d'alt-carboni-alta velocitat. L'acer d'alta velocitat-carboni- (com ara 95W18Cr4V) té una duresa elevada a temperatura ambient i alta temperatura. És adequat per a la fabricació d'eines per processar acer normal i ferro colat, trepants, escariadors, aixetes i freses amb requisits d'alta resistència al desgast, o processar materials més durs. No és adequat per a grans impactes.
② Acer d'alta-vanadi-alta velocitat. Els graus típics, com ara W12Cr4V4Mo (abreujat com a EV4), contenen V a 3% ~ 5%, bona resistència al desgast, adequat per tallar materials amb un gran desgast d'eines, com ara fibra, cautxú dur, plàstic, etc., també es poden utilitzar per processar acer inoxidable, acer d'alta-resistencia i aliatges d'alta{11}temperatura.
③ Acer d'alta-cobalt. És un cobalt-que conté acer super-dur-d'alta velocitat. Els graus típics com W2Mo9Cr4VCo8 (abreujat com M42) tenen una duresa elevada, que pot arribar a 69 ~ 70HRC. És adequat per processar acers resistents a la calor-alta{15}}resistència, aliatges a-altes temperatures, aliatges de titani i altres materials-- difícils de processar. M42 té una bona mòlta i és adequat per fer eines de precisió i complexes, però no és adequat per treballar en condicions de tall per impacte.
④ Alumini{0}}acer ràpid. És un alumini-que conté acer super-dur-d'alta velocitat. Els graus típics inclouen W6Mo5Cr4V2Al (abreujat com 501). La seva duresa a alta temperatura a 6000 graus també arriba als 54HRC. El seu rendiment de tall és equivalent al M42. És adequat per a la fabricació de freses, trepants, escariadors, talladors d'engranatges, broques, etc., i s'utilitza per processar acers aliats, acer inoxidable, acers d'alta-resistència i aliatges-d'alta temperatura.
⑤ Acer ultra-dur d'alta-nitrogen. Els graus típics inclouen W12M03Cr4V3N (abreujat com a V3N). És un acer-súper dur-de gran velocitat que conté nitrogen. La seva duresa, força i tenacitat són equivalents a M42. Es pot utilitzar com a substitut de l'acer-que conté cobalt d'alta-velocitat i s'utilitza per al tall de baixa-velocitat de materials de--processament difícils i de processament de-alta-precisió a baixa-velocitat.
(3) Fusió d'acer-alta velocitat i acer d'alta-metal·lúrgia en pols
Segons els diferents processos de fabricació, l'acer d'alta-velocitat es pot dividir en acer de fusió d'alta-velocitat i acer d'alta-metal·lúrgia en pols.
① Fusió d'acer d'alta-velocitat: l'acer normal d'-velocitat i l'acer d'alta-alta velocitat-de rendiment es fabriquen amb mètodes de fusió. Es converteixen en eines de tall mitjançant processos com la fosa, la fosa de lingot i el xapat i laminació. El problema greu que és fàcil de produir en la fusió de l'acer d'alta-velocitat és la segregació del carbur. Els carburs durs i trencadissos es distribueixen de manera desigual a l'acer d'alta-velocitat, i els grans són gruixuts (fins a desenes de micres), cosa que té un efecte advers sobre la resistència al desgast, la duresa i el rendiment de tall de les eines d'acer d'alta-velocitat.
② Acer d'alta-metal·lúrgia de pols (PM HSS): l'acer d'alta-metal·lúrgia de pols (PM HSS) és un líquid d'acer fos en un forn d'inducció d'-alta freqüència, que s'atomitza amb argó d'alta-pressió o nitrogen pur, i després es refreda ràpidament per obtenir una estructura d'acer{4}de gran velocitat i uniforme pols). A continuació, la pols resultant es pressiona en un blanc de ganivet a alta temperatura i alta pressió, o primer es fa una palangana d'acer i després es forja i s'enrotlla en forma d'eina. En comparació amb l'acer d'alta velocitat-fabricat pel mètode de fusió, el PM HSS té els avantatges de grans de carbur fins i uniformes, i una força, duresa i resistència al desgast molt més altes que la fosa d'acer d'alta-velocitat. En el camp de les eines CNC complexes, les eines PM HSS es desenvoluparan i ocuparan una posició important. Els graus típics, com ara F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., es poden utilitzar per fabricar eines de gran-mida, càrrega-pesada i d'alt-impacte, i també es poden utilitzar per fabricar eines de precisió.
3
Principis per a la selecció de materials d'eines CNC
Actualment, els materials d'eines CNC àmpliament utilitzats inclouen principalment eines de diamant, eines de nitrur de bor cúbic, eines de ceràmica, eines de recobriment, eines de carbur i eines d'acer d'alta-velocitat. Hi ha molts graus de materials d'eines i el seu rendiment varia molt. A la taula següent es mostren els principals indicadors de rendiment de diversos materials d'eina.
Principals indicadors de rendiment de diferents materials d'eina
Els materials d'eina per al mecanitzat CNC s'han de seleccionar segons la peça que s'està mecanitzant i les propietats de processament. La selecció dels materials de l'eina ha de coincidir raonablement amb l'objecte de processament. La combinació de materials d'eines de tall i objectes de processament es refereix principalment a la combinació de les propietats mecàniques, físiques i químiques de les dues per obtenir la vida útil més llarga de l'eina i la màxima productivitat de tall.
1. Concordança de propietats mecàniques entre els materials de les eines de tall i els objectes de processament
El problema de concordança de propietats mecàniques entre les eines de tall i els objectes de processament es refereix principalment a la concordança de paràmetres de propietats mecàniques com ara la força, la duresa i la duresa entre les eines i els materials de la peça. Els materials d'eina amb diferents propietats mecàniques són adequats per processar diferents materials de peces de treball.
① The order of tool material hardness is: diamond tool> cubic boron nitride tool> ceramic tool> cemented carbide>acer{0}}alta velocitat.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide> ceramic tool>eines de diamant i nitrur de bor cúbic.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide>nitrur de bor cúbic, eines de diamant i ceràmica.
Els materials de-peça de treball d'alta duresa s'han de processar amb eines de duresa més alta. La duresa dels materials de l'eina ha de ser superior a la dels materials de la peça de treball, generalment es requereix que sigui superior a 60 HRC. Com més gran sigui la duresa dels materials de l'eina, millor serà la seva resistència al desgast. Per exemple, quan augmenta el contingut de cobalt en el carbur cimentat, la seva resistència i tenacitat augmenten, i la seva duresa disminueix, la qual cosa és adequada per al mecanitzat en brut; quan el contingut de cobalt disminueix, la seva duresa i resistència al desgast augmenten, la qual cosa és adequada per a un mecanitzat fi.
Les eines amb excel·lents propietats mecàniques a-temperatura alta són especialment adequades per al tall a-alta velocitat. L'excel·lent rendiment a alta-temperatura de les eines ceràmiques els permet tallar a altes velocitats, i la velocitat de tall permesa es pot augmentar de 2 a 10 vegades en comparació amb el carbur cimentat.
2. Relacionar les propietats físiques dels materials de les eines de tall i els objectes de processament
Eines amb diferents propietats físiques, com ara eines d'acer d'alta{0}}velocitat amb alta conductivitat tèrmica i baix punt de fusió, eines ceràmiques amb alt punt de fusió i baixa expansió tèrmica, eines de diamant amb alta conductivitat tèrmica i baixa expansió tèrmica, etc., són adequades per processar diferents materials de peces. Quan es processen peces amb poca conductivitat tèrmica, s'han d'utilitzar materials d'eina amb bona conductivitat tèrmica per permetre que la calor de tall es transfereixi ràpidament i redueixi la temperatura de tall. El diamant té una alta conductivitat tèrmica i difusivitat tèrmica, de manera que la calor de tall és fàcil de dissipar i no produirà una gran deformació tèrmica, que és especialment important per a eines de mecanitzat de precisió amb requisits d'alta precisió dimensional.
① Temperatura resistent a la calor-de diversos materials d'eines: 700-8000 graus per a eines de diamant, 13000-15000 graus per a eines PCBN, 1100-12000 graus per a eines ceràmiques, 900-1100 graus per a eines de ceràmica, 900-1100C de carbur de ciment 800-9000 graus per a carbur cimentat de gra ultrafin basat en WC i 600-7000 graus per HSS.
② The order of thermal conductivity of various tool materials: PCD>PCBN>WC-based cemented carbide>TiC (N)-based cemented carbide>HSS>Si3N4-based ceramics>Ceràmica basada en A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC (N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC (N)-based cemented carbide>Ceràmica basada en A1203.
3. Coincidència de rendiment químic dels materials d'eines de tall i objectes de processament
El problema de la concordança del rendiment químic dels materials d'eines de tall i els objectes de processament es refereix principalment als paràmetres de rendiment químic, com ara l'afinitat química, la reacció química, la difusió i la dissolució de materials d'eines i materials de peça. Les eines amb diferents materials són adequades per processar diferents materials de peces.
① The anti-adhesion temperature of various tool materials (with steel) is: PCBN>ceramics>ceramics>HSS.
② The anti-oxidation temperature of various tool materials is: ceramics>PCBN>ceramics>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of various tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4-based ceramics>PCBN>A1203-based ceramics. Diffusion strength (for titanium) is: A1203-based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4. Selecció raonable de materials d'eines CNC
En termes generals, PCBN, eines ceràmiques, carbur recobert i eines de carbur basades en TiCN-són adequades per al mecanitzat CNC de metalls ferrosos com l'acer; mentre que les eines PCD són adequades per mecanitzar materials metàl·lics no{-ferrosos com ara Al, Mg, Cu i els seus aliatges i materials no-metàl·lics. La taula següent enumera alguns materials de peces de treball adequats per al mecanitzat amb els materials de l'eina anteriors.
