Хорошей лошади нужно хорошее седло, и она использует современное обрабатывающее оборудование с ЧПУ. Если используются неправильные инструменты, это будет бесполезно! Выбор подходящего инструментального материала оказывает большое влияние на срок службы инструмента, эффективность обработки, качество обработки и стоимость обработки. В этой статье представлена полезная информация о ножевых знаниях, собирайте ее и пересылайте, давайте учиться вместе.
Инструментальные материалы должны обладать основными свойствами.
Выбор инструментальных материалов оказывает большое влияние на срок службы инструмента, эффективность обработки, качество обработки и стоимость обработки. Инструменты должны выдерживать высокое давление, высокую температуру, трение, удары и вибрацию при резке. Поэтому инструментальные материалы должны обладать следующими основными свойствами:
(1) Твердость и износостойкость. Твердость материала инструмента должна быть выше, чем твердость материала заготовки, которая обычно должна быть выше 60HRC. Чем выше твердость материала инструмента, тем лучше износостойкость.
(2) Прочность и выносливость. Инструментальные материалы должны обладать высокой прочностью и вязкостью, чтобы выдерживать силы резания, удары и вибрацию, а также предотвращать хрупкое разрушение и скалывание инструмента.
(3) Термостойкость. Инструментальный материал обладает хорошей термостойкостью, выдерживает высокие температуры резания и обладает хорошей стойкостью к окислению.
(4) Производительность и экономичность процесса. Инструментальные материалы должны иметь хорошие характеристики ковки, термообработки, сварки; производительность шлифования и т. д., и следует стремиться к высокому соотношению цена-качество.
Виды, свойства, характеристики и применение инструментальных материалов.
1. Материалы для алмазного инструмента
Алмаз — аллотроп углерода и самый твердый материал, встречающийся в природе. Алмазный режущий инструмент обладает высокой твердостью, высокой износостойкостью и высокой теплопроводностью, широко применяется при обработке цветных металлов и неметаллических материалов. Алмазный инструмент является основным типом режущего инструмента, который трудно заменить, особенно при высокоскоростной резке алюминия и кремний-алюминиевых сплавов. Алмазные инструменты, обеспечивающие высокую эффективность, высокую стабильность и длительный срок службы, являются незаменимыми и важными инструментами в современной обработке с ЧПУ.
⑴ Виды алмазного инструмента
① Инструменты из натуральных алмазов. Природные алмазы использовались в качестве режущих инструментов на протяжении сотен лет. Инструменты из натуральных монокристаллических алмазов были тщательно отшлифованы, чтобы сделать режущую кромку чрезвычайно острой. Радиус режущей кромки может достигать 0,002 мкм, что обеспечивает ультратонкую резку. Он может обрабатывать заготовки с чрезвычайно высокой точностью и чрезвычайно низкой шероховатостью поверхности. Это признанный, идеальный и незаменимый сверхточный обрабатывающий инструмент.
② Алмазные режущие инструменты PCD: Природные алмазы дороги. Наиболее широко используемым алмазом в режущей обработке является поликристаллический алмаз (PCD). С начала 1970-х годов разрабатываются поликристаллические алмазы (Polycrystauine Diamond, называемые лезвиями PCD), получаемые по технологии синтеза при высоких температурах и высоких давлениях. После успеха режущие инструменты из натуральных алмазов во многих случаях были заменены искусственными поликристаллическими алмазами. Сырье PCD богато источниками, а его цена составляет всего лишь от нескольких до одной десятой цены природного алмаза. Режущие инструменты из PCD невозможно заточить для получения чрезвычайно острых режущих инструментов. Качество поверхности режущей кромки и обрабатываемой заготовки не такое хорошее, как у природного алмаза. Производство лопаток PCD со стружколомами в промышленности пока не удобно. Таким образом, PCD можно использовать только для точной резки цветных металлов и неметаллов, а добиться сверхвысокой точности резки сложно. Точная резка зеркал.
③ Алмазные режущие инструменты CVD: с конца 1970-х по начало 1980-х годов в Японии появилась алмазная технология CVD. CVD-алмаз относится к использованию химического осаждения из паровой фазы (CVD) для синтеза алмазной пленки на гетерогенной матрице (например, твердый сплав, керамика и т. д.). CVD-алмаз имеет точно такую же структуру и характеристики, что и природный алмаз. Характеристики CVD-алмаза очень близки к характеристикам природного алмаза. Он обладает преимуществами природного монокристаллического алмаза и поликристаллического алмаза (PCD) и в определенной степени преодолевает их недостатки.
⑵ Эксплуатационные характеристики алмазного инструмента
① Чрезвычайно высокая твердость и износостойкость: природный алмаз — самое твердое вещество, встречающееся в природе. Алмаз обладает чрезвычайно высокой износостойкостью. При обработке материалов высокой твердости срок службы алмазных инструментов в 10-100 раз превышает срок службы твердосплавных инструментов, а то и в сотни раз.
② Имеет очень низкий коэффициент трения: коэффициент трения между алмазом и некоторыми цветными металлами ниже, чем у других режущих инструментов. Коэффициент трения низкий, деформация во время обработки невелика, а силу резания можно уменьшить.
③ Режущая кромка очень острая: Режущая кромка алмазного инструмента может быть очень острой. Размер природного монокристаллического алмазного инструмента может достигать 0,002~0,008 мкм, что позволяет выполнять сверхтонкую резку и сверхточную обработку.
④ Высокая теплопроводность: алмаз обладает высокой теплопроводностью и температуропроводностью, поэтому тепло при резке легко рассеивается, а температура режущей части инструмента низкая.
⑤ Имеет более низкий коэффициент теплового расширения: коэффициент теплового расширения алмаза в несколько раз меньше, чем у твердого сплава, а изменение размера инструмента, вызванное теплом резания, очень мало, что особенно важно для прецизионной и сверхточной обработки, которая требует высокой точности размеров.
⑶ Применение алмазного инструмента
Алмазные инструменты чаще всего используются для чистовой резки и растачивания цветных металлов и неметаллических материалов на высоких скоростях. Подходит для обработки различных износостойких неметаллов, таких как заготовки порошковой металлургии из стекловолокна, керамические материалы и т. д.; различные износостойкие цветные металлы, например различные кремний-алюминиевые сплавы; и финишная обработка различных цветных металлов.
Недостатком алмазных инструментов является их плохая термическая стабильность. Когда температура резки превышает 700℃~800℃, они полностью теряют твердость. Кроме того, они не подходят для резки черных металлов, поскольку алмаз (углерод) легко вступает в реакцию с железом при высоких температурах. Атомное воздействие преобразует атомы углерода в графитовую структуру, и инструмент легко повредить.
2. Инструментальный материал из кубического нитрида бора.
Кубический нитрид бора (CBN) — второй сверхтвердый материал, синтезированный методом, аналогичным производству алмаза, по твердости и теплопроводности уступает только алмазу. Он обладает превосходной термической стабильностью и может нагреваться до 10 000°C в атмосфере. Никакого окисления не происходит. CBN обладает чрезвычайно стабильными химическими свойствами по отношению к черным металлам и может широко использоваться при обработке стальной продукции.
⑴ Типы режущих инструментов из кубического нитрида бора
Кубический нитрид бора (CBN) – вещество, не существующее в природе. Он делится на монокристаллический и поликристаллический, а именно монокристаллический CBN и поликристаллический кубический нитрид бора (поликристаллический кубический борнитрид, сокращенно PCBN). CBN является одним из аллотропов нитрида бора (BN) и имеет структуру, аналогичную алмазу.
PCBN (поликристаллический кубический нитрид бора) представляет собой поликристаллический материал, в котором мелкие материалы CBN спекаются вместе посредством связующих фаз (TiC, TiN, Al, Ti и т. д.) при высокой температуре и давлении. В настоящее время это второй по твердости искусственно синтезированный материал. Алмазный инструментальный материал вместе с алмазом вместе называют сверхтвердым инструментальным материалом. PCBN в основном используется для изготовления ножей и других инструментов.
Режущие инструменты из PCBN можно разделить на лезвия из твердого PCBN и композитные лезвия PCBN, спеченные с карбидом.
Композитные лезвия PCBN изготавливаются путем спекания слоя PCBN толщиной от 0,5 до 1,0 мм на твердом сплаве, обладающем хорошей прочностью и вязкостью. Его характеристики сочетают в себе хорошую прочность с высокой твердостью и износостойкостью. Это решает проблемы низкой прочности на изгиб и сложности сварки лезвий из CBN.
⑵ Основные свойства и характеристики кубического нитрида бора.
Хотя твердость кубического нитрида бора немного ниже, чем у алмаза, она значительно выше, чем у других материалов высокой твердости. Выдающимся преимуществом CBN является то, что его термическая стабильность намного выше, чем у алмаза, достигая температуры выше 1200°C (у алмаза 700-800°C). Еще одним выдающимся преимуществом является то, что он химически инертен и не вступает в реакцию с железом при температуре 1200-1300°С. реакция. Основные эксплуатационные характеристики кубического нитрида бора следующие.
① Высокая твердость и износостойкость: кристаллическая структура CBN аналогична алмазу, а его твердость и прочность аналогичны алмазу. PCBN особенно подходит для обработки материалов высокой твердости, которые предварительно можно было только отшлифовать, и позволяет получить лучшее качество поверхности заготовки.
② Высокая термостабильность: термостойкость CBN может достигать 1400–1500 ℃, что почти в 1 раз выше, чем термостойкость алмаза (700–800 ℃). Инструменты из PCBN могут резать жаропрочные сплавы и закаленную сталь на высоких скоростях, в 3–5 раз превышающих скорости твердосплавных инструментов.
③ Превосходная химическая стабильность: он не вступает в химическое взаимодействие с материалами на основе железа при температуре до 1200–1300°C и не изнашивается так резко, как алмаз. В это время он все еще может сохранять твердость цементированного карбида; Инструменты из PCBN подходят для резки деталей из закаленной стали и закаленного чугуна, могут широко использоваться при высокоскоростной резке чугуна.
④ Хорошая теплопроводность: хотя теплопроводность CBN не может сравниться с алмазом, теплопроводность PCBN среди различных инструментальных материалов уступает только алмазу и намного выше, чем у быстрорежущей стали и цементированного карбида.
⑤ Имеет более низкий коэффициент трения: низкий коэффициент трения может привести к снижению силы резания во время резки, снижению температуры резания и улучшению качества обрабатываемой поверхности.
⑶ Применение режущих инструментов из кубического нитрида бора.
Кубический нитрид бора подходит для чистовой обработки различных труднообрабатываемых материалов, таких как закаленная сталь, твердый чугун, жаропрочные сплавы, твердый сплав и материалы, напыляемые на поверхность. Точность обработки может достигать IT5 (отверстие IT6), а значение шероховатости поверхности может составлять всего Ra1,25 ~ 0,20 мкм.
Инструментальный материал из кубического нитрида бора имеет низкую ударную вязкость и прочность на изгиб. Поэтому токарные инструменты из кубического нитрида бора не подходят для черновой обработки на низких скоростях и высоких ударных нагрузках; в то же время они не подходят для резки материалов с высокой пластичностью (таких как алюминиевые сплавы, медные сплавы, сплавы на основе никеля, стали с высокой пластичностью и т. д.), поскольку при резке таких кромок при работе будут возникать серьезные наросты. с металлом, ухудшая обрабатываемую поверхность.
3. керамические инструментальные материалы
Керамические режущие инструменты обладают высокой твердостью, хорошей износостойкостью, отличной термостойкостью и химической стабильностью, и их нелегко скрепить с металлом. Керамические инструменты играют очень важную роль в обработке на станках с ЧПУ. Керамические инструменты стали одним из основных инструментов для высокоскоростной резки и обработки труднообрабатываемых материалов. Керамические режущие инструменты широко используются при высокоскоростной резке, сухой резке, твердой резке и резке труднообрабатываемых материалов. Керамические инструменты могут эффективно обрабатывать высокотвердые материалы, которые традиционные инструменты вообще не могут обрабатывать, реализуя «токарную обработку вместо шлифования»; оптимальная скорость резания керамических инструментов может быть в 2–10 раз выше, чем у твердосплавных инструментов, что значительно повышает эффективность производства резки. ; Основным сырьем, используемым в керамических инструментальных материалах, являются наиболее распространенные элементы в земной коре. Поэтому продвижение и применение керамических инструментов имеют большое значение для повышения производительности, снижения затрат на обработку и экономии стратегических драгоценных металлов. Это также будет способствовать развитию технологии резки. прогресс.
⑴ Типы керамических инструментальных материалов
Типы керамических инструментальных материалов обычно можно разделить на три категории: керамика на основе оксида алюминия, керамика на основе нитрида кремния и композитная керамика на основе нитрида кремния-оксида алюминия. Среди них наибольшее распространение получили керамические инструментальные материалы на основе оксида алюминия и нитрида кремния. Керамика на основе нитрида кремния превосходит керамику на основе оксида алюминия по своим характеристикам.
⑵ Производительность и характеристики керамических режущих инструментов.
① Высокая твердость и хорошая износостойкость: хотя твердость керамических режущих инструментов не такая высокая, как у PCD и PCBN, она намного выше, чем у твердосплавных и быстрорежущих инструментов из быстрорежущей стали, достигая 93-95HRA. Керамические режущие инструменты могут обрабатывать высокотвердые материалы, которые трудно обрабатывать традиционными режущими инструментами, и подходят для высокоскоростной и твердой резки.
② Высокая термостойкость и хорошая термостойкость: керамические режущие инструменты могут резать при высоких температурах выше 1200°C. Керамические режущие инструменты обладают хорошими механическими свойствами при высоких температурах. Керамические режущие инструменты A12O3 обладают особенно хорошей стойкостью к окислению. Даже если режущая кромка находится в раскаленном состоянии, ее можно использовать непрерывно. Таким образом, керамические инструменты могут обеспечить сухую резку, что устраняет необходимость в смазочно-охлаждающей жидкости.
③ Хорошая химическая стабильность: керамические режущие инструменты нелегко скрепить с металлом, они устойчивы к коррозии и обладают хорошей химической стабильностью, что может снизить износ сцепления режущих инструментов.
④ Низкий коэффициент трения: сродство между керамическими инструментами и металлом невелико, а коэффициент трения низкий, что может снизить силу резания и температуру резания.
⑶ Керамические ножи имеют применение
Керамика является одним из инструментальных материалов, в основном используемых для высокоскоростной чистовой и получистовой обработки. Керамические режущие инструменты подходят для резки различных чугунов (серого чугуна, ковкого чугуна, ковкого чугуна, закаленного чугуна, высоколегированного износостойкого чугуна) и стальных материалов (углеродистой конструкционной стали, легированной конструкционной стали, высокопрочной стали, сталь с высоким содержанием марганца, закаленная сталь и т. д.), также может использоваться для резки медных сплавов, графита, конструкционных пластмасс и композитных материалов.
Свойства материалов керамических режущих инструментов имеют проблемы с низкой прочностью на изгиб и плохой ударной вязкостью, что делает их непригодными для резки на низких скоростях и при ударных нагрузках.
4. Инструментальные материалы с покрытием
Покрытие режущих инструментов является одним из важных способов повышения производительности инструмента. Появление инструментов с покрытием привело к значительному прорыву в режущих характеристиках режущих инструментов. Инструменты с покрытием покрывают один или несколько слоев тугоплавких компаундов с хорошей износостойкостью на корпусе инструмента с хорошей вязкостью. Он сочетает в себе матрицу инструмента с твердым покрытием, тем самым значительно улучшая производительность инструмента. Инструменты с покрытием могут повысить эффективность обработки, повысить точность обработки, продлить срок службы инструмента и снизить затраты на обработку.
Около 80% режущих инструментов, используемых в новых станках с ЧПУ, используют инструменты с покрытием. Инструменты с покрытием в будущем станут самой важной разновидностью инструментов в области обработки на станках с ЧПУ.
⑴ Типы инструментов с покрытием
В соответствии с различными методами нанесения покрытия инструменты с покрытием можно разделить на инструменты с покрытием, нанесенным химическим осаждением из паровой фазы (CVD) и инструменты с покрытием, нанесенным методом физического осаждения из паровой фазы (PVD). Режущие инструменты из твердого сплава с покрытием обычно используют метод химического осаждения из паровой фазы, а температура осаждения составляет около 1000°C. Режущие инструменты из быстрорежущей стали с покрытием обычно используют метод физического осаждения из паровой фазы, а температура осаждения составляет около 500 ° C;
В зависимости от различных материалов основы инструментов с покрытием инструменты с покрытием можно разделить на инструменты с твердосплавным покрытием, инструменты с покрытием из быстрорежущей стали и инструменты с покрытием из керамики и сверхтвердых материалов (алмаз и кубический нитрид бора).
В зависимости от свойств материала покрытия инструменты с покрытием можно разделить на две категории: инструменты с «твердым» покрытием и инструменты с «мягким» покрытием. Основными целями, которые преследует инструмент с «твердым» покрытием, являются высокая твердость и износостойкость. Его основными преимуществами являются высокая твердость и хорошая износостойкость, как правило, покрытия TiC и TiN. Целью, которую преследуют инструменты с «мягким» покрытием, является низкий коэффициент трения, также известный как самосмазывающиеся инструменты, которые трется о материал заготовки. Коэффициент очень низкий, всего около 0,1, что может уменьшить адгезию, уменьшить трение и уменьшить резание. сила и температура резания.
Недавно были разработаны режущие инструменты с нанопокрытием (Nanoeoating). В таких инструментах с покрытием могут использоваться различные комбинации материалов покрытия (например, металл/металл, металл/керамика, керамика/керамика и т. д.) для удовлетворения различных функциональных и эксплуатационных требований. Правильно разработанные нанопокрытия могут придать инструментальным материалам превосходные свойства снижения трения и противоизноса, а также самосмазывающиеся свойства, что делает их пригодными для высокоскоростной сухой резки.
⑵ Характеристики режущих инструментов с покрытием
① Хорошие механические и режущие характеристики: инструменты с покрытием сочетают в себе превосходные свойства основного материала и материала покрытия. Они не только сохраняют хорошую ударную вязкость и высокую прочность основного материала, но также обладают высокой твердостью, высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения. Поэтому скорость резания инструментов с покрытием может быть увеличена более чем в 2 раза, чем у инструментов без покрытия, и допускаются более высокие скорости подачи. Срок службы инструментов с покрытием также увеличивается.
② Высокая универсальность: инструменты с покрытием обладают широкой универсальностью и значительно расширяют диапазон обработки. Один инструмент с покрытием может заменить несколько инструментов без покрытия.
③ Толщина покрытия: по мере увеличения толщины покрытия срок службы инструмента также увеличивается, но когда толщина покрытия достигает насыщения, срок службы инструмента больше не увеличивается значительно. Если покрытие слишком толстое, оно легко может отслоиться; когда покрытие слишком тонкое, износостойкость будет плохой.
④ Возможность перешлифовки: Лезвия с покрытием плохо перетачиваются, имеют сложное оборудование для нанесения покрытия, высокие технологические требования и длительное время нанесения покрытия.
⑤ Материал покрытия: Инструменты с разными материалами покрытия имеют разную режущую способность. Например: при резке на низкой скорости покрытие TiC имеет преимущества; при резке на высокой скорости больше подходит TiN.
⑶Применение режущих инструментов с покрытием
Инструменты с покрытием имеют большой потенциал в области обработки с ЧПУ и в будущем станут наиболее важной разновидностью инструментов в области обработки с ЧПУ. Технология покрытия была применена к концевым фрезам, разверткам, сверлам, инструментам для обработки композитных отверстий, зубчатым фрезам, зубодолбежным фрезам, зубодолбежным фрезам, формовочным протяжкам и различным индексируемым пластинам с машинным зажимом для удовлетворения различных требований высокоскоростной обработки резки. Потребности в таких материалах, как сталь и чугун, жаропрочные сплавы и цветные металлы.
5. Твердосплавные инструментальные материалы.
Твердосплавные режущие инструменты, особенно твердосплавные режущие инструменты со сменными пластинами, являются ведущими продуктами обрабатывающего инструмента с ЧПУ. С 1980-х годов ассортимент различных цельных и сменных твердосплавных режущих инструментов или пластин был расширен до различных типов. Разнообразие областей режущего инструмента, в которых сменные твердосплавные инструменты расширились от простых токарных инструментов и торцевых фрез до различных прецизионных, сложных и формовочных инструментов.
⑴ Типы твердосплавных режущих инструментов
По основному химическому составу цементированный карбид можно разделить на цементированный карбид на основе карбида вольфрама и цементированный карбид на основе углерода (нитрида) титана (TiC(N)) на основе.
Цементированный карбид на основе карбида вольфрама включает три типа: вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-кобальт-титан (YT) и добавленный редкий карбид (YW). У каждого есть свои преимущества и недостатки. Основными компонентами являются карбид вольфрама (WC) и карбид титана. (TiC), карбид тантала (TaC), карбид ниобия (NbC) и т. д. Обычно используемой металлической связующей фазой является Co.
Цементированный карбид на основе углерода (нитрида) титана представляет собой цементированный карбид с TiC в качестве основного компонента (некоторые добавляют другие карбиды или нитриды). Обычно используемыми металлическими связующими фазами являются Mo и Ni.
ISO (Международная организация по стандартизации) делит режущие карбиды на три категории:
Класс K, включая Kl0 ~ K40, эквивалентен классу YG моей страны (основной компонент — WC.Co).
Категория P, включая P01 ~ P50, эквивалентна категории YT моей страны (основной компонент — WC.TiC.Co).
Класс M, включая M10~M40, эквивалентен классу YW моей страны (основной компонент — WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Каждая марка представляет собой серию сплавов от высокой твердости до максимальной вязкости с номером от 01 до 50.
⑵ Эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов
① Высокая твердость: твердосплавные режущие инструменты изготавливаются из карбидов с высокой твердостью и температурой плавления (так называемая твердая фаза) и металлических связок (так называемая связующая фаза) методом порошковой металлургии с твердостью от 89 до 93HRA. , намного выше, чем у быстрорежущей стали. При температуре 5400C твердость может достигать 82–87HRA, что соответствует твердости быстрорежущей стали при комнатной температуре (83–86HRA). Значение твердости цементированного карбида изменяется в зависимости от природы, количества, размера частиц карбидов и содержания металлической связующей фазы и обычно снижается с увеличением содержания связующей металлической фазы. При одинаковом содержании связующей фазы твердость сплавов YT выше, чем у сплавов YG, а сплавы с добавлением TaC (NbC) имеют более высокую высокотемпературную твердость.
② Прочность на изгиб и вязкость. Прочность на изгиб обычно используемого твердого сплава находится в диапазоне от 900 до 1500 МПа. Чем выше содержание фазы металлического связующего, тем выше прочность на изгиб. При одинаковом содержании связующего прочность сплава типа YG (WC-Co) выше, чем у сплава типа YT (WC-TiC-Co), а по мере увеличения содержания TiC прочность снижается. Цементированный карбид — хрупкий материал, и его ударная вязкость при комнатной температуре составляет всего от 1/30 до 1/8 от ударной вязкости быстрорежущей стали.
⑶ Применение широко используемых твердосплавных режущих инструментов.
Сплавы YG в основном используются для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. Мелкозернистый твердый сплав (например, YG3X, YG6X) имеет более высокую твердость и износостойкость, чем среднезернистый твердый сплав с тем же содержанием кобальта. Он подходит для обработки специального твердого чугуна, аустенитной нержавеющей стали, жаростойких сплавов, титановых сплавов, твердой бронзы и износостойких изоляционных материалов и т. д.
Выдающимися преимуществами цементированного карбида типа YT являются высокая твердость, хорошая термостойкость, более высокая твердость и прочность на сжатие при высоких температурах, чем у типа YG, а также хорошая стойкость к окислению. Поэтому, когда от ножа требуется более высокая термостойкость и износостойкость, следует выбирать марку с более высоким содержанием TiC. Сплавы YT подходят для обработки пластмассовых материалов, таких как сталь, но не подходят для обработки титановых и кремний-алюминиевых сплавов.
Сплав YW обладает свойствами сплавов YG и YT и обладает хорошими комплексными свойствами. Может использоваться для обработки стали, чугуна и цветных металлов. Если содержание кобальта в этом типе сплава соответствующим образом увеличить, прочность может быть очень высокой и его можно использовать для черновой обработки и прерывистого резания различных труднообрабатываемых материалов.
6． Режущие инструменты из быстрорежущей стали
Быстрорежущая сталь (HSS) — это высоколегированная инструментальная сталь, в которую добавлено больше легирующих элементов, таких как W, Mo, Cr и V. Режущие инструменты из быстрорежущей стали обладают превосходными комплексными характеристиками с точки зрения прочности, ударной вязкости и технологичности. В сложных режущих инструментах, особенно со сложной формой лезвий, таких как инструменты для обработки отверстий, фрезы, резьбонарезные инструменты, протяжки, зуборезные инструменты и т. д., до сих пор используется быстрорежущая сталь. занять доминирующее положение. Ножи из быстрорежущей стали легко затачиваются для получения острых режущих кромок.
В зависимости от применения быстрорежущую сталь можно разделить на быстрорежущую сталь общего назначения и быстрорежущую сталь с высокими эксплуатационными характеристиками.
⑴ Режущие инструменты общего назначения из быстрорежущей стали.
Быстрорежущая сталь общего назначения. В целом ее можно разделить на две категории: вольфрамовая сталь и вольфрамомолибденовая сталь. Этот тип быстрорежущей стали содержит от 0,7% до 0,9% (С). В зависимости от различного содержания вольфрама в стали ее можно разделить на вольфрамовую сталь с содержанием W 12% или 18%, вольфрамомолибденовую сталь с содержанием W 6% или 8% и молибденовую сталь с содержанием W. 2% или нет W. . Быстрорежущая сталь общего назначения обладает определенной твердостью (63-66HRC) и износостойкостью, высокой прочностью и вязкостью, хорошей пластичностью и технологией обработки, поэтому широко применяется при изготовлении различных сложных инструментов.
① Вольфрамовая сталь. Типичная марка вольфрамовой стали общего назначения из быстрорежущей стали — W18Cr4V (обозначается W18). Он имеет хорошие общие характеристики. Высокотемпературная твердость при 6000°C составляет 48,5HRC, и ее можно использовать для изготовления различных сложных инструментов. Он обладает такими преимуществами, как хорошая шлифуемость и низкая чувствительность к обезуглероживанию, но из-за высокого содержания карбидов, неравномерного распределения, крупных частиц, а также низкой прочности и ударной вязкости.
② Вольфрамомолибденовая сталь: относится к быстрорежущей стали, полученной путем замены части вольфрама в вольфрамовой стали молибденом. Типичная марка вольфрамомолибденовой стали — W6Mo5Cr4V2 (обозначается как M2). Частицы карбида M2 мелкие и однородные, а его прочность, ударная вязкость и высокотемпературная пластичность лучше, чем у W18Cr4V. Другой тип вольфрамомолибденовой стали — W9Mo3Cr4V (сокращенно W9). Ее термическая стабильность немного выше, чем у стали М2, прочность на изгиб и вязкость лучше, чем у W6M05Cr4V2, и она имеет хорошую технологичность.
⑵ Высокопроизводительные режущие инструменты из быстрорежущей стали.
Высокопроизводительная быстрорежущая сталь относится к новому типу стали, в который добавляется некоторое количество углерода, ванадия и легирующих элементов, таких как Co и Al, в состав быстрорежущей стали общего назначения, тем самым улучшая ее жаростойкость и износостойкость. . В основном это следующие категории:
① Высокоуглеродистая быстрорежущая сталь. Высокоуглеродистая быстрорежущая сталь (например, 95W18Cr4V) имеет высокую твердость при комнатной температуре и высокой температуре. Он подходит для изготовления и обработки обычной стали и чугуна, сверл, разверток, метчиков и фрез с высокими требованиями к износостойкости или инструментов для обработки более твердых материалов. Он не способен выдерживать сильные удары.
② Быстрорежущая сталь с высоким содержанием ванадия. Типичные сплавы, такие как W12Cr4V4Mo (обозначаются как EV4), имеют содержание V, увеличенное до 3–5 %, обладают хорошей износостойкостью и подходят для резки материалов, вызывающих сильный износ инструмента, таких как волокна, твердая резина, пластмассы. и т. д., а также может использоваться для обработки таких материалов, как нержавеющая сталь, высокопрочная сталь и жаропрочные сплавы.
③ Кобальтовая быстрорежущая сталь. Это кобальтсодержащая сверхтвердая быстрорежущая сталь. Типичные марки, такие как W2Mo9Cr4VCo8 (обозначаемые как M42), имеют очень высокую твердость. Его твердость может достигать 69-70HRC. Подходит для обработки сложных в эксплуатации высокопрочных жаростойких сталей, жаропрочных сплавов, титановых сплавов и т. д. Обрабатываемые материалы: М42 обладает хорошей шлифуемостью и пригоден для изготовления прецизионных и сложных инструментов, но не пригоден. для работы в условиях ударного резания.
④ Алюминиевая быстрорежущая сталь. Это алюминийсодержащая сверхтвердая быстрорежущая сталь. Типичными марками являются, например, W6Mo5Cr4V2Al (обозначаемый как 501). Высокотемпературная твердость при 6000С также достигает 54HRC. Производительность резки эквивалентна M42. Он подходит для изготовления фрез, сверл, разверток, зуборезных фрез и протяжек. и т. д., используемые для обработки таких материалов, как легированная сталь, нержавеющая сталь, высокопрочная сталь и жаропрочные сплавы.
⑤ Азотная сверхтвердая быстрорежущая сталь. Типичные марки, такие как W12M03Cr4V3N, обозначаемые как (V3N), представляют собой азотсодержащие сверхтвердые быстрорежущие стали. Твердость, прочность и ударная вязкость эквивалентны M42. Они могут быть использованы вместо кобальтсодержащих быстрорежущих сталей, применяются для тихоходного резания труднообрабатываемых материалов и тихоходных высокоточных сталей. обработка.
⑶ Выплавка быстрорежущей стали и порошковая металлургия быстрорежущей стали.
В соответствии с различными производственными процессами быстрорежущую сталь можно разделить на выплавку быстрорежущей стали и быстрорежущую сталь для порошковой металлургии.
① Выплавка быстрорежущей стали: как обычная быстрорежущая сталь, так и высокопроизводительная быстрорежущая сталь производятся методами плавки. Из них изготавливают ножи с помощью таких процессов, как выплавка, литье слитков, покрытие и прокатка. Серьезной проблемой, которая легко возникает при выплавке быстрорежущей стали, является сегрегация карбидов. Твердые и хрупкие карбиды распределены в быстрорежущей стали неравномерно, а зерна крупные (до десятков микрон), что влияет на износостойкость и вязкость инструмента из быстрорежущей стали. и отрицательно влиять на производительность резки.
② Быстрорежущая сталь для порошковой металлургии (PM HSS). Быстрорежущая сталь для порошковой металлургии (PM HSS) представляет собой жидкую сталь, выплавленную в высокочастотной индукционной печи, распыленную аргоном или чистым азотом под высоким давлением, а затем закаленную для получения мелкие и однородные кристаллы. Структурируйте (порошок быстрорежущей стали), а затем прессуйте полученный порошок в заготовку ножа под высокой температурой и высоким давлением или сначала изготовьте стальную заготовку, а затем выковайте и раскатайте ее в форму ножа. По сравнению с быстрорежущей сталью, изготовленной методом плавки, PM HSS имеет преимущества, заключающиеся в том, что карбидные зерна мелкие и однородные, а прочность, ударная вязкость и износостойкость значительно улучшаются по сравнению с выплавленной быстрорежущей сталью. В области сложных инструментов с ЧПУ инструменты PM HSS будут развиваться и занимать важную позицию. Типовые марки, такие как Ф15, ФР71, ГФл, ГФ2, ГФ3, ПТ1, ПВН и др., могут быть использованы для изготовления крупногабаритного, тяжелонагруженного, ударопрочного режущего инструмента, а также прецизионного режущего инструмента.
Принципы выбора инструментальных материалов для станков с ЧПУ
В настоящее время широко используемые инструментальные материалы с ЧПУ в основном включают алмазные инструменты, инструменты из кубического нитрида бора, керамические инструменты, инструменты с покрытием, твердосплавные инструменты, инструменты из быстрорежущей стали и т. д. Существует множество марок инструментальных материалов, и их свойства сильно различаются. В следующей таблице приведены основные показатели эффективности различных инструментальных материалов.
Инструментальные материалы для обработки на станках с ЧПУ необходимо выбирать в зависимости от обрабатываемой детали и характера обработки. Выбор инструментальных материалов должен разумно соответствовать объекту обработки. Подбор материалов режущего инструмента и объектов обработки в основном относится к согласованию механических, физических и химических свойств этих двух материалов для достижения максимально длительного срока службы инструмента и максимальной производительности резания.
1. Согласование механических свойств материалов режущего инструмента и объектов обработки.
Проблема согласования механических свойств режущего инструмента и объекта обработки в основном относится к согласованию параметров механических свойств, таких как прочность, вязкость и твердость инструмента и материала заготовки. Инструментальные материалы с разными механическими свойствами подходят для обработки разных материалов заготовок.
① Порядок твердости материала инструмента следующий: алмазный инструмент>инструмент из кубического нитрида бора>керамический инструмент>карбид вольфрама>быстрорежущая сталь.
② Порядок прочности на изгиб инструментальных материалов: быстрорежущая сталь > цементированный карбид > керамические инструменты > алмазные инструменты и инструменты из кубического нитрида бора.
③ Порядок прочности инструментальных материалов следующий: быстрорежущая сталь>карбид вольфрама>кубический нитрид бора, алмазные и керамические инструменты.
Материалы заготовок высокой твердости необходимо обрабатывать инструментами повышенной твердости. Твердость материала инструмента должна быть выше, чем твердость материала заготовки, которая обычно должна быть выше 60HRC. Чем выше твердость инструментального материала, тем лучше его износостойкость. Например, когда содержание кобальта в твердом сплаве увеличивается, его прочность и ударная вязкость увеличиваются, а твердость снижается, что делает его пригодным для черновой обработки; при уменьшении содержания кобальта его твердость и износостойкость увеличиваются, что делает его пригодным для отделочной обработки.
Инструменты с превосходными механическими свойствами при высоких температурах особенно подходят для высокоскоростной резки. Отличные высокотемпературные характеристики керамических режущих инструментов позволяют им резать на высоких скоростях, а допустимая скорость резания может быть в 2–10 раз выше, чем у твердосплавного инструмента.
2. Соответствие физических свойств материала режущего инструмента обрабатываемому объекту.
Для обработки подходят инструменты с различными физическими свойствами, например, инструменты из быстрорежущей стали с высокой теплопроводностью и низкой температурой плавления, керамические инструменты с высокой температурой плавления и низким тепловым расширением, алмазные инструменты с высокой теплопроводностью и низким тепловым расширением и т. д. обработка различных заготовок. При обработке заготовок с плохой теплопроводностью следует использовать инструментальные материалы с более высокой теплопроводностью, чтобы можно было быстро передать тепло резания и снизить температуру резания. Благодаря своей высокой теплопроводности и температуропроводности алмаз может легко рассеивать тепло при резке, не вызывая большой тепловой деформации, что особенно важно для прецизионных обрабатывающих инструментов, требующих высокой точности размеров.
① Температура термостойкости различных инструментальных материалов: алмазные инструменты — 700–8000 °C, инструменты из PCBN — 13 000–15 000 °C, керамические инструменты — 1100–12 000 °C, цементированный карбид на основе TiC(N) — 900–11 000 °C, сверхтонкий сплав на основе WC. Зерна карбида - 800~9000C, HSS - 600~7000C.
② Порядок теплопроводности различных инструментальных материалов: PCD>PCBN>Цементированный карбид на основе WC>Цементированный карбид на основе TiC(N)>HSS>Керамика на основе Si3N4>Керамика на основе A1203.
③ Порядок коэффициентов теплового расширения различных инструментальных материалов следующий: HSS>Цементированный карбид на основе WC>TiC(N)>Керамика на основе A1203>PCBN>Керамика на основе Si3N4>PCD.
④ Порядок термостойкости различных инструментальных материалов следующий: HSS>Цементированный карбид на основе WC>Керамика на основе Si3N4>PCBN>PCD>Цементированный карбид на основе TiC(N)>Керамика на основе A1203.
3. Согласование химических свойств материала режущего инструмента с обрабатываемым объектом.
Проблема согласования химических свойств материалов режущего инструмента и объектов обработки в основном относится к согласованию параметров химических характеристик, таких как химическое сродство, химическая реакция, диффузия и растворение инструментальных материалов и материалов заготовки. Инструменты из разных материалов подходят для обработки разных материалов заготовок.
① Температурная стойкость различных инструментальных материалов (со сталью) составляет: PCBN>керамика>карбид вольфрама>HSS.
② Температура стойкости к окислению различных инструментальных материалов составляет: керамика>PCBN>карбид вольфрама>алмаз>HSS.
③ Диффузионная прочность инструментальных материалов (для стали): алмаз>керамика на основе Si3N4>PCBN>керамика на основе A1203. Интенсивность диффузии (для титана): керамика на основе А1203>PCBN>SiC>Si3N4>алмаз.
4. Разумный выбор материалов для инструментов с ЧПУ.
Вообще говоря, PCBN, керамические инструменты, твердосплавные инструменты с покрытием и твердосплавные инструменты на основе TiCN подходят для обработки с ЧПУ черных металлов, таких как сталь; в то время как инструменты PCD подходят для материалов цветных металлов, таких как Al, Mg, Cu и их сплавы, а также для обработки неметаллических материалов. В таблице ниже перечислены некоторые материалы заготовок, для обработки которых подходят указанные выше инструментальные материалы.
Инструменты Xinfa с ЧПУ отличаются хорошим качеством и низкой ценой. Для получения подробной информации посетите:
Время публикации: 01 ноября 2023 г.
