Поєднання сучасного технологічного обладнання та високопродуктивних ріжучих інструментів з ЧПК може повністю використовувати належну ефективність і досягати хороших економічних переваг. Зі швидким розвитком матеріалів для ріжучих інструментів різні нові типи матеріалів для ріжучих інструментів значно покращили свої фізичні, механічні та ріжучі властивості, а сфера їх застосування також постійно розширюється.
1. Основні властивості, якими повинні володіти матеріали ріжучого інструменту
Вибір інструментальних матеріалів має значний вплив на термін служби інструменту, ефективність обробки, якість обробки та вартість обробки. Під час різання ріжучий інструмент повинен витримувати високий тиск, високу температуру, тертя, удари та вібрацію. Отже, інструментальні матеріали повинні мати такі основні властивості:
(1) Твердість і зносостійкість. Твердість матеріалу інструменту має бути вищою, ніж матеріал заготовки, зазвичай вимагається твердість понад 60HRC. Чим вище твердість матеріалу інструменту, тим краще його зносостійкість.
(2) Міцність і міцність. Матеріал інструменту повинен мати високу міцність і в'язкість, щоб протистояти силам різання, ударам і вібрації, а також запобігати крихкому руйнуванню і зруйнуванню краю інструмента.
(3) Термостійкість. Інструментальний матеріал має гарну термостійкість, витримує високі температури різання та має гарну стійкість до окислення.
(4) Продуктивність та економічність процесу. Інструментальний матеріал повинен мати хороші характеристики кування, термообробки та зварювання; Продуктивність шліфувальної обробки та прагнення до високого співвідношення продуктивності та ціни.
2. Види, властивості, характеристики та застосування матеріалів різального інструменту
a. Види, властивості, характеристики та інструментальне застосування алмазних інструментальних матеріалів
Алмаз є алотропом вуглецю, і це найтвердіший матеріал, знайдений у природі. Алмазний різальний інструмент має високу твердість, зносостійкість і теплопровідність, широко використовується в обробці кольорових і неметалевих матеріалів. Особливо при високошвидкісному різанні алюмінієвих і кремнієвих алюмінієвих сплавів алмазні інструменти є основними різновидами ріжучих інструментів, які важко замінити. Алмазні ріжучі інструменти, які можуть досягти високої ефективності, високої стабільності та довговічності обробки, є незамінними та важливими інструментами в сучасній обробці з ЧПК.
2. Види, властивості, характеристики та інструментальне застосування інструментальних матеріалів із кубічного нітриду бору
Другий вид надтвердого матеріалу, кубічний нітрид бору (CBN), синтезований методом, подібним до методу виробництва алмазу, поступається тільки алмазу за твердістю і теплопровідністю. Має відмінну термічну стабільність і не окислюється при нагріванні до 10000 градусів в атмосфері. CBN
має надзвичайно стабільні хімічні властивості для чорних металів і може широко використовуватися в обробці сталевих виробів.
3. Вид, характеристики та характеристики керамічних інструментальних матеріалів та застосування інструменту
Керамічні ріжучі інструменти характеризуються високою твердістю, хорошою зносостійкістю, чудовою термостійкістю та хімічною стійкістю, а також нелегко з’єднуються з металом. Керамічні інструменти відіграють дуже важливу роль у обробці з ЧПУ. Керамічні інструменти стали одним з основних інструментів для високошвидкісного різання та обробки складних матеріалів. Керамічні інструменти широко використовуються для високошвидкісного різання, сухого різання, жорсткого різання та складних для різання матеріалів. Керамічні інструменти можуть ефективно обробляти високотверді матеріали, які неможливо обробити традиційними інструментами, реалізуючи «точіння замість шліфування»; Оптимальна швидкість різання керамічних інструментів може бути в 2-10 разів вищою, ніж у твердосплавних інструментів, що значно підвищує ефективність виробництва різання; Основна сировина, яка використовується для керамічних інструментальних матеріалів, є найбільш поширеними елементами в корі. Тому просування та застосування керамічних інструментів має велике значення для підвищення продуктивності, зниження витрат на обробку та економії стратегічних дорогоцінних металів, а також значно сприятиме прогресу технології різання.
4. Експлуатаційні властивості та характеристики покритих інструментальних матеріалів та застосування інструментів
Покриття інструменту є одним із важливих способів покращити його продуктивність. Поява різальних інструментів з покриттям зробила значний прорив у їх продуктивності різання. Ріжучі інструменти з покриттям покриті одним або декількома шарами вогнетривкої суміші з хорошою зносостійкістю на корпусі інструменту з хорошою в'язкістю. Вони поєднують матрицю інструменту з твердим покриттям, що значно покращує продуктивність інструменту. Ріжучі інструменти з покриттям можуть підвищити ефективність обробки, підвищити точність обробки, подовжити термін служби інструменту та зменшити витрати на обробку.
Близько 80 відсотків різальних інструментів, які використовуються в нових верстатах з ЧПК, використовують інструменти з покриттям. Інструменти з покриттям у майбутньому стануть найважливішою різноманітністю інструментів у сфері обробки з ЧПК.
5. Види, властивості, характеристики та застосування твердосплавних матеріалів різального інструменту
Ріжучі інструменти з твердого сплаву, особливо змінні інструменти з твердого сплаву, є провідними продуктами інструментів для обробки з ЧПК. Починаючи з 1980-х років, різні типи інтегрованих і змінних твердосплавних ріжучих інструментів або лез поширилися на різні області ріжучих інструментів. Серед них змінні ріжучі інструменти з твердих сплавів розширилися від простих токарних і фрезерних інструментів до різноманітних точних, складних і фасонних інструментів.
Види твердосплавного різального інструменту
За основним хімічним складом тверді сплави можна розділити на тверді сплави на основі карбіду вольфраму та тверді сплави на основі карбіду титану (TiC (N).
Цементовані карбіди на основі карбіду вольфраму включають вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-кобальт-титан (YT) і доданий рідкісний карбід (YW). Вони мають свої переваги та недоліки. Основними компонентами є карбід вольфраму (WC), карбід титану (TiC), карбід танталу (TaC), карбід ніобію (NbC) тощо. Загальною фазою зв’язку металу є Co.
Тверді сплави на основі вуглецю (азоту) на основі титану — це тверді сплави з TiC як основний компонент (деякі з додаванням інших карбідів або нітридів), а зазвичай використовуваними металевими зв’язуючими фазами є Mo та Ni.
ISO (Міжнародна організація стандартизації) поділяє різання твердих сплавів на три категорії:
Клас K, включаючи Kl0-K40, еквівалентний класу YG у Китаї (в основному складається з WC Co).
Клас P, включаючи P01 до P50, еквівалентний класу YT у Китаї (в основному складається з WC TiC Co).
Клас M, включаючи M10–M40, еквівалентний класу YW у Китаї (в основному складається з WC TiC TaC (NbC) Co).
Кожна марка представляє серію сплавів від високої твердості до максимальної міцності з номерами від 01 до 50.
6. Види, характеристики та застосування різального інструменту зі швидкорізальної сталі
Швидкорізальна сталь (HSS) — це тип високолегованої інструментальної сталі, яка містить велику кількість легуючих елементів, таких як W, Mo, Cr і V. Інструменти для різання швидкорізальної сталі мають відмінні повні характеристики з точки зору міцності, міцності та технологічність. У складних різальних інструментах, особливо для виготовлення інструментів для обробки отворів, фрезерних інструментів, різьбонарізних інструментів, протяжок, зуборізних інструментів та інших різальних інструментів складної форми, швидкорізальна сталь все ще займає основне місце. Інструменти зі швидкорізальної сталі легко шліфують гострі ріжучі кромки.
Відповідно до різних цілей, швидкорізальну сталь можна розділити на швидкорізальну сталь загального призначення та високоефективну швидкорізальну сталь.
(1) Універсальний інструмент для різання швидкорізальної сталі
Універсальна швидкорізальна сталь. Загалом його можна розділити на дві категорії: вольфрамова сталь і вольфрамомолібденова сталь. Цей тип швидкорізальної сталі містить (C) у межах від 0,7 відсотка до 0,9 відсотка. Відповідно до різного вмісту вольфраму в сталі, її можна розділити на вольфрамову сталь, що містить 12 або 18 відсотків W, вольфрамову молібденову сталь, що містить 6 або 8 відсотків W, і молібденову сталь, що містить 2 відсотки або взагалі не містить W. Універсальна швидкорізальна сталь має певний ступінь твердості (63-66HRC) і зносостійкість, високу міцність і в'язкість, хорошу пластичність і здатність до обробки, і широко використовується у виробництві різноманітних складних різальних інструментів.
① Вольфрамова сталь. Типовою маркою універсальної швидкорізальної сталі є вольфрамова сталь W18Cr4V (відома як W18), яка має хороші комплексні властивості та високотемпературну твердість 48,5HRC при 6000 градусах. З нього можна виготовляти різні складні різальні інструменти. Він має такі переваги, як хороша шліфувальність і низька чутливість до зневуглецювання, але через високий вміст карбідів, нерівномірний розподіл, більші частки, а також низьку міцність і в'язкість.
② Вольфрамомолібденова сталь: відноситься до швидкорізальної сталі, отриманої шляхом заміни частини вольфраму у вольфрамовій сталі молібденом. Типовою маркою вольфрамової молібденової сталі є W6Mo5Cr4V2 або скорочено M2. Частинки карбіду M2 дрібні та однорідні, з кращою міцністю, в’язкістю та високотемпературною пластичністю, ніж W18Cr4V. Іншим типом вольфрам-молібденової сталі є W9Mo3Cr4V (скорочено W9), яка має дещо вищу термічну стабільність, ніж сталь M2, кращу міцність на вигин і міцність, ніж W6M05Cr4V2, і має хорошу оброблюваність.
(2) Високопродуктивні інструменти для різання швидкорізальної сталі
Високоефективна швидкорізальна сталь відноситься до нового типу сталі, яка додає деякий вміст вуглецю, вміст ванадію та легуючих елементів, таких як Co та Al до складу швидкорізальної сталі загального призначення, тим самим покращуючи її термостійкість і зносостійкість . В основному є такі категорії:
① Високовуглецева швидкорізальна сталь. Високовуглецева швидкорізальна сталь (така як 95W18Cr4V) має високу твердість при кімнатній і високих температурах, що робить її придатною для виробництва та обробки звичайної сталі та чавуну, свердл, розгорток, мітчиків і фрез з високими вимогами до зносостійкості або ріжучі інструменти для обробки більш твердих матеріалів. Він не підходить для того, щоб витримувати сильні удари.
② Швидкорізальна сталь з високим вмістом ванадію. Типові марки, такі як W12Cr4V4Mo (скорочено EV4), із підвищеним вмістом V до 3-5 відсотків, мають гарну зносостійкість і підходять для різання матеріалів із великим зносом інструменту, таких як волокно, тверда гума, пластик, тощо, а також може використовуватися для обробки нержавіючої сталі, високоміцної сталі, високотемпературного сплаву та інших матеріалів.
③ Кобальтова швидкорізальна сталь. Це надтверда швидкорізальна сталь із вмістом кобальту типової марки, наприклад W2Mo9Cr4VCo8 (іменована як M42), яка має високу твердість до 69~70HRC. Він підходить для обробки матеріалів, які важко піддаються механічній обробці, таких як високоміцна жароміцна сталь, жароміцні сплави, титанові сплави тощо. M42 має хорошу здатність до шліфування та підходить для виготовлення точних і складних ріжучих інструментів, але не підходить для робота в умовах ударного різання.
④ Алюмінієва швидкорізальна сталь. Це надтверда швидкорізальна сталь із вмістом алюмінію типової марки, наприклад W6Mo5Cr4V2Al (скорочено 501). Високотемпературна твердість при 6000 градусів також досягає 54HRC, а продуктивність різання еквівалентна M42. Він підходить для виготовлення фрез, свердел, розгорток, зубчастих фрез, протяжок тощо, а також для обробки матеріалів, таких як легована сталь, нержавіюча сталь, високоміцна сталь і жаростійкі сплави.
⑤ Надтверда азотна швидкорізальна сталь. Типова марка, така як W12M03Cr4V3N, скорочено (V3N), — це надтверда швидкорізальна сталь, що містить азот, твердість, міцність і в’язкість якої можна порівняти з М42. Його можна використовувати як заміну кобальтовмісної швидкорізальної сталі для низькошвидкісного різання важкооброблюваних матеріалів і низькошвидкісної високоточної обробки.
(3) Плавка швидкорізальної сталі та порошкової металургії швидкорізальної сталі
Відповідно до різних виробничих процесів, швидкорізальну сталь можна розділити на розплавлену швидкорізальну сталь і швидкорізальну сталь порошкової металургії.
① Плавлення швидкорізальної сталі: як звичайна швидкорізальна сталь, так і високоефективна швидкорізальна сталь виготовляються методом плавлення. З них виготовляють ріжучі інструменти за допомогою таких процесів, як плавка, лиття в зливки, а також покриття та прокатка. Серйозною проблемою, яка може виникнути при виплавці швидкорізальної сталі, є сегрегація карбіду. Тверді та крихкі карбіди нерівномірно розподілені у швидкорізальній сталі, а розмір зерна є грубим (до десятків мікрометрів), що негативно впливає на зносостійкість, ударну в’язкість і продуктивність різання інструментів із швидкорізальної сталі.
② Швидкорізальна сталь порошкової металургії (PM HSS): Швидкорізальна сталь порошкової металургії (PM HSS) — це рідка сталь, розплавлена у високочастотній індукційній печі. Його розпилюють аргоном під високим тиском або чистим газоподібним азотом, а потім гасять, щоб отримати тонку та однорідну кристалічну структуру (порошок швидкорізальної сталі). Отриманий порошок потім пресують у заготовку інструменту при високій температурі та тиску або спочатку виготовляють сталеву заготовку, а потім кують і прокатують у форму інструменту. Порівняно зі швидкорізальною сталлю, виготовленою методом плавлення, PM HSS має переваги дрібного та однорідного карбідного зерна, значно покращену міцність, ударну в’язкість і зносостійкість порівняно з розплавленою швидкорізальною сталлю. Інструменти PM HSS будуть розвиватися й надалі та займатимуть важливе місце в галузі складних інструментів з ЧПК. Типові марки, такі як F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN та ін., можуть бути використані для виготовлення великогабаритного, надміцного, ударостійкого ріжучого інструменту, а також прецизійного ріжучого інструменту.
