Сочетание передового технологического оборудования и высокопроизводительных режущих инструментов с ЧПУ позволяет в полной мере проявить должную эффективность и получить хорошие экономические выгоды. С быстрым развитием материалов для режущих инструментов различные новые типы материалов для режущих инструментов значительно улучшили свои физические, механические и режущие характеристики, а область их применения также постоянно расширяется.
1. Основные свойства, которыми должны обладать материалы режущего инструмента
Выбор инструментальных материалов оказывает значительное влияние на срок службы инструмента, эффективность обработки, качество обработки и затраты на обработку. Режущий инструмент должен выдерживать высокое давление, высокую температуру, трение, удары и вибрацию во время резки. Поэтому инструментальные материалы должны обладать следующими основными свойствами:
(1) Твердость и износостойкость. Твердость материала инструмента должна быть выше, чем у материала заготовки, обычно требуется твердость более 60HRC. Чем выше твердость материала инструмента, тем выше его износостойкость.
(2) Прочность и ударная вязкость. Материал инструмента должен обладать высокой прочностью и ударной вязкостью, чтобы выдерживать силы резания, удары и вибрации, а также предотвращать хрупкое разрушение и разрушение кромки инструмента.
(3) Термостойкость. Материал инструмента обладает хорошей термостойкостью, выдерживает высокие температуры резания и обладает хорошей стойкостью к окислению.
(4) Производительность и экономичность процесса. Материал инструмента должен иметь хорошие характеристики ковки, термообработки и сварки; Производительность шлифовальной обработки и стремление к высокой производительности по соотношению цены и качества.
2. Типы, свойства, характеристики и применение материалов режущего инструмента.
а. Типы, свойства, характеристики и применение материалов для алмазного инструмента
Алмаз — это аллотроп углерода, самый твердый материал в природе. Алмазные режущие инструменты обладают высокой твердостью, износостойкостью и теплопроводностью и широко применяются при обработке цветных и неметаллических материалов. Особенно при высокоскоростной резке алюминиевых и кремниевых алюминиевых сплавов алмазные инструменты являются основными видами режущих инструментов, которые трудно заменить. Алмазные режущие инструменты, которые могут обеспечить высокую эффективность, высокую стабильность и длительный срок службы, являются незаменимыми и важными инструментами в современной обработке с ЧПУ.
2. Типы, свойства, характеристики и применение инструментальных материалов из кубического нитрида бора.
Второй вид сверхтвердого материала — кубический нитрид бора (CBN), синтезированный методом, аналогичным способу изготовления алмаза, по твердости и теплопроводности уступает только алмазу. Обладает отличной термической стабильностью и не окисляется при нагревании до 10000 градусов в атмосфере. КНБ
имеет чрезвычайно стабильные химические свойства для черных металлов и может широко применяться при обработке стальных изделий.
3. Тип, характеристики и характеристики керамических инструментальных материалов и применение инструмента.
Керамические режущие инструменты характеризуются высокой твердостью, хорошей износостойкостью, отличной термостойкостью и химической стойкостью, плохо сцепляются с металлом. Керамические инструменты играют очень важную роль в обработке с ЧПУ. Керамические инструменты стали одним из основных инструментов для высокоскоростной резки и обработки сложных материалов. Керамические инструменты широко используются для высокоскоростной резки, сухой резки, резки твердых и труднообрабатываемых материалов. Керамические инструменты могут эффективно обрабатывать материалы высокой твердости, которые не могут быть обработаны традиционными инструментами, реализуя «точение вместо шлифования»; Оптимальная скорость резания керамических инструментов может быть в 2-10 раз выше, чем у инструментов из цементированного карбида, что значительно повышает эффективность резки; Основное сырье, используемое для керамических орудийных материалов, является наиболее распространенным элементом в земной коре. Таким образом, продвижение и применение керамических инструментов имеет большое значение для повышения производительности, снижения затрат на обработку и экономии стратегических драгоценных металлов, а также будет в значительной степени способствовать прогрессу технологии резки.
4. Эксплуатационные характеристики и характеристики инструментальных материалов с покрытием и применение инструментов
Покрытие инструмента является одним из важных способов повышения его производительности. Появление режущих инструментов с покрытием сделало значительный прорыв в их режущих характеристиках. Режущие инструменты с покрытием покрыты одним или несколькими слоями тугоплавких соединений с хорошей износостойкостью на корпусе инструмента с хорошей ударной вязкостью. Они сочетают матрицу инструмента с твердым покрытием, что значительно повышает производительность инструмента. Режущие инструменты с покрытием могут повысить эффективность обработки, повысить точность обработки, продлить срок службы инструмента и снизить затраты на обработку.
Около 80 процентов режущих инструментов, используемых в новых станках с ЧПУ, используют инструменты с покрытием. Инструменты с покрытием в будущем станут самым важным инструментом в области обработки с ЧПУ.
5. Типы, свойства, характеристики и области применения твердосплавных материалов для режущего инструмента.
Режущие инструменты из твердого сплава, особенно режущие инструменты из твердого сплава со сменными пластинами, являются ведущими продуктами для станков с ЧПУ. С 1980-х годов различные типы интегрированных и индексируемых режущих инструментов или лезвий из твердого сплава расширились до различных областей режущего инструмента. Среди них сменные твердосплавные режущие инструменты расширились от простых токарных и плоскофрезерных инструментов до различных прецизионных, сложных и фасонных инструментов.
Типы твердосплавных режущих инструментов
По основному химическому составу твердые сплавы можно разделить на твердые сплавы на основе карбида вольфрама и на основе карбида титана (твердые сплавы на основе TiC(N).
Цементированные карбиды на основе карбида вольфрама включают вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-кобальт-титан (YT) и добавленный редкий карбид (YW). У них есть свои преимущества и недостатки. Основными компонентами являются карбид вольфрама (WC), карбид титана (TiC), карбид тантала (TaC), карбид ниобия (NbC) и т. д. Обычная металлическая связующая фаза - Co.
Твердые сплавы на основе углерода (азота) на основе титана представляют собой твердые сплавы с TiC в качестве основного компонента (некоторые с добавлением других карбидов или нитридов), а обычно используемыми металлическими связующими фазами являются Mo и Ni.
ISO (Международная организация по стандартизации) делит режущие твердые сплавы на три категории:
Класс K, включая Kl0-K40, эквивалентен классу YG в Китае (в основном состоит из WC Co).
Класс P, включая P01–P50, эквивалентен классу YT в Китае (в основном состоит из WC TiC Co).
Класс M, включая M10–M40, эквивалентен классу YW в Китае (в основном состоит из WC TiC TaC (NbC) Co).
Каждая марка представляет серию сплавов от высокой твердости до максимальной ударной вязкости с номерами от 01 до 50.
6. Типы, характеристики и области применения режущего инструмента из быстрорежущей стали.
Быстрорежущая сталь (HSS) — это тип высоколегированной инструментальной стали, которая содержит большое количество 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 износостойкости. технологичность. В сложнорежущих инструментах, особенно для изготовления инструментов для обработки отверстий, фрезерных инструментов, резьбонарезных инструментов, протяжек, зуборезных инструментов и других сложных режущих инструментов, быстрорежущие стали по-прежнему занимают основное место. Инструменты из быстрорежущей стали легко затачивают острые режущие кромки.
По различному назначению быстрорежущие стали можно разделить на быстрорежущие стали общего назначения и быстрорежущие стали с высокими эксплуатационными характеристиками.
(1) Универсальные режущие инструменты из быстрорежущей стали
Универсальная быстрорежущая сталь. Как правило, его можно разделить на две категории: вольфрамовая сталь и вольфрамово-молибденовая сталь. Этот тип быстрорежущей стали содержит (C) в пределах от 0,7 процента до 0,9 процента. В зависимости от содержания вольфрама в стали ее можно разделить на вольфрамовую сталь, содержащую 12 или 18 процентов W, вольфрамомолибденовую сталь, содержащую 6 или 8 процентов W, и молибденовую сталь, содержащую 2 процента W или не содержащую W. Универсальная быстрорежущая сталь обладает определенной твердостью (63-66HRC) и износостойкостью, высокой прочностью и ударной вязкостью, хорошей пластичностью и обрабатываемостью, широко применяется при изготовлении различного сложного режущего инструмента.
① Вольфрамовая сталь: типичным сортом универсальной быстрорежущей вольфрамовой стали является W18Cr4V (обозначаемая как W18), которая обладает хорошими всесторонними свойствами и высокотемпературной твердостью 48,5HRC при 6000 градусов. Из него можно изготавливать различные сложные режущие инструменты. Он имеет такие преимущества, как хорошая измельчаемость и низкая чувствительность к обезуглероживанию, но из-за высокого содержания карбидов, неравномерного распределения, более крупных частиц и низкой прочности и ударной вязкости.
② Вольфрамо-молибденовая сталь: относится к быстрорежущей стали, полученной путем замены части вольфрама в вольфрамовой стали молибденом. Типичная марка вольфрамомолибденовой стали – W6Mo5Cr4V2, или сокращенно M2. Карбидные частицы M2 мелкие и однородные, обладают большей прочностью, ударной вязкостью и пластичностью при высоких температурах, чем W18Cr4V. Другим типом вольфрамово-молибденовой стали является W9Mo3Cr4V (сокращенно W9), которая имеет несколько более высокую термическую стабильность, чем сталь M2, лучшую прочность на изгиб и ударную вязкость, чем W6M05Cr4V2, и обладает хорошей обрабатываемостью.
(2) Высокопроизводительные режущие инструменты из быстрорежущей стали
Быстрорежущая сталь с высокими эксплуатационными характеристиками относится к новому типу стали, в состав которой добавляют некоторое количество углерода, ванадия и легирующих элементов, таких как Co и Al, что повышает ее жаропрочность и износостойкость. . В основном это следующие категории:
① Высокоуглеродистая быстрорежущая сталь. Высокоуглеродистая быстрорежущая сталь (например, 95W18Cr4V) обладает высокой твердостью при комнатной и высоких температурах, что делает ее пригодной для изготовления и обработки обычной стали и чугуна, сверл, разверток, метчиков и фрез с высокими требованиями к износостойкости, или режущие инструменты для обработки твердых материалов. Он не подходит для того, чтобы выдерживать большие удары.
② Быстрорежущая сталь с высоким содержанием ванадия. Типичные сплавы, такие как W12Cr4V4Mo (сокращенно EV4), с содержанием ванадия, повышенным до 3-5%, обладают хорошей износостойкостью и подходят для резки материалов с большим износом инструмента, таких как волокно, твердая резина, пластик, д., а также может использоваться для обработки нержавеющей стали, высокопрочной стали, жаропрочного сплава и других материалов.
③ Кобальтовая быстрорежущая сталь. Это кобальтсодержащая сверхтвердая быстрорежущая сталь типичного класса, например W2Mo9Cr4VCo8 (обозначаемая как M42), которая имеет высокую твердость до 69~70HRC. Он подходит для обработки труднообрабатываемых материалов, таких как высокопрочная жаропрочная сталь, жаропрочные сплавы, титановые сплавы и т. д. М42 обладает хорошей шлифуемостью и подходит для изготовления прецизионных и сложных режущих инструментов, но не подходит для работа в условиях ударного резания.
④ Алюминий из быстрорежущей стали. Это алюминийсодержащая сверхтвердая быстрорежущая сталь типичного класса, например W6Mo5Cr4V2Al (сокращенно 501). Высокотемпературная твердость при температуре 6000 градусов также достигает 54HRC, а режущая способность эквивалентна M42. Он подходит для изготовления фрез, сверл, разверток, зуборезных станков, протяжек и т. д. и используется для обработки таких материалов, как легированная сталь, нержавеющая сталь, высокопрочная сталь и жаропрочные сплавы.
⑤ Азотная сверхтвердая быстрорежущая сталь. Типичная марка, такая как W12M03Cr4V3N, сокращенно (V3N), представляет собой азотсодержащую сверхтвердую быстрорежущую сталь с твердостью, прочностью и ударной вязкостью, сравнимыми с M42. Может использоваться в качестве замены кобальтсодержащей быстрорежущей стали для низкоскоростной резки труднообрабатываемых материалов и низкоскоростной высокоточной обработки.
(3) Плавка быстрорежущей стали и порошковой металлургии быстрорежущей стали
В соответствии с различными производственными процессами быстрорежущую сталь можно разделить на расплавленную быстрорежущую сталь и быстрорежущую сталь порошковой металлургии.
① Плавка быстрорежущей стали: как обычная быстрорежущая сталь, так и высокопроизводительная быстрорежущая сталь производятся методом плавления. Они превращаются в режущие инструменты с помощью таких процессов, как плавка, литье в слитки, гальваника и прокатка. Серьезной проблемой, которая может возникнуть при выплавке быстрорежущей стали, является сегрегация карбида. Твердые и хрупкие карбиды распределены в быстрорежущей стали неравномерно, а размер зерна крупный (до десятков микрометров), что отрицательно сказывается на износостойкости, ударной вязкости и режущих свойствах инструмента из быстрорежущей стали.
② Быстрорежущая сталь для порошковой металлургии (PM HSS): Быстрорежущая сталь для порошковой металлургии (PM HSS) представляет собой жидкую сталь, расплавленную в высокочастотной индукционной печи. Он распыляется аргоном под высоким давлением или чистым газообразным азотом, а затем закаливается для получения тонкой и однородной кристаллической структуры (порошок быстрорежущей стали). Полученный порошок затем прессуют в заготовку инструмента при высокой температуре и давлении или сначала превращают в стальную заготовку, а затем куют и прокатывают в форму инструмента. По сравнению с быстрорежущей сталью, изготовленной методом плавления, PM HSS имеет преимущества мелкого и однородного карбидного зерна, значительно повышенной прочности, ударной вязкости и износостойкости по сравнению с плавленой быстрорежущей сталью. Инструменты PM HSS получат дальнейшее развитие и займут важное место в области сложных инструментов ЧПУ. Типовые марки, такие как Ф15, ФР71, ГФл, ГФ2, ГФ3, ПТ1, ПВН и др., могут быть использованы для изготовления крупногабаритного, сверхпрочного и ударопрочного режущего инструмента, а также прецизионного режущего инструмента.
