Wraz z rozwojem współczesnej nauki i technologii stosuje się coraz więcej materiałów konstrukcyjnych o dużej twardości, podczas gdy tradycyjna technologia toczenia nie jest kompetentna lub w ogóle nie jest w stanie osiągnąć obróbki niektórych materiałów o wysokiej twardości.Węglik powlekany, ceramika, PCBN i inne supertwarde materiały narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością w wysokich temperaturach, odpornością na zużycie i stabilnością termochemiczną, co stanowi najbardziej podstawowy warunek wstępny skrawania materiałów o wysokiej twardości i pozwoliło osiągnąć znaczne korzyści w produkcji.Podstawowymi elementami umożliwiającymi realizację toczenia na twardo jest materiał, z którego wykonane jest narzędzie supertwarde oraz jego konstrukcja i parametry geometryczne.Dlatego też kluczowy dla osiągnięcia stabilnego toczenia na twardo jest wybór supertwardego materiału narzędzia oraz zaprojektowanie rozsądnej struktury narzędzia i parametrów geometrycznych!
(1) Powlekany węglik spiekany
Nałożyć jedną lub więcej warstw TiN, TiCN, TiAlN i Al3O2 o dobrej odporności na zużycie na narzędzia z węglika spiekanego o dobrej wytrzymałości, a grubość powłoki wynosi 2-18 μm.Powłoka ma zwykle znacznie niższą przewodność cieplną niż podłoże narzędzia i materiał przedmiotu obrabianego, co osłabia działanie termiczne podłoża narzędzia;Z drugiej strony może skutecznie poprawić tarcie i przyczepność w procesie cięcia oraz zmniejszyć wytwarzanie ciepła skrawania.
Chociaż powłoka PVD ma wiele zalet, niektóre powłoki, takie jak Al2O3 i diament, mają tendencję do stosowania technologii powlekania CVD.Al2O3 to rodzaj powłoki o dużej odporności na ciepło i odporność na utlenianie, która może oddzielić ciepło wytwarzane podczas cięcia od konkretnego narzędzia.Technologia powlekania CVD może również łączyć zalety różnych powłok, aby osiągnąć najlepszy efekt cięcia i zaspokoić potrzeby cięcia.
W porównaniu z narzędziami z węglika spiekanego, narzędzia z węglika spiekanego znacznie poprawiły wytrzymałość, twardość i odporność na zużycie.Podczas toczenia przedmiotu obrabianego o twardości HRC45 ~ 55, niedrogi powlekany węglik spiekany może realizować toczenie z dużą prędkością.W ostatnich latach niektórzy producenci poprawili wydajność narzędzi powlekanych, udoskonalając materiały powlekające i inne metody.Na przykład niektórzy producenci w Stanach Zjednoczonych i Japonii stosują szwajcarski materiał powlekający AlTiN i nową opatentowaną technologię powlekania do produkcji powlekanych ostrzy o twardości aż do HV4500~4900, które mogą ciąć stal matrycową HRC47~58 z prędkością 498,56 m/min .Gdy temperatura toczenia wynosi do 1500 ~ 1600 ° C, twardość nadal nie spada i nie utlenia się.Żywotność ostrza jest czterokrotnie większa niż w przypadku ostrza z powłoką ogólną, koszt wynosi tylko 30%, a przyczepność jest dobra.
(2) Materiał ceramiczny
Dzięki ciągłemu doskonaleniu składu, struktury i procesu prasowania, zwłaszcza rozwojowi nanotechnologii, ceramiczne materiały narzędziowe umożliwiają hartowanie narzędzi ceramicznych.Ceramika może w niedalekiej przyszłości spowodować trzecią rewolucję w obróbce skrawaniem po stali szybkotnącej i węglikach spiekanych.Narzędzia ceramiczne mają zalety wysokiej twardości (HRA91 ~ 95), wysokiej wytrzymałości (wytrzymałość na zginanie 750 ~ 1000 MPa), dobrej odporności na zużycie, dobrej stabilności chemicznej, dobrej odporności na przyczepność, niskiego współczynnika tarcia i niskiej ceny.Co więcej, narzędzia ceramiczne charakteryzują się również wysoką twardością wysokotemperaturową, która osiąga HRA80 przy 1200°C.
Podczas normalnego skrawania narzędzie ceramiczne charakteryzuje się bardzo dużą trwałością, a jego prędkość skrawania może być 2~5 razy większa niż w przypadku węglika spiekanego.Szczególnie nadaje się do obróbki materiałów o dużej twardości, wykańczania i obróbki z dużymi prędkościami.Może ciąć różne rodzaje stali hartowanej i żeliwa hartowanego o twardości do HRC65.Powszechnie stosowane są ceramika na bazie tlenku glinu, ceramika na bazie azotku krzemu, cermetale i ceramika wzmocniona wąsami.
Narzędzia ceramiczne na bazie tlenku glinu mają wyższą twardość w kolorze czerwonym niż węglik spiekany.Ogólnie rzecz biorąc, krawędź skrawająca nie powoduje odkształcenia plastycznego w warunkach skrawania z dużymi prędkościami, ale jej wytrzymałość i udarność są bardzo niskie.W celu poprawy wytrzymałości i udarności można dodać mieszaninę ZrO lub TiC i TiN.Inną metodą jest dodanie wąsów z czystego metalu lub węglika krzemu.Oprócz wysokiej twardości czerwonej ceramika na bazie azotku krzemu charakteryzuje się również dobrą wytrzymałością.W porównaniu z ceramiką na bazie tlenku glinu, jej wadą jest to, że podczas obróbki stali łatwo jest wytworzyć dyfuzję wysokiej temperatury, co zwiększa zużycie narzędzi.Ceramikę na bazie azotku krzemu stosuje się głównie do przerywanego toczenia i frezowania żeliwa szarego.
Cermet to rodzaj materiału na bazie węglika, w którym TiC jest główną fazą twardą (0,5-2 μm). Łączy się je ze spoiwami Co lub Ti i przypomina narzędzia z węglików spiekanych, ale mają niskie powinowactwo, dobre tarcie i dobre odporność na zużycie.Może wytrzymać wyższą temperaturę skrawania niż konwencjonalny węglik spiekany, ale brakuje mu udarności węglika spiekanego, wytrzymałości podczas ciężkiego skrawania oraz wytrzymałości przy niskiej prędkości i dużym posuwie.
(3) Regularny azotek boru (CBN)
CBN ustępuje jedynie diamentowi pod względem twardości i odporności na zużycie oraz ma doskonałą twardość w wysokich temperaturach.W porównaniu z ceramiką jej odporność na ciepło i stabilność chemiczna są nieco słabsze, ale jej udarność i działanie zapobiegające zgnieceniu są lepsze.Ma szerokie zastosowanie do skrawania stali hartowanej (HRC ≥ 50), żeliwa szarego perlitycznego, żeliwa chłodzonego i nadstopów.W porównaniu z narzędziami z węglika spiekanego prędkość skrawania można zwiększyć o jeden rząd wielkości.
Narzędzie z kompozytowego polikrystalicznego sześciennego azotku boru (PCBN) o wysokiej zawartości CBN charakteryzuje się wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie, wysoką wytrzymałością na ściskanie i dobrą udarnością.Jego wadami są słaba stabilność termiczna i niska obojętność chemiczna.Nadaje się do cięcia stopów żaroodpornych, żeliwa i metali spiekanych na bazie żelaza.Zawartość cząstek CBN w narzędziach PCBN jest niska, a twardość narzędzi PCBN wykorzystujących ceramikę jako spoiwo jest niska, ale rekompensuje to słabą stabilność termiczną i niską bezwładność chemiczną tego pierwszego materiału i nadaje się do cięcia stali hartowanej.
Do cięcia żeliwa szarego i stali hartowanej można wybrać narzędzie ceramiczne lub narzędzie CBN.Z tego powodu należy przeprowadzić analizę kosztów i korzyści oraz jakości przetwarzania, aby określić, który z nich wybrać.Gdy twardość skrawania jest niższa niż HRC60 i przyjęto mały posuw, lepszym wyborem będzie narzędzie ceramiczne.Narzędzia PCBN nadają się do skrawania detali o twardości wyższej niż HRC60, zwłaszcza do obróbki automatycznej i obróbki precyzyjnej.Ponadto naprężenia szczątkowe na powierzchni przedmiotu obrabianego po skrawaniu narzędziem PCBN są również stosunkowo stabilne w porównaniu z narzędziem ceramicznym, przy takim samym zużyciu powierzchni przyłożenia.
Stosując narzędzie PCBN do cięcia na sucho stali hartowanej należy także kierować się następującymi zasadami: wybierać w miarę możliwości dużą głębokość skrawania pod warunkiem, że pozwala na to sztywność obrabiarki, aby ciepło powstające w obszarze skrawania mogło złagodnieć lokalnie metal z przodu krawędzi, co może skutecznie zmniejszyć zużycie narzędzia PCBN.Ponadto, stosując małą głębokość skrawania, należy również wziąć pod uwagę, że słaba przewodność cieplna narzędzia PCBN może spowodować, że ciepło w obszarze skrawania będzie zbyt późne, aby rozproszyć się, a obszar ścinania może również powodować wyraźny efekt zmiękczania metalu. zużycie ostrza.
2. Budowa ostrza i parametry geometryczne narzędzi supertwardych
Rozsądne określenie kształtu i parametrów geometrycznych narzędzia jest bardzo ważne, aby w pełni wykorzystać wydajność skrawania narzędzia.Jeśli chodzi o wytrzymałość narzędzia, wytrzymałość końcówki narzędzia o różnych kształtach ostrzy od wysokiego do niskiego wynosi: okrągła, diamentowa 100°, kwadratowa, diamentowa 80°, trójkątna, diamentowa 55°, diamentowa 35°.Po wybraniu materiału ostrza należy wybrać kształt ostrza o najwyższej wytrzymałości.Należy również wybrać możliwie duże ostrza do toczenia na twardo, a obróbkę zgrubną należy wykonywać za pomocą ostrzy okrągłych i o dużym promieniu końcówki.Promień łuku końcówki wynosi około 0,8 przy wykańczaniu μ. Około m.
Wióry ze stali hartowanej to czerwone i miękkie wstążki, o dużej kruchości, łatwe do złamania i niewiążące.Powierzchnia skrawania ze stali hartowanej jest wysokiej jakości i generalnie nie powoduje gromadzenia się wiórów, ale siła skrawania jest duża, zwłaszcza promieniowa siła skrawania jest większa niż główna siła skrawania.Dlatego narzędzie powinno używać ujemnego kąta przedniego (przejście ≥ - 5°) i dużego kąta tylnego (ao=10°~15°).Główny kąt odchylenia zależy od sztywności obrabiarki, zwykle 45 ° ~ 60 °, aby zmniejszyć drgania przedmiotu obrabianego i narzędzia.
Czas publikacji: 24 lutego 2023 r