Osnovno znanje o alatima za rezanje, samo pročitajte ovo!

Dobar konj mora biti opremljen sedlom i treba koristiti naprednu CNC strojnu opremu. Ako se koriste krivi alati za rezanje, to je beskorisno! Odabir odgovarajućeg materijala alata značajno utječe na životni vijek alata, učinkovitost obrade, kvalitetu obrade i troškove obrade. Ovaj članak pruža vrijedno znanje o alatima za rezanje. Sakupite i podijelite, učimo zajedno.
jedan
Materijal alata treba imati osnovna svojstva
Odabir materijala alata ima značajan utjecaj na vijek trajanja alata, učinkovitost obrade, kvalitetu obrade i troškove obrade. Alati za rezanje moraju izdržati visoki pritisak, visoku temperaturu, trenje, udarce i vibracije tijekom rezanja. Stoga alatni materijali trebaju imati sljedeća osnovna svojstva:
(1) Tvrdoća i otpornost na trošenje. Tvrdoća materijala alata mora biti veća od tvrdoće materijala obratka, općenito zahtijevajući tvrdoću od 60HRC ili više. Što je veća tvrdoća materijala alata, to je njegova otpornost na habanje bolja.
(2) Čvrstoća i žilavost. Materijal alata treba imati visoku čvrstoću i žilavost kako bi izdržao sile rezanja, udarce i vibracije te spriječio krti lom i urušavanje ruba alata.
(3) Otpornost na toplinu. Materijal alata ima dobru otpornost na toplinu, može izdržati visoke temperature rezanja i ima dobru otpornost na oksidaciju.
(4) Performanse i ekonomičnost procesa. Materijal alata treba imati dobre performanse kovanja, toplinske obrade i performanse zavarivanja; Učinkovitost brušenja i težnja za visokim omjerom troškova.
dva
Vrste, svojstva, karakteristike i primjena materijala alata za rezanje
1. Materijal alata za dijamantno rezanje
Dijamant je alotrop ugljika i najtvrđi je materijal pronađen u prirodi. Dijamantni alati za rezanje imaju visoku tvrdoću, otpornost na habanje i toplinsku vodljivost te se široko koriste u obradi obojenih i nemetalnih materijala. Osobito u brzom rezanju aluminija i silicij aluminijskih legura, dijamantni rezni alati su glavna vrsta reznih alata koje je teško zamijeniti. Dijamantni rezni alati koji mogu postići visoku učinkovitost, visoku stabilnost i dug životni vijek nezamjenjivi su i važni alati u modernoj CNC obradi.
⑴ Vrste dijamantnih alata za rezanje
① Rezni alati od prirodnog dijamanta: Prirodni dijamant kao alat za rezanje ima više od sto godina povijesti. Nakon finog brušenja, prirodni monokristalni dijamantni rezni alati mogu imati iznimno oštre rubove, s radijusom rezanja do 0,002 μm. Budući da može postići ultra tanko rezanje i postići iznimno visoku točnost izratka i nisku hrapavost površine, on je priznat, idealan i nezamjenjiv alat za ultra preciznu obradu.
② PCD dijamantni alati za rezanje: prirodni dijamant je skup, a polikristalni dijamant (PCD) još uvijek se široko koristi u obradi rezanja. Od ranih 1970-ih, polikristalni dijamant pripremljen tehnologijom sinteze na visokim temperaturama i pod visokim pritiskom. Nakon uspješnog razvoja oštrica od polikristalnog dijamanta (PCD), prirodni dijamantni alati za rezanje su u mnogim situacijama zamijenjeni umjetnim polikristalnim dijamantom. PCD sirovina ima u izobilju, a njihove su cijene samo nekoliko desetaka do deset puta veće od prirodnog dijamanta. PCD alati za rezanje ne mogu brusiti izuzetno oštre rubove, a kvaliteta površine obrađenih izradaka nije tako dobra kao prirodni dijamant. Trenutno se PCD alati za rezanje s utorima za lomljenje strugotine ne mogu jednostavno proizvesti u industriji filma. Stoga se PCD može koristiti samo za precizno rezanje obojenih metala i nemetala, što otežava postizanje ultrapreciznog zrcalnog rezanja.
③ CVD dijamantni alati za rezanje: Od kasnih 1970-ih do ranih 1980-ih, CVD dijamantna tehnologija pojavila se u Japanu. CVD dijamant se odnosi na sintezu dijamantnih filmova na heterogenim podlogama (kao što su tvrde legure, keramika itd.) korištenjem kemijskog taloženja iz pare (CVD). CVD dijamant ima istu strukturu i karakteristike kao prirodni dijamant. Performanse CVD dijamanta vrlo su slične onima prirodnog dijamanta i kombiniraju prednosti prirodnog monokristalnog dijamanta i polikristalnog dijamanta (PCD), čime su u određenoj mjeri prevladani njihovi nedostaci.
⑵ Karakteristike rada dijamantnih alata za rezanje
① Iznimno visoka tvrdoća i otpornost na habanje: prirodni dijamant je najtvrđa tvar koja se nalazi u prirodi. Dijamant ima izuzetno visoku otpornost na habanje. Prilikom obrade materijala visoke tvrdoće, životni vijek dijamantnih alata za rezanje je 10-100 puta veći od alata za rezanje od tvrdih legura, pa čak i stotine puta duži.
② Ima vrlo nizak koeficijent trenja: koeficijent trenja između dijamanta i nekih obojenih metala manji je od ostalih alata za rezanje, s niskim koeficijentom trenja i malom deformacijom tijekom strojne obrade, što može smanjiti silu rezanja.
③ Rezni rub je vrlo oštar: rezni rub dijamantnog alata može se brusiti vrlo oštro, a prirodni monokristalni dijamantni alat može dosegnuti visinu od 0.002-0.008 μm. Sposoban za ultratanko rezanje i ultra preciznu obradu.
④ Ima visoku toplinsku vodljivost: dijamant ima visoku toplinsku vodljivost i toplinsku difuziju, a toplina rezanja lako se rasipa. Temperatura rezanja alata je niska.
⑤ Niži koeficijent toplinskog širenja: koeficijent toplinskog širenja dijamanta nekoliko je puta manji od tvrdog legure, a promjena veličine alata uzrokovana toplinom rezanja je vrlo mala, što je osobito važno za preciznu i ultrapreciznu obradu s visoki zahtjevi za točnost dimenzija.
Primjena dijamantnog reznog alata
Dijamantni alati za rezanje obično se koriste za fino rezanje i bušenje neželjeznih i nemetalnih materijala pri velikim brzinama. Prikladno za obradu raznih nemetalnih materijala otpornih na habanje, kao što su metalurški obrasci od fiberglasa u prahu, keramički materijali itd.; Različiti obojeni metali otporni na habanje, kao što su razne silicij aluminijske legure; Razni postupci dorade obojenih metala.
Nedostatak dijamantnih reznih alata je njihova slaba toplinska stabilnost. Kada temperatura rezanja prijeđe 700 stupnjeva do 800 stupnjeva, njihova tvrdoća će se potpuno izgubiti; Osim toga, nije prikladan za rezanje crnih metala jer dijamant (ugljik) lako stupa u interakciju s atomima željeza na visokim temperaturama, pretvarajući atome ugljika u grafitne strukture, čineći alat iznimno osjetljivim na oštećenja.
2. Materijal alata za rezanje kubičnog bor nitrida
Drugi supertvrdi materijal, kubični bor nitrid (CBN), sintetiziran korištenjem metode slične proizvodnji dijamanta, drugi je nakon dijamanta u smislu tvrdoće i toplinske vodljivosti. Ima izvrsnu toplinsku stabilnost i ne oksidira pri zagrijavanju do 10000C u atmosferi. CBN ima izuzetno stabilna kemijska svojstva za crne metale i može se široko koristiti u obradi proizvoda od čelika.
Vrste reznih alata od kubičnog bor nitrida
Kubični bor nitrid (CBN) je tvar koja ne postoji u prirodi i može se podijeliti na monokristal i polikristal, odnosno CBN monokristal i polikristalni kubični bor nitrid (PCBN). CBN je jedan od izomera bor nitrida (BN), sa strukturom sličnom dijamantu.
PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) je polikristalni materijal koji sinteruje fine CBN materijale zajedno kroz vezne faze (TiC, TiN, Al, Ti, itd.) pod visokom temperaturom i pritiskom. Trenutačno je drugi najtvrđi alatni materijal sintetiziran umjetno, a zajedno s dijamantom naziva se supertvrdim alatnim materijalom. PCBN se uglavnom koristi za izradu alata za rezanje ili drugih alata.
PCBN alati za rezanje mogu se podijeliti na integralne PCBN oštrice i PCBN kompozitne oštrice sinterirane s kompozitima od tvrde legure.
PCBN kompozitne oštrice izrađene su sinteriranjem sloja PCBN debljine O.{{0}}.0 mm na tvrdoj leguri dobre čvrstoće i žilavosti. Njegova izvedba kombinira dobru žilavost, visoku tvrdoću i otpornost na habanje, rješavajući probleme male čvrstoće na savijanje i poteškoće pri zavarivanju CBN oštrica.
Glavna svojstva i karakteristike kubičnog bor nitrida
Iako je tvrdoća kubičnog bor nitrida nešto niža od tvrdoće dijamanta, mnogo je veća od drugih materijala visoke tvrdoće. Izvanredna prednost CBN-a je ta što je njegova toplinska stabilnost puno veća od one dijamanta, dosežući preko 1200 stupnjeva (700-800 stupnjeva za dijamant), a još jedna izuzetna prednost je njegova visoka kemijska inertnost, koja ne reagira s elementima željeza na 1200-1300 stupnju. Glavne radne karakteristike kubičnog bor nitrida su sljedeće.
① Visoka tvrdoća i otpornost na habanje: CBN kristalna struktura slična je dijamantu, sa sličnom tvrdoćom i čvrstoćom kao dijamant. PCBN je posebno pogodan za obradu materijala visoke tvrdoće koji su se prije mogli samo brusiti, a može postići bolju kvalitetu površine obratka.
② Ima visoku toplinsku stabilnost: toplinska otpornost CBN-a može doseći 1400-1500 stupnjeva, što je gotovo 1 puta više od toplinske otpornosti dijamanta (700-800 stupnjeva). PCBN alati mogu rezati visokotemperaturne legure i kaljeni čelik brzinom 3-5 puta većom od alata od tvrdih legura.
③ Izvrsna kemijska stabilnost: ne reagira kemijski s materijalima na bazi željeza čak ni na temperaturama između 1200-1300 stupnjeva i ne troši se oštro kao dijamant. U ovom trenutku još uvijek može zadržati tvrdoću tvrdih legura; Alati za rezanje PCBN-a prikladni su za rezanje kaljenih čeličnih dijelova i hladnog tvrdog lijevanog željeza, a mogu se široko koristiti za brzo rezanje lijevanog željeza.
④ Ima dobru toplinsku vodljivost: iako toplinska vodljivost CBN-a ne može dostići dijamant, toplinska vodljivost PCBN-a je druga iza dijamanta u različitim materijalima za alate, mnogo veća od one kod brzoreznog čelika i tvrdih legura.
⑤ Niži koeficijent trenja: niži koeficijent trenja može dovesti do smanjenja sile rezanja, smanjenja temperature rezanja i poboljšanja kvalitete površine tijekom strojne obrade.
Primjena reznih alata od kubičnog bor nitrida
Kubični borov nitrid prikladan je za preciznu obradu raznih materijala koji se teško režu kao što su kaljeni čelik, tvrdo lijevano željezo, visokotemperaturne legure, tvrde legure i materijali za prskanje površine. Točnost obrade može doseći IT5 (rupa IT6), a vrijednost hrapavosti površine može biti niska kao Ra1.25-0.20 μM.
Žilavost i čvrstoća na savijanje materijala alata za rezanje kubičnog bor nitrida su slabi. Stoga alati za tokarenje kubičnog bor nitrida nisu prikladni za grubu obradu pri malim brzinama i s velikim udarnim opterećenjima; Nije prikladan za rezanje materijala visoke plastičnosti, kao što su aluminijske legure, legure bakra, legure na bazi nikla i čelika visoke plastičnosti, jer će rezanje ovih metala proizvesti ozbiljne naslage strugotine, što će pogoršati površinu obrade.
3. Materijali keramičkih alata za rezanje
Keramički alati za rezanje imaju značajke visoke tvrdoće, dobre otpornosti na habanje, izvrsne toplinske otpornosti i kemijske stabilnosti te ih nije lako spojiti s metalima. Keramički rezni alati igraju vrlo važnu ulogu u CNC obradi i postali su jedan od glavnih reznih alata za brzo rezanje i teške za obradu materijala. Keramički alati za rezanje imaju široku primjenu u brzom rezanju, suhom rezanju, tvrdom rezanju i rezanju materijala koji se teško obrađuju. Keramički alati za rezanje mogu učinkovito obraditi materijale visoke tvrdoće koji se ne mogu obraditi tradicionalnim alatima za rezanje, postižući "tokarenje umjesto brušenja"; Optimalna brzina rezanja keramičkih reznih alata može biti 2 do 10 puta veća od brzine reznih alata od tvrde legure, čime se značajno poboljšava proizvodna učinkovitost rezanja; Glavne sirovine koje se koriste za keramičke alate za rezanje su najzastupljeniji elementi u zemljinoj kori. Stoga je promocija i primjena alata za rezanje keramike od velike važnosti za poboljšanje produktivnosti, smanjenje troškova obrade i štednju strateških plemenitih metala. Također će uvelike promovirati napredak tehnologije rezanja.
⑴ Vrste materijala za keramičke alate
Vrste materijala za keramičke alate općenito se mogu podijeliti u tri kategorije: keramika na bazi aluminijevog oksida, keramika na bazi silicij nitrida i kompozitna keramika na bazi silicij nitrida na bazi aluminijevog oksida. Među njima se najčešće upotrebljavaju keramički alatni materijali na bazi glinice i silicijevog nitrida. Performanse keramike na bazi silicijevog nitrida su superiornije od keramike na bazi aluminijevog oksida.
⑵ Izvedba i karakteristike keramičkih alata za rezanje
① Visoka tvrdoća i dobra otpornost na habanje: Iako tvrdoća keramičkih alata za rezanje nije visoka kao PCD i PCBN, znatno je veća od tvrdoće alata za rezanje od tvrdih legura i brzoreznog čelika, dostižući 93-95HRA. Keramički alati za rezanje mogu obraditi visoko tvrde materijale koje je teško obraditi tradicionalnim alatima, što ih čini prikladnima za rezanje velikom brzinom i tvrdo rezanje.
② Otpornost na visoke temperature i dobra otpornost na toplinu: Keramički alati za rezanje i dalje mogu rezati na visokim temperaturama iznad 1200 stupnjeva. Keramički alati za rezanje imaju izvrsna mehanička svojstva pri visokim temperaturama, a otpornost na oksidaciju A12O3 keramičkih alata za rezanje je posebno dobra. Čak i kada je oštrica u vrućem stanju, može se koristiti kontinuirano. Stoga keramički alati za rezanje mogu postići suho rezanje, čime se štedi tekućina za rezanje.
③ Dobra kemijska stabilnost: Keramički alati za rezanje se ne lijepe lako za metale i otporni su na koroziju s dobrom kemijskom stabilnošću, što može smanjiti habanje alata za rezanje.
④ Niski koeficijent trenja: Keramički alati za rezanje imaju nizak afinitet s metalima, što rezultira niskim koeficijentom trenja koji može smanjiti silu rezanja i temperaturu rezanja.
⑶ Keramički noževi imaju primjenu
Keramika je jedan od alatnih materijala koji se uglavnom koristi za brzu preciznu obradu i polupreciznu obradu. Keramički alati za rezanje prikladni su za rezanje različitog lijevanog željeza (sivi lijev, nodularni lijev, temprani lijev, hladno tvrdo lijevano željezo, visokolegirano lijevano željezo otporno na habanje) i čelika (ugljični konstrukcijski čelik, legirani konstrukcijski čelik, čelik visoke čvrstoće , čelik s visokim sadržajem mangana, kaljeni čelik, itd.), a također se može koristiti za rezanje legura bakra, grafita, inženjerske plastike i kompozitnih materijala.
Materijali keramičkih alata imaju problema s niskom čvrstoćom na savijanje i slabom udarnom žilavošću, što ih čini neprikladnima za rezanje pri malim brzinama i pod udarnim opterećenjima.
4. Materijal alata za premazivanje
Premazivanje alata za rezanje je jedan od važnih načina za poboljšanje njihove učinkovitosti. Pojava presvučenih alata za rezanje napravila je značajne pomake u njihovoj reznoj učinkovitosti. Rezni alati s premazom su oni koji su na tijelu alata s dobrom žilavošću obloženi s jednim ili više slojeva vatrostalnih spojeva dobre otpornosti na trošenje. Oni kombiniraju matricu alata s tvrdim premazom, čime se uvelike poboljšava izvedba alata. Rezni alati s premazom mogu poboljšati učinkovitost obrade, poboljšati točnost obrade, produljiti vijek trajanja alata i smanjiti troškove obrade.
Oko 80% alata za rezanje koji se koriste u novim CNC alatnim strojevima koriste presvučene alate. Obloženi rezni alati bit će najvažnija vrsta alata u području CNC obrade u budućnosti.
⑴ Vrste premazanih alata za rezanje
Prema različitim metodama premazivanja, alati s premazom mogu se podijeliti na alate s premazom kemijskim taloženjem (CVD) i alate s premazom fizičkim taloženjem (PVD). Alati za rezanje od tvrde legure s premazom općenito koriste metodu kemijskog taloženja iz pare, s temperaturom taloženja od oko 1000 stupnjeva. Alati za rezanje obloženog brzoreznog čelika općenito koriste metodu fizičkog taloženja parom, s temperaturom taloženja od oko 500 stupnjeva;
Prema različitim materijalima podloge alata s premazom, alati s premazom mogu se podijeliti na alate s premazom od tvrde legure, alate s premazom od brzoreznog čelika i alate s premazom na keramici i supertvrdim materijalima (dijamant i kubični borov nitrid).
Prema svojstvima materijala za oblaganje, alati s premazom mogu se podijeliti u dvije kategorije, a to su alati s "tvrdim" premazom i alati s "mekim" premazom. Glavni cilj reznog alata s "tvrdim" premazom je visoka tvrdoća i otpornost na habanje, s glavnim prednostima visoke tvrdoće i dobre otpornosti na habanje, za koje su karakteristične prevlake TiC i TiN. Cilj kojemu teže alati s "mekim" premazom je nizak koeficijent trenja, poznat i kao samopodmazivi alati. Njegov koeficijent trenja s materijalom obratka je vrlo nizak, samo oko 0.1, što može smanjiti prianjanje, smanjiti trenje i smanjiti silu rezanja i temperaturu rezanja.
Nedavno su razvijeni alati za nano premazivanje. Ovaj obloženi alat može koristiti različite kombinacije materijala za oblaganje (kao što su metal/metal, metal/keramika, keramika/keramika, itd.) kako bi zadovoljio različite funkcionalne i radne zahtjeve. Dobro dizajniran nano premaz može dati materijalima alata izvrsna svojstva protiv trenja, protiv habanja i svojstva samopodmazivanja, što ih čini prikladnima za suho rezanje velikom brzinom.
Karakteristike presvučenih reznih alata
① Dobra mehanička i rezna izvedba: alati za rezanje s premazom kombiniraju izvrsna svojstva podloge i materijala za oblaganje, održavajući dobru žilavost i visoku čvrstoću podloge, kao i visoku tvrdoću, otpornost na habanje i nizak koeficijent trenja premaza. Stoga se brzina rezanja alata s premazom može povećati više od dva puta u usporedbi s alatima bez premaza, a dopuštene su veće brzine posmaka. Vijek trajanja obloženih alata za rezanje također je poboljšan.
② Velika svestranost: Alati s premazom imaju širok raspon svestranosti i značajno proširuju raspon obrade. Jedan alat s premazom može zamijeniti nekoliko alata bez premaza.
③ Debljina premaza: Kako se debljina premaza povećava, vijek trajanja alata se također povećava, ali kada debljina premaza dosegne zasićenje, vijek trajanja alata se više ne povećava značajno. Kada je premaz predebeo, lako je izazvati ljuštenje; Kada je premaz pretanak, otpornost na trošenje je slaba.

④ Mogućnost ponovnog brušenja: Obložene oštrice imaju lošu sposobnost ponovnog brušenja, složenu opremu za premazivanje, visoke zahtjeve procesa i dugo vrijeme premazivanja.
⑤ Materijali premaza: alati za rezanje s različitim materijalima premaza imaju različite performanse rezanja. Na primjer, tijekom rezanja malim brzinama, TiC premaz ima prednost; TiN je prikladniji za rezanje velikom brzinom.
Primjena presvučenih reznih alata
Rezni alati s premazom imaju veliki potencijal u području CNC obrade i bit će najvažnija vrsta alata u budućnosti. Tehnologija premazivanja primijenjena je na čelna glodala, razvrtala, svrdla, kompozitne alate za obradu rupa, rezače za glodanje zupčanika, rezače za glodanje zupčanika, rezače za brušenje zupčanika, proreze za oblikovanje i razne izmjenjive umetke sa stezaljkama za strojeve, zadovoljavajući potrebe rezanja velikom brzinom razni materijali kao što su čelik i lijevano željezo, legure otporne na toplinu i obojeni metali.
5. Materijali alata za rezanje od tvrde legure
Alati za rezanje od tvrde legure, posebno alati za rezanje od tvrde legure koji se mogu indeksirati, vodeći su proizvodi CNC alata za obradu. Od 1980-ih, razne vrste integralnih i indeksiranih reznih alata ili oštrica od tvrde legure proširile su se na različita polja alata za rezanje. Među njima, izmjenjivi alati za rezanje od tvrde legure proširili su se od jednostavnih alata za tokarenje i čeonih glodala do raznih preciznih, složenih i oblikovanih polja alata.
⑴ Vrste alata za rezanje od tvrdih legura
Prema glavnom kemijskom sastavu, tvrde legure možemo podijeliti na tvrde legure na bazi volframovog karbida i tvrde legure na bazi titanovog karbida (TiC (N)).
Tvrde legure na bazi volfram-karbida uključuju tri vrste: volfram-kobalt (YG), volfram-kobalt-titan (YT) i dodane rijetke karbide (YW), od kojih svaka ima svoje prednosti i nedostatke. Glavne komponente su volframov karbid (WC), titanijev karbid (TiC), tantalov karbid (TaC), niobijev karbid (NbC), itd. Često korištena faza metalnog vezivanja je Co.
Tvrda legura na bazi ugljika (dušika) na bazi titana je tvrda legura koja se uglavnom sastoji od TiC (neki s dodatkom drugih karbida ili nitrida), a najčešće korištene metalne spojne faze su Mo i Ni.
ISO (Međunarodna organizacija za standardizaciju) dijeli rezanje tvrdih legura u tri kategorije:
K-klasa, uključujući Kl0-K40, ekvivalentna je YG klasi u Kini (uglavnom se sastoji od WC. Co).
P-klasa, uključujući P01-P50, ekvivalentna je YT klasi u Kini (uglavnom se sastoji od WC. TiC. Co).
M klasa, uključujući M10~M40, ekvivalentna je YW klasi u Kini (uglavnom se sastoji od WC TiC TaC (NbC) - Co).
Niz legura u rasponu od visoke tvrdoće do maksimalne žilavosti predstavljen je brojevima između 01 i 50 za svaki stupanj.
⑵ Karakteristike rada alata za rezanje od tvrde legure
① Visoka tvrdoća: alati za rezanje od tvrde legure izrađeni su metalurgijom praha od karbida (zvanih tvrdih faza) i metalnih veziva (zvanih veznih faza) visoke tvrdoće i tališta. Njihova tvrdoća doseže 89-93HRA, što je mnogo više nego kod brzoreznog čelika. Na 5400C njihova tvrdoća još uvijek može doseći 82-87HRA, što je isto kao kod brzoreznog čelika na sobnoj temperaturi (83-86HRA). Vrijednost tvrdoće tvrdih legura varira sa svojstvima, količinom, veličinom čestica i sadržajem metalnih veznih faza karbida, a općenito se smanjuje s povećanjem udjela veznih metalnih faza. Kada je udio adhezivne faze isti, tvrdoća legura tipa YT veća je od legure tipa YG, a legure s dodatkom TaC (NbC) imaju veću tvrdoću na visokim temperaturama.
② Čvrstoća na savijanje i žilavost: Čvrstoća na savijanje uobičajenih tvrdih legura kreće se od 900 do 1500 MPa. Što je veći sadržaj metalne vezne faze, to je veća čvrstoća na savijanje. Kada je sadržaj ljepila isti, čvrstoća legure tipa YG (WC Co) veća je od legure tipa YT (WC TiC Co), a čvrstoća opada s povećanjem sadržaja TiC. Tvrda legura je krhki materijal, a njena udarna žilavost na sobnoj temperaturi je samo 1/30-1/8 žilavosti brzoreznog čelika.
Primjena uobičajenih reznih alata od tvrdih legura
Legure tipa YG uglavnom se koriste za obradu lijevanog željeza, obojenih metala i nemetalnih materijala. Fino zrnate tvrde legure (kao što su YG3X, YG6X) imaju veću tvrdoću i otpornost na trošenje od srednje zrnatih tvrdih legura kada im je sadržaj kobalta isti. Prikladni su za obradu specijalnog tvrdog lijevanog željeza, austenitnog nehrđajućeg čelika, legura otpornih na toplinu, legura titana, tvrde bronce i izolacijskih materijala otpornih na habanje.
Izvanredne prednosti tvrdih legura YT tipa su visoka tvrdoća, dobra otpornost na toplinu, veća tvrdoća i tlačna čvrstoća pri visokim temperaturama u usporedbi s YG tipom i dobra otpornost na oksidaciju. Stoga, kada se zahtijeva da nož ima visoku toplinsku otpornost i otpornost na habanje, treba odabrati kvalitetu s višim sadržajem TiC. Legure tipa YT prikladne su za obradu plastičnih materijala kao što je čelik, ali nisu prikladne za obradu legura titana ili silicij aluminijskih legura.
Legure tipa YW posjeduju svojstva vrsta legura YG i YT, s dobrim sveobuhvatnim performansama. Mogu se koristiti za obradu čeličnih materijala, kao i za obradu lijevanog željeza i obojenih metala. Ako se sadržaj kobalta odgovarajuće poveća, ova vrsta legure može imati visoku čvrstoću i može se koristiti za grubu obradu i isprekidano rezanje raznih materijala koji se teško obrade.
6. Alati za rezanje brzoreznog čelika
Brzorezni čelik (HSS) vrsta je visokolegiranog alatnog čelika koji sadrži značajnu količinu legirajućih elemenata kao što su W, Mo, Cr i V. Rezni alati za brzorezni čelik imaju izvrsnu sveobuhvatnu izvedbu u smislu čvrstoće, žilavosti i obradivost. U složenim alatima za rezanje, posebno u proizvodnji alata za obradu rupa, glodala, alata za rezanje navoja, rezača za izvlačenje, alata za rezanje zupčanika i drugih alata za rezanje složenih rubova, brzorezni čelik još uvijek zauzima glavno mjesto. Alati za rezanje od brzoreznog čelika lako se bruse oštre oštrice.
Prema različitim namjenama, brzorezni čelik može se podijeliti na općenamjenski brzorezni čelik i visokoučinkoviti brzorezni čelik.
⑴ Univerzalni alati za rezanje brzoreznog čelika
Univerzalni brzorezni čelik. Općenito, može se podijeliti u dvije kategorije: volfram čelik i volfram molibden čelik. Ova vrsta brzoreznog čelika sadrži (C) u rasponu od 0.7% do 0.9%. Prema različitom sadržaju volframa u čeliku, može se podijeliti na čelik od volframa s udjelom W od 12% ili 18%, čelik od volframa i molibdena s udjelom W od 6% ili 8% i čelik od molibdena s udjelom W od 2%. % ili bez W. Univerzalni brzorezni čelik ima određenu tvrdoću (63-66HRC) i otpornost na habanje, visoku čvrstoću i žilavost, dobru plastičnost i mogućnost obrade, te se široko koristi u proizvodnji raznih složenih alata za rezanje.
① Volfram čelik: tipični stupanj opće namjene brzoreznog čelika volfram čelika je W18Cr4V, (u daljem tekstu W18), koji ima dobra sveobuhvatna svojstva i visokotemperaturnu tvrdoću od 48,5HRC na 6000C. Može se koristiti za izradu raznih složenih alata za rezanje. Ima prednosti kao što su dobra sposobnost mljevenja i niska osjetljivost na dekarburizaciju, ali zbog visokog sadržaja karbida, neravnomjerne raspodjele, većih čestica te male čvrstoće i žilavosti.
② Volfram molibden čelik: odnosi se na brzorezni čelik dobiven zamjenom dijela volframa u volfram čeliku molibdenom. Tipična klasa volfram molibden čelika je W6Mo5Cr4V2, skraćeno kao M2. Čestice karbida M2 male su i ujednačene, s boljom čvrstoćom, žilavošću i visokotemperaturnom plastičnošću od W18Cr4V. Druga vrsta volfram molibden čelika je W9Mo3Cr4V (skraćeno kao W9), koji ima nešto veću toplinsku stabilnost od M2 čelika, bolju čvrstoću na savijanje i žilavost od W6M05Cr4V2, i ima dobru obradivost.
⑵ Alati za rezanje brzoreznog čelika visokih performansi
Brzorezni čelik visokih performansi odnosi se na novu vrstu čelika koji dodaje dio ugljika i vanadija, kao i elemente legure kao što su Co i Al, u sastav brzoreznog čelika opće namjene, kako bi se poboljšala njegova toplina otpornost i otpornost na habanje. Postoje uglavnom sljedeće kategorije:
① Brzorezni čelik s visokim udjelom ugljika. Brzorezni čelik s visokim udjelom ugljika (kao što je 95W18Cr4V) ima visoku tvrdoću na sobnoj temperaturi i visokoj temperaturi, što ga čini prikladnim za proizvodnju i obradu običnog čelika i lijevanog željeza, svrdla, razvrtala, nareznica i glodala s visokim zahtjevima otpornosti na habanje, ili rezni alati za obradu tvrđih materijala. Nije prikladno izdržati velike udarce.
② Brzorezni čelik s visokim udjelom vanadija. Tipične vrste, kao što je W12Cr4V4Mo (naziva se EV4), povećavaju sadržaj V na 3% -5%, imaju dobru otpornost na trošenje i prikladne su za rezanje materijala koji uzrokuju značajno trošenje alata, kao što su vlakna, tvrda guma , plastike, itd. Također se mogu koristiti za obradu materijala kao što su nehrđajući čelik, čelik visoke čvrstoće i legure za visoke temperature.
③ Kobaltni brzorezni čelik. Pripada supertvrdom brzoreznom čeliku koji sadrži kobalt, s tipičnim stupnjem kao što je W2Mo9Cr4VCo8 (navodi se kao M42), koji ima visoku tvrdoću i može doseći 69-70HRC. Pogodan je za obradu čelika visoke čvrstoće otpornog na toplinu, visokotemperaturnih legura, legura titana i drugih materijala koji se teško obrađuju. M42 ima dobru brusljivost i pogodan je za izradu preciznih i složenih reznih alata, ali nije pogodan za rad u uvjetima udarnog rezanja.
④ Aluminijski brzorezni čelik. Pripada supertvrdom brzoreznom čeliku koji sadrži aluminij, s tipičnim stupnjevima kao što je W6Mo5Cr4V2Al (naziva se 501). Tvrdoća na visokim temperaturama na 6000C također doseže 54HRC, a učinak rezanja je ekvivalentan M42. Pogodan je za proizvodnju glodala, svrdla, razvrtala, alata za rezanje zupčanika, broševa itd., a koristi se za obradu legiranog čelika, nehrđajućeg čelika, čelika visoke čvrstoće i legura za visoke temperature.
⑤ Dušični supertvrdi brzorezni čelik. Tipična kvaliteta, kao što je W12M03Cr4V3N, skraćeno V3N, je supertvrdi brzorezni čelik koji sadrži dušik s tvrdoćom, snagom i žilavošću usporedivom s M42. Može se koristiti kao zamjena za brzorezni čelik koji sadrži kobalt za rezanje pri niskim brzinama materijala koji se teško strojno obrađuju i pri malim brzinama i visoko preciznu strojnu obradu.
⑶ Topljenje brzoreznog čelika i brzoreznog čelika za metalurgiju praha
Prema različitim procesima proizvodnje, brzorezni čelik može se podijeliti na rastaljeni brzorezni čelik i brzorezni čelik dobiven metalurgijom praha.
① Taljenje brzoreznog čelika: I obični brzorezni čelik i visokoučinkoviti brzorezni čelik proizvode se metodom taljenja. Izrađuju se u alate za rezanje kroz procese kao što su taljenje, lijevanje ingota te oplata i valjanje. Ozbiljan problem koji se može pojaviti tijekom taljenja brzoreznog čelika je segregacija karbida. Tvrdi i lomljivi karbidi neravnomjerno su raspoređeni u brzoreznom čeliku, a veličina zrna je gruba (do nekoliko desetaka mikrometara), što negativno utječe na otpornost na trošenje, žilavost i učinak rezanja alata za rezanje brzoreznog čelika.
② Metalurški brzorezni čelik u prahu (PM HSS): Metalurški brzorezni čelik u prahu (PM HSS) tekući je čelik otopljen u visokofrekventnoj indukcijskoj peći, koji se raspršuje argonom pod visokim pritiskom ili čistim plinom dušikom, a zatim brzo hladi da se dobije mala i jednolika kristalna struktura (prah brzoreznog čelika). Dobiveni prah se zatim preša u neobrađeni alat za rezanje na visokoj temperaturi i tlaku ili se najprije izrađuje u čeličnu gredicu, a zatim kuje i valja u oblik alata za rezanje. U usporedbi s brzoreznim čelikom proizvedenim metodom taljenja, PM HSS ima prednosti malih i ujednačenih karbidnih zrna, značajno poboljšanu čvrstoću, žilavost i otpornost na trošenje u usporedbi s rastaljenim brzoreznim čelikom. PM HSS tools će se dalje razvijati i zauzimati važno mjesto u području složenih CNC alata. Tipične kvalitete, kao što su F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, itd., mogu se koristiti za proizvodnju alata za rezanje velikih dimenzija, otpornih na teške uvjete rada i otpornih na udarce, kao i alata za precizno rezanje.
tri
Principi odabira materijala CNC alata
Naširoko korišteni materijali za CNC alate trenutno uključuju dijamantne alate, alate od kubičnog bor nitrida, keramičke alate, alate s premazom, alate od tvrdih legura i alate od brzoreznog čelika. Postoji mnogo općih razreda materijala alata za rezanje, a njihova se izvedba uvelike razlikuje. Glavni pokazatelji učinkovitosti različitih materijala alata prikazani su u donjoj tablici.
Glavni pokazatelji učinkovitosti različitih materijala alata za rezanje

Odabir materijala reznog alata za CNC obradu mora se temeljiti na radnom predmetu koji se obrađuje i svojstvima obrade. Odabir materijala alata treba razumno uskladiti s predmetom obrade. Usklađivanje materijala reznog alata s predmetom obrade uglavnom se odnosi na usklađivanje njihovih mehaničkih, fizikalnih i kemijskih svojstava, kako bi se postigao što duži vijek trajanja alata i maksimalna produktivnost rezanja.
1. Usklađivanje mehaničkih svojstava materijala reznog alata i predmeta obrade
Problem usklađivanja mehaničkih performansi između alata za rezanje i predmeta obrade uglavnom se odnosi na usklađivanje parametara mehaničkih performansi kao što su čvrstoća, žilavost i tvrdoća između alata i materijala obratka. Materijali alata za rezanje s različitim mehaničkim svojstvima prikladni su za obradu različitih materijala izradaka.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>brzorezni čelik.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>alati od dijamanta i kubičnog nitrida bora.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>kubni bor nitrid, dijamantni i keramički alati.
Materijali obradaka visoke tvrdoće moraju se obrađivati ​​alatima za rezanje veće tvrdoće, a tvrdoća materijala alata za rezanje mora biti veća od tvrdoće materijala obradaka, općenito zahtijevajući tvrdoću od 60HRC ili više. Što je veća tvrdoća materijala alata, to je njegova otpornost na habanje bolja. Na primjer, kako se sadržaj kobalta u tvrdim legurama povećava, njihova čvrstoća i žilavost se povećavaju, dok se tvrdoća smanjuje, što ih čini prikladnima za grubu obradu; Kada se sadržaj kobalta smanji, njegova tvrdoća i otpornost na trošenje se povećavaju, što ga čini pogodnim za preciznu strojnu obradu.
Alati s izvrsnim mehaničkim svojstvima pri visokim temperaturama posebno su prikladni za rezanje velikom brzinom. Izvrsne performanse keramičkih alata za rezanje pri visokim temperaturama omogućuju im rezanje velikom brzinom, a dopuštena brzina rezanja može se povećati 2-10 puta u usporedbi s tvrdim legurama.
2. Usklađivanje fizikalnih svojstava materijala reznog alata i predmeta obrade
Alati s različitim fizičkim svojstvima, kao što su alati od brzoreznog čelika s visokom toplinskom vodljivošću i niskim talištem, keramički alati s visokim talištem i malim toplinskim širenjem te dijamantni alati s visokom toplinskom vodljivošću i malim toplinskim širenjem, prikladni su za obradu različitih materijali obradaka. Kod obrade izradaka sa slabom toplinskom vodljivošću treba koristiti alatne materijale dobre toplinske vodljivosti za brzi prijenos topline rezanja i smanjenje temperature rezanja. Dijamant je, zbog svoje visoke toplinske vodljivosti i brzine toplinske difuzije, sklon raspršivanju topline rezanja i ne proizvodi značajne toplinske deformacije, što je osobito važno za alate za preciznu obradu koji zahtijevaju visoku točnost dimenzija.
① Temperatura otpornosti na toplinu različitih materijala reznih alata: 700-8000C za dijamantne rezne alate, 13000-15000C za PCBN rezne alate, 1100-12000C za keramičke rezne alate, 900-11000C za tvrde legure na bazi TiC (N), 800-9000C za ultrafino zrnaste tvrde legure na bazi WC i 600-7000C za HSS.
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>Keramika na bazi A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>Keramika na bazi A1203.
3. Usklađivanje kemijskih svojstava između materijala reznog alata i predmeta obrade
Problem usklađivanja kemijskih svojstava između materijala alata za rezanje i predmeta obrade uglavnom se odnosi na usklađivanje parametara kemijskih svojstava kao što su kemijski afinitet, kemijska reakcija, difuzija i otapanje između materijala alata i materijala obratka. Rezni alati s različitim materijalima prikladni su za obradu različitih materijala obratka.
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS.
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>dijamant.
4. Razuman izbor materijala CNC alata
Općenito govoreći, PCBN, keramički alati za rezanje, obložene tvrde legure i alati za rezanje od tvrdih legura na bazi TiCN prikladni su za CNC obradu crnih metala kao što je čelik; PCD alati su prikladni za obradu materijala od obojenih metala kao što su Al, Mg, Cu, kao i njihovih legura i nemetalnih materijala. Sljedeća tablica navodi neke materijale obratka koji su prikladni za obradu s gore navedenim materijalima alata.
Neki materijali obratka prikladni za obradu s materijalima alata za rezanje