Kombinace pokročilého zpracovatelského zařízení a vysoce výkonných CNC řezných nástrojů může plně uplatnit svou náležitou efektivitu a dosáhnout dobrých ekonomických výhod. S rychlým vývojem materiálů řezných nástrojů různé nové typy materiálů řezných nástrojů výrazně zlepšily svůj fyzický, mechanický a řezný výkon a rozsah jejich použití se také neustále rozšiřuje.
1. Základní vlastnosti, které by měly mít materiály řezných nástrojů
Výběr materiálů nástroje má významný vliv na životnost nástroje, efektivitu zpracování, kvalitu zpracování a náklady na zpracování. Řezný nástroj musí během řezání odolávat vysokému tlaku, vysoké teplotě, tření, nárazům a vibracím. Nástrojové materiály by proto měly mít následující základní vlastnosti:
(1) Tvrdost a odolnost proti opotřebení. Tvrdost materiálu nástroje musí být vyšší než tvrdost materiálu obrobku, obvykle vyžaduje tvrdost vyšší než 60 HRC. Čím vyšší je tvrdost materiálu nástroje, tím lepší je jeho odolnost proti opotřebení.
(2) Pevnost a houževnatost. Materiál nástroje by měl mít vysokou pevnost a houževnatost, aby odolal řezným silám, nárazům a vibracím a zabránil křehkému lomu a zborcení břitu nástroje.
(3) Tepelná odolnost. Materiál nástroje má dobrou tepelnou odolnost, snese vysoké řezné teploty a má dobrou odolnost proti oxidaci.
(4) Výkonnost a hospodárnost procesu. Materiál nástroje by měl mít dobrý výkon při kování, tepelném zpracování a svařování; Výkon zpracování broušení a snaha o vysoký poměr výkonu a ceny.
2. Druhy, vlastnosti, charakteristiky a aplikace materiálů řezných nástrojů
A. Typy, vlastnosti, charakteristiky a nástrojové použití materiálů diamantových nástrojů
Diamant je alotrop uhlíku a je to nejtvrdší materiál nalezený v přírodě. Diamantové řezné nástroje mají vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení a tepelnou vodivost a jsou široce používány při zpracování neželezných a nekovových materiálů. Zejména při vysokorychlostním řezání hliníku a křemíkových hliníkových slitin jsou diamantové nástroje hlavními druhy řezných nástrojů, které je obtížné nahradit. Diamantové řezné nástroje, které mohou dosáhnout vysoké účinnosti, vysoké stability a dlouhé životnosti obrábění, jsou nepostradatelnými a důležitými nástroji moderního CNC obrábění.
2. Typy, vlastnosti, charakteristiky a nástrojové aplikace nástrojových materiálů kubického nitridu boru
Druhý druh supertvrdého materiálu, kubický nitrid boru (CBN), syntetizovaný metodou podobnou metodě výroby diamantu, je po diamantu na druhém místě v tvrdosti a tepelné vodivosti. Má vynikající tepelnou stabilitu a při zahřátí na 10 000 stupňů v atmosféře neoxiduje. CBN
má extrémně stabilní chemické vlastnosti pro železné kovy a může být široce používán při zpracování ocelových výrobků.
3. Typ, výkon a vlastnosti keramických nástrojových materiálů a použití nástrojů
Keramické řezné nástroje se vyznačují vysokou tvrdostí, dobrou odolností proti opotřebení, vynikající tepelnou odolností a chemickou stabilitou a nelze je snadno spojit s kovem. Keramické nástroje hrají v NC obrábění velmi důležitou roli. Keramické nástroje se staly jedním z hlavních nástrojů pro vysokorychlostní řezání a obrábění obtížných materiálů. Keramické nástroje jsou široce používány při vysokorychlostním řezání, suchém řezání, tvrdém řezání a obtížně řezaných materiálech. Keramické nástroje mohou efektivně zpracovávat vysoce tvrdé materiály, které nelze zpracovávat tradičními nástroji, realizují „soustružení místo broušení“; Optimální řezná rychlost keramických nástrojů může být 2~10krát vyšší než u nástrojů ze slinutého karbidu, čímž se výrazně zlepšuje efektivita výroby řezání; Hlavní suroviny používané pro keramické nástrojové materiály jsou nejhojnějšími prvky v kůře. Proto má propagace a aplikace keramických nástrojů velký význam pro zlepšení produktivity, snížení nákladů na zpracování a úsporu strategických drahých kovů a také výrazně podpoří pokrok technologie řezání.
4. Výkon a vlastnosti povlakovaných nástrojových materiálů a použití nástrojů
Potahování nástroje je jedním z důležitých způsobů, jak zlepšit jeho výkon. Vznik řezných nástrojů s povlakem přinesl významný průlom v jejich řezném výkonu. Povlakované řezné nástroje jsou potaženy jednou nebo více vrstvami žáruvzdorných směsí s dobrou odolností proti opotřebení na těle nástroje s dobrou houževnatostí. Kombinují matrici nástroje s tvrdým povlakem, čímž výrazně zlepšují výkon nástroje. Povlakované řezné nástroje mohou zlepšit efektivitu obrábění, zlepšit přesnost obrábění, prodloužit životnost nástroje a snížit náklady na obrábění.
Asi 80 procent řezných nástrojů používaných v nových CNC obráběcích strojích používá nástroje s povlakem. Povlakované nástroje budou v budoucnu nejdůležitější nástrojovou paletou v oblasti CNC obrábění.
5. Typy, vlastnosti, charakteristiky a aplikace tvrdoslitinových řezných materiálů
Řezné nástroje z tvrdých slitin, zejména vyměnitelné řezné nástroje z tvrdých slitin, jsou předními produkty CNC obráběcích nástrojů. Od 80. let 20. století se různé typy integrovaných a vyměnitelných řezných nástrojů nebo břitů z tvrdé slitiny rozšířily do různých oblastí řezných nástrojů. Mezi nimi se indexovatelné řezné nástroje z tvrdých slitin rozšířily z jednoduchých soustružnických a povrchových frézovacích nástrojů na různé přesné, složité a tvarované nástroje.
Typy řezných nástrojů z tvrdých slitin
Podle hlavního chemického složení lze tvrdé slitiny rozdělit na tvrdé slitiny na bázi karbidu wolframu a na karbid titanu (tvrdé slitiny na bázi TiC (N).
Slinuté karbidy na bázi karbidu wolframu zahrnují wolfram kobalt (YG), wolfram kobalt titan (YT) a přidaný vzácný karbid (YW). Mají své výhody i nevýhody. Hlavními složkami jsou karbid wolframu (WC), karbid titanu (TiC), karbid tantalu (TaC), karbid niobu (NbC) atd. Běžnou kovovou vazebnou fází je Co.
Tvrdé slitiny na bázi uhlíku (dusíku) titanu jsou tvrdé slitiny s TiC jako hlavní složkou (některé s přidanými dalšími karbidy nebo nitridy) a běžně používanými fázemi spojování kovů jsou Mo a Ni.
ISO (International Organization for Standardization) rozděluje řezání tvrdých slitin do tří kategorií:
Třída K, včetně Kl{0}}K40, je ekvivalentní třídě YG v Číně (skládá se převážně z WC Co).
Třída P, včetně P01 až P50, je ekvivalentní třídě YT v Číně (složená převážně z WC TiC Co).
Třída M, včetně M10 až M40, je ekvivalentní třídě YW v Číně (složená převážně z WC TiC TaC (NbC) Co).
Každá značka představuje řadu slitin od vysoké tvrdosti po maximální houževnatost s čísly mezi 01 a 50.
6. Typy, vlastnosti a aplikace řezných nástrojů rychlořezné oceli
Vysokorychlostní ocel (HSS) je druh vysoce legované nástrojové oceli, která obsahuje velké množství legujících prvků, jako jsou W, Mo, Cr a V. Řezné nástroje z rychlořezné oceli mají vynikající komplexní výkon z hlediska pevnosti, houževnatosti a zpracovatelnost. Ve složitých řezných nástrojích, zejména pro výrobu nástrojů na zpracování otvorů, frézovacích nástrojů, nástrojů na řezání závitů, protahovačů, nástrojů na řezání ozubených kol a dalších složitých řezných nástrojů ve tvaru břitu, stále zaujímá hlavní pozici rychlořezná ocel. Nástroje z rychlořezné oceli lze snadno brousit ostré řezné hrany.
Podle různých účelů lze rychlořeznou ocel rozdělit na rychlořeznou ocel pro všeobecné použití a vysoce výkonnou rychlořeznou ocel.
(1) Univerzální řezné nástroje z rychlořezné oceli
Univerzální rychlořezná ocel. Obecně ji lze rozdělit do dvou kategorií: wolframová ocel a wolframová molybdenová ocel. Tento typ rychlořezné oceli obsahuje (C) v rozmezí od 0,7 procenta do 0,9 procenta. Podle různého obsahu wolframu v oceli ji lze rozdělit na wolframovou ocel obsahující 12 procent nebo 18 procent W, wolframovou molybdenovou ocel obsahující 6 procent nebo 8 procent W a molybdenovou ocel obsahující 2 procenta nebo žádné W. Univerzální rychlořezná ocel má určitý stupeň tvrdosti (63-66HRC) a odolnosti proti opotřebení, vysokou pevnost a houževnatost, dobrou plasticitu a zpracovatelnost a je široce používán při výrobě různých složitých řezných nástrojů.
① Wolframová ocel: Typická třída univerzální wolframové oceli z rychlořezné oceli je W18Cr4V (označovaná jako W18), která má dobré komplexní vlastnosti a tvrdost při vysoké teplotě 48,5 HRC při 6000 stupních. Lze jej použít k výrobě různých složitých řezných nástrojů. Má výhody, jako je dobrá brousitelnost a nízká citlivost na oduhličení, ale díky vysokému obsahu karbidů, nerovnoměrnému rozložení, větším částicím a nízké pevnosti a houževnatosti.
② Wolframová molybdenová ocel: označuje rychlořeznou ocel získanou nahrazením části wolframu ve wolframové oceli molybdenem. Typická třída wolfram-molybdenové oceli je W6Mo5Cr4V2 nebo zkráceně M2. Karbidové částice M2 jsou jemné a jednotné, s lepší pevností, houževnatostí a plasticitou při vysokých teplotách než W18Cr4V. Dalším typem wolframmolybdenové oceli je W9Mo3Cr4V (zkráceně W9), která má o něco vyšší tepelnou stabilitu než ocel M2, lepší pevnost v ohybu a houževnatost než W6M05Cr4V2 a má dobrou obrobitelnost.
(2) Vysoce výkonné řezné nástroje z rychlořezné oceli
Vysoce výkonná rychlořezná ocel označuje nový typ oceli, která ke složení rychlořezné oceli pro všeobecné použití přidává určitý obsah uhlíku, vanadu a slitinových prvků, jako je Co a Al, čímž zlepšuje její tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení. . Jedná se především o tyto kategorie:
① Vysokouhlíková rychlořezná ocel. Vysokouhlíková rychlořezná ocel (jako je 95W18Cr4V) má vysokou tvrdost za pokojových a vysokých teplot, díky čemuž je vhodná pro výrobu a zpracování běžné oceli a litiny, vrtáků, výstružníků, závitníků a fréz s vysokými požadavky na odolnost proti opotřebení, popř. řezné nástroje pro zpracování tvrdších materiálů. Není vhodné odolávat velkým nárazům.
② Rychlořezná ocel s vysokým obsahem vanadu. Typické třídy, jako je W12Cr4V4Mo (zkráceně EV4), s obsahem V zvýšeným na 3 procenta ~ 5 procent, mají dobrou odolnost proti opotřebení a jsou vhodné pro řezání materiálů s velkým opotřebením nástrojů, jako jsou vlákna, tvrdá pryž, plasty, atd. a lze je také použít pro zpracování nerezové oceli, vysokopevnostní oceli, vysokoteplotní slitiny a dalších materiálů.
③ Kobaltová rychlořezná ocel. Jedná se o supertvrdou rychlořeznou ocel obsahující kobalt s typickou jakostí, jako je W2Mo9Cr4VCo8 (označovaná jako M42), která má vysokou tvrdost až 69~70HRC. Je vhodný pro zpracování obtížně obrobitelných materiálů jako je vysokopevnostní žáruvzdorná ocel, vysokoteplotní slitiny, titanové slitiny atd. M42 má dobrou brousitelnost a je vhodný pro výrobu přesných a složitých řezných nástrojů, ale není vhodný pro práci v podmínkách rázového řezání.
④ Hliníková rychlořezná ocel. Jedná se o hliník obsahující supertvrdou rychlořeznou ocel s typickou jakostí, jako je W6Mo5Cr4V2Al (zkráceně 501). Vysokoteplotní tvrdost při 6000 stupních také dosahuje 54HRC a řezný výkon je ekvivalentní M42. Je vhodný pro výrobu fréz, vrtáků, výstružníků, ozubených fréz, protahovačů atd. a používá se pro zpracování materiálů jako legovaná ocel, nerezová ocel, vysokopevnostní ocel a vysokoteplotní slitiny.
⑤ Dusíková supertvrdá rychlořezná ocel. Typická třída, jako je W12M03Cr4V3N, zkráceně (V3N), je supertvrdá rychlořezná ocel obsahující dusík s tvrdostí, pevností a houževnatostí srovnatelnou s M42. Lze jej použít jako náhradu rychlořezné oceli s obsahem kobaltu pro nízkorychlostní řezání obtížně obrobitelných materiálů a nízkorychlostní vysoce přesné obrábění.
(3) Tavení rychlořezné oceli a rychlořezné oceli práškové metalurgie
Podle různých výrobních procesů lze rychlořeznou ocel rozdělit na roztavenou rychlořeznou ocel a rychlořeznou ocel práškovou metalurgií.
① Tavení rychlořezné oceli: Běžná rychlořezná ocel i vysoce výkonná rychlořezná ocel se vyrábí metodou tavení. Jsou z nich vyrobeny řezné nástroje prostřednictvím procesů, jako je tavení, lití ingotů a pokovování a válcování. Vážným problémem, který se může vyskytnout při tavení rychlořezné oceli, je segregace karbidů. Tvrdé a křehké karbidy jsou v rychlořezné oceli rozmístěny nerovnoměrně a velikost zrna je hrubá (až desítky mikrometrů), což má nepříznivý vliv na odolnost proti opotřebení, houževnatost a řezný výkon nástrojů z rychlořezné oceli.
② Vysokorychlostní ocel pro práškovou metalurgii (PM HSS): Vysokorychlostní ocel pro práškovou metalurgii (PM HSS) je ocel roztavená ve vysokofrekvenční indukční peci. Rozprašuje se vysokotlakým argonem nebo čistým plynným dusíkem a poté se prudce ochladí, aby se získala jemná a jednotná krystalická struktura (prášek z rychlořezné oceli). Výsledný prášek se poté lisuje do polotovaru nástroje při vysoké teplotě a tlaku, nebo se nejprve zpracuje na ocelový předvalek a poté se kuje a válcuje do tvaru nástroje. Ve srovnání s rychlořeznou ocelí vyráběnou metodou tavení má PM HSS výhody jemných a stejnoměrných karbidových zrn, výrazně zlepšenou pevnost, houževnatost a odolnost proti opotřebení ve srovnání s roztavenou rychlořeznou ocelí. Nástroje PM HSS se budou dále rozvíjet a zaujímat významnou pozici v oblasti komplexních CNC nástrojů. Typické třídy, jako jsou F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN atd., lze použít k výrobě velkých, těžkých a nárazuvzdorných řezných nástrojů, stejně jako přesných řezných nástrojů.
