С развитието на съвременната наука и технологии се използват все повече инженерни материали с висока твърдост, докато традиционната технология на струговане не е компетентна или изобщо не може да постигне обработката на някои материали с висока твърдост.Карбид с покритие, керамика, PCBN и други свръхтвърди материали за инструменти имат висока твърдост при висока температура, устойчивост на износване и термохимична стабилност, които осигуряват най-основната предпоставка за рязане на материали с висока твърдост и са постигнали значителни предимства в производството.Материалът, използван от свръхтвърдия инструмент, неговата структура и геометрични параметри са основните елементи за реализиране на твърдо струговане.Ето защо, как да изберете свръхтвърдия материал за инструмента и да проектирате разумна структура на инструмента и геометрични параметри е от решаващо значение за постигане на стабилно твърдо струговане!
(1) Циментиран карбид с покритие
Нанесете един или повече слоя TiN, TiCN, TiAlN и Al3O2 с добра устойчивост на износване върху инструменти от циментиран карбид с добра якост, а дебелината на покритието е 2-18 μm.Покритието обикновено има много по-ниска топлопроводимост от субстрата на инструмента и материала на детайла, което отслабва топлинния ефект на субстрата на инструмента;От друга страна, той може ефективно да подобри триенето и адхезията в процеса на рязане и да намали генерирането на топлина при рязане.
Въпреки че PVD покритието показва много предимства, някои покрития като Al2O3 и диамант са склонни да възприемат технологията на CVD покритие.Al2O3 е вид покритие със силна устойчивост на топлина и устойчивост на окисляване, което може да отдели топлината, генерирана от рязане от специфичния инструмент.CVD технологията за покритие може също така да интегрира предимствата на различни покрития, за да постигне най-добрия ефект на рязане и да отговори на нуждите от рязане.
В сравнение с инструментите от циментиран карбид, инструментите от циментиран карбид с покритие имат значително подобрена здравина, твърдост и устойчивост на износване.При въртене на детайла с твърдост HRC45~55, евтиният циментиран карбид с покритие може да реализира високоскоростно струговане.През последните години някои производители подобриха работата на инструментите с покритие чрез подобряване на материалите за покритие и други методи.Например, някои производители в Съединените щати и Япония използват швейцарски материал за покритие AlTiN и нова патентована технология за покритие, за да произвеждат остриета с покритие с твърдост до HV4500~4900, които могат да режат HRC47~58 щанцована стомана със скорост от 498,56m/min .Когато температурата на струговане е до 1500 ~ 1600 ° C, твърдостта все още не намалява и не се окислява.Експлоатационният живот на острието е четири пъти по-голям от този на обикновеното острие с покритие, докато цената е само 30%, а адхезията е добра.
(2) Керамичен материал
С непрекъснатото подобряване на състава, структурата и процеса на пресоване, особено развитието на нанотехнологиите, материалите за керамични инструменти правят възможно заздравяването на керамичните инструменти.В близко бъдеще керамиката може да предизвика третата революция в рязането след бързорежещата стомана и циментирания карбид.Керамичните инструменти имат предимствата на висока твърдост (HRA91~95), висока якост (якост на огъване 750~1000MPa), добра устойчивост на износване, добра химическа стабилност, добра устойчивост на сцепление, нисък коефициент на триене и ниска цена.Не само това, керамичните инструменти също имат висока твърдост при висока температура, която достига HRA80 при 1200 ° C.
По време на нормално рязане керамичният инструмент има много висока издръжливост и скоростта му на рязане може да бъде 2~5 пъти по-висока от тази на циментиран карбид.Той е особено подходящ за обработка на материали с висока твърдост, довършителни работи и високоскоростна обработка.Може да реже различна закалена стомана и закален чугун с твърдост до HRC65.Често използвани са керамика на основата на алуминиев оксид, керамика на основата на силициев нитрид, металокерамика и закалена керамика.
Керамичните инструменти на базата на алуминий имат по-висока червена твърдост от циментирания карбид.Обикновено режещият ръб няма да предизвика пластична деформация при високоскоростни условия на рязане, но неговата якост и издръжливост са много ниски.За да се подобри неговата якост и устойчивост на удар, може да се добави ZrO или смес от TiC и TiN.Друг метод е да добавите мустаци от чист метал или силициев карбид.В допълнение към високата червена твърдост, керамиката на базата на силициев нитрид също има добра издръжливост.В сравнение с керамиката на основата на алуминиев оксид, нейният недостатък е, че е лесно да се произведе високотемпературна дифузия при обработка на стомана, което утежнява износването на инструмента.Керамиката на основата на силициев нитрид се използва главно за периодично струговане и фрезоване на сив чугун.
Керметът е вид материал на основата на карбид, в който TiC е основната твърда фаза (0,5-2 μm). Те се комбинират с Co или Ti свързващи вещества и са подобни на инструментите от циментиран карбид, но имат нисък афинитет, добро триене и добро износоустойчивост.Той може да издържи на по-висока температура на рязане от конвенционалния циментиран карбид, но му липсва устойчивостта на удар на циментирания карбид, издръжливостта по време на тежко рязане и здравината при ниска скорост и голямо подаване.
(3) Кубичен борен нитрид (CBN)
CBN е на второ място след диаманта по твърдост и устойчивост на износване и има отлична твърдост при висока температура.В сравнение с керамиката, нейната устойчивост на топлина и химическа стабилност са малко по-лоши, но нейната якост на удар и устойчивост на смачкване са по-добри.Той е широко приложим за рязане на закалена стомана (HRC ≥ 50), перлитен сив чугун, охладен чугун и суперсплав.В сравнение с инструментите от циментиран твърд сплав, неговата скорост на рязане може да се увеличи с един порядък.
Инструментът от композитен поликристален кубичен борен нитрид (PCBN) с високо съдържание на CBN има висока твърдост, добра устойчивост на износване, висока якост на натиск и добра ударна якост.Недостатъците му са слаба термична стабилност и ниска химическа инертност.Подходящ е за рязане на топлоустойчиви сплави, чугун и синтеровани метали на основата на желязо.Съдържанието на CBN частици в PCBN инструментите е ниско и твърдостта на PCBN инструментите, използващи керамика като свързващо вещество, е ниска, но компенсира лошата термична стабилност и ниската химическа инерция на предишния материал и е подходящ за рязане на закалена стомана.
При рязане на сив чугун и закалена стомана може да се избере керамичен инструмент или CBN инструмент.Поради тази причина трябва да се извърши анализ на разходите и ползите и на качеството на обработката, за да се определи кой да се избере.Когато твърдостта на рязане е по-ниска от HRC60 и се използва малка скорост на подаване, керамичният инструмент е по-добър избор.PCBN инструментите са подходящи за рязане на детайли с твърдост по-висока от HRC60, особено за автоматична обработка и високо прецизна обработка.В допълнение, остатъчното напрежение върху повърхността на детайла след рязане с PCBN инструмент също е относително стабилно в сравнение с това с керамичен инструмент при условие на същото износване на страните.
Когато използвате PCBN инструмент за сухо рязане на закалена стомана, трябва също да се следват следните принципи: изберете голяма дълбочина на рязане, доколкото е възможно, при условие че твърдостта на машинния инструмент позволява, така че топлината, генерирана в зоната на рязане, да може да смекчи металът в предната част на ръба локално, което може ефективно да намали износването на PCBN инструмента.Освен това, когато се използва малка дълбочина на рязане, трябва също така да се има предвид, че лошата топлопроводимост на PCBN инструмента може да направи топлината в зоната на рязане твърде късно, за да се разпръсне, а зоната на срязване може също да доведе до очевиден ефект на омекотяване на метала, Намалете износване на режещия ръб.
2. Структура на острието и геометрични параметри на свръхтвърди инструменти
Разумното определяне на формата и геометричните параметри на инструмента е много важно, за да се даде пълна игра на производителността на рязане на инструмента.По отношение на якостта на инструмента, якостта на върха на инструмента на различни форми на острието от висока до ниска е: кръгла, 100 ° диамант, квадрат, 80 ° диамант, триъгълник, 55 ° диамант, 35 ° диамант.След като бъде избран материалът на острието, трябва да бъде избрана формата на острието с най-висока якост.Остриетата за твърдо струговане също трябва да бъдат избрани възможно най-големи, а грубата обработка трябва да се извършва с кръгли остриета с голям радиус на дъгата на върха.Радиусът на дъгата на върха е около 0,8 при завършване на μ Около m.
Закалените стоманени стружки са червени и меки ленти, с голяма крехкост, лесни за счупване и необвързващи.Режещата повърхност от закалена стомана е с високо качество и обикновено не предизвиква натрупване на стружки, но силата на рязане е голяма, особено радиалната сила на рязане е по-голяма от основната сила на рязане.Следователно инструментът трябва да използва отрицателен преден ъгъл (go ≥ - 5 °) и голям заден ъгъл (ao=10°~15°).Основният ъгъл на отклонение зависи от твърдостта на машинния инструмент, обикновено 45 ° ~ 60 °, за да се намали тракането на детайла и инструмента.
Време на публикуване: 24 февруари 2023 г