Un buon cavallo ha bisogno di una buona sella e utilizza attrezzature avanzate per la lavorazione CNC. Se si utilizzano gli strumenti sbagliati, sarà inutile! La selezione del materiale appropriato per l'utensile ha un grande impatto sulla durata utile dell'utensile, sull'efficienza della lavorazione, sulla qualità della lavorazione e sui costi di lavorazione. In questo articolo trovi informazioni utili sulla conoscenza del coltello, raccoglile e inoltrale, impariamo insieme.
I materiali degli utensili dovrebbero avere proprietà di base
La selezione dei materiali dell'utensile ha un grande impatto sulla durata dell'utensile, sull'efficienza della lavorazione, sulla qualità della lavorazione e sui costi di lavorazione. Gli utensili devono resistere ad alta pressione, alta temperatura, attrito, impatto e vibrazioni durante il taglio. Pertanto, i materiali degli utensili dovrebbero avere le seguenti proprietà di base:
(1) Durezza e resistenza all'usura. La durezza del materiale dell'utensile deve essere superiore alla durezza del materiale del pezzo, che generalmente deve essere superiore a 60HRC. Maggiore è la durezza del materiale dell'utensile, migliore è la resistenza all'usura.
(2) Forza e tenacità. I materiali dell'utensile devono avere elevata resistenza e tenacità per resistere alle forze di taglio, agli urti e alle vibrazioni e prevenire fratture fragili e scheggiature dell'utensile.
(3) Resistenza al calore. Il materiale dell'utensile ha una buona resistenza al calore, può sopportare temperature di taglio elevate e ha una buona resistenza all'ossidazione.
(4) Prestazioni ed economia del processo. I materiali degli utensili dovrebbero avere buone prestazioni di forgiatura, prestazioni di trattamento termico, prestazioni di saldatura; prestazioni di macinazione, ecc., e dovrebbe perseguire un elevato rapporto prestazioni-prezzo.
Tipi, proprietà, caratteristiche e applicazioni dei materiali per utensili
1. Materiali per utensili diamantati
Il diamante è un allotropo del carbonio ed è il materiale più duro presente in natura. Gli utensili da taglio diamantati hanno elevata durezza, elevata resistenza all'usura ed elevata conduttività termica e sono ampiamente utilizzati nella lavorazione di metalli non ferrosi e materiali non metallici. Soprattutto nel taglio ad alta velocità di alluminio e leghe di silicio-alluminio, gli utensili diamantati sono il principale tipo di utensili da taglio difficili da sostituire. Gli utensili diamantati in grado di raggiungere elevata efficienza, elevata stabilità e lunga durata sono strumenti indispensabili e importanti nella moderna lavorazione CNC.
⑴ Tipi di utensili diamantati
① Utensili in diamante naturale: i diamanti naturali sono utilizzati come utensili da taglio da centinaia di anni. Gli utensili diamantati naturali a cristallo singolo sono stati finemente macinati per rendere il tagliente estremamente affilato. Il raggio del tagliente può raggiungere 0,002μm, consentendo un taglio ultrasottile. Può lavorare con una precisione del pezzo estremamente elevata e una rugosità superficiale estremamente bassa. È uno strumento di lavorazione ultrapreciso riconosciuto, ideale e insostituibile.
② Utensili da taglio diamantati PCD: i diamanti naturali sono costosi. Il diamante più utilizzato nella lavorazione di taglio è il diamante policristallino (PCD). Dall'inizio degli anni '70 è stato sviluppato il diamante policristallino (diamante policristallino, denominato lame PCD) preparato utilizzando la tecnologia di sintesi ad alta temperatura e alta pressione. Dopo il suo successo, gli utensili da taglio con diamante naturale sono stati sostituiti in molte occasioni dal diamante artificiale policristallino. Le materie prime PCD sono ricche di fonti e il loro prezzo è solo da poco a un decimo di quello del diamante naturale. Gli utensili da taglio PCD non possono essere rettificati per produrre utensili da taglio estremamente affilati. La qualità della superficie del tagliente e del pezzo lavorato non è buona come quella del diamante naturale. Nel settore non è ancora conveniente produrre lame in PCD con rompitruciolo. Pertanto, il PCD può essere utilizzato solo per il taglio di precisione di metalli non ferrosi e non metalli ed è difficile ottenere un taglio di altissima precisione. Taglio di precisione dello specchio.
③ Utensili da taglio diamantati CVD: dalla fine degli anni '70 all'inizio degli anni '80, la tecnologia dei diamanti CVD è apparsa in Giappone. Il diamante CVD si riferisce all'uso della deposizione chimica in fase vapore (CVD) per sintetizzare una pellicola di diamante su una matrice eterogenea (come carburo cementato, ceramica, ecc.). Il diamante CVD ha esattamente la stessa struttura e caratteristiche del diamante naturale. Le prestazioni del diamante CVD sono molto vicine a quelle del diamante naturale. Presenta i vantaggi del diamante monocristallino naturale e del diamante policristallino (PCD) e in una certa misura ne supera i difetti.
⑵ Caratteristiche prestazionali degli utensili diamantati
① Durezza e resistenza all'usura estremamente elevate: il diamante naturale è la sostanza più dura presente in natura. Il diamante ha una resistenza all'usura estremamente elevata. Nella lavorazione di materiali ad elevata durezza, la durata degli utensili diamantati è da 10 a 100 volte superiore a quella degli utensili in metallo duro, o addirittura centinaia di volte.
② Ha un coefficiente di attrito molto basso: il coefficiente di attrito tra il diamante e alcuni metalli non ferrosi è inferiore rispetto ad altri utensili da taglio. Il coefficiente di attrito è basso, la deformazione durante la lavorazione è ridotta e la forza di taglio può essere ridotta.
③ Il tagliente è molto affilato: il tagliente dell'utensile diamantato può essere molto affilato. L'utensile diamantato a cristallo singolo naturale può arrivare fino a 0,002 ~ 0,008 μm, che può eseguire tagli ultrasottili e lavorazioni ultraprecise.
④ Elevata conduttività termica: il diamante ha un'elevata conduttività termica e diffusività termica, quindi il calore di taglio viene facilmente dissipato e la temperatura della parte tagliente dell'utensile è bassa.
⑤ Ha un coefficiente di dilatazione termica inferiore: il coefficiente di dilatazione termica del diamante è molte volte inferiore a quello del carburo cementato e la variazione delle dimensioni dell'utensile causata dal calore di taglio è molto piccola, il che è particolarmente importante per la lavorazione di precisione e ultraprecisa che richiede un'elevata precisione dimensionale.
⑶ Applicazione di utensili diamantati
Gli utensili diamantati vengono utilizzati principalmente per il taglio fine e l'alesatura di metalli non ferrosi e materiali non metallici ad alte velocità. Adatto per la lavorazione di vari non metalli resistenti all'usura, come grezzi di metallurgia delle polveri in fibra di vetro, materiali ceramici, ecc .; vari metalli non ferrosi resistenti all'usura, come varie leghe di silicio-alluminio; e lavorazione di finitura di vari metalli non ferrosi.
Lo svantaggio degli utensili diamantati è che hanno una scarsa stabilità termica. Quando la temperatura di taglio supera i 700℃~800℃, perderanno completamente la loro durezza. Inoltre non sono adatti al taglio di metalli ferrosi perché il diamante (carbonio) reagisce facilmente con il ferro ad alte temperature. L'azione atomica converte gli atomi di carbonio nella struttura di grafite e lo strumento si danneggia facilmente.
2. Materiale per utensili in nitruro di boro cubico
Il nitruro di boro cubico (CBN), il secondo materiale superduro sintetizzato utilizzando un metodo simile alla produzione del diamante, è secondo solo al diamante in termini di durezza e conduttività termica. Ha un'eccellente stabilità termica e può essere riscaldato fino a 10.000°C nell'atmosfera. Non si verifica alcuna ossidazione. Il CBN ha proprietà chimiche estremamente stabili per i metalli ferrosi e può essere ampiamente utilizzato nella lavorazione di prodotti siderurgici.
⑴ Tipi di utensili da taglio in nitruro di boro cubico
Il nitruro di boro cubico (CBN) è una sostanza che non esiste in natura. È diviso in monocristallino e policristallino, vale a dire CBN monocristallino e nitruro di boro cubico policristallino (bornnitruro cubico policristallino, PCBN in breve). Il CBN è uno degli allotropi del nitruro di boro (BN) e ha una struttura simile al diamante.
Il PCBN (nitruro di boro cubico policristallino) è un materiale policristallino in cui materiali fini di CBN vengono sinterizzati insieme attraverso fasi leganti (TiC, TiN, Al, Ti, ecc.) ad alta temperatura e pressione. Attualmente è il secondo materiale sintetizzato artificialmente più duro. Il materiale per utensili diamantato, insieme al diamante, è collettivamente chiamato materiale per utensili superduro. Il PCBN viene utilizzato principalmente per realizzare coltelli o altri strumenti.
Gli utensili da taglio PCBN possono essere suddivisi in lame PCBN solide e lame composite PCBN sinterizzate con carburo.
Le lame composite PCBN sono realizzate sinterizzando uno strato di PCBN con uno spessore da 0,5 a 1,0 mm su un carburo cementato con buona resistenza e tenacità. Le sue prestazioni combinano una buona tenacità con elevata durezza e resistenza all'usura. Risolve i problemi di bassa resistenza alla flessione e di difficile saldatura delle lame in CBN.
⑵ Principali proprietà e caratteristiche del nitruro di boro cubico
Sebbene la durezza del nitruro di boro cubico sia leggermente inferiore a quella del diamante, è molto più elevata rispetto ad altri materiali ad alta durezza. Lo straordinario vantaggio del CBN è che la sua stabilità termica è molto superiore a quella del diamante, raggiungendo temperature superiori a 1200°C (il diamante è 700-800°C). Un altro notevole vantaggio è che è chimicamente inerte e non reagisce con il ferro a 1200-1300°C. reazione. Le principali caratteristiche prestazionali del nitruro di boro cubico sono le seguenti.
① Elevata durezza e resistenza all'usura: la struttura cristallina del CBN è simile al diamante e ha durezza e resistenza simili al diamante. Il PCBN è particolarmente adatto per la lavorazione di materiali ad alta durezza che prima potevano essere solo rettificati e può ottenere una migliore qualità superficiale del pezzo.
② Elevata stabilità termica: la resistenza al calore del CBN può raggiungere 1400~1500℃, che è quasi 1 volta superiore alla resistenza al calore del diamante (700~800℃). Gli utensili PCBN possono tagliare leghe ad alta temperatura e acciaio temprato a velocità elevate da 3 a 5 volte superiori rispetto agli utensili in metallo duro.
③ Eccellente stabilità chimica: non ha interazioni chimiche con materiali a base di ferro fino a 1200-1300°C e non si usura così bruscamente come il diamante. In questo momento può ancora mantenere la durezza del carburo cementato; Gli utensili PCBN sono adatti per il taglio di parti in acciaio bonificato e ghisa refrigerata e possono essere ampiamente utilizzati nel taglio ad alta velocità della ghisa.
④ Buona conduttività termica: sebbene la conduttività termica del CBN non possa tenere il passo con quella del diamante, la conduttività termica del PCBN tra i vari materiali per utensili è seconda solo al diamante e molto superiore a quella dell'acciaio rapido e del carburo cementato.
⑤ Ha un coefficiente di attrito inferiore: un coefficiente di attrito basso può portare ad una riduzione della forza di taglio durante il taglio, una riduzione della temperatura di taglio e un miglioramento della qualità della superficie lavorata.
⑶ Applicazione di utensili da taglio in nitruro di boro cubico
Il nitruro di boro cubico è adatto per la finitura di vari materiali difficili da tagliare come acciaio temprato, ghisa dura, leghe ad alta temperatura, carburo cementato e materiali a spruzzo superficiale. La precisione di lavorazione può raggiungere IT5 (il foro è IT6) e il valore di rugosità superficiale può essere fino a Ra1,25~0,20μm.
Il materiale per utensili in nitruro di boro cubico ha scarsa tenacità e resistenza alla flessione. Pertanto, gli utensili di tornitura in nitruro di boro cubico non sono adatti per la lavorazione di sgrossatura a basse velocità e carichi di impatto elevati; allo stesso tempo, non sono adatti per il taglio di materiali ad elevata plasticità (come leghe di alluminio, leghe di rame, leghe a base di nichel, acciai ad elevata plasticità, ecc.), perché durante la lavorazione si verificheranno gravi bordi di riporto con il metallo, deteriorando la superficie lavorata.
3. materiali per utensili in ceramica
Gli utensili da taglio in ceramica hanno caratteristiche di elevata durezza, buona resistenza all'usura, eccellente resistenza al calore e stabilità chimica e non sono facili da legare al metallo. Gli utensili ceramici svolgono un ruolo molto importante nella lavorazione CNC. Gli utensili in ceramica sono diventati uno dei principali strumenti per il taglio ad alta velocità e la lavorazione di materiali difficili da lavorare. Gli utensili da taglio in ceramica sono ampiamente utilizzati nel taglio ad alta velocità, nel taglio a secco, nel taglio duro e nel taglio di materiali difficili da lavorare. Gli utensili ceramici possono lavorare in modo efficiente materiali ad alta durezza che gli utensili tradizionali non sono affatto in grado di lavorare, realizzando la “tornitura invece di rettifica”; la velocità di taglio ottimale degli utensili in ceramica può essere da 2 a 10 volte superiore a quella degli utensili in metallo duro, migliorando così notevolmente l'efficienza della produzione di taglio. ; Le principali materie prime utilizzate nei materiali per utensili in ceramica sono gli elementi più abbondanti nella crosta terrestre. Pertanto, la promozione e l’applicazione degli strumenti ceramici sono di grande importanza per migliorare la produttività, ridurre i costi di lavorazione e risparmiare metalli preziosi strategici. Inoltre promuoverà notevolmente lo sviluppo della tecnologia di taglio. progressi.
⑴ Tipi di materiali per utensili in ceramica
I tipi di materiali per utensili in ceramica possono generalmente essere suddivisi in tre categorie: ceramica a base di allumina, ceramica a base di nitruro di silicio e ceramica composita a base di nitruro di silicio-allumina. Tra questi, i materiali ceramici per utensili a base di allumina e nitruro di silicio sono i più utilizzati. Le prestazioni delle ceramiche a base di nitruro di silicio sono superiori a quelle delle ceramiche a base di allumina.
⑵ Prestazioni e caratteristiche degli utensili da taglio ceramici
① Elevata durezza e buona resistenza all'usura: sebbene la durezza degli utensili da taglio in ceramica non sia elevata quanto PCD e PCBN, è molto superiore a quella degli utensili da taglio in metallo duro e acciaio ad alta velocità, raggiungendo 93-95HRA. Gli utensili da taglio in ceramica possono lavorare materiali ad alta durezza difficili da lavorare con gli utensili da taglio tradizionali e sono adatti per il taglio ad alta velocità e il taglio duro.
② Resistenza alle alte temperature e buona resistenza al calore: gli utensili da taglio in ceramica possono ancora tagliare a temperature elevate superiori a 1200°C. Gli utensili da taglio in ceramica hanno buone proprietà meccaniche alle alte temperature. Gli utensili da taglio in ceramica A12O3 hanno una resistenza all'ossidazione particolarmente buona. Anche se il tagliente è rovente, può essere utilizzato continuamente. Pertanto, gli utensili in ceramica possono eseguire il taglio a secco, eliminando così la necessità di fluido da taglio.
③ Buona stabilità chimica: gli utensili da taglio in ceramica non sono facili da incollare con il metallo, sono resistenti alla corrosione e hanno una buona stabilità chimica, che può ridurre l'usura dell'incollaggio degli utensili da taglio.
④ Basso coefficiente di attrito: l'affinità tra gli utensili in ceramica e il metallo è piccola e il coefficiente di attrito è basso, il che può ridurre la forza di taglio e la temperatura di taglio.
⑶ I coltelli in ceramica hanno applicazioni
La ceramica è uno dei materiali per utensili principalmente utilizzati per la finitura e la semifinitura ad alta velocità. Gli utensili da taglio in ceramica sono adatti per il taglio di varie ghise (ghisa grigia, ghisa duttile, ghisa malleabile, ghisa conchigliata, ghisa resistente all'usura altamente legata) e materiali in acciaio (acciaio strutturale al carbonio, acciaio strutturale legato, acciaio ad alta resistenza, acciaio ad alto contenuto di manganese, acciaio bonificato, ecc.), può essere utilizzato anche per tagliare leghe di rame, grafite, tecnopolimeri e materiali compositi.
Le proprietà dei materiali degli utensili da taglio in ceramica presentano problemi di bassa resistenza alla flessione e scarsa resilienza, che li rendono inadatti al taglio a basse velocità e sotto carichi d'urto.
4. Materiali per utensili rivestiti
Il rivestimento degli utensili da taglio è uno dei modi più importanti per migliorare le prestazioni degli utensili. L'avvento degli utensili rivestiti ha comportato un importante passo avanti nelle prestazioni di taglio degli utensili da taglio. Gli utensili rivestiti sono rivestiti con uno o più strati di composti refrattari con buona resistenza all'usura sul corpo dell'utensile con buona tenacità. Combina la matrice dell'utensile con il rivestimento duro, migliorando così notevolmente le prestazioni dell'utensile. Gli strumenti rivestiti possono migliorare l'efficienza della lavorazione, migliorare la precisione della lavorazione, prolungare la durata degli utensili e ridurre i costi di lavorazione.
Circa l'80% degli utensili da taglio utilizzati nelle nuove macchine utensili CNC utilizzano utensili rivestiti. Gli utensili rivestiti costituiranno in futuro la varietà di utensili più importante nel campo della lavorazione CNC.
⑴ Tipologie di utensili rivestiti
A seconda dei diversi metodi di rivestimento, gli strumenti rivestiti possono essere suddivisi in strumenti rivestiti con deposizione chimica da vapore (CVD) e strumenti rivestiti con deposizione fisica da vapore (PVD). Gli utensili da taglio in metallo duro rivestito utilizzano generalmente il metodo di deposizione chimica da vapore e la temperatura di deposizione è di circa 1000°C. Gli utensili da taglio in acciaio rapido rivestiti utilizzano generalmente il metodo di deposizione fisica da vapore e la temperatura di deposizione è di circa 500°C;
A seconda dei diversi materiali del substrato degli utensili rivestiti, gli utensili rivestiti possono essere suddivisi in utensili rivestiti in carburo, utensili rivestiti in acciaio rapido e utensili rivestiti su ceramica e materiali superduri (diamante e nitruro di boro cubico).
In base alle proprietà del materiale di rivestimento, gli utensili rivestiti possono essere suddivisi in due categorie, ovvero utensili con rivestimento “duro” e utensili con rivestimento “morbido”. Gli obiettivi principali perseguiti dagli utensili con rivestimento “duro” sono l'elevata durezza e la resistenza all'usura. I suoi principali vantaggi sono l'elevata durezza e la buona resistenza all'usura, tipicamente rivestimenti TiC e TiN. L'obiettivo perseguito dagli utensili di rivestimento "morbidi" è un basso coefficiente di attrito, noto anche come utensili autolubrificanti, che attriti con il materiale del pezzo. Il coefficiente è molto basso, solo circa 0,1, il che può ridurre l'adesione, ridurre l'attrito e ridurre il taglio forza e temperatura di taglio.
Recentemente sono stati sviluppati utensili da taglio con nanorivestimento (Nanoeoating). Tali strumenti rivestiti possono utilizzare diverse combinazioni di materiali di rivestimento (come metallo/metallo, metallo/ceramica, ceramica/ceramica, ecc.) per soddisfare diversi requisiti funzionali e prestazionali. Nanorivestimenti adeguatamente progettati possono conferire ai materiali degli utensili eccellenti funzioni di riduzione dell'attrito e antiusura e proprietà autolubrificanti, rendendoli adatti al taglio a secco ad alta velocità.
⑵ Caratteristiche degli utensili da taglio rivestiti
① Buone prestazioni meccaniche e di taglio: gli utensili rivestiti combinano le eccellenti proprietà del materiale di base e del materiale di rivestimento. Non solo mantengono la buona tenacità e l'elevata resistenza del materiale di base, ma hanno anche un'elevata durezza, un'elevata resistenza all'usura e un basso coefficiente di attrito. Pertanto, la velocità di taglio degli utensili rivestiti può essere aumentata di oltre 2 volte rispetto a quella degli utensili non rivestiti e sono consentite velocità di avanzamento più elevate. Anche la durata degli utensili rivestiti risulta migliorata.
② Elevata versatilità: gli utensili rivestiti presentano un'ampia versatilità e ampliano significativamente la gamma di lavorazione. Un utensile rivestito può sostituire diversi utensili non rivestiti.
③ Spessore del rivestimento: all'aumentare dello spessore del rivestimento, aumenterà anche la durata dell'utensile, ma quando lo spessore del rivestimento raggiunge la saturazione, la durata dell'utensile non aumenterà più in modo significativo. Quando il rivestimento è troppo spesso può facilmente staccarsi; quando il rivestimento è troppo sottile, la resistenza all'usura sarà scarsa.
④ Riaffilabile: le lame rivestite hanno scarsa riaffilabile, apparecchiature di rivestimento complesse, requisiti di processo elevati e tempi di rivestimento lunghi.
⑤ Materiale di rivestimento: utensili con materiali di rivestimento diversi hanno prestazioni di taglio diverse. Ad esempio: quando si taglia a bassa velocità, il rivestimento TiC presenta dei vantaggi; quando si taglia ad alta velocità, il TiN è più adatto.
⑶Applicazione di utensili da taglio rivestiti
Gli utensili rivestiti hanno un grande potenziale nel campo della lavorazione CNC e in futuro diventeranno la varietà di utensili più importante nel campo della lavorazione CNC. La tecnologia di rivestimento è stata applicata a frese, alesatori, punte da trapano, utensili per la lavorazione di fori compositi, creatori di ingranaggi, frese per sagomare ingranaggi, frese per rasatura di ingranaggi, brocce per formatura e vari inserti indicizzabili bloccati a macchina per soddisfare le varie esigenze di lavorazione di taglio ad alta velocità. Le esigenze di materiali come acciaio e ghisa, leghe resistenti al calore e metalli non ferrosi.
5. Materiali per utensili in carburo
Gli utensili da taglio in metallo duro, in particolare gli utensili da taglio in metallo duro indicizzabili, sono i prodotti di punta degli utensili di lavorazione CNC. Dagli anni '80, le varietà di vari utensili o inserti da taglio in metallo duro integrali e indicizzabili sono state ampliate a vari tipi. Una varietà di campi di utensili da taglio, in cui gli utensili in metallo duro indicizzabili si sono espansi da semplici utensili di tornitura e frese per spianatura a vari campi di utensili di precisione, complessi e di formatura.
⑴ Tipi di utensili da taglio in metallo duro
Secondo la composizione chimica principale, il carburo cementato può essere suddiviso in carburo cementato a base di carburo di tungsteno e carburo cementato a base di carbonio di titanio (nitruro) (TiC(N)).
Il carburo cementato a base di carburo di tungsteno comprende tre tipi: tungsteno cobalto (YG), tungsteno cobalto titanio (YT) e raro carburo aggiunto (YW). Ognuno ha i suoi vantaggi e svantaggi. I componenti principali sono il carburo di tungsteno (WC) e il carburo di titanio. (TiC), carburo di tantalio (TaC), carburo di niobio (NbC), ecc. La fase di legame metallico comunemente usata è Co.
Il carburo cementato a base di titanio e carbonio (nitruro) è un carburo cementato con TiC come componente principale (alcuni aggiungono altri carburi o nitruri). Le fasi di legame metallico comunemente utilizzate sono Mo e Ni.
L'ISO (Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione) divide il metallo duro da taglio in tre categorie:
La classe K, incluso Kl0 ~ K40, è equivalente alla classe YG del mio paese (il componente principale è WC.Co).
La categoria P, inclusa P01 ~ P50, è equivalente alla categoria YT del mio paese (il componente principale è WC.TiC.Co).
La classe M, inclusa M10~M40, è equivalente alla classe YW del mio paese (il componente principale è WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Ogni grado rappresenta una serie di leghe che vanno dall'elevata durezza alla massima tenacità con un numero compreso tra 01 e 50.
⑵ Caratteristiche prestazionali degli utensili da taglio in metallo duro
① Elevata durezza: gli utensili da taglio in metallo duro sono realizzati con carburi con elevata durezza e punto di fusione (chiamata fase dura) e leganti metallici (chiamata fase di legame) attraverso la metallurgia delle polveri, con una durezza compresa tra 89 e 93HRA. , molto più alto dell'acciaio ad alta velocità. A 5400°C, la durezza può ancora raggiungere 82~87HRA, che è la stessa della durezza dell'acciaio rapido a temperatura ambiente (83~86HRA). Il valore di durezza del carburo cementato cambia con la natura, la quantità, la dimensione delle particelle dei carburi e il contenuto della fase metallica legante, e generalmente diminuisce con l'aumento del contenuto della fase metallica legante. Quando il contenuto della fase legante è lo stesso, la durezza delle leghe YT è superiore a quella delle leghe YG e le leghe addizionate con TaC (NbC) hanno una durezza alle alte temperature più elevata.
② Resistenza alla flessione e tenacità: la resistenza alla flessione del carburo cementato comunemente utilizzato è compresa tra 900 e 1500 MPa. Maggiore è il contenuto della fase legante metallica, maggiore è la resistenza alla flessione. Quando il contenuto di legante è lo stesso, la resistenza della lega di tipo YG (WC-Co) è superiore a quella della lega di tipo YT (WC-TiC-Co) e all'aumentare del contenuto di TiC, la resistenza diminuisce. Il carburo cementato è un materiale fragile e la sua resilienza a temperatura ambiente è solo da 1/30 a 1/8 di quella dell'acciaio rapido.
⑶ Applicazione di utensili da taglio in metallo duro comunemente usati
Le leghe YG vengono utilizzate principalmente per la lavorazione della ghisa, dei metalli non ferrosi e dei materiali non metallici. Il carburo cementato a grana fine (come YG3X, YG6X) ha una maggiore durezza e resistenza all'usura rispetto al carburo a grana media con lo stesso contenuto di cobalto. È adatto per la lavorazione di ghisa dura speciale, acciaio inossidabile austenitico, leghe resistenti al calore, leghe di titanio, bronzo duro e materiali isolanti resistenti all'usura, ecc.
Gli eccezionali vantaggi del carburo cementato di tipo YT sono elevata durezza, buona resistenza al calore, maggiore durezza e resistenza alla compressione alle alte temperature rispetto al tipo YG e buona resistenza all'ossidazione. Pertanto, quando è necessario che il coltello abbia una maggiore resistenza al calore e all'usura, è necessario selezionare un grado con un contenuto di TiC più elevato. Le leghe YT sono adatte alla lavorazione di materiali plastici come l'acciaio, ma non sono adatte alla lavorazione delle leghe di titanio e delle leghe silicio-alluminio.
La lega YW ha le proprietà delle leghe YG e YT e ha buone proprietà complete. Può essere utilizzato per la lavorazione di acciaio, ghisa e metalli non ferrosi. Se il contenuto di cobalto di questo tipo di lega viene opportunamente aumentato, la resistenza può essere molto elevata e può essere utilizzata per la lavorazione di sgrossatura e il taglio interrotto di vari materiali difficili da lavorare.
6． Utensili da taglio in acciaio ad alta velocità
L'acciaio ad alta velocità (HSS) è un acciaio per utensili altolegato che aggiunge più elementi leganti come W, Mo, Cr e V. Gli utensili da taglio in acciaio ad alta velocità hanno eccellenti prestazioni complete in termini di resistenza, tenacità e lavorabilità. Negli utensili da taglio complessi, in particolare quelli con forme di lama complesse come utensili per la lavorazione di fori, frese, utensili per filettatura, utensili per brocciatura, utensili per il taglio di ingranaggi, ecc., viene ancora utilizzato l'acciaio rapido. occupare una posizione dominante. I coltelli in acciaio ad alta velocità sono facili da affilare per produrre taglienti affilati.
A seconda dei diversi usi, l'acciaio rapido può essere suddiviso in acciaio rapido per uso generale e acciaio rapido ad alte prestazioni.
⑴ Utensili da taglio in acciaio ad alta velocità per uso generale
Acciaio rapido per uso generale. Generalmente, può essere suddiviso in due categorie: acciaio al tungsteno e acciaio al tungsteno-molibdeno. Questo tipo di acciaio rapido contiene dallo 0,7% allo 0,9% (C). A seconda del diverso contenuto di tungsteno nell'acciaio, questo può essere suddiviso in acciaio al tungsteno con un contenuto di W del 12% o 18%, acciaio al tungsteno-molibdeno con un contenuto di W del 6% o 8% e acciaio al molibdeno con un contenuto di W. del 2% o nessuna W. . L'acciaio rapido per uso generale ha una certa durezza (63-66HRC) e resistenza all'usura, elevata resistenza e tenacità, buona plasticità e tecnologia di lavorazione, quindi è ampiamente utilizzato nella produzione di vari strumenti complessi.
① Acciaio al tungsteno: il grado tipico di acciaio al tungsteno per uso generale ad alta velocità è W18Cr4V (indicato come W18). Ha buone prestazioni generali. La durezza alle alte temperature a 6000°C è 48,5HRC e può essere utilizzata per produrre vari strumenti complessi. Presenta i vantaggi di una buona macinabilità e di una bassa sensibilità alla decarburazione, ma grazie al suo elevato contenuto di carburo, distribuzione non uniforme, particelle grandi e bassa resistenza e tenacità.
② Acciaio al tungsteno-molibdeno: si riferisce ad un acciaio rapido ottenuto sostituendo parte del tungsteno nell'acciaio al tungsteno con molibdeno. Il tipo tipico di acciaio al tungsteno-molibdeno è W6Mo5Cr4V2, (denominato M2). Le particelle di carburo di M2 sono fini e uniformi e la sua resistenza, tenacità e plasticità alle alte temperature sono migliori di quelle di W18Cr4V. Un altro tipo di acciaio al tungsteno-molibdeno è W9Mo3Cr4V (W9 in breve). La sua stabilità termica è leggermente superiore all'acciaio M2, la sua resistenza alla flessione e tenacità sono migliori di W6M05Cr4V2 e ha una buona lavorabilità.
⑵ Utensili da taglio in acciaio ad alta velocità ad alte prestazioni
L'acciaio rapido ad alte prestazioni si riferisce a un nuovo tipo di acciaio che aggiunge contenuto di carbonio, contenuto di vanadio ed elementi leganti come Co e Al alla composizione dell'acciaio rapido per uso generale, migliorandone così la resistenza al calore e all'usura . Si distinguono principalmente le seguenti categorie:
① Acciaio rapido ad alto tenore di carbonio. L'acciaio rapido ad alto tenore di carbonio (come 95W18Cr4V) ha un'elevata durezza a temperatura ambiente e ad alta temperatura. È adatto per la produzione e la lavorazione di acciaio comune e ghisa, punte da trapano, alesatori, maschi e frese con elevati requisiti di resistenza all'usura o utensili per la lavorazione di materiali più duri. Non è adatto a sopportare grandi impatti.
② Acciaio rapido ad alto contenuto di vanadio. Le qualità tipiche, come W12Cr4V4Mo, (denominate EV4), hanno un contenuto di V aumentato dal 3% al 5%, hanno una buona resistenza all'usura e sono adatte per il taglio di materiali che causano una notevole usura dell'utensile, come fibre, gomma dura, plastica , ecc. e può essere utilizzato anche per la lavorazione di materiali come acciaio inossidabile, acciaio ad alta resistenza e leghe ad alta temperatura.
③ Acciaio rapido al cobalto. È un acciaio rapido super duro contenente cobalto. I gradi tipici, come W2Mo9Cr4VCo8, (denominato M42), hanno una durezza molto elevata. La sua durezza può raggiungere 69-70HRC. È adatto per la lavorazione di acciai resistenti al calore ad alta resistenza, leghe ad alta temperatura, leghe di titanio, ecc. Di difficile utilizzo. Materiali di lavorazione: M42 ha una buona levigabilità ed è adatto per realizzare utensili di precisione e complessi, ma non è adatto per lavorare in condizioni di taglio a impatto.
④ Acciaio rapido in alluminio. È un acciaio rapido super duro contenente alluminio. I gradi tipici sono, ad esempio, W6Mo5Cr4V2Al (denominato 501). Anche la durezza alle alte temperature a 6000°C raggiunge i 54HRC. Le prestazioni di taglio sono equivalenti a M42. È adatto per la produzione di frese, punte da trapano, alesatori, frese per ingranaggi e brocce. ecc., utilizzati per la lavorazione di materiali come acciaio legato, acciaio inossidabile, acciaio ad alta resistenza e leghe ad alta temperatura.
⑤ Acciaio rapido super duro all'azoto. Le qualità tipiche, come W12M03Cr4V3N, denominate (V3N), sono acciai rapidi super duri contenenti azoto. La durezza, la resistenza e la tenacità sono equivalenti a M42. Possono essere utilizzati come sostituti degli acciai rapidi contenenti cobalto e vengono utilizzati per il taglio a bassa velocità di materiali difficili da lavorare e acciai rapidi e ad alta precisione. elaborazione.
⑶ Fusione di acciaio rapido e acciaio rapido metallurgico delle polveri
In base ai diversi processi di produzione, l'acciaio rapido può essere suddiviso in acciaio rapido per fusione e acciaio rapido per metallurgia delle polveri.
① Fusione dell'acciaio rapido: sia l'acciaio rapido ordinario che l'acciaio rapido ad alte prestazioni sono prodotti mediante metodi di fusione. Vengono trasformati in coltelli attraverso processi quali fusione, colata di lingotti, placcatura e laminazione. Un problema serio che si verifica facilmente durante la fusione dell'acciaio rapido è la segregazione del carburo. I carburi duri e fragili sono distribuiti in modo non uniforme nell'acciaio rapido e i grani sono grossolani (fino a decine di micron), il che influisce sulla resistenza all'usura e sulla tenacità degli utensili in acciaio rapido. e influiscono negativamente sulle prestazioni di taglio.
② Acciaio rapido metallurgico delle polveri (PM HSS): l'acciaio rapido metallurgico delle polveri (PM HSS) è un acciaio liquido fuso in un forno a induzione ad alta frequenza, atomizzato con argon ad alta pressione o azoto puro e quindi spento per ottenere cristalli fini ed uniformi. Struttura (polvere di acciaio ad alta velocità), quindi premere la polvere risultante in un coltello grezzo ad alta temperatura e alta pressione, oppure creare prima una billetta di acciaio e poi forgiarla e arrotolarla a forma di coltello. Rispetto all'acciaio rapido prodotto con il metodo di fusione, l'HSS PM presenta i vantaggi che i grani di carburo sono fini e uniformi e la robustezza, la tenacità e la resistenza all'usura sono molto migliorate rispetto all'acciaio rapido fuso. Nel campo degli utensili CNC complessi gli utensili PM HSS si svilupperanno ulteriormente e occuperanno una posizione importante. I gradi tipici, come F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, ecc., possono essere utilizzati per produrre utensili da taglio di grandi dimensioni, carichi pesanti e ad alto impatto, nonché utensili da taglio di precisione.
Principi per la selezione dei materiali per utensili CNC
Attualmente, i materiali per utensili CNC ampiamente utilizzati includono principalmente utensili diamantati, utensili in nitruro di boro cubico, utensili in ceramica, utensili rivestiti, utensili in metallo duro, utensili in acciaio rapido, ecc. Esistono molti tipi di materiali per utensili e le loro proprietà variano notevolmente. La tabella seguente mostra i principali indicatori di prestazione di vari materiali per utensili.
I materiali degli utensili per la lavorazione CNC devono essere selezionati in base al pezzo da lavorare e alla natura della lavorazione. La selezione dei materiali dello strumento dovrebbe essere ragionevolmente abbinata all'oggetto di lavorazione. L'abbinamento dei materiali degli utensili da taglio e degli oggetti di lavorazione si riferisce principalmente all'abbinamento delle proprietà meccaniche, fisiche e chimiche dei due per ottenere la massima durata dell'utensile e la massima produttività di taglio.
1. Corrispondenza delle proprietà meccaniche dei materiali degli utensili da taglio e degli oggetti da lavorare
Il problema della corrispondenza delle proprietà meccaniche dell'utensile da taglio e dell'oggetto da lavorare si riferisce principalmente alla corrispondenza dei parametri delle proprietà meccaniche quali resistenza, tenacità e durezza dell'utensile e del materiale del pezzo. Materiali per utensili con diverse proprietà meccaniche sono adatti alla lavorazione di diversi materiali del pezzo.
① L'ordine della durezza del materiale dell'utensile è: utensile diamantato>utensile in nitruro di boro cubico>utensile in ceramica>carburo di tungsteno>acciaio rapido.
② L'ordine di resistenza alla flessione dei materiali degli utensili è: acciaio rapido > carburo cementato > utensili in ceramica > utensili in diamante e nitruro di boro cubico.
③ L'ordine di tenacità dei materiali degli utensili è: acciaio ad alta velocità>carburo di tungsteno>nitruro di boro cubico, utensili diamantati e ceramici.
I materiali da lavorare ad elevata durezza devono essere lavorati con utensili a durezza maggiore. La durezza del materiale dell'utensile deve essere superiore alla durezza del materiale del pezzo, che generalmente deve essere superiore a 60HRC. Maggiore è la durezza del materiale dell'utensile, migliore è la sua resistenza all'usura. Ad esempio, quando il contenuto di cobalto nel carburo cementato aumenta, la sua resistenza e tenacità aumentano e la sua durezza diminuisce, rendendolo adatto alla lavorazione di sgrossatura; al diminuire del contenuto di cobalto aumenta la sua durezza e resistenza all'usura, rendendolo adatto alla finitura.
Gli utensili con eccellenti proprietà meccaniche alle alte temperature sono particolarmente adatti per il taglio ad alta velocità. Le eccellenti prestazioni alle alte temperature degli utensili da taglio in ceramica consentono loro di tagliare a velocità elevate e la velocità di taglio consentita può essere da 2 a 10 volte superiore a quella del carburo cementato.
2. Adattamento delle proprietà fisiche del materiale dell'utensile da taglio all'oggetto lavorato
Sono adatti utensili con diverse proprietà fisiche, come utensili in acciaio rapido con elevata conduttività termica e basso punto di fusione, utensili in ceramica con alto punto di fusione e bassa dilatazione termica, utensili diamantati con elevata conduttività termica e bassa dilatazione termica, ecc. lavorazione di diversi materiali del pezzo. Quando si lavorano pezzi con scarsa conduttività termica, è necessario utilizzare materiali per utensili con una migliore conduttività termica, in modo che il calore di taglio possa essere trasferito rapidamente e la temperatura di taglio possa essere ridotta. Grazie alla sua elevata conduttività termica e diffusività termica, il diamante può facilmente dissipare il calore di taglio senza causare grandi deformazioni termiche, il che è particolarmente importante per gli utensili di lavorazione di precisione che richiedono un'elevata precisione dimensionale.
① La temperatura di resistenza al calore di vari materiali per utensili: gli utensili diamantati sono 700~8000C, gli utensili PCBN sono 13000~15000C, gli utensili ceramici sono 1100~12000C, il carburo cementato a base TiC(N) è 900~11000C, ultrafine a base WC il carburo di grani è 800~9000C, l'HSS è 600~7000C.
② L'ordine di conduttività termica dei vari materiali per utensili: PCD>PCBN>carburo cementato a base WC>carburo cementato a base TiC(N)>HSS>ceramica a base Si3N4>ceramica a base A1203.
③ L'ordine dei coefficienti di dilatazione termica dei vari materiali dell'utensile è: HSS>carburo cementato a base WC>TiC(N)>ceramica a base A1203>PCBN>ceramica a base Si3N4>PCD.
④ L'ordine di resistenza allo shock termico dei vari materiali dell'utensile è: HSS>carburo cementato a base WC>ceramica a base Si3N4>PCBN>PCD>carburo cementato a base TiC(N)>ceramica a base A1203.
3. Adattamento delle proprietà chimiche del materiale dell'utensile da taglio all'oggetto lavorato
Il problema della corrispondenza delle proprietà chimiche dei materiali degli utensili da taglio e degli oggetti di lavorazione si riferisce principalmente alla corrispondenza dei parametri di prestazione chimica come l'affinità chimica, la reazione chimica, la diffusione e la dissoluzione dei materiali dell'utensile e dei materiali del pezzo. Utensili con materiali diversi sono adatti alla lavorazione di diversi materiali del pezzo.
① La resistenza alla temperatura di incollaggio di vari materiali per utensili (con acciaio) è: PCBN>ceramica>carburo di tungsteno>HSS.
② La temperatura di resistenza all'ossidazione di vari materiali per utensili è: ceramica>PCBN>carburo di tungsteno>diamante>HSS.
③ La forza di diffusione dei materiali dell'utensile (per l'acciaio) è: diamante>ceramica a base Si3N4>PCBN>ceramica a base A1203. L'intensità di diffusione (per il titanio) è: ceramica a base A1203>PCBN>SiC>Si3N4>diamante.
4. Selezione ragionevole dei materiali degli utensili CNC
In generale, gli utensili PCBN, ceramici, in metallo duro rivestito e in metallo duro a base TiCN sono adatti alla lavorazione CNC di metalli ferrosi come l'acciaio; mentre gli utensili PCD sono adatti per materiali metallici non ferrosi come Al, Mg, Cu e loro leghe e per la lavorazione di materiali non metallici. La tabella seguente elenca alcuni dei materiali del pezzo che i materiali per utensili di cui sopra sono adatti alla lavorazione.
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Orario di pubblicazione: 01-nov-2023
