З розвитком сучасної науки і техніки використовується все більше і більше інженерних матеріалів з високою твердістю, тоді як традиційна технологія токарної обробки не є компетентною або взагалі не може досягти обробки деяких матеріалів високої твердості.Карбід з покриттям, кераміка, PCBN та інші надтверді інструментальні матеріали мають високу високотемпературну твердість, зносостійкість і термохімічну стабільність, що забезпечує основну передумову для різання матеріалів високої твердості та досягло значних переваг у виробництві.Матеріал, який використовується надтвердим інструментом, його структура та геометричні параметри є основними елементами для реалізації твердого точіння.Тому, як вибрати надтвердий матеріал для інструменту та розробити розумну структуру інструменту та геометричні параметри, є вирішальним для досягнення стабільного твердого точіння!
(1) Карбід з покриттям
Нанесіть один або кілька шарів TiN, TiCN, TiAlN і Al3O2 з хорошою зносостійкістю на інструменти з твердого сплаву з хорошою в'язкістю, а товщина покриття становить 2-18 мкм.Покриття зазвичай має набагато нижчу теплопровідність, ніж підкладка інструменту та матеріал заготовки, що послаблює тепловий ефект підкладки інструменту;З іншого боку, це може ефективно покращити тертя та адгезію в процесі різання та зменшити утворення тепла різання.
Незважаючи на те, що покриття PVD демонструє багато переваг, деякі покриття, такі як Al2O3 і алмаз, мають тенденцію використовувати технологію покриття CVD.Al2O3 - це своєрідне покриття з сильною термостійкістю та стійкістю до окислення, яке може відокремлювати тепло, що виділяється під час різання, від конкретного інструменту.Технологія покриття CVD також може об’єднати переваги різних покриттів для досягнення найкращого ефекту різання та задоволення потреб різання.
Порівняно з інструментами з твердого сплаву, інструменти з твердого сплаву з покриттям мають значно покращену міцність, твердість і зносостійкість.Під час точіння заготовки з твердістю HRC45~55 недорогий цементований карбід із покриттям може здійснювати високошвидкісне точіння.В останні роки деякі виробники покращили продуктивність інструментів з покриттям шляхом вдосконалення матеріалів покриття та інших методів.Наприклад, деякі виробники в Сполучених Штатах і Японії використовують швейцарський матеріал покриття AlTiN і нову запатентовану технологію покриття для виробництва лез із покриттям із твердістю HV4500~4900, які можуть різати штамповану сталь HRC47~58 зі швидкістю 498,56 м/хв. .При температурі точіння до 1500 ~ 1600 ° C твердість все ще не знижується і не окислюється.Термін служби леза в чотири рази перевищує термін служби леза із звичайним покриттям, а вартість становить лише 30%, а адгезія хороша.
(2) Керамічний матеріал
Завдяки постійному вдосконаленню складу, структури та процесу пресування, особливо розвитку нанотехнологій, керамічні інструментальні матеріали дозволяють зміцнювати керамічні інструменти.У найближчому майбутньому кераміка може стати причиною третьої революції в різанні після швидкорізальної сталі та твердого сплаву.Керамічні інструменти мають такі переваги, як висока твердість (HRA91~95), висока міцність (міцність на вигин 750~1000 МПа), хороша зносостійкість, хороша хімічна стабільність, хороша адгезійна стійкість, низький коефіцієнт тертя та низька ціна.Крім того, керамічні інструменти також мають високу високотемпературну твердість, яка досягає HRA80 при 1200 °C.
Під час звичайного різання керамічний інструмент має дуже високу міцність, а його швидкість різання може бути в 2-5 разів вищою, ніж у твердого сплаву.Він особливо підходить для обробки матеріалів високої твердості, фінішної обробки та високошвидкісної обробки.Він може різати різну загартовану сталь і загартований чавун з твердістю до HRC65.Зазвичай використовується кераміка на основі оксиду алюмінію, кераміка на основі нітриду кремнію, металокераміка та загартована кераміка.
Керамічні інструменти на основі глинозему мають вищу червону твердість, ніж твердосплавні.Як правило, ріжуча кромка не буде виробляти пластичної деформації в умовах високошвидкісного різання, але її міцність і в'язкість дуже низькі.Щоб підвищити міцність і ударостійкість, можна додати ZrO або суміш TiC і TiN.Інший спосіб полягає в додаванні чистого металу або карбіду кремнію.Крім високої червоної твердості, кераміка на основі нітриду кремнію також має добру міцність.У порівнянні з керамікою на основі глинозему її недоліком є те, що при обробці сталі легко виробляти високотемпературну дифузію, що посилює знос інструменту.Кераміка на основі нітриду кремнію в основному використовується для періодичного точіння та фрезерування сірого чавуну.
Металокераміка – це різновид матеріалу на основі карбіду, в якому TiC є основною твердою фазою (0,5-2 мкм). Вони поєднуються зі зв’язуючими речовинами Co або Ti і схожі на інструменти з цементованого твердого сплаву, але вони мають низьку спорідненість, гарне тертя та хороший зносостійкість.Він може витримувати більш високу температуру різання, ніж звичайний твердий сплав, але йому не вистачає ударостійкості цементованого твердого сплаву, міцності під час важкого різання та міцності на низькій швидкості та великій подачі.
(3) Кубічний нітрид бору (CBN)
CBN поступається лише алмазу за твердістю та зносостійкістю, а також має чудову високотемпературну твердість.У порівнянні з керамікою, його термостійкість і хімічна стабільність трохи погані, але його ударна міцність і стійкість до роздавлювання кращі.Він широко застосовується для різання загартованої сталі (HRC ≥ 50), сірого перлітного чавуну, охолодженого чавуну та суперсплавів.У порівнянні з інструментами з твердого сплаву його швидкість різання може бути збільшена на порядок.
Інструмент із композитного полікристалічного кубічного нітриду бору (PCBN) з високим вмістом CBN має високу твердість, хорошу зносостійкість, високу міцність на стиск і хорошу ударну в'язкість.Його недоліками є низька термічна стійкість і низька хімічна інертність.Підходить для різання жароміцних сплавів, чавуну та спечених металів на основі заліза.Вміст частинок CBN в інструментах з PCBN є низьким, а твердість інструментів з PCBN, які використовують кераміку як сполучну речовину, низька, але це компенсує низьку термічну стабільність і низьку хімічну інерцію попереднього матеріалу, і підходить для різання загартованої сталі.
Для різання сірого чавуну та загартованої сталі можна вибрати керамічний інструмент або інструмент з CBN.З цієї причини слід провести аналіз витрат і вигод і якості обробки, щоб визначити, який з них вибрати.Якщо твердість різання нижча за HRC60 і прийнята невелика швидкість подачі, керамічний інструмент є кращим вибором.Інструменти PCBN підходять для різання заготовок із твердістю вище HRC60, особливо для автоматичної та високоточної обробки.Крім того, залишкова напруга на поверхні заготовки після різання інструментом PCBN також є відносно стабільною, ніж керамічним інструментом за умови того самого зносу бокової поверхні.
Використовуючи інструмент PCBN для сухого різання загартованої сталі, слід також дотримуватися наступних принципів: виберіть якомога більшу глибину різання за умови, що це дозволяє жорсткість верстата, щоб тепло, що виділяється в зоні різання, могло пом’якшити метал у передній частині краю локально, що може ефективно зменшити знос інструменту PCBN.Крім того, при використанні невеликої глибини різання слід також враховувати, що низька теплопровідність інструменту PCBN може призвести до того, що тепло в зоні різання може розсіюватися занадто пізно, а зона зсуву також може спричинити очевидний ефект пом’якшення металу, зменшити знос ріжучої кромки.
2. Будова леза та геометричні параметри надтвердих інструментів
Розумне визначення форми та геометричних параметрів інструменту є дуже важливим для того, щоб забезпечити повну продуктивність різання інструменту.З точки зору міцності інструменту, міцність наконечника різної форми леза від високої до низької: кругла, 100 ° ромб, квадрат, 80 ° ромб, трикутник, 55 ° ромб, 35 ° ромб.Після вибору матеріалу леза необхідно вибрати форму леза з найвищою міцністю.Жорсткі токарні леза також слід вибирати якомога більші, а грубу обробку слід виконувати круглими лезами з великим радіусом дуги наконечника.Радіус дуги вістря становить приблизно 0,8 при обробці μ Про м.
Загартована сталева стружка є червоною та м’якою стрічкою, з великою крихкістю, легко ламається та не зв’язує.Ріжуча поверхня із загартованої сталі має високу якість і, як правило, не створює накопичення стружки, але сила різання велика, особливо радіальна сила різання більша, ніж основна сила різання.Тому інструмент повинен використовувати від’ємний передній кут (go ≥ - 5°) і великий задній кут (ao=10°~15°).Основний кут відхилення залежить від жорсткості верстата, як правило, 45 ° ~ 60 °, щоб зменшити стукіт заготовки та інструменту.
Час публікації: 24 лютого 2023 р