Základní znalosti řezných nástrojů, stačí si přečíst toto!

Dobrý kůň musí být vybaven sedlem a mělo by se používat pokročilé CNC obráběcí zařízení. Pokud jsou použity nesprávné řezné nástroje, je to k ničemu! Výběr vhodných nástrojových materiálů má významný vliv na životnost nástroje, efektivitu zpracování, kvalitu zpracování a náklady na zpracování. Tento článek poskytuje cenné znalosti o řezných nástrojích. Sbírejte a sdílejte, pojďme se společně učit.
jeden
Materiál nástroje by měl mít základní vlastnosti
Výběr materiálů nástroje má významný vliv na životnost nástroje, efektivitu zpracování, kvalitu zpracování a náklady na zpracování. Řezné nástroje 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, obecně vyžaduje tvrdost 60 HRC nebo vyšší. 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; Brusný výkon a snaha o vysoký poměr ceny a výkonu.
dva
Druhy, vlastnosti, vlastnosti a použití materiálů řezných nástrojů
1. Materiál diamantového řezného nástroje
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 řezné nástroje hlavním typem řezných nástrojů, které je obtížné vyměnit. Diamantové řezné nástroje, které mohou dosáhnout vysoké účinnosti, vysoké stability a dlouhé životnosti, jsou nepostradatelnými a důležitými nástroji moderního CNC obrábění.
⑴ Typy diamantových řezných nástrojů
① Řezné nástroje s přírodním diamantem: Přírodní diamant má jako řezný nástroj více než sto letou historii. Po jemném broušení mohou mít přírodní monokrystalické diamantové řezné nástroje extrémně ostré hrany s poloměrem řezu až 0,002 μm. Díky tomu, že je schopen dosahovat ultratenkého řezu a dosahovat extrémně vysoké přesnosti obrobku a nízké drsnosti povrchu, je uznávaným, ideálním a nenahraditelným ultra přesným obráběcím nástrojem.
② Diamantové řezné nástroje PCD: Přírodní diamant je drahý a polykrystalický diamant (PCD) je stále široce používán při řezání. Od počátku 70. let 20. století polykrystalický diamant připravený technologií vysokoteplotní a vysokotlaké syntézy Po úspěšném vývoji kotoučů z polykrystalického diamantu (PCD) byly řezné nástroje z přírodního diamantu v mnoha situacích nahrazeny umělým polykrystalickým diamantem. Suroviny PCD jsou bohaté a jejich ceny jsou jen několik desítek až desetinásobek ceny přírodního diamantu. Řezné nástroje PCD nedokážou brousit extrémně ostré hrany a kvalita povrchu zpracovávaných obrobků není tak dobrá jako přírodní diamant. V současné době nelze řezné nástroje PCD s drážkami pro odlamování třísky snadno vyrábět v průmyslu Film. Proto lze PCD použít pouze pro přesné řezání neželezných kovů a nekovů, což ztěžuje dosažení ultrapřesného zrcadlového řezání.
③ Diamantové řezné nástroje CVD: Od konce 70. do začátku 80. let se v Japonsku objevila technologie CVD diamantů. CVD diamant se týká syntézy diamantových filmů na heterogenních substrátech (jako jsou tvrdé slitiny, keramika atd.) pomocí chemického napařování (CVD). CVD diamant má stejnou strukturu a vlastnosti jako přírodní diamant. Výkon CVD diamantu je velmi podobný jako u přírodního diamantu a kombinuje výhody přírodního monokrystalického diamantu a polykrystalického diamantu (PCD), což do jisté míry překonává jejich nedostatky.
⑵ Výkonnostní charakteristiky diamantových řezných nástrojů
① Extrémně vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení: Přírodní diamant je nejtvrdší látka v přírodě. Diamant má extrémně vysokou odolnost proti opotřebení. Při zpracování materiálů s vysokou tvrdostí je životnost diamantových řezných nástrojů 10-100krát delší než u řezných nástrojů z tvrdých slitin a dokonce stokrát delší.
② Má velmi nízký koeficient tření: Koeficient tření mezi diamantem a některými neželeznými kovy je nižší než u jiných řezných nástrojů, s nízkým koeficientem tření a malou deformací během obrábění, což může snížit řeznou sílu.
3 Schopné ultratenké řezání a ultra přesné obrábění.
④ Má vysokou tepelnou vodivost: Diamant má vysokou tepelnou vodivost a rychlost tepelné difúze a řezné teplo se snadno odvádí. Řezná teplota nástroje je nízká.
⑤ S nižším koeficientem tepelné roztažnosti: Koeficient tepelné roztažnosti diamantu je několikrát menší než u tvrdé slitiny a změna velikosti nástroje způsobená teplem při řezání je velmi malá, což je zvláště důležité pro přesné a ultra přesné obrábění s vysoké požadavky na rozměrovou přesnost.
Aplikace diamantových řezných nástrojů
Diamantové řezné nástroje se běžně používají pro jemné řezání a vyvrtávání neželezných a nekovových materiálů při vysokých rychlostech. Vhodné pro zpracování různých nekovových materiálů odolných proti opotřebení, jako jsou polotovary z práškové metalurgie ze skleněných vláken, keramické materiály atd.; Různé neželezné kovy odolné proti opotřebení, jako jsou různé slitiny křemíku a hliníku; Různé procesy povrchové úpravy neželezných kovů.
Nevýhodou diamantových řezných nástrojů je jejich špatná tepelná stabilita. Když teplota řezání překročí 700 stupňů až 800 stupňů, jejich tvrdost se zcela ztratí; Kromě toho není vhodný pro řezání černých kovů, protože diamant (uhlík) při vysokých teplotách snadno interaguje s atomy železa a přeměňuje atomy uhlíku na grafitové struktury, díky čemuž je nástroj extrémně náchylný k poškození.
2. Materiál řezného nástroje z kubického nitridu boru
Druhý supertvrdý materiál, kubický nitrid boru (CBN), syntetizovaný metodou podobnou výrobě diamantu, je po diamantu druhý, pokud jde o tvrdost a tepelnou vodivost. Má vynikající tepelnou stabilitu a při zahřátí na 10 000 C v atmosféře neoxiduje. CBN má extrémně stabilní chemické vlastnosti pro černé kovy a může být široce používán při zpracování ocelových výrobků.
Druhy řezných nástrojů kubického nitridu boru
Kubický nitrid boru (CBN) je látka, která se v přírodě nevyskytuje a lze ji rozdělit na monokrystalický a polykrystalický, a to monokrystalický CBN a polykrystalický kubický nitrid boru (PCBN). CBN je jedním z izomerů nitridu boru (BN), se strukturou podobnou diamantu.
PCBN (Polykrystalický kubický nitrid boru) je polykrystalický materiál, který spéká jemné CBN materiály dohromady prostřednictvím vazebných fází (TiC, TiN, Al, Ti atd.) za vysoké teploty a tlaku. V současnosti je to druhý nejtvrdší nástrojový materiál uměle syntetizovaný a spolu s diamantem je označován jako supertvrdý nástrojový materiál. PCBN se používá hlavně pro výrobu řezných nástrojů nebo jiných nástrojů.
PCBN řezné nástroje lze rozdělit na integrální PCBN čepele a PCBN kompozitní čepele slinuté s kompozity z tvrdých slitin.
Kompozitní čepele PCBN jsou vyrobeny slinováním vrstvy O.{{0}}.0 mm tlustého PCBN na tvrdé slitině s dobrou pevností a houževnatostí. Jeho výkon kombinuje dobrou houževnatost, vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení, řeší problémy nízké pevnosti v ohybu a potíží se svařováním CBN lopatek.
Hlavní vlastnosti a charakteristiky kubického nitridu boru
Ačkoli je tvrdost kubického nitridu boru o něco nižší než u diamantu, je mnohem vyšší než u jiných materiálů s vysokou tvrdostí. Výjimečnou výhodou CBN je, že jeho tepelná stabilita je mnohem vyšší než u diamantu, dosahuje přes 1200 stupňů (700-800 stupňů pro diamant), a další vynikající výhodou je jeho vysoká chemická inertnost, která nereaguje s prvky železa. na 1200-1300 stupni. Hlavní výkonnostní charakteristiky kubického nitridu boru jsou následující.
① Vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení: Krystalová struktura CBN je podobná diamantu, s podobnou tvrdostí a pevností jako diamant. PCBN je zvláště vhodný pro zpracování materiálů s vysokou tvrdostí, které bylo možné dříve pouze brousit, a může dosáhnout lepší kvality povrchu obrobků.
② Má vysokou tepelnou stabilitu: tepelná odolnost CBN může dosáhnout 1400-1500 stupně, což je téměř 1krát více než tepelná odolnost diamantu (700-800 stupeň). Nástroje PCBN mohou řezat vysokoteplotní slitiny a kalenou ocel rychlostí 3-5krát vyšší než nástroje z tvrdých slitin.
③ Vynikající chemická stabilita: Chemicky nereaguje s materiály na bázi železa ani při teplotách mezi 1200-1300 stupněm a neopotřebovává se ostře jako diamant. V této době může stále udržovat tvrdost tvrdých slitin; Řezné nástroje PCBN jsou vhodné pro řezání kalených ocelových dílů a za studena tvrdé litiny a mohou být široce používány pro vysokorychlostní řezání litiny.
④ Dobrá tepelná vodivost: Přestože tepelná vodivost CBN nemůže dohnat diamant, tepelná vodivost PCBN je u různých nástrojových materiálů na druhém místě za diamantem, mnohem vyšší než u rychlořezné oceli a tvrdých slitin.
⑤ Nižší koeficient tření: Nižší koeficient tření může vést ke snížení řezné síly, snížení řezné teploty a zlepšení kvality povrchu během obrábění.
Aplikace řezných nástrojů kubického nitridu boru
Kubický nitrid boru je vhodný pro přesné obrábění různých obtížně obrobitelných materiálů, jako je kalená ocel, tvrdá litina, vysokoteplotní slitiny, tvrdé slitiny a materiály pro povrchové nástřiky. Přesnost obrábění může dosáhnout IT5 (otvor IT6) a hodnota drsnosti povrchu může být až Ra1.25-0.20 μ M.
Houževnatost a pevnost v ohybu materiálů řezných nástrojů z kubického nitridu boru jsou nízké. Proto soustružnické nástroje z kubického nitridu boru nejsou vhodné pro hrubé obrábění při nízkých rychlostech a s vysokým rázovým zatížením; Není vhodný pro řezání materiálů s vysokou plasticitou, jako jsou slitiny hliníku, slitiny mědi, slitiny na bázi niklu a oceli s vysokou plasticitou, protože řezání těchto kovů bude produkovat vážné usazeniny třísek, které zhorší povrch obrábění.
3. Materiály keramických řezných nástrojů
Keramické řezné nástroje se vyznačují vysokou tvrdostí, dobrou odolností proti opotřebení, vynikající tepelnou odolností a chemickou stabilitou a nelze je snadno spojovat s kovy. Keramické řezné nástroje hrají velmi důležitou roli v CNC obrábění a staly se jedním z hlavních řezných nástrojů pro vysokorychlostní řezání a obtížně obrobitelné materiály. Keramické řezné nástroje jsou široce používány při vysokorychlostním řezání, suchém řezání, tvrdém řezání a řezání obtížně obrobitelných materiálů. Keramické řezné nástroje mohou efektivně zpracovávat materiály s vysokou tvrdostí, které nelze zpracovat tradičními řeznými nástroji, čímž je dosaženo „soustružení místo broušení“; Optimální řezná rychlost keramických řezných nástrojů může být 2 až 10krát vyšší než u řezných nástrojů z tvrdých slitin, což výrazně zlepšuje efektivitu výroby řezání; Hlavními surovinami používanými pro keramické řezné nástroje jsou nejhojnější prvky v zemské kůře. Proto má podpora a aplikace keramických řezných nástrojů velký význam pro zlepšení produktivity, snížení nákladů na zpracování a úsporu strategických drahých kovů. Výrazně také podpoří pokrok technologie řezání.
⑴ Typy materiálů keramických nástrojů
Typy keramických nástrojových materiálů lze obecně rozdělit do tří kategorií: keramika na bázi oxidu hlinitého, keramika na bázi nitridu křemíku a kompozitní keramika na bázi nitridu křemíku a oxidu hlinitého. Mezi nimi jsou nejrozšířenější keramické nástrojové materiály na bázi oxidu hlinitého a nitridu křemíku. Výkon keramiky na bázi nitridu křemíku je lepší než u keramiky na bázi oxidu hlinitého.
⑵ Výkon a vlastnosti keramických řezných nástrojů
① Vysoká tvrdost a dobrá odolnost proti opotřebení: Přestože tvrdost keramických řezných nástrojů není tak vysoká jako PCD a PCBN, je výrazně vyšší než tvrdost řezných nástrojů z tvrdé slitiny a rychlořezné oceli a dosahuje 93-95HRA. Keramické řezné nástroje dokážou zpracovávat vysoce tvrdé materiály, které se obtížně obrábějí tradičními nástroji, díky čemuž jsou vhodné pro vysokorychlostní řezání a tvrdé řezání.
② Vysoká teplotní odolnost a dobrá tepelná odolnost: Keramické řezné nástroje mohou stále řezat při vysokých teplotách nad 1200 stupňů. Keramické řezné nástroje mají vynikající mechanické vlastnosti při vysokých teplotách a odolnost vůči oxidaci keramických řezných nástrojů A12O3 je obzvláště dobrá. I když je řezná hrana rozžhavená do červena, lze ji používat nepřetržitě. Keramické řezné nástroje proto mohou dosáhnout suchého řezání, čímž šetří řeznou kapalinu.
③ Dobrá chemická stabilita: Keramické řezné nástroje se nesnadno spojují s kovy a jsou odolné proti korozi s dobrou chemickou stabilitou, což může snížit adhezní opotřebení řezných nástrojů.
④ Nízký koeficient tření: Keramické řezné nástroje mají nízkou afinitu s kovy, což má za následek nízký koeficient tření, který může snížit řeznou sílu a řeznou teplotu.
⑶ Keramické nože mají aplikace
Keramika je jedním z nástrojových materiálů používaných hlavně pro vysokorychlostní přesné obrábění a polopřesné obrábění. Keramické řezné nástroje jsou vhodné pro řezání různé litiny (šedá litina, tvárná litina, temperovaná litina, studená tvrdá litina, vysoce legovaná litina odolná proti opotřebení) a oceli (uhlíková konstrukční ocel, legovaná konstrukční ocel, vysokopevnostní ocel , ocel s vysokým obsahem manganu, kalená ocel atd.) a lze je také použít k řezání slitin mědi, grafitu, technických plastů a kompozitních materiálů.
Keramické nástrojové materiály mají problémy s nízkou pevností v ohybu a špatnou rázovou houževnatostí, což je činí nevhodnými pro řezání při nízkých rychlostech a při rázovém zatížení.
4. Materiál povlakovacího nástroje
Povlakování řezných nástrojů je jedním z důležitých způsobů, jak zlepšit jejich výkon. Vznik řezných nástrojů s povlakem přinesl významný průlom v jejich řezném výkonu. Povlakované řezné nástroje jsou takové, které 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 % řezných nástrojů používaných v nových CNC obráběcích strojích používá nástroje s povlakem. Povlakované řezné nástroje budou v budoucnu nejdůležitější nástrojovou paletou v oblasti CNC obrábění.
⑴ Typy řezných nástrojů s povlakem
Podle různých metod povlakování lze nástroje s povlakem rozdělit na nástroje potažené chemickým nanášením z plynné fáze (CVD) a nástroje s povlakem potažené fyzikální depozicí z plynné fáze (PVD). Řezné nástroje z tvrdých slitin s povlakem obecně používají metodu chemického napařování s teplotou nanášení kolem 1000 stupňů. Řezné nástroje z rychlořezné oceli s povlakem obecně používají metodu fyzikálního napařování s teplotou nanášení kolem 500 stupňů;
Podle různých materiálů substrátu nástrojů s povlakem lze nástroje s povlakem rozdělit na nástroje s povlakem z tvrdé slitiny, nástroje s povlakem z rychlořezné oceli a nástroje s povlakem na keramiku a supertvrdé materiály (diamant a kubický nitrid boru).
Podle vlastností povlakových materiálů lze povlakované nástroje rozdělit do dvou kategorií, a to nástroje s "tvrdým" povlakem a "měkké" povlakované nástroje. Hlavním cílem, který sledují řezné nástroje s „tvrdým“ povlakem, je vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení, přičemž hlavními výhodami jsou vysoká tvrdost a dobrá odolnost proti opotřebení, pro které jsou typické povlaky TiC a TiN. Cílem nástrojů s "měkkým" povlakem je nízký koeficient tření, známý také jako samomazné nástroje. Jeho koeficient tření s materiálem obrobku je velmi nízký, pouze asi 0,1, což může snížit adhezi, snížit tření a snížit řeznou sílu a řeznou teplotu.
Nedávno byly vyvinuty nástroje pro nano povlaky. Tento povlakovaný nástroj může používat různé kombinace povlakových materiálů (jako je kov/kov, kov/keramika, keramika/keramika atd.), aby byly splněny různé funkční a výkonnostní požadavky. Dobře navržený nano povlak může poskytnout nástrojovým materiálům vynikající vlastnosti proti tření, opotřebení a samomazné vlastnosti, takže jsou vhodné pro vysokorychlostní suché řezání.
Charakteristika povlakovaných řezných nástrojů
① Dobrý mechanický a řezný výkon: Povlakované řezné nástroje kombinují vynikající vlastnosti substrátu a nátěrových materiálů, udržují dobrou houževnatost a vysokou pevnost substrátu, stejně jako vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení a nízký koeficient tření nátěru. Proto lze řeznou rychlost povlakovaných nástrojů zvýšit více než dvojnásobně ve srovnání s nástroji bez povlaku a jsou povoleny vyšší rychlosti posuvu. Také se zlepšila životnost povlakovaných řezných nástrojů.
② Silná všestrannost: Nástroje s povlakem mají širokou škálu všestrannosti a výrazně rozšiřují rozsah zpracování. Jeden nástroj s povlakem může nahradit několik nástrojů bez povlaku.
③ Tloušťka povlaku: Se zvyšující se tloušťkou povlaku se také zvyšuje životnost nástroje, ale když tloušťka povlaku dosáhne nasycení, životnost nástroje se již výrazně nezvyšuje. Když je povlak příliš silný, je snadné způsobit odlupování; Když je povlak příliš tenký, odolnost proti opotřebení je špatná.

④ Přebrousitelnost: Čepele s povlakem mají špatnou brousitelnost, složité nátěrové zařízení, vysoké požadavky na proces a dlouhou dobu nátěru.
⑤ Povlakové materiály: Řezné nástroje s různými povlakovými materiály mají různý řezný výkon. Například při řezání nízkou rychlostí má povlak TiC výhodu; TiN je vhodnější pro vysokorychlostní řezání.
Aplikace povlakovaných řezných nástrojů
Povlakované řezné nástroje mají velký potenciál v oblasti CNC obrábění a budou v budoucnu nejdůležitější nástrojovou paletou. Technologie povlakování byla aplikována na stopkové frézy, výstružníky, vrtáky, kompozitní nástroje na zpracování otvorů, frézy na odvalovací frézy na ozubení, frézy na frézování ozubených kol, frézy na řezání ozubení, tvarovací protahovače a různé vyměnitelné břitové destičky pro strojní upnutí, splňující potřeby vysokorychlostního řezání různé materiály, jako je ocel a litina, žáruvzdorné slitiny a neželezné kovy.
5. Materiály řezných nástrojů z tvrdých slitin
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 integrálních 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 nástrojů a čelních fréz na různá přesná, složitá a tvarovaná pole nástrojů.
⑴ Typy řezných nástrojů z tvrdých slitin
Podle hlavního chemického složení lze tvrdé slitiny rozdělit na tvrdé slitiny na bázi karbidu wolframu a tvrdé slitiny na bázi karbidu titanu (TiC (N)).
Tvrdé slitiny na bázi karbidu wolframu zahrnují tři typy: wolfram kobalt (YG), wolfram kobalt titan (YT) a přidané vzácné karbidy (YW), z nichž každý má své výhody a nevýhody. Hlavními složkami jsou karbid wolframu (WC), karbid titanu (TiC), karbid tantalu (TaC), karbid niobu (NbC) atd. Běžně používaná fáze spojující kov je Co.
Tvrdá slitina na bázi uhlíku (dusíku) titanu je tvrdá slitina složená převážně z TiC (některé s přídavkem jiných karbidů nebo nitridů) a běžně používanými fázemi spojujícími kov jsou Mo a Ni.
ISO (International Organization for Standardization) rozděluje řezání tvrdých slitin do tří kategorií:
Třída K, včetně Kl0-K40, je ekvivalentní třídě YG v Číně (skládá se především z WC. Co).
Třída P, včetně P01-P50, je ekvivalentní třídě YT v Číně (složená převážně z WC. TiC. Co).
Třída M, včetně M10~M40, je ekvivalentní třídě YW v Číně (složená převážně z WC TiC TaC (NbC) - Co).
Řada slitin od vysoké tvrdosti po maximální houževnatost je reprezentována čísly mezi 01 a 50 pro každou jakost.
⑵ Výkonnostní charakteristiky řezných nástrojů z tvrdých slitin
① Vysoká tvrdost: Řezné nástroje z tvrdých slitin jsou vyrobeny práškovou metalurgií karbidů (nazývaných tvrdé fáze) a kovových pojiv (nazývaných spojovací fáze) s vysokou tvrdostí a bodem tání. Jejich tvrdost dosahuje 89-93HRA, což je mnohem vyšší hodnota než u rychlořezné oceli. Při 5400 C může jejich tvrdost stále dosáhnout 82-87HRA, což je stejné jako u rychlořezné oceli při pokojové teplotě (83-86HRA). Hodnota tvrdosti tvrdých slitin se mění s vlastnostmi, množstvím, velikostí částic a obsahem kovových vazebných fází karbidů a obecně klesá s rostoucím obsahem vazebných kovových fází. Když je obsah adhezivní fáze stejný, tvrdost slitin typu YT je vyšší než u slitin typu YG a slitiny s přidaným TaC (NbC) mají vyšší tvrdost za vysokých teplot.
② Pevnost v ohybu a houževnatost: Pevnost v ohybu běžně používaných tvrdých slitin se pohybuje od 900 do 1500 MPa. Čím vyšší je obsah kovové vazebné fáze, tím vyšší je pevnost v ohybu. Když je obsah lepidla stejný, pevnost slitiny typu YG (WC Co) je vyšší než pevnost slitiny typu YT (WC TiC Co) a pevnost klesá s rostoucím obsahem TiC. Tvrdá slitina je křehký materiál a její rázová houževnatost při pokojové teplotě je pouze 1/30-1/8 ve srovnání s rychlořeznou ocelí.
Aplikace běžně používaných řezných nástrojů z tvrdých slitin
Slitiny typu YG se používají hlavně pro zpracování litiny, neželezných kovů a nekovových materiálů. Jemnozrnné tvrdé slitiny (jako YG3X, YG6X) mají vyšší tvrdost a odolnost proti opotřebení než střednězrnné tvrdé slitiny, pokud je jejich obsah kobaltu stejný. Jsou vhodné pro zpracování speciální tvrdé litiny, austenitické nerezové oceli, žáruvzdorných slitin, titanových slitin, tvrdého bronzu a otěruvzdorných izolačních materiálů.
Vynikajícími výhodami tvrdých slitin typu YT jsou vysoká tvrdost, dobrá tepelná odolnost, vyšší tvrdost a pevnost v tlaku při vysokých teplotách ve srovnání s typem YG a dobrá odolnost proti oxidaci. Proto, když je požadováno, aby měl nůž vysokou tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení, měla by být zvolena třída s vyšším obsahem TiC. Slitiny typu YT jsou vhodné pro zpracování plastových materiálů, jako je ocel, ale nejsou vhodné pro zpracování slitin titanu nebo slitin křemíku a hliníku.
Slitiny typu YW mají vlastnosti slitin typu YG a YT s dobrým komplexním výkonem. Lze je použít pro zpracování ocelových materiálů, stejně jako pro zpracování litiny a barevných kovů. Pokud je obsah kobaltu přiměřeně zvýšen, může mít tento typ slitiny vysokou pevnost a lze jej použít pro hrubé obrábění a přerušované řezání různých obtížně obrobitelných materiálů.
6. Řezné nástroje z rychlořezné oceli
Vysokorychlostní ocel (HSS) je typ vysoce legované nástrojové oceli, která obsahuje značné množství legujících prvků, jako jsou W, Mo, Cr a V. Řezné nástroje z rychlořezné oceli mají vynikající komplexní výkon, pokud jde o pevnost, houževnatost a zpracovatelnost. Ve složitých řezných nástrojích, zejména ve výrobě nástrojů pro zpracování otvorů, fréz, závitových řezných nástrojů, rýhovacích fréz, nástrojů na řezání ozubených kol a dalších složitých řezných nástrojů ve tvaru hrany, rychlořezná ocel stále zaujímá hlavní pozici. Řezné nástroje z rychlořezné oceli snadno brousí ostré řezné hrany.
Podle různých použití lze rychlořeznou ocel rozdělit na rychlořeznou ocel pro všeobecné použití a vysoce výkonnou rychlořeznou ocel.
⑴ 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 % do 0,9 %. Podle různého obsahu wolframu v oceli ji lze rozdělit na wolframovou ocel s obsahem W 12 % nebo 18 %, wolframovou molybdenovou ocel s obsahem W 6 % nebo 8 % a molybdenovou ocel s obsahem W 2 % nebo žádné W. Univerzální rychlořezná ocel má určitou tvrdost (63-66HRC) a odolnost proti opotřebení, vysokou pevnost a houževnatost, dobrou plasticitu a zpracovatelnost a je široce používána při výrobě různých složitých řezných nástrojů.
① Wolframová ocel: Typická třída wolframové oceli pro všeobecné použití z rychlořezné oceli je W18Cr4V (označovaná jako W18), která má dobré komplexní vlastnosti a tvrdost při vysoké teplotě 48,5 HRC při 6000C. 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, zkráceně M2. Karbidové částice M2 jsou malé 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.
⑵ 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 a vanadu, stejně jako slitinové prvky, jako je Co a Al, aby se zlepšila její tepelná odolnost. odolnost a odolnost proti opotřebení. Jedná se především o tyto kategorie:
① Vysokouhlíková rychlořezná ocel. Vysokouhlíková rychlořezná ocel (jako je 95W18Cr4V) má vysokou tvrdost při pokojové teplotě a vysoké teplotě, díky čemuž je vhodná pro výrobu a zpracování běžné oceli a litiny, vrtáků, výstružníků, závitníků a fréz s vysokými požadavky na odolnost proti opotřebení, nebo řezné nástroje pro zpracování tvrdších materiálů. Není vhodné odolávat velkým nárazům.
② Rychlořezná ocel s vysokým obsahem vanadu. Typické třídy, jako je W12Cr4V4Mo (označované jako EV4), zvyšují obsah V na 3 % -5 %, mají dobrou odolnost proti opotřebení a jsou vhodné pro řezání materiálů, které způsobují značné opotřebení nástrojů, jako jsou vlákna, tvrdá pryž , plasty atd. Lze je také použít pro zpracování materiálů jako je nerezová ocel, vysokopevnostní ocel a vysokoteplotní slitiny.
③ Kobaltová rychlořezná ocel. Patří do supertvrdé rychlořezné oceli obsahující kobalt s typickou jakostí, jako je W2Mo9Cr4VCo8 (označovaná jako M42), která má vysokou tvrdost a může dosáhnout 69-70HRC. Je vhodný pro zpracování vysokopevnostní žáruvzdorné oceli, vysokoteplotních slitin, slitin titanu a dalších obtížně obrobitelných materiálů. 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. Patří k hliníku obsahujícímu supertvrdou rychlořeznou ocel, s typickými třídami, jako je W6Mo5Cr4V2Al (označovaný jako 501). Vysokoteplotní tvrdost při 6000C také dosahuje 54HRC a řezný výkon je ekvivalentní M42. Je vhodný pro výrobu fréz, vrtáků, výstružníků, ozubených řezných nástrojů, protahovačů atd. a používá se pro zpracování legované oceli, nerezové oceli, vysokopevnostní oceli a vysokoteplotních slitin.
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.
⑶ 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 řezných nástrojů z rychlořezné oceli.
② Prášková metalurgická vysokorychlostní ocel (PM HSS): Prášková metalurgická vysokorychlostní ocel (PM HSS) je ocelová kapalina roztavená ve vysokofrekvenční indukční peci, která je atomizována vysokotlakým argonem nebo čistým dusíkem a poté rychle ochlazena k získání malé a jednotné krystalické struktury (prášek z rychlořezné oceli). Výsledný prášek se poté lisuje do polotovaru řezného nástroje při vysoké teplotě a tlaku, nebo se nejprve zpracuje na ocelový předvalek a poté se kuje a válcuje do tvaru řezného nástroje. Ve srovnání s rychlořeznou ocelí vyráběnou metodou tavení má PM HSS výhody malých a stejnoměrných karbidových zrn, výrazně lepší 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.
tři
Principy výběru CNC nástrojových materiálů
Mezi široce používané materiály CNC nástrojů v současnosti patří diamantové nástroje, nástroje z kubického nitridu boru, keramické nástroje, nástroje s povlakem, nástroje z tvrdých slitin a nástroje z rychlořezné oceli. Existuje mnoho obecných jakostí materiálů řezných nástrojů a jejich výkon se velmi liší. Hlavní výkonnostní ukazatele různých materiálů nástrojů jsou uvedeny v tabulce níže.
Hlavní výkonnostní ukazatele různých materiálů řezných nástrojů

Výběr materiálů řezných nástrojů pro CNC obrábění musí vycházet z opracovávaného obrobku a vlastností obrábění. Výběr materiálů nástroje by měl být přiměřeně sladěn s předmětem obrábění. Sladění materiálů řezných nástrojů s obráběným předmětem se týká především sladění jejich mechanických, fyzikálních a chemických vlastností, aby bylo dosaženo co nejdelší životnosti nástroje a maximální produktivity řezání.
1. Přizpůsobení mechanických vlastností materiálů řezných nástrojů a objektů obrábění
Problém přizpůsobení mechanického výkonu mezi řeznými nástroji a obráběnými předměty se týká především přizpůsobení parametrů mechanického výkonu, jako je pevnost, houževnatost a tvrdost mezi nástroji a materiály obrobku. Materiály řezných nástrojů s různými mechanickými vlastnostmi jsou vhodné pro zpracování různých materiálů obrobků.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>rychlořezná ocel.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>diamantové a kubické nástroje z nitridu boru.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>kubický nitrid boru, diamantové a keramické nástroje.
Materiály obrobků s vysokou tvrdostí musí být zpracovány řeznými nástroji s vyšší tvrdostí a tvrdost materiálu řezného nástroje musí být vyšší než tvrdost materiálu obrobku, což obecně vyžaduje tvrdost 60 HRC nebo vyšší. Čím vyšší je tvrdost materiálu nástroje, tím lepší je jeho odolnost proti opotřebení. Například s rostoucím obsahem kobaltu v tvrdých slitinách se zvyšuje jejich pevnost a houževnatost, zatímco tvrdost klesá, takže jsou vhodné pro hrubé obrábění; Při poklesu obsahu kobaltu se zvyšuje jeho tvrdost a odolnost proti opotřebení, díky čemuž je vhodný pro přesné obrábění.
Nástroje s vynikajícími vysokoteplotními mechanickými vlastnostmi jsou vhodné zejména pro vysokorychlostní řezání. Vynikající výkon keramických řezných nástrojů při vysokých teplotách jim umožňuje řezat vysokou rychlostí a povolenou řeznou rychlost lze zvýšit 2-10krát ve srovnání s tvrdými slitinami.
2. Přizpůsobení fyzikálních vlastností materiálů řezných nástrojů a objektů obrábění
Nástroje s různými fyzikálními vlastnostmi, jako jsou nástroje z rychlořezné oceli s vysokou tepelnou vodivostí a nízkou teplotou tání, keramické nástroje s vysokým bodem tání a nízkou tepelnou roztažností a diamantové nástroje s vysokou tepelnou vodivostí a nízkou tepelnou roztažností, jsou vhodné pro zpracování různých materiály obrobku. Při zpracování obrobků se špatnou tepelnou vodivostí by se měly používat nástrojové materiály s dobrou tepelnou vodivostí pro rychlý přenos řezného tepla a snížení řezné teploty. Diamant je díky své vysoké tepelné vodivosti a rychlosti tepelné difúze náchylný k odvodu řezného tepla a neprodukuje výraznou tepelnou deformaci, což je důležité zejména u nástrojů pro přesné obrábění, které vyžadují vysokou rozměrovou přesnost.
① Teplota tepelné odolnosti různých materiálů řezných nástrojů: 700-8000C pro diamantové řezné nástroje, 13000-15000C pro řezné nástroje PCBN, 1100-12000C pro keramické řezné nástroje, 900-11000C pro tvrdé slitiny na bázi TiC (N), 800-9000C pro ultrajemnozrnné tvrdé slitiny na bázi WC a 600-7000C pro 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 bázi 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 bázi A1203.
3. Přizpůsobení chemických vlastností materiálů řezných nástrojů a objektů obrábění
Problém přizpůsobení chemické výkonnosti mezi materiály řezných nástrojů a obráběnými předměty se týká především přizpůsobení parametrů chemické výkonnosti, jako je chemická afinita, chemická reakce, difúze a rozpouštění mezi materiály nástrojů a materiály obrobku. Řezné nástroje z různých materiálů jsou vhodné pro zpracování různých materiálů obrobků.
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>diamant.
4. Rozumný výběr materiálů CNC nástrojů
Obecně řečeno, PCBN, keramické řezné nástroje, potažené tvrdé slitiny a řezné nástroje z tvrdých slitin na bázi TiCN jsou vhodné pro CNC obrábění černých kovů, jako je ocel; PKD nástroje jsou vhodné pro zpracování neželezných kovových materiálů jako Al, Mg, Cu, ale i jejich slitin a nekovových materiálů. V následující tabulce jsou uvedeny některé materiály obrobků, které jsou vhodné pro zpracování výše uvedenými nástrojovými materiály.
Některé materiály obrobku vhodné pro obrábění řeznými nástrojovými materiály