Pažangios apdirbimo įrangos ir didelio našumo CNC pjovimo įrankių derinys gali visiškai išnaudoti savo našumą ir pasiekti gerą ekonominę naudą. Sparčiai tobulėjant pjovimo įrankių medžiagoms, įvairios naujos pjovimo įrankių medžiagos labai pagerino jų fizines, mechanines savybes ir pjovimo našumą, o jų taikymo sritis taip pat toliau plėtėsi.
paveikslėlį
1. Įrankių medžiagos turi turėti pagrindines savybes
į
Įrankio medžiagos pasirinkimas turi didelę įtaką įrankio tarnavimo laikui, apdorojimo efektyvumui, apdorojimo kokybei ir apdirbimo išlaidoms. Pjovimo metu įrankis turi atlaikyti aukšto slėgio, aukštos temperatūros, trinties, smūgio ir vibracijos poveikį. Todėl įrankio medžiaga turi turėti šias pagrindines savybes:
(1) Kietumas ir atsparumas dilimui. Įrankio medžiagos kietumas turi būti didesnis nei ruošinio medžiagos, paprastai didesnis nei 60 HRC. Kuo kietesnė įrankio medžiaga, tuo didesnis atsparumas dilimui.
(2) Stiprumas ir tvirtumas. Įrankių medžiagos turi būti labai tvirtos ir kietos, kad atlaikytų pjovimo jėgas, smūgius ir vibracijas bei apsaugotų nuo trapių lūžimų ir įrankių skiedimo.
(3) Atsparumas karščiui. Įrankio medžiagos atsparumas karščiui yra geresnis, jis gali atlaikyti aukštą pjovimo temperatūrą ir turi gerą atsparumą oksidacijai.
(4) Proceso efektyvumas ir ekonomiškumas. Įrankių medžiagos turi būti gerai kalimo, terminio apdorojimo, suvirinimo, šlifavimo ir tt našumo, turi būti aukšto našumo ir kainos santykio.
2. Įrankių medžiagų rūšys, savybės, charakteristikos ir panaudojimas
1. Deimantinių įrankių medžiagų rūšys, savybės ir charakteristikos bei įrankių panaudojimas
Deimantas yra anglies alotropas ir yra kiečiausia gamtoje randama medžiaga. Deimantiniai įrankiai pasižymi dideliu kietumu, dideliu atsparumu dilimui ir aukštu šilumos laidumu, plačiai naudojami spalvotųjų metalų ir nemetalinių medžiagų apdirbimui. Ypač dideliu greičiu pjaunant aliuminį ir silicio-aliuminio lydinius, deimantiniai įrankiai yra pagrindiniai sunkiai pakeičiami pjovimo įrankiai. Deimantiniai įrankiai, galintys pasiekti aukštą efektyvumą, aukštą stabilumą ir ilgalaikį apdirbimą, yra nepakeičiami ir svarbūs įrankiai šiuolaikiniame CNC apdirbime.
paveikslėlį
⑴ Deimantinių įrankių tipai
① Natūralaus deimanto įrankis: natūralus deimantas buvo naudojamas kaip pjovimo įrankis šimtus metų. Natūralus vieno kristalo deimantinis įrankis buvo smulkiai šlifuotas, o pjovimo briauna gali būti šlifuota itin aštriai. Pjovimo briaunos spindulys gali siekti 0,002 μm, o tai gali atlikti itin ploną pjovimą ir gali Tai pripažintas, idealus ir nepakeičiamas itin tikslus apdirbimo įrankis, skirtas apdirbti itin dideliu ruošinio tikslumu ir itin mažu paviršiaus šiurkštumu.
② PCD deimantinis įrankis: natūralus deimantas yra brangus, o polikristalinis deimantas (PCD) plačiai naudojamas pjovimui. Nuo aštuntojo dešimtmečio pradžios buvo kuriamas polikristalinis deimantas (sutrumpintai – polikristalinis deimantas, PCD). Po sėkmės natūralūs deimantiniai įrankiai daugeliu atvejų buvo pakeisti dirbtiniu polikristaliniu deimantu. PCD žaliavos yra turtingos šaltinių, o jos kaina yra tik kelios dešimtosios iki dešimtosios natūralių deimantų.
PCD įrankiai negali šlifuoti itin aštrių briaunų, o apdirbamų ruošinių paviršiaus kokybė nėra tokia gera kaip natūralaus deimanto. Pramonėje nėra patogu gaminti PCD įdėklus su lustų laužikliais. Todėl PCD gali būti naudojamas tik smulkiam spalvotųjų metalų ir nemetalų pjovimui, be to, sunku pasiekti itin tikslų veidrodinį pjovimą.
③ CVD deimantiniai įrankiai: nuo aštuntojo dešimtmečio pabaigos iki devintojo dešimtmečio pradžios CVD deimantų technologija pasirodė Japonijoje. CVD deimantas reiškia deimantinės plėvelės sintezę ant nevienalyčių substratų (tokių kaip cementuotas karbidas, keramika ir kt.) cheminio nusodinimo garais (CVD) būdu. CVD deimantas turi lygiai tokią pačią struktūrą ir savybes kaip ir natūralus deimantas.
CVD deimanto našumas labai panašus į natūralų deimantą ir turi natūralaus monokristalinio deimanto ir polikristalinio deimanto (PCD) privalumus ir tam tikru mastu įveikia jų trūkumus.
⑵ Deimantinių įrankių veikimo charakteristikos
① Itin didelis kietumas ir atsparumas dilimui: natūralus deimantas yra kiečiausia gamtoje randama medžiaga. Deimantas pasižymi itin dideliu atsparumu dilimui. Apdorojant didelio kietumo medžiagas, deimantinių įrankių tarnavimo laikas yra 10–100 kartų didesnis nei cementinio karbido įrankių ar net šimtus kartų.
② Jis turi labai mažą trinties koeficientą: trinties koeficientas tarp deimantų ir kai kurių spalvotųjų metalų yra mažesnis nei kitų pjovimo įrankių, trinties koeficientas yra mažas, deformacija apdirbant yra maža, o pjovimo jėga gali būti sumažintas.
③ Pjovimo briauna labai aštri: deimantinių įrankių pjovimo briauna gali būti pagaląsta, o natūralaus vieno kristalo deimantinio įrankio aukštis gali siekti 0.002-0.008 μm, kuris gali būti naudojamas ypač - plonas pjovimas ir itin tikslus apdirbimas.
④ Turi aukštą šilumos laidumą: deimantas turi didelį šilumos laidumą ir šilumos difuziją, pjovimo šiluma lengvai išsisklaido, o įrankio pjovimo dalies temperatūra yra žema.
⑤ Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas: deimantų šiluminio plėtimosi koeficientas yra kelis kartus mažesnis nei cementuoto karbido, o įrankio dydžio pokytis dėl pjovimo karščio yra labai mažas, o tai ypač svarbu atliekant tikslią ir itin tikslią apdirbimą, kuriam reikalingas didelis matmenų tikslumas.
⑶ Deimantinių įrankių taikymas
Deimantiniai įrankiai dažniausiai naudojami smulkiam spalvotųjų metalų ir nemetalinių medžiagų pjovimui ir gręžimui dideliu greičiu. Tinka apdirbti įvairius dilimui atsparius nemetalus, tokius kaip FRP miltelinės metalurgijos ruošiniai, keraminės medžiagos ir kt.; įvairūs dilimui atsparūs spalvotieji metalai, pavyzdžiui, įvairūs silicio-aliuminio lydiniai; įvairus spalvotųjų metalų apdailos apdirbimas.
Deimantinių įrankių trūkumas yra tas, kad jie turi prastą terminį stabilumą. Kai pjovimo temperatūra viršija 700–800 laipsnių, jis visiškai praras savo kietumą; be to, netinka juodiesiems metalams pjauti, nes deimantą (anglį) lengva surišti su geležimi esant aukštai temperatūrai. Atominis veiksmas paverčia anglies atomus į grafito struktūrą, todėl įrankis lengvai pažeidžiamas.
2. Kubinių boro nitrido įrankių medžiagos rūšys, savybės ir charakteristikos bei įrankių panaudojimas
Kubinis boro nitridas (CBN), antra itin kieta medžiaga, susintetinta panašiu į deimantą metodu, pagal kietumą ir šilumos laidumą nusileidžia tik deimantui. Jis pasižymi puikiu šiluminiu stabilumu ir gali būti įkaitintas iki 10,000 laipsnių atmosferoje. Oksidacija nevyksta. CBN pasižymi itin stabiliomis juodųjų metalų cheminėmis savybėmis ir gali būti plačiai naudojamas plieno gaminių apdirbimui.
paveikslėlį
⑴ Kubinių boro nitrido pjovimo įrankių tipai
Kubinis boro nitridas (CBN) yra gamtoje neegzistuojanti medžiaga. Jį galima suskirstyti į monokristalinį ir polikristalinį, tai yra, CBN monokristalinį ir polikristalinį kubinį boro nitridą (polikristalinis kubinis bornnitridas, vadinamas PCBN). CBN yra vienas iš boro nitrido (BN) izomerų, o jo struktūra panaši į deimanto.
PCBN (polikristalinis kubinis boro nitridas) yra polikristalinė medžiaga, kuri aukštoje temperatūroje ir aukštame slėgyje sukepina smulkias CBN medžiagas per surišimo fazę (TiC, TiN, Al, Ti ir kt.). Deimantinė įrankių medžiaga, ji ir deimantas bendrai vadinamos itin kietų įrankių medžiaga. PCBN daugiausia naudojamas peiliams ar kitiems įrankiams gaminti.
PCBN įrankius galima suskirstyti į vientisus PCBN įdėklus ir PCBN kompozitinius įdėklus, sukepintus cementiniu karbidu.
PCBN kompozitiniai įdėklai gaminami sukepinant PCBN sluoksnį, kurio storis nuo {{0}},5 iki 1,0 mm ant cementinio karbido, kurio tvirtumas ir kietumas yra geras. Jo eksploatacinės savybės pasižymi geru kietumu ir dideliu kietumu bei atsparumu dilimui. Išspręstos CBN įdėklų mažo atsparumo lenkimui ir suvirinimo sunkumų problemos.
⑵ Pagrindinės kubinio boro nitrido savybės ir charakteristikos
Nors kubinio boro nitrido kietumas yra šiek tiek prastesnis už deimantą, jis yra daug didesnis nei kitų didelio kietumo medžiagų. Išskirtinis CBN pranašumas yra tas, kad jo terminis stabilumas yra daug didesnis nei deimantų, kuris gali siekti daugiau nei 1200 laipsnių (700-800 laipsnis deimantams). reakcija. Pagrindinės kubinio boro nitrido veikimo charakteristikos yra šios.
① Didelis kietumas ir atsparumas dilimui: CBN kristalinė struktūra yra panaši į deimantų struktūrą ir yra panaši į deimanto kietumą ir stiprumą. PCBN ypač tinka didelio kietumo medžiagoms, kurias buvo galima tik prieš tai šlifuoti, apdirbti ir gali gauti geresnę ruošinių paviršiaus kokybę.
② Didelis terminis stabilumas: CBN atsparumas karščiui gali siekti 1400-1500 laipsnį, o tai yra beveik 1 kartą didesnis nei deimanto (700-800 laipsnis). PCBN įrankiai gali pjauti aukštos temperatūros lydinius ir grūdintą plieną 3–5 kartus didesniu greičiu nei naudojant cementinio karbido įrankius.
③ Puikus cheminis stabilumas: jis neturi cheminės sąveikos su geležies pagrindu pagamintomis medžiagomis 1200-1300 laipsniu ir nenusidėvės taip smarkiai, kaip deimantas, ir šiuo metu gali išlaikyti cementuoto karbido kietumą; PCBN įrankiai tinka grūdinto plieno dalims ir atšaldytam ketui pjaustyti, gali būti plačiai naudojami greitam ketaus pjovimui.
④ Geras šilumos laidumas: nors CBN šilumos laidumas nėra toks geras kaip deimantų, PCBN šilumos laidumas yra antras po deimantų tarp įvairių įrankių medžiagų ir yra daug didesnis nei greitaeigio plieno ir cementuoto karbido.
⑤ Mažas trinties koeficientas: mažas trinties koeficientas gali sumažinti pjovimo jėgą pjovimo metu, sumažinti pjovimo temperatūrą ir pagerinti apdirbamo paviršiaus kokybę.
⑶ Kubinio boro nitrido įrankio taikymas
Kubinis boro nitridas tinka įvairioms sunkiai pjaustomoms medžiagoms, tokioms kaip grūdintas plienas, kietas ketus, aukštos temperatūros lydinys, kietasis lydinys ir paviršių purškiamos medžiagos, apdailai. Apdirbimo tikslumas gali siekti IT5 (skylė yra IT6), o paviršiaus šiurkštumas gali būti toks mažas kaip Ra1.{6}}.20 μm.
Kubinė boro nitrido įrankių medžiaga turi prastą kietumą ir atsparumą lenkimui. Todėl kubiniai boro nitrido tekinimo įrankiai netinka grubiam apdirbimui mažu greičiu ir didele smūgio apkrova; Metalo atveju atsiras stiprus užstatymas, dėl kurio pablogės apdirbtas paviršius.
3. Keraminių įrankių medžiagų rūšys, savybės ir charakteristikos bei įrankių panaudojimas
Keraminiai pjovimo įrankiai pasižymi dideliu kietumu, dideliu atsparumu dilimui, puikiu atsparumu karščiui ir cheminiu stabilumu, todėl juos nelengva sujungti su metalu. Keraminiai pjovimo įrankiai CNC apdirbime užima labai svarbią vietą. Keraminiai pjovimo įrankiai tapo vienu iš pagrindinių pjovimo įrankių, skirtų dideliu greičiu pjauti ir sunkiai apdirbamoms medžiagoms apdoroti. Keraminiai pjovimo įrankiai plačiai naudojami greitam pjovimui, sausam pjovimui, kietam pjovimui ir sunkiai apdirbamų medžiagų pjovimui. Keraminiai peiliai gali efektyviai apdirbti labai kietas medžiagas, kurių tradiciniai peiliai apskritai negali apdoroti, ir realizuoti „šlifavimo pakeitimą automobiliu“; optimalus keraminių peilių pjovimo greitis gali būti nuo 2 iki 10 kartų didesnis nei cementinio karbido peilių, todėl labai pagerėja pjovimo apdirbimo gamybos efektyvumas Pagrindinė keraminių įrankių medžiagose naudojama žaliava yra gausiausias elementas žemės plutoje. Todėl keraminių įrankių populiarinimas ir pritaikymas turi didelę reikšmę gerinant našumą, mažinant apdirbimo kaštus, taupant strateginius tauriuosius metalus, taip pat labai skatins pjovimo technologijų plėtrą. progresas.
paveikslėlį
⑴ Keraminių įrankių medžiagų rūšys
Keraminių įrankių medžiagų tipus paprastai galima suskirstyti į tris kategorijas: keramiką aliuminio oksido pagrindu, keramiką silicio nitrido pagrindu ir sudėtinę silicio nitrido ir aliuminio oksido keramiką. Tarp jų plačiausiai naudojamos aliuminio oksido ir silicio nitrido keraminės įrankių medžiagos. Silicio nitrido pagrindu pagamintos keramikos savybės yra pranašesnės nei keramikos aliuminio oksido pagrindu.
⑵ Keraminių pjovimo įrankių veikimas ir charakteristikos
Keraminių pjovimo įrankių veikimo charakteristikos yra šios:
① Didelis kietumas ir geras atsparumas dilimui: nors keraminių įrankių kietumas nėra toks didelis kaip PCD ir PCBN, jis yra daug didesnis nei cementuoto karbido ir greitaeigių plieno įrankių ir pasiekia 93-95HRA. Keraminiais įrankiais galima apdoroti didelio kietumo medžiagas, kurias sunku apdirbti tradiciniais įrankiais, tinka pjovimui dideliu greičiu ir kietam pjovimui.
② Atsparumas aukštai temperatūrai ir geras atsparumas karščiui: Keraminiai įrankiai vis tiek gali pjauti aukštesnėje nei 1200 laipsnių temperatūroje. Keraminiai peiliai pasižymi geromis aukštos temperatūros mechaninėmis savybėmis, o A12O3 keraminių peilių atsparumas oksidacijai yra ypač geras. Net jei pjovimo briauna yra labai įkaitusi, ją galima naudoti nuolat. Todėl keraminiais įrankiais galima pasiekti sauso pjovimo, o tai gali sutaupyti pjovimo skysčio.
③ Geras cheminis stabilumas: keraminius pjovimo įrankius nėra lengva sujungti su metalu, jie yra atsparūs korozijai ir chemiškai stabilūs, o tai gali sumažinti pjovimo įrankių susidėvėjimą.
④ Mažas trinties koeficientas: Keraminių pjovimo įrankių ir metalo giminingumas yra mažas, o trinties koeficientas yra mažas, todėl gali sumažėti pjovimo jėga ir pjovimo temperatūra.
⑶ Keraminių peilių naudojimas
Keramika yra viena iš įrankių medžiagų, daugiausia naudojamų greitajai apdailai ir pusapdailavimui. Keraminiai pjovimo įrankiai tinka visų rūšių ketui (pilkui ketui, kaliajam ketui, kaliajam ketui, atšaldytam ketui, labai legiruotam dilimui atspariam ketui) ir plienui (anglies konstrukcinis plienas, legiruotasis konstrukcinis plienas, didelio stiprumo plienas) pjauti. , daug mangano turintis plienas, grūdintas plienas ir kt.), taip pat gali būti naudojamas vario lydiniams, grafitui, inžineriniam plastikui ir kompozicinėms medžiagoms pjaustyti.
Keraminių įrankių medžiagų, kurios netinkamos pjauti esant mažam greičiui ir smūgio apkrovai, veikimo problemų kyla dėl mažo stiprumo lenkimo ir prasto atsparumo smūgiams.
paveikslėlį
4. Dengtų pjovimo įrankių medžiagų savybės ir charakteristikos bei pjovimo įrankių panaudojimas
Įrankio dengimas yra vienas iš svarbių būdų pagerinti įrankio veikimą. Dengtų pjovimo įrankių atsiradimas padarė didelį proveržį pjovimo įrankių pjovimo našumo srityje. Padengtas įrankis yra padengtas vienu ar keliais ugniai atsparaus junginio sluoksniais, turinčiais gerą atsparumą dilimui ant kietesnio įrankio korpuso, kuris sujungia įrankio pagrindą su kieta danga, todėl įrankio veikimas labai pagerėja. Dengti pjovimo įrankiai gali pagerinti apdorojimo efektyvumą, pagerinti apdorojimo tikslumą, pailginti įrankio tarnavimo laiką ir sumažinti apdorojimo išlaidas.
Apie 80 procentų pjovimo įrankių, naudojamų naujose CNC staklėse, naudojami dengti įrankiai. Dengti pjovimo įrankiai ateityje bus svarbiausia įrankių įvairovė CNC apdirbimo srityje.
paveikslėlį
⑴ Dengtų įrankių tipai
Pagal skirtingus dengimo būdus padengtus įrankius galima suskirstyti į cheminio nusodinimo garais (CVD) dengtus įrankius ir fizinio nusodinimo garais (PVD) padengtus įrankius. Dengtuose karbido įrankiuose paprastai naudojamas cheminis nusodinimas garais, o nusodinimo temperatūra yra apie 1000 laipsnių. Dengti greitaeigiai plieniniai įrankiai paprastai naudoja fizinį nusodinimą garais, o nusodinimo temperatūra yra apie 500 laipsnių;
Pagal skirtingas padengtų įrankių pagrindo medžiagas, padengtus įrankius galima suskirstyti į karbidu dengtus įrankius, greitaeigius plienu dengtus įrankius ir keramikos bei itin kietų medžiagų (deimantų ir kubinio boro nitrido) dengtus įrankius.
Pagal dangos medžiagos pobūdį dengtus įrankius galima suskirstyti į dvi kategorijas: „kietai“ padengtus įrankius ir „minkštus“ padengtus įrankius. Pagrindiniai „kietai“ padengtų įrankių tikslai yra didelis kietumas ir atsparumas dilimui. Pagrindiniai jo privalumai yra didelis kietumas ir geras atsparumas dilimui, dažniausiai TiC ir TiN dangos. „Minkštos“ dangos įrankių tikslas – mažas trinties koeficientas, dar vadinamas savaime sutepančiais įrankiais, ir jo trintis su ruošinio medžiaga Koeficientas yra labai mažas, tik apie 0,1, o tai gali sumažinti. klijuoti, sumažinti trintį, sumažinti pjovimo jėgą ir pjovimo temperatūrą.
Neseniai sukurtas nano dangos (Nanoeoating) įrankis. Šiame padengtame įrankyje galima naudoti skirtingus įvairių dangos medžiagų derinius (pvz., metalą/metalą, metalą/keramiką, keramiką/keramiką ir kt.), kad atitiktų skirtingus funkcinius ir veikimo reikalavimus. Dėl tinkamai suprojektuotos nanodangos įrankio medžiaga gali turėti puikias antitrinties ir nusidėvėjimo funkcijas bei savaiminio tepimo savybes, todėl tinka greitam sausam pjovimui.
⑵ Padengtų įrankių charakteristikos
Dengtų įrankių eksploatacinės charakteristikos yra šios:
① Geros mechaninės ir pjovimo savybės: padengti įrankiai sujungia puikias pagrindo ir dangos medžiagos savybes, kurios ne tik išlaiko gerą pagrindo kietumą ir didelį stiprumą.
Pažangios apdirbimo įrangos ir didelio našumo CNC pjovimo įrankių derinys gali visiškai išnaudoti savo našumą ir pasiekti gerą ekonominę naudą. Sparčiai tobulėjant pjovimo įrankių medžiagoms, įvairios naujos pjovimo įrankių medžiagos labai pagerino jų fizines, mechanines savybes ir pjovimo našumą, o jų taikymo sritis taip pat toliau plėtėsi.
paveikslėlį
1. Įrankių medžiagos turi turėti pagrindines savybes
į
Įrankio medžiagos pasirinkimas turi didelę įtaką įrankio tarnavimo laikui, apdorojimo efektyvumui, apdorojimo kokybei ir apdirbimo išlaidoms. Pjovimo metu įrankis turi atlaikyti aukšto slėgio, aukštos temperatūros, trinties, smūgio ir vibracijos poveikį. Todėl įrankio medžiaga turi turėti šias pagrindines savybes:
(1) Kietumas ir atsparumas dilimui. Įrankio medžiagos kietumas turi būti didesnis nei ruošinio medžiagos, paprastai didesnis nei 60 HRC. Kuo kietesnė įrankio medžiaga, tuo didesnis atsparumas dilimui.
(2) Stiprumas ir tvirtumas. Įrankių medžiagos turi būti labai tvirtos ir kietos, kad atlaikytų pjovimo jėgas, smūgius ir vibracijas bei apsaugotų nuo trapių lūžimų ir įrankių skiedimo.
(3) Atsparumas karščiui. Įrankio medžiagos atsparumas karščiui yra geresnis, jis gali atlaikyti aukštą pjovimo temperatūrą ir turi gerą atsparumą oksidacijai.
(4) Proceso efektyvumas ir ekonomiškumas. Įrankių medžiagos turi būti gerai kalimo, terminio apdorojimo, suvirinimo, šlifavimo ir tt našumo, turi būti aukšto našumo ir kainos santykio.
2. Įrankių medžiagų rūšys, savybės, charakteristikos ir panaudojimas
1. Deimantinių įrankių medžiagų rūšys, savybės ir charakteristikos bei įrankių panaudojimas
Deimantas yra anglies alotropas ir yra kiečiausia gamtoje randama medžiaga. Deimantiniai įrankiai pasižymi dideliu kietumu, dideliu atsparumu dilimui ir aukštu šilumos laidumu, plačiai naudojami spalvotųjų metalų ir nemetalinių medžiagų apdirbimui. Ypač dideliu greičiu pjaunant aliuminį ir silicio-aliuminio lydinius, deimantiniai įrankiai yra pagrindiniai sunkiai pakeičiami pjovimo įrankiai. Deimantiniai įrankiai, galintys pasiekti aukštą efektyvumą, aukštą stabilumą ir ilgalaikį apdirbimą, yra nepakeičiami ir svarbūs įrankiai šiuolaikiniame CNC apdirbime.
paveikslėlį
⑴ Deimantinių įrankių tipai
① Natūralaus deimanto įrankis: natūralus deimantas buvo naudojamas kaip pjovimo įrankis šimtus metų. Natūralus vieno kristalo deimantinis įrankis buvo smulkiai šlifuotas, o pjovimo briauna gali būti šlifuota itin aštriai. Pjovimo briaunos spindulys gali siekti 0,002 μm, o tai gali atlikti itin ploną pjovimą ir gali Tai pripažintas, idealus ir nepakeičiamas itin tikslus apdirbimo įrankis, skirtas apdirbti itin dideliu ruošinio tikslumu ir itin mažu paviršiaus šiurkštumu.
② PCD deimantinis įrankis: natūralus deimantas yra brangus, o polikristalinis deimantas (PCD) plačiai naudojamas pjovimui. Nuo aštuntojo dešimtmečio pradžios buvo kuriamas polikristalinis deimantas (sutrumpintai – polikristalinis deimantas, PCD). Po sėkmės natūralūs deimantiniai įrankiai daugeliu atvejų buvo pakeisti dirbtiniu polikristaliniu deimantu. PCD žaliavos yra turtingos šaltinių, o jos kaina yra tik kelios dešimtosios iki dešimtosios natūralių deimantų.
PCD įrankiai negali šlifuoti itin aštrių briaunų, o apdirbamų ruošinių paviršiaus kokybė nėra tokia gera kaip natūralaus deimanto. Pramonėje nėra patogu gaminti PCD įdėklus su lustų laužikliais. Todėl PCD gali būti naudojamas tik smulkiam spalvotųjų metalų ir nemetalų pjovimui, be to, sunku pasiekti itin tikslų veidrodinį pjovimą.
③ CVD deimantiniai įrankiai: nuo aštuntojo dešimtmečio pabaigos iki devintojo dešimtmečio pradžios CVD deimantų technologija pasirodė Japonijoje. CVD deimantas reiškia deimantinės plėvelės sintezę ant nevienalyčių substratų (tokių kaip cementuotas karbidas, keramika ir kt.) cheminio nusodinimo garais (CVD) būdu. CVD deimantas turi lygiai tokią pačią struktūrą ir savybes kaip ir natūralus deimantas.
CVD deimanto našumas labai panašus į natūralų deimantą ir turi natūralaus monokristalinio deimanto ir polikristalinio deimanto (PCD) privalumus ir tam tikru mastu įveikia jų trūkumus.
⑵ Deimantinių įrankių veikimo charakteristikos
① Itin didelis kietumas ir atsparumas dilimui: natūralus deimantas yra kiečiausia gamtoje randama medžiaga. Deimantas pasižymi itin dideliu atsparumu dilimui. Apdorojant didelio kietumo medžiagas, deimantinių įrankių tarnavimo laikas yra 10–100 kartų didesnis nei cementinio karbido įrankių ar net šimtus kartų.
② Jis turi labai mažą trinties koeficientą: trinties koeficientas tarp deimantų ir kai kurių spalvotųjų metalų yra mažesnis nei kitų pjovimo įrankių, trinties koeficientas yra mažas, deformacija apdirbant yra maža, o pjovimo jėga gali būti sumažintas.
③ Pjovimo briauna labai aštri: deimantinių įrankių pjovimo briauna gali būti pagaląsta, o natūralaus vieno kristalo deimantinio įrankio aukštis gali siekti 0.002-0.008 μm, kuris gali būti naudojamas ypač - plonas pjovimas ir itin tikslus apdirbimas.
④ Turi aukštą šilumos laidumą: deimantas turi didelį šilumos laidumą ir šilumos difuziją, pjovimo šiluma lengvai išsisklaido, o įrankio pjovimo dalies temperatūra yra žema.
⑤ Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas: deimantų šiluminio plėtimosi koeficientas yra kelis kartus mažesnis nei cementuoto karbido, o įrankio dydžio pokytis dėl pjovimo karščio yra labai mažas, o tai ypač svarbu atliekant tikslią ir itin tikslią apdirbimą, kuriam reikalingas didelis matmenų tikslumas.
⑶ Deimantinių įrankių taikymas
Deimantiniai įrankiai dažniausiai naudojami smulkiam spalvotųjų metalų ir nemetalinių medžiagų pjovimui ir gręžimui dideliu greičiu. Tinka apdirbti įvairius dilimui atsparius nemetalus, tokius kaip FRP miltelinės metalurgijos ruošiniai, keraminės medžiagos ir kt.; įvairūs dilimui atsparūs spalvotieji metalai, pavyzdžiui, įvairūs silicio-aliuminio lydiniai; įvairus spalvotųjų metalų apdailos apdirbimas.
Deimantinių įrankių trūkumas yra tas, kad jie turi prastą terminį stabilumą. Kai pjovimo temperatūra viršija 700–800 laipsnių, jis visiškai praras savo kietumą; be to, netinka juodiesiems metalams pjauti, nes deimantą (anglį) lengva surišti su geležimi esant aukštai temperatūrai. Atominis veiksmas paverčia anglies atomus į grafito struktūrą, todėl įrankis lengvai pažeidžiamas.
2. Kubinių boro nitrido įrankių medžiagos rūšys, savybės ir charakteristikos bei įrankių panaudojimas
Kubinis boro nitridas (CBN), antra itin kieta medžiaga, susintetinta panašiu į deimantą metodu, pagal kietumą ir šilumos laidumą nusileidžia tik deimantui. Jis pasižymi puikiu šiluminiu stabilumu ir gali būti įkaitintas iki 10,000 laipsnių atmosferoje. Oksidacija nevyksta. CBN pasižymi itin stabiliomis juodųjų metalų cheminėmis savybėmis ir gali būti plačiai naudojamas plieno gaminių apdirbimui.
paveikslėlį
⑴ Kubinių boro nitrido pjovimo įrankių tipai
Kubinis boro nitridas (CBN) yra gamtoje neegzistuojanti medžiaga. Jį galima suskirstyti į monokristalinį ir polikristalinį, tai yra, CBN monokristalinį ir polikristalinį kubinį boro nitridą (polikristalinis kubinis bornnitridas, vadinamas PCBN). CBN yra vienas iš boro nitrido (BN) izomerų, o jo struktūra panaši į deimanto.
PCBN (polikristalinis kubinis boro nitridas) yra polikristalinė medžiaga, kuri aukštoje temperatūroje ir aukštame slėgyje sukepina smulkias CBN medžiagas per surišimo fazę (TiC, TiN, Al, Ti ir kt.). Deimantinė įrankių medžiaga, ji ir deimantas bendrai vadinamos itin kietų įrankių medžiaga. PCBN daugiausia naudojamas peiliams ar kitiems įrankiams gaminti.
PCBN įrankius galima suskirstyti į vientisus PCBN įdėklus ir PCBN kompozitinius įdėklus, sukepintus cementiniu karbidu.
PCBN kompozitiniai įdėklai gaminami sukepinant PCBN sluoksnį, kurio storis nuo {{0}},5 iki 1,0 mm ant cementinio karbido, kurio tvirtumas ir kietumas yra geras. Jo eksploatacinės savybės pasižymi geru kietumu ir dideliu kietumu bei atsparumu dilimui. Išspręstos CBN įdėklų mažo atsparumo lenkimui ir suvirinimo sunkumų problemos.
⑵ Pagrindinės kubinio boro nitrido savybės ir charakteristikos
Nors kubinio boro nitrido kietumas yra šiek tiek prastesnis už deimantą, jis yra daug didesnis nei kitų didelio kietumo medžiagų. Išskirtinis CBN pranašumas yra tas, kad jo terminis stabilumas yra daug didesnis nei deimantų, kuris gali siekti daugiau nei 1200 laipsnių (700-800 laipsnis deimantams). reakcija. Pagrindinės kubinio boro nitrido veikimo charakteristikos yra šios.
① Didelis kietumas ir atsparumas dilimui: CBN kristalinė struktūra yra panaši į deimantų struktūrą ir yra panaši į deimanto kietumą ir stiprumą. PCBN ypač tinka didelio kietumo medžiagoms, kurias buvo galima tik prieš tai šlifuoti, apdirbti ir gali gauti geresnę ruošinių paviršiaus kokybę.
② Didelis terminis stabilumas: CBN atsparumas karščiui gali siekti 1400-1500 laipsnį, o tai yra beveik 1 kartą didesnis nei deimanto (700-800 laipsnis). PCBN įrankiai gali pjauti aukštos temperatūros lydinius ir grūdintą plieną 3–5 kartus didesniu greičiu nei naudojant cementinio karbido įrankius.
③ Puikus cheminis stabilumas: jis neturi cheminės sąveikos su geležies pagrindu pagamintomis medžiagomis 1200-1300 laipsniu ir nenusidėvės taip smarkiai, kaip deimantas, ir šiuo metu gali išlaikyti cementuoto karbido kietumą; PCBN įrankiai tinka grūdinto plieno dalims ir atšaldytam ketui pjaustyti, gali būti plačiai naudojami greitam ketaus pjovimui.
④ Geras šilumos laidumas: nors CBN šilumos laidumas nėra toks geras kaip deimantų, PCBN šilumos laidumas yra antras po deimantų tarp įvairių įrankių medžiagų ir yra daug didesnis nei greitaeigio plieno ir cementuoto karbido.
⑤ Mažas trinties koeficientas: mažas trinties koeficientas gali sumažinti pjovimo jėgą pjovimo metu, sumažinti pjovimo temperatūrą ir pagerinti apdirbamo paviršiaus kokybę.
⑶ Kubinio boro nitrido įrankio taikymas
Kubinis boro nitridas tinka įvairioms sunkiai pjaustomoms medžiagoms, tokioms kaip grūdintas plienas, kietas ketus, aukštos temperatūros lydinys, kietasis lydinys ir paviršių purškiamos medžiagos, apdailai. Apdirbimo tikslumas gali siekti IT5 (skylė yra IT6), o paviršiaus šiurkštumas gali būti toks mažas kaip Ra1.{6}}.20 μm.
Kubinė boro nitrido įrankių medžiaga turi prastą kietumą ir atsparumą lenkimui. Todėl kubiniai boro nitrido tekinimo įrankiai netinka grubiam apdirbimui mažu greičiu ir didele smūgio apkrova; Metalo atveju atsiras stiprus užstatymas, dėl kurio pablogės apdirbtas paviršius.
3. Keraminių įrankių medžiagų rūšys, savybės ir charakteristikos bei įrankių panaudojimas
Keraminiai pjovimo įrankiai pasižymi dideliu kietumu, dideliu atsparumu dilimui, puikiu atsparumu karščiui ir cheminiu stabilumu, todėl juos nelengva sujungti su metalu. Keraminiai pjovimo įrankiai CNC apdirbime užima labai svarbią vietą. Keraminiai pjovimo įrankiai tapo vienu iš pagrindinių pjovimo įrankių, skirtų dideliu greičiu pjauti ir sunkiai apdirbamoms medžiagoms apdoroti. Keraminiai pjovimo įrankiai plačiai naudojami greitam pjovimui, sausam pjovimui, kietam pjovimui ir sunkiai apdirbamų medžiagų pjovimui. Keraminiai peiliai gali efektyviai apdirbti labai kietas medžiagas, kurių tradiciniai peiliai apskritai negali apdoroti, ir realizuoti „šlifavimo pakeitimą automobiliu“; optimalus keraminių peilių pjovimo greitis gali būti nuo 2 iki 10 kartų didesnis nei cementinio karbido peilių, todėl labai pagerėja pjovimo apdirbimo gamybos efektyvumas Pagrindinė keraminių įrankių medžiagose naudojama žaliava yra gausiausias elementas žemės plutoje. Todėl keraminių įrankių populiarinimas ir pritaikymas turi didelę reikšmę gerinant našumą, mažinant apdirbimo kaštus, taupant strateginius tauriuosius metalus, taip pat labai skatins pjovimo technologijų plėtrą. progresas.
paveikslėlį
⑴ Keraminių įrankių medžiagų rūšys
Keraminių įrankių medžiagų tipus paprastai galima suskirstyti į tris kategorijas: keramiką aliuminio oksido pagrindu, keramiką silicio nitrido pagrindu ir sudėtinę silicio nitrido ir aliuminio oksido keramiką. Tarp jų plačiausiai naudojamos aliuminio oksido ir silicio nitrido keraminės įrankių medžiagos. Silicio nitrido pagrindu pagamintos keramikos savybės yra pranašesnės nei keramikos aliuminio oksido pagrindu.
⑵ Keraminių pjovimo įrankių veikimas ir charakteristikos
Keraminių pjovimo įrankių veikimo charakteristikos yra šios:
① Didelis kietumas ir geras atsparumas dilimui: nors keraminių įrankių kietumas nėra toks didelis kaip PCD ir PCBN, jis yra daug didesnis nei cementuoto karbido ir greitaeigių plieno įrankių ir pasiekia 93-95HRA. Keraminiais įrankiais galima apdoroti didelio kietumo medžiagas, kurias sunku apdirbti tradiciniais įrankiais, tinka pjovimui dideliu greičiu ir kietam pjovimui.
② Atsparumas aukštai temperatūrai ir geras atsparumas karščiui: Keraminiai įrankiai vis tiek gali pjauti aukštesnėje nei 1200 laipsnių temperatūroje. Keraminiai peiliai pasižymi geromis aukštos temperatūros mechaninėmis savybėmis, o A12O3 keraminių peilių atsparumas oksidacijai yra ypač geras. Net jei pjovimo briauna yra labai įkaitusi, ją galima naudoti nuolat. Todėl keraminiais įrankiais galima pasiekti sauso pjovimo, o tai gali sutaupyti pjovimo skysčio.
③ Geras cheminis stabilumas: keraminius pjovimo įrankius nėra lengva sujungti su metalu, jie yra atsparūs korozijai ir chemiškai stabilūs, o tai gali sumažinti pjovimo įrankių susidėvėjimą.
④ Mažas trinties koeficientas: Keraminių pjovimo įrankių ir metalo giminingumas yra mažas, o trinties koeficientas yra mažas, todėl gali sumažėti pjovimo jėga ir pjovimo temperatūra.
⑶ Keraminių peilių naudojimas
Keramika yra viena iš įrankių medžiagų, daugiausia naudojamų greitajai apdailai ir pusapdailavimui. Keraminiai pjovimo įrankiai tinka visų rūšių ketui (pilkui ketui, kaliajam ketui, kaliajam ketui, atšaldytam ketui, labai legiruotam dilimui atspariam ketui) ir plienui (anglies konstrukcinis plienas, legiruotasis konstrukcinis plienas, didelio stiprumo plienas) pjauti. , daug mangano turintis plienas, grūdintas plienas ir kt.), taip pat gali būti naudojamas vario lydiniams, grafitui, inžineriniam plastikui ir kompozicinėms medžiagoms pjaustyti.
Keraminių įrankių medžiagų, kurios netinkamos pjauti esant mažam greičiui ir smūgio apkrovai, veikimo problemų kyla dėl mažo stiprumo lenkimo ir prasto atsparumo smūgiams.
paveikslėlį
4. Dengtų pjovimo įrankių medžiagų savybės ir charakteristikos bei pjovimo įrankių panaudojimas
Įrankio dengimas yra vienas iš svarbių būdų pagerinti įrankio veikimą. Dengtų pjovimo įrankių atsiradimas padarė didelį proveržį pjovimo įrankių pjovimo našumo srityje. Padengtas įrankis yra padengtas vienu ar keliais ugniai atsparaus junginio sluoksniais, turinčiais gerą atsparumą dilimui ant kietesnio įrankio korpuso, kuris sujungia įrankio pagrindą su kieta danga, todėl įrankio veikimas labai pagerėja. Dengti pjovimo įrankiai gali pagerinti apdorojimo efektyvumą, pagerinti apdorojimo tikslumą, pailginti įrankio tarnavimo laiką ir sumažinti apdorojimo išlaidas.
Apie 80 procentų pjovimo įrankių, naudojamų naujose CNC staklėse, naudojami dengti įrankiai. Dengti pjovimo įrankiai ateityje bus svarbiausia įrankių įvairovė CNC apdirbimo srityje.
paveikslėlį
⑴ Dengtų įrankių tipai
Pagal skirtingus dengimo būdus padengtus įrankius galima suskirstyti į cheminio nusodinimo garais (CVD) dengtus įrankius ir fizinio nusodinimo garais (PVD) padengtus įrankius. Dengtuose karbido įrankiuose paprastai naudojamas cheminis nusodinimas garais, o nusodinimo temperatūra yra apie 1000 laipsnių. Dengti greitaeigiai plieniniai įrankiai paprastai naudoja fizinį nusodinimą garais, o nusodinimo temperatūra yra apie 500 laipsnių;
Pagal skirtingas padengtų įrankių pagrindo medžiagas, padengtus įrankius galima suskirstyti į karbidu dengtus įrankius, greitaeigius plienu dengtus įrankius ir keramikos bei itin kietų medžiagų (deimantų ir kubinio boro nitrido) dengtus įrankius.
Pagal dangos medžiagos pobūdį dengtus įrankius galima suskirstyti į dvi kategorijas: „kietai“ padengtus įrankius ir „minkštus“ padengtus įrankius. Pagrindiniai „kietai“ padengtų įrankių tikslai yra didelis kietumas ir atsparumas dilimui. Pagrindiniai jo privalumai yra didelis kietumas ir geras atsparumas dilimui, dažniausiai TiC ir TiN dangos. „Minkštos“ dangos įrankių tikslas – mažas trinties koeficientas, dar vadinamas savaime sutepančiais įrankiais, ir jo trintis su ruošinio medžiaga Koeficientas yra labai mažas, tik apie 0,1, o tai gali sumažinti. klijuoti, sumažinti trintį, sumažinti pjovimo jėgą ir pjovimo temperatūrą.
Neseniai sukurtas nano dangos (Nanoeoating) įrankis. Šiame padengtame įrankyje galima naudoti skirtingus įvairių dangos medžiagų derinius (pvz., metalą/metalą, metalą/keramiką, keramiką/keramiką ir kt.), kad atitiktų skirtingus funkcinius ir veikimo reikalavimus. Dėl tinkamai suprojektuotos nanodangos įrankio medžiaga gali turėti puikias antitrinties ir nusidėvėjimo funkcijas bei savaiminio tepimo savybes, todėl tinka greitam sausam pjovimui.
⑵ Padengtų įrankių charakteristikos
Dengtų įrankių eksploatacinės charakteristikos yra šios:
① Geros mechaninės ir pjovimo savybės: padengti įrankiai sujungia puikias pagrindo ir dangos medžiagos savybes, kurios ne tik išlaiko gerą pagrindo kietumą ir didelį stiprumą.
