ترکیبی از تجهیزات پردازش پیشرفته و ابزارهای برش CNC با کارایی بالا می تواند عملکرد مناسب خود را به خوبی بازی کند و به مزایای اقتصادی خوبی دست یابد. با توسعه سریع مواد ابزار برش، مواد مختلف ابزار برش جدید خواص فیزیکی، مکانیکی و عملکرد برش خود را تا حد زیادی بهبود بخشیده اند و دامنه کاربرد آنها نیز همچنان در حال گسترش است.
1. مواد ابزار باید دارای خواص اساسی باشند
انتخاب مواد ابزار تاثیر زیادی بر عمر ابزار، راندمان پردازش، کیفیت پردازش و هزینه پردازش دارد. هنگامی که ابزار در حال برش است، باید اثرات فشار بالا، دمای بالا، اصطکاک، ضربه و لرزش را تحمل کند. بنابراین، مواد ابزار باید دارای ویژگی های اساسی زیر باشد:
(1) سختی و مقاومت در برابر سایش. سختی مواد ابزار باید بیشتر از سختی مواد قطعه کار باشد، معمولاً بالاتر از 60HRC. هرچه مواد ابزار سخت تر باشد، مقاومت در برابر سایش بهتر است.
(2) قدرت و استحکام. مواد ابزار باید استحکام و چقرمگی بالایی داشته باشند تا در برابر نیروهای برشی، ضربه ها و ارتعاشات مقاومت کنند و از شکستگی و بریدگی ابزار جلوگیری کنند.
(3) مقاومت در برابر حرارت. مقاومت حرارتی مواد ابزار بهتر است، می تواند دمای برش بالا را تحمل کند و مقاومت اکسیداسیون خوبی دارد.
(4) عملکرد و اقتصاد فرآیند. مواد ابزار باید عملکرد آهنگری خوب، عملکرد عملیات حرارتی، عملکرد جوشکاری، عملکرد سنگ زنی و غیره داشته باشند و باید نسبت عملکرد به قیمت بالا را دنبال کنند.
2. انواع، خواص، خصوصیات و کاربردهای مواد ابزار
1. انواع، خواص و ویژگی های مواد ابزار الماس و کاربردهای ابزار
الماس آلوتروپ کربن است و سخت ترین ماده موجود در طبیعت است. ابزارهای الماسی دارای سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و هدایت حرارتی بالا هستند و به طور گسترده در پردازش فلزات غیر آهنی و مواد غیر فلزی استفاده می شوند. به خصوص در برش پرسرعت آلومینیوم و آلیاژهای سیلیکون-آلومینیوم، ابزارهای الماسی اصلی ترین انواع ابزارهای برشی هستند که جایگزینی آنها دشوار است. ابزارهای الماسی که می توانند به راندمان بالا، پایداری بالا و ماشینکاری با عمر طولانی دست یابند، ابزارهای ضروری و مهم در ماشینکاری مدرن CNC هستند.
⑴ انواع ابزار الماس
① ابزار الماس طبیعی: صدها سال است که از الماس طبیعی به عنوان ابزار برش استفاده می شود. ابزار الماس تک کریستالی طبیعی به خوبی آسیاب شده است و لبه برش را می توان بسیار تیز آسیاب کرد. شعاع لبه برش میتواند به 0.002μm برسد که میتواند برش فوقالعاده نازک را انجام دهد و میتواند یک ابزار ماشینکاری فوقالعاده دقیق، ایدهآل و غیرقابل تعویض برای پردازش با دقت بسیار بالا قطعه کار و زبری سطح بسیار کم است.
② ابزار الماس PCD: الماس طبیعی گران است و الماس پلی کریستالی (PCD) به طور گسترده در برش استفاده می شود. از اوایل دهه 1970، الماس پلی کریستالی (الماس پلی کریستالین، به اختصار PCD) توسعه یافت. مواد اولیه PCD از نظر منابع غنی هستند و قیمت آن تنها چند دهم تا یک دهم الماس طبیعی است.
ابزارهای PCD نمی توانند لبه های بسیار تیز را آسیاب کنند و کیفیت سطح قطعات کار پردازش شده به خوبی الماس طبیعی نیست. ساخت درج های PCD با تراشه شکن در صنعت راحت نیست. بنابراین، PCD را فقط می توان برای برش ریز فلزات غیر آهنی و غیر فلزات استفاده کرد و دستیابی به برش آینه ای بسیار دقیق دشوار است.
③ ابزار الماس CVD: از اواخر دهه 1970 تا اوایل دهه 1980، فناوری الماس CVD در ژاپن ظاهر شد. الماس CVD به سنتز فیلم الماس بر روی بسترهای ناهمگن (مانند کاربید سیمانی، سرامیک و غیره) توسط رسوب شیمیایی بخار (CVD) اشاره دارد. الماس CVD دقیقا همان ساختار و ویژگی های الماس طبیعی را دارد.
عملکرد الماس CVD بسیار نزدیک به الماس طبیعی است و مزایای الماس تک کریستالی طبیعی و الماس پلی کریستالی (PCD) را دارد و تا حدی بر کاستی های آنها غلبه می کند.
⑵ ویژگی های عملکرد ابزار الماس
① سختی و مقاومت در برابر سایش بسیار بالا: الماس طبیعی سخت ترین ماده موجود در طبیعت است. الماس مقاومت به سایش بسیار بالایی دارد. هنگام پردازش مواد با سختی بالا، عمر ابزارهای الماسی 10 تا 100 برابر ابزارهای کاربید سیمانی یا حتی صدها برابر است.
② ضریب اصطکاک بسیار پایینی دارد: ضریب اصطکاک بین الماس و برخی فلزات غیر آهنی کمتر از سایر ابزارهای برش است، ضریب اصطکاک کم است، تغییر شکل در حین پردازش کم است و نیروی برش می تواند کاهش یابد.
③ لبه برش بسیار تیز است: لبه برش ابزارهای الماس را می توان تیز کرد و ابزار الماس تک کریستال طبیعی می تواند به ارتفاع 0 برسد.002-0.008μm، که می تواند برای فوق العاده استفاده شود. -برش نازک و ماشینکاری فوق العاده دقیق.
④ دارای رسانایی حرارتی بالا: الماس دارای هدایت حرارتی و نفوذ حرارتی بالا است، گرمای برش به راحتی از بین می رود و دمای قسمت برش ابزار کم است.
⑤ ضریب انبساط حرارتی پایین: ضریب انبساط حرارتی الماس چندین برابر کوچکتر از کاربید سیمانی است و تغییر در اندازه ابزار ناشی از حرارت برش بسیار کم است، که به ویژه برای ماشینکاری با دقت و فوق العاده دقیق که نیاز به ماشینکاری بالا دارد، مهم است. دقت ابعادی
⑶ استفاده از ابزار الماس
ابزار الماس بیشتر برای برش ریز و سوراخ کردن فلزات غیر آهنی و مواد غیر فلزی با سرعت بالا استفاده می شود. برای پردازش انواع غیر فلزات مقاوم در برابر سایش، مانند مواد متالورژی پودر FRP، مواد سرامیکی و غیره مناسب است. انواع فلزات غیر آهنی مقاوم در برابر سایش، مانند آلیاژهای مختلف سیلیکون و آلومینیوم؛ پردازش های مختلف تکمیل فلزات غیر آهنی.
عیب ابزارهای الماسی این است که پایداری حرارتی ضعیفی دارند. هنگامی که دمای برش از 700 درجه تا 800 درجه بیشتر شود، سختی خود را کاملاً از دست می دهد. علاوه بر این، برای برش فلزات آهنی مناسب نیست، زیرا الماس (کربن) به راحتی با آهن در دماهای بالا متصل می شود. عمل اتمی اتمهای کربن را به ساختار گرافیت تبدیل میکند و ابزار به راحتی آسیب میبیند.
2. انواع، خواص و ویژگی های مواد ابزار نیترید بور مکعبی و کاربردهای ابزار
نیترید بور مکعبی (CBN)، دومین ماده فوق سختی که با روشی مشابه الماس سنتز می شود، از نظر سختی و رسانایی حرارتی پس از الماس در رتبه دوم قرار دارد. پایداری حرارتی عالی دارد و می توان آن را تا 10،{1}} درجه در جو گرم کرد. اکسیداسیون رخ نمی دهد. CBN دارای خواص شیمیایی بسیار پایدار برای فلزات آهنی است و می تواند به طور گسترده در پردازش محصولات فولادی استفاده شود.
تصویر
⑴ انواع ابزارهای برش نیترید بور مکعبی
نیترید بور مکعبی (CBN) ماده ای است که در طبیعت وجود ندارد. می توان آن را به تک کریستال و پلی کریستال تقسیم کرد، یعنی نیترید بور مکعبی تک کریستال CBN و نیترید بور مکعبی چند کریستالی (پلی کریستالین مکعبی که به آن PCBN گفته می شود). CBN یکی از ایزومرهای نیترید بور (BN) است و ساختار آن شبیه به الماس است.
PCBN (نیترید بور مکعبی پلی کریستالی) یک ماده پلی کریستالی است که مواد CBN ریز را از طریق فاز پیوند (TiC، TiN، Al، Ti و غیره) تحت دمای بالا و فشار بالا تف جوشی می کند. مواد ابزار الماس، آن و الماس در مجموع به عنوان مواد ابزار فوق سخت شناخته می شود. PCBN عمدتاً برای ساخت چاقو یا ابزارهای دیگر استفاده می شود.
ابزارهای PCBN را می توان به درج های PCBN یکپارچه و درج های کامپوزیت PCBN متخلخل با کاربید سیمانی تقسیم کرد.
درج های کامپوزیت PCBN از پخت یک لایه PCBN به ضخامت 5/0 تا 1 میلی متر بر روی یک کاربید سیمانی با استحکام و چقرمگی خوب ساخته می شوند. عملکرد آن هم چقرمگی خوب و هم سختی و مقاومت در برابر سایش بالایی دارد. مشکلات مقاومت خمشی کم و مشکلات جوشکاری درج های CBN حل شده است.
⑵ خواص و ویژگی های اصلی نیترید بور مکعبی
اگرچه سختی نیترید بور مکعبی کمی کمتر از الماس است، اما بسیار بالاتر از سایر مواد با سختی بالا است. مزیت برجسته CBN این است که پایداری حرارتی آن بسیار بالاتر از الماس است که می تواند به بالای 1200 درجه برسد (700-800 درجه برای الماس). واکنش. مشخصات عملکرد اصلی نیترید بور مکعبی به شرح زیر است.
① سختی بالا و مقاومت در برابر سایش: ساختار کریستالی CBN مشابه الماس است و سختی و استحکام مشابهی با الماس دارد. PCBN مخصوصاً برای پردازش مواد با سختی بالا که فقط قبلاً میتوانستند آسیاب شوند، مناسب است و میتواند کیفیت سطح بهتری از قطعات کار را بدست آورد.
② پایداری حرارتی بالا: مقاومت حرارتی CBN میتواند به 1400-1500 درجه برسد، که تقریباً ۱ برابر بیشتر از الماس (700-800 درجه) است. ابزارهای PCBN می توانند آلیاژهای با دمای بالا و فولادهای سخت شده را با سرعت 3 تا 5 برابر بیشتر از ابزارهای کاربید سیمانی برش دهند.
③پایداری شیمیایی عالی: برهمکنش شیمیایی با مواد مبتنی بر آهن در درجه 1200-1300 ندارد و به شدت الماس فرسوده نمی شود و همچنان می تواند سختی کاربید سیمانی را در این زمان حفظ کند. ابزارهای PCBN برای برش قطعات فولادی سخت شده و چدن سرد شده مناسب هستند، می توانند به طور گسترده در برش با سرعت بالا چدن استفاده شوند.
④ رسانایی حرارتی خوب: اگرچه رسانایی حرارتی CBN به خوبی الماس نیست، رسانایی حرارتی PCBN بعد از الماس در میان مواد مختلف ابزار دوم است و بسیار بالاتر از فولاد پرسرعت و کاربید سیمانی است.
⑤ ضریب اصطکاک کم: ضریب اصطکاک کم می تواند نیروی برش را در حین برش کاهش دهد، دمای برش را کاهش دهد و کیفیت سطح ماشینکاری شده را بهبود بخشد.
⑶ کاربرد ابزار نیترید بور مکعبی
نیترید بور مکعبی برای تکمیل مواد مختلف سخت برش مانند فولاد سخت شده، چدن سخت، آلیاژ با دمای بالا، آلیاژ سخت و مواد پاشش سطحی مناسب است. دقت ماشینکاری میتواند به IT5 برسد (سوراخ IT6 است)، و زبری سطح میتواند به کوچکی Ra1 باشد.{6}}.20μm.
مواد ابزار نیترید بور مکعبی چقرمگی و استحکام خمشی ضعیفی دارد. بنابراین، ابزارهای تراشکاری نیترید بور مکعبی برای ماشینکاری خشن با سرعت کم و بار ضربه ای بالا مناسب نیستند. لبه ساخته شده شدید در مورد فلز رخ می دهد که سطح ماشینکاری شده را خراب می کند.
3. انواع، خواص و ویژگی های مواد ابزار سرامیکی و کاربردهای ابزار
ابزارهای برش سرامیکی دارای ویژگی های سختی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، مقاومت عالی در برابر حرارت و پایداری شیمیایی هستند و به راحتی با فلز متصل نمی شوند. ابزارهای برش سرامیک جایگاه بسیار مهمی در ماشینکاری CNC دارند. ابزارهای برش سرامیکی به یکی از اصلی ترین ابزارهای برش برای برش و پردازش مواد با سرعت بالا تبدیل شده اند. ابزارهای برش سرامیکی به طور گسترده ای در برش با سرعت بالا، برش خشک، برش سخت و برش مواد سخت استفاده می شود. چاقوهای سرامیکی می توانند مواد بسیار سختی را که چاقوهای سنتی به هیچ وجه نمی توانند پردازش کنند، به خوبی پردازش کنند و متوجه «جایگزینی آسیاب با ماشین» شوند. سرعت برش بهینه چاقوهای سرامیکی می تواند 2 تا 10 برابر بیشتر از چاقوهای کاربید سیمانی باشد، بنابراین راندمان تولید پردازش برش را تا حد زیادی بهبود می بخشد. بنابراین، محبوبیت و استفاده از ابزارهای سرامیکی برای بهبود بهره وری، کاهش هزینه های پردازش و صرفه جویی در فلزات گرانبها استراتژیک از اهمیت زیادی برخوردار است و همچنین توسعه فناوری برش را تا حد زیادی ارتقا می دهد. پیش رفتن.
⑴ انواع مواد ابزار سرامیکی
انواع مواد ابزار سرامیکی را می توان به طور کلی به سه دسته تقسیم کرد: سرامیک های مبتنی بر آلومینا، سرامیک های مبتنی بر نیترید سیلیکون و سرامیک های مبتنی بر نیترید سیلیکون-آلومینا. در این میان، مواد ابزار سرامیکی مبتنی بر آلومینا و نیترید سیلیکون بیشترین استفاده را دارند. عملکرد سرامیک های مبتنی بر نیترید سیلیکون نسبت به سرامیک های مبتنی بر آلومینا برتر است.
⑵ عملکرد و ویژگی های ابزار برش سرامیکی
ویژگی های عملکرد ابزارهای برش سرامیکی به شرح زیر است:
① سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب: اگرچه سختی ابزارهای سرامیکی به اندازه PCD و PCBN نیست، اما از سختی کاربید سیمانی و ابزار فولادی با سرعت بالا بسیار بالاتر است و به 93-95HRA میرسد. ابزارهای سرامیکی می توانند مواد با سختی بالا را پردازش کنند که پردازش آنها با ابزارهای سنتی دشوار است و برای برش با سرعت بالا و برش سخت مناسب هستند.
② مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر حرارت خوب: ابزارهای سرامیکی هنوز هم می توانند در دمای بالای 1200 درجه برش دهند. چاقوهای سرامیکی خواص مکانیکی خوبی در دمای بالا دارند و مقاومت در برابر اکسیداسیون چاقوهای سرامیکی A12O3 به ویژه خوب است. حتی اگر لبه برش در حالت قرمز داغ باشد، می توان به طور مداوم از آن استفاده کرد. بنابراین، ابزارهای سرامیکی می توانند به برش خشک دست یابند که می تواند باعث صرفه جویی در مایع برش شود.
③ پایداری شیمیایی خوب: ابزارهای برش سرامیکی به راحتی با فلز متصل نمی شوند و در برابر خوردگی مقاوم هستند و از نظر شیمیایی پایدار هستند که می تواند سایش اتصال ابزارهای برش را کاهش دهد.
④ ضریب اصطکاک کم: میل ترکیبی بین ابزارهای برش سرامیکی و فلز کم است و ضریب اصطکاک کم است که می تواند نیروی برش و دمای برش را کاهش دهد.
⑶ استفاده از چاقوهای سرامیکی
سرامیک یکی از مواد ابزاری است که عمدتاً برای تکمیل و نیمه تکمیل با سرعت بالا استفاده می شود. ابزارهای برش سرامیکی برای برش انواع چدن (چدن خاکستری، چدن شکل پذیر، چدن چکش خوار، چدن سرد، چدن مقاوم در برابر سایش بالا) و فولاد (فولاد ساختاری کربن، فولاد ساختاری آلیاژی، فولاد با مقاومت بالا) مناسب هستند. ، فولاد منگنز بالا، فولاد خاموش شده و غیره)، همچنین می تواند برای برش آلیاژهای مس، گرافیت، پلاستیک های مهندسی و مواد کامپوزیت استفاده شود.
مشکلات مقاومت خمشی کم و چقرمگی ضربه ضعیف در عملکرد مواد ابزار سرامیکی وجود دارد که برای برش با سرعت کم و بار ضربه ای مناسب نیستند.
4. خواص و ویژگی های مواد ابزار برش پوشش دار و کاربرد ابزار برش
پوشش ابزار یکی از راه های مهم برای بهبود عملکرد ابزار است. ظهور ابزارهای برش روکش دار پیشرفت بزرگی در عملکرد برش ابزارهای برشی ایجاد کرده است. ابزار پوشش داده شده با یک یا چند لایه ترکیب نسوز با مقاومت سایشی خوب روی بدنه ابزار سختتر پوشانده میشود، که زیرلایه ابزار را با پوشش سخت ترکیب میکند، به طوری که عملکرد ابزار تا حد زیادی بهبود مییابد. ابزارهای برش پوشش داده شده می توانند راندمان پردازش را بهبود بخشند، دقت پردازش را بهبود بخشند، عمر ابزار را طولانی تر کنند و هزینه های پردازش را کاهش دهند.
حدود 80 درصد از ابزارهای برشی مورد استفاده در ماشین آلات جدید CNC از ابزارهای روکش دار استفاده می کنند. ابزارهای برش روکش دار مهم ترین انواع ابزار در زمینه ماشینکاری CNC در آینده خواهند بود.
⑴ انواع ابزار روکش دار
با توجه به روش های مختلف پوشش، ابزارهای پوشش داده شده را می توان به ابزارهای پوشش داده شده با رسوب بخار شیمیایی (CVD) و ابزارهای پوشش داده شده با رسوب بخار فیزیکی (PVD) تقسیم کرد. ابزار کاربید پوشش داده شده به طور کلی از رسوب بخار شیمیایی استفاده می کنند و دمای رسوب حدود 1000 درجه است. ابزارهای فولادی با سرعت بالا پوشش داده شده معمولاً از رسوب فیزیکی بخار استفاده می کنند و دمای رسوب حدود 500 درجه است.
با توجه به مواد مختلف زیرلایه ابزارهای پوشش داده شده، ابزارهای پوشش داده شده را می توان به ابزارهای روکش شده کاربید، ابزارهای پوشش داده شده فولادی با سرعت بالا و ابزارهای پوشش داده شده روی سرامیک و مواد فوق سخت (الماس و نیترید بور مکعبی) تقسیم کرد.
با توجه به ماهیت مواد پوشش، ابزار پوشش داده شده را می توان به دو دسته تقسیم کرد، یعنی ابزارهای پوشش داده شده "سخت" و ابزارهای پوشش داده شده "نرم". اهداف اصلی که توسط ابزارهای پوشش داده شده "سخت" دنبال می شود، سختی بالا و مقاومت در برابر سایش است. مزایای اصلی آن سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب است، معمولاً پوشش های TiC و TiN. هدفی که توسط ابزارهای پوشش "نرم" دنبال می شود، ضریب اصطکاک کم است که به عنوان ابزارهای خود روان کننده نیز شناخته می شود، و اصطکاک آن با مواد قطعه کار بسیار پایین است، فقط در حدود 0.1، که می تواند کاهش دهد. اتصال، کاهش اصطکاک، کاهش نیروی برش و دمای برش.
اخیرا یک ابزار نانو پوشش (Nanoeoating) توسعه داده است. این ابزار روکش شده میتواند از ترکیبهای مختلفی از مواد پوششدهنده مختلف (مانند فلز/فلز، فلز/سرامیک، سرامیک/سرامیک و غیره) برای برآوردن نیازهای عملکردی و عملکردی مختلف استفاده کند. یک پوشش نانویی که به درستی طراحی شده باشد می تواند باعث شود که مواد ابزار دارای عملکردهای ضد اصطکاک و ضد سایش و خواص خود روانکاری عالی باشد که برای برش خشک با سرعت بالا مناسب است.
⑵ ویژگی های ابزار پوشش داده شده
ویژگی های عملکرد ابزارهای پوشش داده شده به شرح زیر است:
① خواص مکانیکی و برشی خوب: ابزارهای پوشش داده شده خواص عالی مواد پایه و مواد پوشش را ترکیب می کنند.
این نه تنها چقرمگی خوب و استحکام بالای ماتریس را حفظ می کند، بلکه دارای سختی بالا، مقاومت در برابر سایش بالا و ضریب اصطکاک پایین پوشش است. بنابراین سرعت برش ابزار روکش دار را می توان بیش از 2 برابر ابزار بدون روکش افزایش داد و نرخ تغذیه بالاتر مجاز است. عمر ابزار پوشش داده شده نیز افزایش یافته است.
② تطبیق پذیری قوی: ابزارهای روکش دار تطبیق پذیری گسترده ای دارند و دامنه پردازش به طور قابل توجهی گسترش یافته است. یک ابزار روکش دار می تواند جایگزین چندین ابزار بدون روکش شود.
③ ضخامت پوشش: با افزایش ضخامت پوشش، عمر ابزار نیز افزایش می یابد، اما زمانی که ضخامت پوشش به حد اشباع برسد، عمر ابزار دیگر به میزان قابل توجهی افزایش نمی یابد. هنگامی که پوشش بیش از حد ضخیم است، به راحتی باعث لایه برداری می شود. هنگامی که پوشش بیش از حد نازک است، مقاومت در برابر سایش ضعیف است.
④ قابلیت سنگ زنی مجدد: تیغه های روکش دار قابلیت سنگ زنی مجدد ضعیف، تجهیزات پوشش پیچیده، نیازهای فرآیند بالا و زمان پوشش طولانی دارند.
⑤ مواد پوشش: ابزارهایی با مواد پوششی مختلف عملکرد برش متفاوتی دارند. به عنوان مثال: هنگام برش با سرعت کم، پوشش TiC یک مزیت دارد. هنگام برش با سرعت بالا، TiN مناسب تر است.
⑶ استفاده از ابزار پوشش داده شده
ابزارهای برش روکش دار پتانسیل بالایی در زمینه ماشینکاری CNC دارند و در آینده مهمترین تنوع ابزار در زمینه ماشینکاری CNC خواهند بود. فن آوری پوشش در آسیاب های انتهایی، گیره ها، مته ها، ابزارهای پردازش سوراخ مرکب، صفحه های چرخ دنده، برش های شکل دهنده چرخ دنده، برش های تراشیدن چرخ دنده، برش های شکل دهی و انواع درج های قابل نمایه سازی گیره ماشینی برای برآورده کردن الزامات برش با سرعت بالا فولاد و چدن استفاده شده است. ، آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و فلزات غیر آهنی و مواد دیگر.
5. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربردهای مواد ابزار کاربید سیمانی
ابزارهای برش کاربید، به ویژه ابزارهای برش کاربید شاخص، محصولات پیشرو در ابزارهای ماشینکاری CNC هستند. از دهه 1980، ابزارها یا تیغههای برش کاربید انتگرالپذیر و شاخصپذیر به انواع مختلف گسترش یافتند.
⑴ انواع ابزار کاربید سیمانی
با توجه به ترکیب شیمیایی اصلی، کاربید سیمانی را می توان به کاربید سیمانی مبتنی بر کاربید تنگستن و کاربید سیمانی مبتنی بر کربن تیتانیوم (نیترید) (TiC(N)) تقسیم کرد.
کاربید سیمانی مبتنی بر کاربید تنگستن شامل سه نوع تنگستن- کبالت (YG)، تنگستن- کبالت- تیتانیوم (YT) و کاربیدهای کمیاب (YW) است که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. اجزای اصلی کاربید تنگستن (WC)، کاربید تیتانیوم (TiC)، کاربید تانتالم (TaC)، کاربید نیوبیم (NbC) و غیره هستند و فاز بایندر فلزی که معمولاً استفاده میشود Co.
کاربید سیمانی مبتنی بر تیتانیوم کربن (نیترید) یک کاربید سیمانی با TiC به عنوان جزء اصلی است (برخی کاربیدها یا نیتریدهای دیگر اضافه می شوند) و فازهای چسبنده فلزی معمولاً Mo و Ni هستند.
ISO (سازمان بین المللی استاندارد) کاربید سیمانی برای برش را به سه دسته تقسیم می کند:
دسته K، از جمله Kl0~K40، معادل دسته YG کشور من است (جزء اصلی WC.Co است).
دسته P، از جمله P01~P50، معادل دسته YT کشور من است (عمدتا از WC.TiC.Co تشکیل شده است).
دسته M، از جمله M10~M40، معادل دسته YW کشور من است (جزء اصلی WC-TiC-TaC(NbC)-Co است).
هر درجه یک سری از آلیاژها از سختی بالا تا حداکثر چقرمگی را با اعداد بین 01 تا 50 نشان می دهد.
⑵ ویژگی های عملکرد ابزارهای برش کاربید سیمانی
ویژگی های عملکرد ابزارهای برش کاربید سیمانی به شرح زیر است:
① سختی بالا: ابزار برش کاربید سیمانی از کاربید با سختی و نقطه ذوب بالا (به نام فاز سخت) و چسب فلزی (به نام فاز باندینگ) به روش متالورژی پودر ساخته می شود و سختی آن به 89-93HRA بسیار بیشتر از فولاد پرسرعت، در دمای 5400 درجه سانتیگراد، سختی همچنان می تواند به 82-87HRA برسد، که همان سختی فولاد پرسرعت در دمای اتاق (83-86HRA) است. مقدار سختی کاربید سیمانی با ماهیت، کمیت، اندازه ذرات و محتوای فاز اتصال فلزی کاربید متفاوت است و به طور کلی با افزایش محتوای فاز فلزی پیوند کاهش مییابد. هنگامی که محتوای فاز بایندر یکسان باشد، سختی آلیاژهای YT بیشتر از آلیاژهای YG است و آلیاژهای اضافه شده با TaC (NbC) دارای سختی دمای بالا بالاتری هستند.
② استحکام خمشی و چقرمگی: استحکام خمشی کاربید سیمانی رایج در محدوده 900-1500MPa است. هرچه مقدار فاز بایندر فلزی بیشتر باشد، استحکام خمشی بیشتر است. هنگامی که محتوای چسب یکسان باشد، استحکام آلیاژ نوع YG (WC-Co) بیشتر از آلیاژ YT (WC-TiC-Co) است و با افزایش محتوای TiC استحکام کاهش می یابد. کاربید سیمانی ماده ای شکننده است و چقرمگی ضربه آن در دمای اتاق تنها 1/30 تا 1/8 فولاد پرسرعت است.
⑶ استفاده از ابزارهای برش کاربید متداول
آلیاژهای YG عمدتا برای پردازش چدن، فلزات غیر آهنی و مواد غیر فلزی استفاده می شود. آلیاژهای سخت ریزدانه (مانند YG3X، YG6X) نسبت به آلیاژهای سخت دانه متوسط در شرایطی که محتوای کبالت یکسان است، سختی و مقاومت در برابر سایش بالاتری دارند و برای پردازش برخی از چدن سخت ویژه، فولاد ضد زنگ آستنیتی، مقاوم در برابر حرارت مناسب هستند. آلیاژها، آلیاژ تیتانیوم، برنز سخت و مواد عایق مقاوم در برابر سایش و غیره.
مزایای برجسته کاربید سیمانی YT سختی بالا، مقاومت حرارتی خوب، سختی و مقاومت فشاری بالاتر در دمای بالا نسبت به کاربید سیمانی YG و مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب است. بنابراین، زمانی که چاقو نیاز به مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر سایش بالاتری داشته باشد، درجه با محتوای TiC بالاتر باید انتخاب شود. آلیاژهای YT برای پردازش مواد پلاستیکی مانند فولاد مناسب هستند، اما برای پردازش آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای سیلیکون-آلومینیوم مناسب نیستند.
آلیاژ YW دارای خواص آلیاژهای YG و YT است و عملکرد جامع خوبی دارد. این می تواند نه تنها برای پردازش مواد فولادی، بلکه برای پردازش چدن و فلزات غیر آهنی نیز استفاده شود. اگر مقدار کبالت به طور مناسب افزایش یابد، استحکام این نوع آلیاژ می تواند بسیار بالا باشد و می توان از آن برای ماشینکاری خشن و برش متناوب مواد مختلف دشوار ماشین استفاده کرد.
6. انواع، مشخصات و کاربردهای ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا
فولاد با سرعت بالا (به اختصار HSS) یک فولاد ابزار با آلیاژ بالا است که عناصر آلیاژی بیشتری مانند W، Mo، Cr و V به آن اضافه شده است. ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا از نظر استحکام، چقرمگی و قابلیت ساخت، عملکرد جامع عالی دارند. در ابزارهای برش پیچیده، به ویژه در ساخت ابزارهای پردازش سوراخ، برش های فرز، ابزارهای رزوه ای، براچ، ابزارهای برش دنده و سایر ابزارهای برش پیچیده، فولاد پرسرعت هنوز موقعیت غالب را اشغال می کند. چاقوهای فولادی با سرعت بالا به راحتی لبه های برش را تیز می کنند.
با توجه به کاربردهای مختلف، فولاد پرسرعت را می توان به فولاد پرسرعت همه منظوره و فولاد پرسرعت با کارایی بالا تقسیم کرد.
⑴ ابزارهای برش فولادی همه منظوره با سرعت بالا
فولاد پرسرعت همه منظوره. به طور کلی می توان آن را به دو نوع تقسیم کرد: فولاد تنگستن و فولاد مولیبدن تنگستن. این نوع فولاد پرسرعت حاوی افزودنی (C) از 0.7 درصد تا 0.9 درصد است. با توجه به محتوای تنگستن مختلف در فولاد، می توان آن را به فولاد تنگستن با 12 درصد یا 18 درصد وات، فولاد تنگستن-مولیبدن با 6 درصد یا 8 درصد وات و فولاد مولیبدن با 2 درصد یا بدون W تقسیم کرد. فولاد پرسرعت همه منظوره دارای سختی ({15}}HRC) و مقاومت در برابر سایش، استحکام و چقرمگی بالا، انعطاف پذیری خوب و فناوری پردازش است، بنابراین به طور گسترده در ساخت ابزارهای پیچیده مختلف استفاده می شود.
① فولاد تنگستن: درجه معمولی فولاد تنگستن فولادی همه منظوره با سرعت بالا W18Cr4V، (به اختصار W18) است که عملکرد جامع خوبی دارد. سختی دمای بالا در دمای 6000 درجه سانتیگراد 48.5HRC است و می توان از آن برای ساخت ابزارهای پیچیده مختلف استفاده کرد. این دارای مزایای آسیاب خوب و حساسیت کم کربن زدایی است، اما به دلیل محتوای بالای کاربید، توزیع نسبتاً ناهموار است، ذرات بزرگ هستند و استحکام و چقرمگی بالا نیست.
② فولاد تنگستن-مولیبدن: به فولادی با سرعت بالا اشاره دارد که با جایگزینی بخشی از تنگستن در فولاد تنگستن با مولیبدن به دست می آید. عیار معمولی فولاد تنگستن-مولیبدن W6Mo5Cr4V2 (به اختصار M2) است. ذرات کاربید M2 ریز و یکنواخت هستند و استحکام، چقرمگی و انعطاف پذیری دمای بالا بهتر از W18Cr4V است. یکی دیگر از فولادهای تنگستن مولیبدن W9Mo3Cr4V (به اختصار W9) است، پایداری حرارتی آن کمی بیشتر از فولاد M2 است، استحکام خمشی و چقرمگی آن بهتر از W6M05Cr4V2 است و قابلیت ماشینکاری خوبی دارد.
⑵ ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا
فولاد پرسرعت با کارایی بالا به نوع جدیدی از فولاد اطلاق می شود که مقداری کربن، محتوای وانادیوم و عناصر آلیاژی مانند Co و Al را به ترکیب فولاد پرسرعت همه منظوره اضافه می کند تا مقاومت حرارتی آن را بهبود بخشد. مقاومت در برابر سایش. به طور عمده دسته بندی های زیر وجود دارد:
① فولاد پر سرعت با کربن بالا. فولاد پرسرعت با کربن بالا (مانند 95W18Cr4V)، با سختی بالا در دمای اتاق و دمای بالا، برای ساخت و پردازش فولاد و چدن معمولی، مته ها، ریمرها، شیرها و فرزها با الزامات مقاومت در برابر سایش بالا، یا ابزاری برای پردازش مواد سخت تر برای تحمل ضربه های بزرگ مناسب نیست.
② فولاد با سرعت بالا وانادیوم بالا. نمرات معمولی، مانند W12Cr4V4Mo، (به عنوان EV4 نامیده می شود)، حاوی V افزایش یافته به 3 تا 5 درصد، مقاومت در برابر سایش خوب، مناسب برای برش مواد با سایش ابزار عالی، مانند الیاف، لاستیک سخت، پلاستیک و غیره، می تواند همچنین برای پردازش موادی مانند فولاد ضد زنگ، فولاد با مقاومت بالا و آلیاژهای با دمای بالا استفاده می شود.
③ فولاد کبالت با سرعت بالا. این یک فولاد پرسرعت فوق سخت حاوی کبالت است، یک درجه معمولی، مانند W2Mo9Cr4VCo8، (به اختصار M42)، دارای سختی بالایی است و سختی آن می تواند به 69-70HRC برسد. برای پردازش فولاد مقاوم در برابر حرارت با مقاومت بالا، آلیاژهای با دمای بالا، آلیاژهای تیتانیوم و غیره مناسب است. شرایط
④ آلومینیوم فولادی با سرعت بالا. این متعلق به فولادهای پرسرعت فوق سخت حاوی آلومینیوم، گریدهای معمولی، مانند W6Mo5Cr4V2Al، (به اختصار 501)، سختی در دمای بالا به 54HRC در 6000C می رسد و عملکرد برش معادل M42 است. این برای ساخت فرز، مته، ریمر، برش دنده، و براش مناسب است. و غیره، برای پردازش موادی مانند فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ، فولاد با مقاومت بالا و سوپرآلیاژ استفاده می شود.
⑤ فولاد فوق سخت نیتروژن با سرعت بالا. گریدهای معمولی، مانند W12M03Cr4V3N، که به آن (V3N) گفته می شود، فولادهای پرسرعت فوق سخت حاوی نیتروژن هستند. سختی، استحکام و چقرمگی معادل M42 است. در حال پردازش.
(3) ذوب فولاد با سرعت بالا و فولاد با سرعت بالا متالورژی پودر
با توجه به فرآیندهای مختلف تولید، فولاد پرسرعت را می توان به ذوب فولاد با سرعت بالا و فولاد متالورژی پودری با سرعت بالا تقسیم کرد.
① ذوب فولاد پرسرعت: هر دو فولاد پرسرعت معمولی و فولاد پرسرعت با کارایی بالا توسط ذوب تولید می شوند. آنها از طریق فرآیندهایی مانند ذوب، ریخته گری شمش و آبکاری و نورد به چاقو تبدیل می شوند. مشکل جدی که احتمالاً در ذوب فولادهای پرسرعت رخ می دهد، جداسازی کاربید است. کاربیدهای سخت و شکننده به طور نابرابر در فولاد پرسرعت توزیع می شوند و دانه ها درشت هستند (تا ده ها میکرون). و اثرات نامطلوب بر عملکرد برش.
② فولاد پرسرعت متالورژی پودر (PM HSS): فولاد پرسرعت متالورژی پودر (PM HSS) فولاد مذابی است که در کوره القایی با فرکانس بالا ذوب می شود، با آرگون پرفشار یا نیتروژن خالص اتمیزه می شود و سپس برای بدست آوردن ریز خاموش می شود. و بلورهای یکنواخت ریزساختار (پودر فولاد پرسرعت) و سپس پودر به دست آمده را در دمای بالا و فشار زیاد داخل یک چاقوی خالی فشار دهید یا ابتدا یک شمش فولادی درست کنید و سپس فورج کرده و به شکل چاقو بغلتانید. در مقایسه با فولاد پرسرعت تولید شده به روش ذوب، PM HSS دارای مزایای زیر است: دانه های کاربید ریز و یکنواخت هستند و استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش در مقایسه با فولاد پرسرعت تولید شده توسط ذوب بسیار بهبود یافته است. در زمینه ابزارهای پیچیده CNC، ابزارهای PM HSS بیشتر توسعه یافته و نقش مهمی ایفا خواهند کرد. گریدهای معمولی مانند F15، FR71، GFl، GF2، GF3، PT1، PVN و غیره را می توان برای ساخت چاقوهای با اندازه بزرگ، سنگین و ضربه بالا استفاده کرد و همچنین می تواند برای ساخت چاقوهای دقیق استفاده شود.
3. اصول انتخاب مواد ابزار برش CNC
را
در حال حاضر، مواد ابزار CNC که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، عمدتاً شامل ابزارهای الماس، ابزارهای نیترید بور مکعبی، ابزارهای سرامیکی، ابزارهای پوشش داده شده، ابزار کاربید و ابزارهای فولادی با سرعت بالا هستند. درجات زیادی از مواد ابزار برش وجود دارد و عملکرد آنها بسیار متفاوت است. شاخص های اصلی عملکرد مواد مختلف ابزار در جدول زیر نشان داده شده است.
تصویر
مواد ابزار برای ماشینکاری NC باید با توجه به قطعه کار مورد ماشینکاری و ماهیت ماشینکاری انتخاب شود. انتخاب مواد ابزار باید به طور منطقی با هدف پردازش مطابقت داشته باشد. تطبیق مواد ابزار برش و شی پردازش عمدتاً به تطبیق خواص مکانیکی، خواص فیزیکی و خواص شیمیایی این دو برای به دست آوردن طولانی ترین عمر ابزار و حداکثر بهره وری برش اشاره دارد.
1. مواد ابزار برش با خواص مکانیکی جسم ماشینکاری شده مطابقت دارد
تطبیق خواص مکانیکی ابزار برش و شیء پردازش عمدتاً به تطابق پارامترهای خواص مکانیکی مانند استحکام، چقرمگی و سختی ابزار برش و مواد قطعه کار اشاره دارد. مواد ابزار با خواص مکانیکی متفاوت برای مواد مختلف قطعه کار مناسب هستند.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>فولاد پر سرعت
② ترتیب مقاومت خمشی مواد ابزار عبارت است از: فولاد پرسرعت > کاربید سیمانی > ابزار سرامیکی > ابزارهای الماس و نیترید بور مکعبی.
③ ترتیب چقرمگی مواد ابزار برش عبارت است از: فولاد پرسرعت > کاربید سیمانی > نیترید بور مکعبی، الماس و ابزار برش سرامیک.
مواد قطعه کار با سختی بالا باید با ابزاری با سختی بالاتر پردازش شود. سختی مواد ابزار باید بیشتر از سختی مواد قطعه کار باشد که معمولاً باید بالاتر از 60HRC باشد. هرچه مواد ابزار سخت تر باشد، مقاومت آن در برابر سایش بهتر است. به عنوان مثال، وقتی مقدار کبالت در کاربید سیمانی افزایش می یابد، استحکام و چقرمگی آن افزایش می یابد و سختی آن کاهش می یابد که برای ماشینکاری خشن مناسب است. با کاهش مقدار کبالت، سختی و مقاومت سایشی آن افزایش می یابد که برای تکمیل مناسب است.
ابزارهایی با خواص مکانیکی عالی در دمای بالا به ویژه برای برش با سرعت بالا مناسب هستند. عملکرد عالی ابزارهای سرامیکی در دمای بالا آنها را قادر می سازد تا با سرعت های بالا برش دهند و سرعت برش مجاز را می توان 2 تا 10 برابر در مقایسه با کاربید سیمانی افزایش داد.
2. تطبیق مواد ابزار برش با خواص فیزیکی جسم ماشینکاری شده
ابزارهایی با خواص فیزیکی متفاوت مانند ابزارهای فولادی پرسرعت با رسانایی حرارتی بالا و نقطه ذوب پایین، ابزار سرامیکی با نقطه ذوب بالا و انبساط حرارتی کم، ابزارهای الماسی با رسانایی حرارتی بالا و انبساط حرارتی کم و غیره مناسب هستند. مواد مختلف قطعه کار هنگام پردازش قطعات کار با رسانایی حرارتی ضعیف، باید از مواد ابزار با هدایت حرارتی بهتر استفاده شود تا گرمای برش به سرعت منتقل شود و دمای برش کاهش یابد. به دلیل رسانایی حرارتی بالا و نفوذ حرارتی الماس، گرمای برش به راحتی دفع می شود و تغییر شکل حرارتی زیادی ایجاد نمی کند، که به ویژه برای ابزارهای ماشینکاری دقیق که نیاز به دقت ابعادی بالایی دارند، مهم است.
① دمای مواد مختلف ابزار در برابر حرارت مقاوم است: 700-8000C برای ابزارهای الماس، 13000-15000C برای ابزارهای PCBN، 1100-12000C برای ابزارهای سرامیکی، 900-11000C برای TiC(N) ) کاربید سیمانی مبتنی بر، و 900-11000C برای دانه های فوق ریز مبتنی بر WC کاربید سیمانی 800 ~ 9000 درجه سانتیگراد است، HSS 600 ~ 7000 درجه سانتیگراد است.
② The order of thermal conductivity of various tool materials: PCD>PCBN>WC-based cemented carbide>TiC(N)-based cemented carbide>HSS>Si3N4-based ceramics>سرامیک مبتنی بر1203-.
③ The order of thermal expansion coefficient of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC(N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>الماسی.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC(N)-based cemented carbide>سرامیک مبتنی بر1203-.
3. تطبیق مواد ابزار برش با خواص شیمیایی جسم ماشینکاری شده
تطبیق خواص شیمیایی بین مواد ابزار برش و اشیاء پردازش عمدتاً به تطابق پارامترهای عملکرد شیمیایی مانند میل ترکیبی شیمیایی، واکنش شیمیایی، انتشار و انحلال بین مواد ابزار و مواد قطعه کار اشاره دارد. چاقو از مواد مختلف
