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.
تصویر
1. مواد ابزار باید دارای خواص اساسی باشند
را
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.
تصویر
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.
تصویر
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.
تصویر
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 نوع ابزار در زمینه ماشینکاری CNC در آینده خواهند بود.
تصویر
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 عملکرد مکانیکی و برشی خوب: ابزارهای پوشش داده شده خواص عالی مواد پایه و مواد پوشش را ترکیب می کنند، که نه تنها چقرمگی خوب و استحکام بالای پایه را حفظ می کند.
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.
تصویر
1. مواد ابزار باید دارای خواص اساسی باشند
را
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.
تصویر
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.
تصویر
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.
تصویر
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 نوع ابزار در زمینه ماشینکاری CNC در آینده خواهند بود.
تصویر
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 عملکرد مکانیکی و برشی خوب: ابزارهای پوشش داده شده خواص عالی مواد پایه و مواد پوشش را ترکیب می کنند، که نه تنها چقرمگی خوب و استحکام بالای پایه را حفظ می کند.
