השילוב של ציוד עיבוד מתקדם וכלי חיתוך CNC בעלי ביצועים גבוהים יכולים לתת משחק מלא לביצועים הראויים לו ולהשיג יתרונות כלכליים טובים. עם ההתפתחות המהירה של חומרי כלי חיתוך, חומרי כלי חיתוך חדשים שונים שיפרו מאוד את תכונותיהם הפיזיות, המכניות וביצועי החיתוך, וטווח היישום שלהם גם המשיך להתרחב.
1. לחומרי כלי עבודה צריכים להיות תכונות בסיסיות
לבחירת חומר הכלי יש השפעה רבה על חיי הכלי, יעילות העיבוד, איכות העיבוד ועלות העיבוד. כאשר הכלי חותך, עליו לשאת את ההשפעות של לחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה, חיכוך, זעזועים ורטט. לכן, חומר הכלי צריך להיות בעל התכונות הבסיסיות הבאות:
(1) קשיות ועמידות בפני שחיקה. הקשיות של חומר הכלי חייבת להיות גבוהה מזו של חומר העבודה, בדרך כלל מעל 60HRC. ככל שחומר הכלי קשה יותר, כך עמידות הבלאי טובה יותר.
(2) חוזק וקשיחות. חומרי הכלים צריכים להיות בעלי חוזק וקשיחות גבוהים כדי לעמוד בכוחות חיתוך, זעזועים ורעידות, ולמנוע שבר שביר ושבר של כלים.
(3) עמידות בחום. עמידות החום של חומר הכלי טובה יותר, הוא יכול לעמוד בטמפרטורת חיתוך גבוהה, ויש לו עמידות טובה לחמצון.
(4) ביצועי תהליכים וחסכון. חומרי הכלי צריכים להיות בעלי ביצועי חישול טובים, ביצועי טיפול בחום, ביצועי ריתוך, ביצועי שחיקה וכו', וצריכים לשאוף ליחס ביצועים-מחיר גבוה.
2. סוגים, מאפיינים, מאפיינים ויישומים של חומרי כלי עבודה
1. סוגים, מאפיינים ומאפיינים של חומרי כלי יהלום ויישומי כלים
יהלום הוא אלוטרופ של פחמן, והוא החומר הקשה ביותר שנמצא בטבע. לכלי יהלום יש קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה ומוליכות תרמית גבוהה, והם נמצאים בשימוש נרחב בעיבוד של מתכות לא ברזליות וחומרים לא מתכתיים. במיוחד בחיתוך מהיר של אלומיניום וסגסוגות סיליקון-אלומיניום, כלי יהלום הם הסוגים העיקריים של כלי חיתוך שקשה להחליף. כלי יהלום שיכולים להשיג יעילות גבוהה, יציבות גבוהה ועיבוד עיבוד ארוך חיים הם כלים חיוניים וחשובים בעיבוד CNC מודרני.
⑴ סוגי כלי יהלום
① כלי יהלום טבעי: היהלום הטבעי שימש ככלי חיתוך במשך מאות שנים. כלי היהלום הקריסטל הטבעי נטחן דק, וניתן לטחון את קצה החיתוך בצורה חדה במיוחד. רדיוס קצה החיתוך יכול להגיע ל-0.002μm, מה שיכול לממש חיתוך דק במיוחד והוא כלי עיבוד אולטרה-דיוק מוכר, אידיאלי ובלתי ניתן להחלפה לעיבוד דיוק חומרי עבודה גבוה במיוחד וחספוס משטח נמוך במיוחד.
② כלי יהלום PCD: יהלום טבעי הוא יקר, ויהלום פוליגריסטלי (PCD) נמצא בשימוש נרחב בחיתוך. מאז תחילת שנות ה-70, פותח יהלום רב גבישי (Polycrystauine diamond, בקיצור PCD) לאחר הצלחה, הוחלפו כלי יהלום טבעי ביהלום פוליגריסטלי מלאכותי בהזדמנויות רבות. חומרי הגלם PCD עשירים במקורות, ומחירו הוא עשיריות בודדות עד עשירית מהיהלומים הטבעיים.
כלי PCD אינם יכולים לטחון קצוות חדים במיוחד, ואיכות פני השטח של חלקי העבודה המעובדים אינה טובה כמו זו של יהלום טבעי. זה לא נוח לייצר תוספות PCD עם שוברי שבבים בתעשייה. לכן, PCD יכול לשמש רק לחיתוך עדין של מתכות לא ברזליות ולא מתכות, וקשה להשיג חיתוך מראה מדויק במיוחד.
③ כלי יהלום CVD: מסוף שנות ה-70 ועד תחילת שנות ה-80, טכנולוגיית יהלומי CVD הופיעה ביפן. יהלום CVD מתייחס לסינתזה של סרט יהלום על מצעים הטרוגניים (כגון קרביד צמנט, קרמיקה וכו') על ידי שקיעת אדים כימית (CVD). ליהלום CVD יש בדיוק את אותם מבנה ומאפיינים כמו ליהלום טבעי.
הביצועים של יהלום CVD קרובים מאוד לאלו של יהלום טבעי, ויש לו את היתרונות של יהלום יחיד גביש טבעי ויהלום פוליגריסטלי (PCD), והוא מתגבר על חסרונותיהם במידה מסוימת.
⑵ מאפייני ביצועים של כלי יהלום
① קשיות גבוהה במיוחד ועמידות בפני שחיקה: יהלום טבעי הוא החומר הקשה ביותר שנמצא בטבע. ליהלום עמידות בפני שחיקה גבוהה במיוחד. בעת עיבוד חומרים בעלי קשיות גבוהה, אורך החיים של כלי יהלום הוא פי 10 עד 100 מזה של כלי קרביד צמנט, או אפילו מאות פעמים.
② יש לו מקדם חיכוך נמוך מאוד: מקדם החיכוך בין יהלום לבין חלק ממתכות לא ברזליות נמוך מזה של כלי חיתוך אחרים, מקדם החיכוך נמוך, העיוות במהלך העיבוד קטן, וכוח החיתוך יכול לְהִצְטַמְצֵם.
③ קצה החיתוך חד מאוד: ניתן להשחיז את קצה החיתוך של כלי יהלום, וכלי היהלום הקריסטל הטבעי יכול להגיע עד ל-0.002-0.008μm, שניתן להשתמש בו עבור אולטרה -חיתוך דק ועיבוד אולטרה-דיוק.
④ בעל מוליכות תרמית גבוהה: ליהלום יש מוליכות תרמית ודיפוזיה תרמית גבוהה, חום החיתוך מתפזר בקלות והטמפרטורה של החלק החיתוך של הכלי נמוכה.
⑤ מקדם התפשטות תרמית נמוך: מקדם ההתפשטות התרמית של יהלום קטן פי כמה מזה של קרביד צמנט, והשינוי בגודל הכלי הנגרם על ידי חום החיתוך קטן מאוד, מה שחשוב במיוחד לעיבוד דיוק ודיוק במיוחד הדורש עיבוד גבוה דיוק ממדי.
⑶ יישום של כלי יהלום
כלי יהלום משמשים בעיקר לחיתוך עדין ולקידוח של מתכות לא ברזליות וחומרים לא מתכתיים במהירות גבוהה. זה מתאים לעיבוד מגוון לא-מתכות עמידות בפני שחיקה, כגון חלקי מתכות אבקת FRP, חומרים קרמיים וכו '; מתכות לא ברזליות עמידות בפני שחיקה, כגון סגסוגות סיליקון-אלומיניום שונות; עיבודים שונים לגימור מתכות לא ברזליות.
החיסרון של כלי יהלום הוא שהם בעלי יציבות תרמית ירודה. כאשר טמפרטורת החיתוך עולה על 700 מעלות עד 800 מעלות, הוא יאבד לחלוטין את הקשיות שלו; בנוסף, הוא אינו מתאים לחיתוך מתכות ברזליות, מכיוון שקל לקשר את יהלום (פחמן) עם ברזל בטמפרטורות גבוהות. הפעולה האטומית הופכת את אטומי הפחמן למבנה גרפיט, והכלי ניזוק בקלות.
2. סוגים, מאפיינים ומאפיינים של חומרי כלי עבודה בורון ניטריד מעוקב ויישומי כלים
קוביק בורון ניטריד (CBN), החומר העל-הקשה השני המסונתז בשיטה דומה לזו של יהלום, הוא שני רק ליהלום מבחינת קשיות ומוליכות תרמית. יש לו יציבות תרמית מעולה וניתן לחמם ל-10,000 מעלות באטמוספירה. חמצון אינו מתרחש. ל-CBN יש תכונות כימיות יציבות במיוחד עבור מתכות ברזליות וניתן להשתמש בה רבות בעיבוד מוצרי פלדה.
תְמוּנָה
⑴ סוגי כלי חיתוך בורון ניטריד מעוקב
קוביק בורון ניטריד (CBN) הוא חומר שאינו קיים בטבע. ניתן לחלק אותו ליחיד גביש ופולי-גביש, כלומר, גביש יחיד ופולי-גבישי בורון ניטריד (Polycrystalline cubic bornnitride, המכונה PCBN). CBN הוא אחד מהאיזומרים של בורון ניטריד (BN), והמבנה שלו דומה לזה של יהלום.
PCBN (polycrystalline cubic boron nitride) הוא חומר רב גבישי המחטא חומרי CBN עדינים דרך שלב מליטה (TiC, TiN, Al, Ti וכו') בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. חומר כלי יהלום, זה ויהלום מכונים ביחד חומר כלי סופר קשיח. PCBN משמש בעיקר לייצור סכינים או כלים אחרים.
ניתן לחלק את כלי ה-PCBN לתוספות PCBN אינטגרליות ותוספות מרוכבות ל-PCBN המרוכבות עם קרביד צמנט.
תוספות PCBN מורכבות מיוצרות על ידי סינון שכבת PCBN בעובי של {{0}}.5 עד 1.0 מ"מ על קרביד צמנט בעל חוזק וקשיחות טובים. לביצועים שלו יש גם קשיחות טובה וגם קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה. הבעיות של חוזק כיפוף נמוך וקשיי ריתוך של תוספות CBN נפתרות.
⑵ מאפיינים ומאפיינים עיקריים של ניטריד בורון מעוקב
למרות שהקשיות של ניטריד בורון מעוקב נחותה מעט מיהלום, היא גבוהה בהרבה מחומרים אחרים בעלי קשיות גבוהה. היתרון הבולט של CBN הוא שהיציבות התרמית שלו גבוהה בהרבה מזו של יהלום, שיכולה להגיע מעל 1200 מעלות (700-800 מעלות ליהלום). תְגוּבָה. מאפייני הביצועים העיקריים של ניטריד בורון מעוקב הם כדלקמן.
① קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה: מבנה הגביש של CBN דומה לזה של יהלום, ויש לו קשיות וחוזק דומים ליהלום. PCBN מתאים במיוחד לעיבוד חומרים בעלי קשיות גבוהה שניתן היה לטחון רק לפני כן, ויכול להשיג איכות פני שטח טובה יותר של חלקי עבודה.
② יציבות תרמית גבוהה: עמידות החום של CBN יכולה להגיע ל-1400-1500 מעלות, שהיא כמעט פי 1 יותר מזו של יהלום (700-800 מעלות). כלי PCBN יכולים לחתוך סגסוגות בטמפרטורה גבוהה ופלדות מוקשות במהירות גבוהה פי 3 עד 5 מזו של כלי קרביד בטון.
③יציבות כימית מצוינת: אין לו אינטראקציה כימית עם חומרים מבוססי ברזל בדרגה 1200-1300, והוא לא יתבלה בצורה חדה כמו יהלום, והוא עדיין יכול לשמור על הקשיות של קרביד צמנט בשלב זה; כלי PCBN מתאימים לחיתוך חלקי פלדה מוקשים וברזל יצוק צונן, ניתן לשימוש נרחב בחיתוך מהיר של ברזל יצוק.
④ מוליכות תרמית טובה: למרות שהמוליכות התרמית של CBN אינה טובה כמו של יהלום, המוליכות התרמית של PCBN היא שנייה רק ליהלום מבין חומרי הכלים השונים, והיא גבוהה בהרבה מזו של פלדה מהירה וקרביד צמנט.
⑤ מקדם חיכוך נמוך: מקדם חיכוך נמוך יכול להפחית את כוח החיתוך במהלך החיתוך, להפחית את טמפרטורת החיתוך ולשפר את איכות המשטח המעובד.
⑶ יישום כלי בורון ניטריד מעוקב
ניטריד בורון מעוקב מתאים לגימור חומרים שונים קשים לחיתוך כגון פלדה מוקשה, ברזל יצוק קשיח, סגסוגת בטמפרטורה גבוהה, סגסוגת קשה וחומרי ריסוס פני השטח. דיוק העיבוד יכול להגיע ל-IT5 (החור הוא IT6), וחספוס פני השטח יכול להיות קטן כמו Ra1.25-0.20μm.
לחומר כלי בורון ניטריד מעוקב יש קשיחות וחוזק כיפוף גרועים. לכן, כלי סיבוב בורון ניטריד מעוקב אינם מתאימים לעיבוד גס עם מהירות נמוכה ועומס השפעה גבוה; קצה בנוי חמור יתרחש במקרה של מתכת, אשר ידרדר את פני השטח המעובדים.
3. סוגים, תכונות ומאפיינים של חומרי כלי קרמי ויישומי כלים
כלי חיתוך קרמיים הם בעלי מאפיינים של קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה טובה, עמידות מצוינת בחום ויציבות כימית, ואינם קלים לחיבור למתכת. כלי חיתוך קרמיים תופסים מקום חשוב מאוד בעיבוד CNC. כלי חיתוך קרמיים הפכו לאחד מכלי החיתוך העיקריים לחיתוך ועיבוד מהירים של חומרים קשים לעיבוד. כלי חיתוך קרמיים נמצאים בשימוש נרחב בחיתוך מהיר, חיתוך יבש, חיתוך קשה וחיתוך של חומרים קשים לעיבוד. סכינים קרמיות יכולות לעבד ביעילות חומרים קשים שסכינים מסורתיות לא יכולות לעבד כלל, ולהבין "החלפת השחזה במכונית"; מהירות החיתוך האופטימלית של סכינים קרמיות יכולה להיות גבוהה פי 2 עד 10 מזו של סכיני קרביד בטון, ובכך משפרת מאוד את יעילות הייצור של עיבוד חיתוך חומר הגלם העיקרי המשמש בחומרי כלי קרמי הוא היסוד הנפוץ ביותר בקרום כדור הארץ. לכן, הפופולריות והיישום של כלים קרמיים הם בעלי משמעות רבה לשיפור הפרודוקטיביות, הפחתת עלויות העיבוד וחיסכון של מתכות יקרות אסטרטגיות, וגם יקדם מאוד את פיתוח טכנולוגיית החיתוך. התקדמות.
⑴ סוגי חומרי כלי קרמי
ניתן לחלק את סוגי חומרי הכלים הקרמיים בדרך כלל לשלוש קטגוריות: קרמיקה על בסיס אלומינה, קרמיקה על בסיס סיליקון ניטריד וקרמיקה מורכבת על בסיס סיליקון ניטריד-אלומינה. ביניהם, חומרי כלי קרמי מבוססי אלומינה וסיליקון ניטריד הם הנפוצים ביותר בשימוש. הביצועים של קרמיקה על בסיס סיליקון ניטריד עדיפים על אלו של קרמיקה על בסיס אלומינה.
⑵ ביצועים ומאפיינים של כלי חיתוך קרמיים
מאפייני הביצועים של כלי חיתוך קרמיים הם כדלקמן:
① קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה: למרות שהקשיות של כלים קרמיים אינה גבוהה כמו של PCD ו-PCBN, היא גבוהה בהרבה מזו של כלי קרביד צמנט וכלי פלדה מהירים, ומגיעה ל-93-95HRA. כלים קרמיים יכולים לעבד חומרים בעלי קשיות גבוהה שקשה לעבד בכלים מסורתיים, ומתאימים לחיתוך מהיר וחיתוך קשה.
② עמידות בטמפרטורה גבוהה ועמידות בחום טובה: כלים קרמיים עדיין יכולים לחתוך בטמפרטורות גבוהות מעל 1200 מעלות. לסכינים קרמיות יש תכונות מכניות טובות בטמפרטורה גבוהה, ועמידות החמצון של סכינים קרמיות A12O3 טובה במיוחד. גם אם קצה החיתוך נמצא במצב אדום-לוהט, ניתן להשתמש בו ברציפות. לכן, כלי קרמיקה יכולים להשיג חיתוך יבש, מה שיכול לחסוך נוזל חיתוך.
③ יציבות כימית טובה: כלי חיתוך קרמיים אינם קלים לחיבור עם מתכת, והם עמידים בפני קורוזיה ויציבים מבחינה כימית, מה שיכול להפחית את בלאי ההדבקה של כלי חיתוך.
④ מקדם חיכוך נמוך: הזיקה בין כלי חיתוך קרמיים למתכת קטנה, ומקדם החיכוך נמוך, מה שיכול להפחית את כוח החיתוך וטמפרטורת החיתוך.
⑶ יישום סכינים קרמיות
קרמיקה היא אחד מחומרי הכלים המשמשים בעיקר לגימור במהירות גבוהה ולחצי גימור. כלי חיתוך קרמיים מתאימים לחיתוך כל מיני ברזל יצוק (ברזל יצוק אפור, ברזל רקיע, ברזל יצוק ברזל, ברזל יצוק צונן, ברזל יצוק עמיד בסגסוגת גבוהה) ופלדה (פלדה מבנית פחמן, פלדה מבנית מסגסוגת, פלדה בעלת חוזק גבוה. , פלדת מנגן גבוהה, פלדה מרווה וכו'), יכול לשמש גם לחיתוך סגסוגות נחושת, גרפיט, פלסטיק הנדסי וחומרים מרוכבים.
ישנן בעיות של חוזק כיפוף נמוך וקשיחות פגיעה ירודה בביצועים של חומרי כלי קרמי, שאינם מתאימים לחיתוך במהירות נמוכה ועומס פגיעה.
4. מאפיינים ומאפיינים של חומרי כלי חיתוך מצופים ויישום כלי חיתוך
ציפוי הכלי הוא אחת הדרכים החשובות לשיפור ביצועי הכלי. הופעתם של כלי חיתוך מצופים עשתה פריצת דרך גדולה בביצועי החיתוך של כלי חיתוך. הכלי המצופה מצופה בשכבה אחת או יותר של תרכובת עקשנית עם עמידות בפני שחיקה טובה על גוף הכלי הקשיח יותר, המשלבת את מצע הכלי עם הציפוי הקשיח, כך שביצועי הכלי משתפרים מאוד. כלי חיתוך מצופים יכולים לשפר את יעילות העיבוד, לשפר את דיוק העיבוד, להאריך את חיי הכלים ולהפחית את עלויות העיבוד.
כ-80 אחוז מכלי החיתוך המשמשים בכלי מכונת CNC חדשים משתמשים בכלים מצופים. כלי חיתוך מצופים יהיו זני הכלים החשובים ביותר בתחום עיבוד CNC בעתיד.
⑴ סוגי כלים מצופים
על פי שיטות ציפוי שונות, ניתן לחלק כלים מצופים לכלים מצופים בתצהיר כימי (CVD) וכלים מצופים בתצהיר אדי פיזי (PVD). כלי קרביד מצופים משתמשים בדרך כלל בתצהיר אדים כימי, וטמפרטורת התצהיר היא בסביבות 1000 מעלות. כלי פלדה מהירים מצופים משתמשים בדרך כלל בתצהיר אדים פיזי, וטמפרטורת התצהיר היא בערך 500 מעלות;
על פי חומרי התשתית השונים של כלים מצופים, ניתן לחלק את הכלים המצופים לכלים מצופים קרביד, כלי עבודה מצופים פלדה במהירות גבוהה, וכלים מצופים על קרמיקה וחומרים סופר-קשים (יהלום ובורון ניטריד מעוקב).
על פי אופי חומר הציפוי ניתן לחלק כלים מצופים לשתי קטגוריות, כלומר כלים מצופים "קשה" וכלים מצופים 'רך'. המטרות העיקריות של כלים מצופים "קשה" הן קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה היתרונות העיקריים שלו הם קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה, בדרך כלל ציפוי TiC ו-TiN. המטרה של כלי ציפוי "רך" היא מקדם חיכוך נמוך, הידוע גם בשם כלי סיכה עצמיים, והחיכוך שלו עם חומר היצירה המקדם נמוך מאוד, רק בערך 0.1, מה שיכול להפחית מליטה, הפחתת חיכוך, הפחתת כוח חיתוך וטמפרטורת חיתוך.
פיתח לאחרונה כלי ננו-ציפוי (Nanoeoating). כלי מצופה זה יכול להשתמש בשילובים שונים של חומרי ציפוי שונים (כגון מתכת/מתכת, מתכת/קרמיקה, קרמיקה/קרמיקה וכו') כדי לעמוד בדרישות פונקציונליות וביצועים שונות. ציפוי ננו מעוצב כהלכה יכול לגרום לחומר הכלי להיות בעל פונקציות מצוינות נגד חיכוך ואנטי בלאי ותכונות סיכה עצמית, המתאים לחיתוך יבש במהירות גבוהה.
⑵ מאפיינים של כלים מצופים
מאפייני הביצועים של כלים מצופים הם כדלקמן:
① תכונות מכניות וחיתוך טובות: כלים מצופים משלבים את התכונות המצוינות של חומר הבסיס וחומר הציפוי
זה לא רק שומר על הקשיחות הטובה והחוזק הגבוה של המטריצה, אלא גם בעל קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה ומקדם חיכוך נמוך של הציפוי. לכן, ניתן להגדיל את מהירות החיתוך של הכלי המצופה ביותר מפי 2 מזו של הכלי הלא מצופה, ומותר קצב הזנה גבוה יותר. חיי הכלים המצופים גדלים אף הם.
② רבגוניות חזקה: לכלים מצופים צדדיות רחבה, וטווח העיבוד הורחב באופן משמעותי. כלי מצופה אחד יכול להחליף מספר כלים שאינם מצופים.
③ עובי הציפוי: עם הגדלת עובי הציפוי, גם חיי הכלי יגדלו, אך כאשר עובי הציפוי יגיע לרוויה, חיי הכלי כבר לא יגדלו משמעותית. כאשר הציפוי עבה מדי, קל לגרום לקילוף; כאשר הציפוי דק מדי, עמידות הבלאי גרועה.
④ יכולת טחינה חוזרת: ללהבים מצופים יכולת טחינה גרועה, ציוד ציפוי מורכב, דרישות תהליך גבוהות וזמן ציפוי ארוך.
⑤ חומר ציפוי: לכלים עם חומרי ציפוי שונים יש ביצועי חיתוך שונים. לדוגמה: בעת חיתוך במהירות נמוכה, לציפוי TiC יש יתרון; בעת חיתוך במהירות גבוהה, TiN מתאים יותר.
⑶ יישום של כלים מצופים
לכלי חיתוך מצופים פוטנציאל רב בתחום עיבוד ה-CNC, ויהוו בעתיד מגוון הכלים החשוב ביותר בתחום עיבוד ה-CNC. טכנולוגיית ציפוי יושמה על כרסמות קצוות, חולצים, מקדחות, כלים לעיבוד חורים מורכבים, כיריים לציוד, חותכי מעצבי גלגלי שיניים, חותכי גילוח גלגלי שיניים, חותכי גילוח ותוספות שונות להדק מכונה כדי לעמוד בדרישות של חיתוך מהיר של פלדה וברזל יצוק , סגסוגות עמידות בחום ומתכות לא ברזליות וחומרים אחרים.
5. סוגים, מאפיינים, מאפיינים ויישומים של חומרי כלי קרביד מוצק
כלי חיתוך קרביד, במיוחד כלי חיתוך קרביד הניתנים לאינדקס, הם המוצרים המובילים של כלי עיבוד CNC. מאז שנות ה-80 הורחבו כלים או להבים שונים לחיתוך קרביד אינטגרלי וניתן לאינדקס למגוון בתחום כלי החיתוך השונים, התרחבו כלי קרביד הניתנים לאינדקס מכלי חריטה פשוטים וכרסום פנים לתחומי כלים דיוק, מורכבים ויצירתיים.
⑴ סוגי כלי קרביד מוצק
על פי ההרכב הכימי העיקרי, ניתן לחלק קרביד צמנט לקרביד צמנט מבוסס טונגסטן קרביד ופחמן טיטניום (ניטריד) (TiC(N)) מבוסס קרביד צמנט.
קרביד צמנט מבוסס טונגסטן קרביד כולל שלושה סוגים: טונגסטן-קובלט (YG), טונגסטן-קובלט-טיטניום (YT), וקרבידים נדירים (YW), שלכל אחד מהם יתרונות וחסרונות משלו. המרכיבים העיקריים הם טונגסטן קרביד (WC), טיטניום קרביד (TiC), טנטלום קרביד (TaC), ניוביום קרביד (NbC) וכו', ושלב הקיסר המתכת הנפוץ הוא Co.
קרביד מוצק על בסיס טיטניום על בסיס פחמן (ניטריד) הוא קרביד מוצק עם TiC כמרכיב העיקרי (נוספים כמה קרבידים או ניטרידים אחרים), והשלבים המקשרים המתכתיים הנפוצים הם Mo ו-Ni.
ISO (ארגון התקינה הבינלאומי) מחלק קרביד צמנט לחיתוך לשלוש קטגוריות:
קטגוריית K, כולל Kl0~K40, מקבילה לקטגוריית YG של המדינה שלי (המרכיב העיקרי הוא WC.Co).
קטגוריית P, כולל P01~P50, מקבילה לקטגוריית YT של ארצי (המורכבת בעיקר מ-WC.TiC.Co).
קטגוריית M, כולל M10~M40, מקבילה לקטגוריית YW של ארצי (המרכיב העיקרי הוא WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
כל כיתה מייצגת סדרה של סגסוגות מקשיות גבוהה ועד קשיחות מרבית עם מספרים בין 01 ל-50.
⑵ מאפייני ביצועים של כלי חיתוך מקרביד מוצק
מאפייני הביצועים של כלי חיתוך קרביד מוצק הם כדלקמן:
① קשיות גבוהה: כלי חיתוך קרביד בטון עשויים מקרביד עם קשיות ונקודת התכה גבוהות (המכונה שלב קשה) ומקשר מתכת (הנקרא שלב מליטה) בשיטת מטלורגיית אבקה, והקשיות שלו מגיעה ל-89-93HRA, הרבה יותר מאשר פלדה מהירה, ב-5400C, הקשיות עדיין יכולה להגיע ל-82-87HRA, שזהה לזו של פלדה מהירה בטמפרטורת החדר (83-86HRA). ערך הקשיות של קרביד צמנט משתנה עם האופי, הכמות, גודל החלקיקים והתכולה של שלב החיבור המתכתי של הקרביד, ובדרך כלל יורד עם העלייה בתכולת שלב המתכת המליטה. כאשר תכולת שלב המקשר זהה, הקשיות של סגסוגות YT גבוהה מזו של סגסוגות YG, ולסגסוגות שנוספו עם TaC (NbC) יש קשיות גבוהה יותר בטמפרטורה גבוהה.
② חוזק כיפוף וקשיחות: חוזק הכיפוף של קרביד צמנט נפוץ הוא בטווח של 900-1500MPa. ככל שתכולת שלב המקשר המתכת גבוהה יותר, כך חוזק הכיפוף גבוה יותר. כאשר תכולת הקלסר זהה, החוזק של סגסוגת מסוג YG (WC-Co) גבוה יותר מזה של סגסוגת מסוג YT (WC-TiC-Co), והחוזק פוחת עם העלייה בתכולת TiC. קרביד צמנט הוא חומר שביר, וקשיחות ההשפעה שלו בטמפרטורת החדר היא רק 1/30 עד 1/8 מזו של פלדה מהירה.
⑶ יישום של כלי חיתוך קרביד נפוץ
סגסוגות YG משמשות בעיקר לעיבוד ברזל יצוק, מתכות לא ברזליות וחומרים לא מתכתיים. סגסוגות קשות עם גרגירים עדינים (כגון YG3X, YG6X) בעלות קשיות ועמידות בפני שחיקה גבוהות יותר מסגסוגות קשות גרגירים בינוניים כאשר תכולת הקובלט זהה, והן מתאימות לעיבוד ברזל יצוק קשיח מיוחד, נירוסטה אוסטניטית, עמידה בחום סגסוגות, סגסוגת טיטניום, ברונזה קשה וחומרי בידוד עמידים בפני שחיקה וכו'.
היתרונות הבולטים של קרביד צמנט YT הם קשיות גבוהה, עמידות בחום טובה, קשיות וחוזק לחיצה גבוהים יותר בטמפרטורה גבוהה מאשר קרביד צמנט YG ועמידות טובה לחמצון. לכן, כאשר הסכין נדרשת להיות בעלת עמידות גבוהה יותר בחום ועמידות בפני שחיקה, יש לבחור בדרגה עם תכולת TiC גבוהה יותר. סגסוגות YT מתאימות לעיבוד חומרים פלסטיים כגון פלדה, אך אינן מתאימות לעיבוד סגסוגות טיטניום וסגסוגות סיליקון-אלומיניום.
לסגסוגת YW יש את המאפיינים של סגסוגות YG ו-YT, ויש לה ביצועים מקיפים טובים. זה יכול לשמש לא רק לעיבוד חומרי פלדה, אלא גם לעיבוד ברזל יצוק ומתכות לא ברזליות. אם תכולת הקובלט מוגברת כראוי, החוזק של סוג זה של סגסוגת יכול להיות גבוה מאוד, והוא יכול לשמש לעיבוד גס וחיתוך לסירוגין של חומרים שונים הקשים לעיבוד.
6. סוגים, מאפיינים ויישומים של כלי חיתוך פלדה מהירים
High Speed Steel (בקיצור HSS) היא פלדת כלי סגסוגת גבוהה עם יותר אלמנטים מתגסוגים כגון W, Mo, Cr ו-V. לכלי חיתוך פלדה מהירים יש ביצועים מקיפים מצוינים במונחים של חוזק, קשיחות ויכולת ייצור. בכלי חיתוך מורכבים, במיוחד בייצור כלי עיבוד חורים, חותכי כרסום, כלי השחלה, סיכות, כלי חיתוך גלגלי שיניים וכלי חיתוך מורכבים אחרים, הפלדה המהירה עדיין תופסת עמדה דומיננטית. סכיני פלדה מהירים קלים לחידוד קצוות חיתוך.
על פי שימושים שונים, ניתן לחלק פלדה מהירה לפלדה מהירה לשימוש כללי ופלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים.
⑴ כלי חיתוך פלדה מהירים לשימוש כללי
פלדה מהירה לשימוש כללי. באופן כללי, ניתן לחלק אותו לשני סוגים: פלדת טונגסטן ופלדת מוליבדן טונגסטן. סוג זה של פלדה במהירות גבוהה מכיל תוסף (C) של 0.7 אחוז עד 0.9 אחוז . לפי תכולת הטונגסטן השונה בפלדה, ניתן לחלק אותה לפלדת טונגסטן עם 12 אחוז או 18 אחוז W, פלדת טונגסטן-מוליבדן עם 6 אחוזים או 8 אחוזי W, ופלדת מוליבדן עם 2 אחוזים או ללא W. . לפלדה מהירה לשימוש כללי יש קשיות מסוימת (63-66HRC) ועמידות בפני שחיקה, חוזק וקשיחות גבוהה, פלסטיות טובה וטכנולוגיית עיבוד, כך שהיא נמצאת בשימוש נרחב בייצור כלים מורכבים שונים.
① פלדת טונגסטן: הדרגה הטיפוסית של פלדת טונגסטן מפלדה מהירה לשימוש כללי היא W18Cr4V, (בקיצור W18), בעלת ביצועים מקיפים טובים. קשיות הטמפרטורה הגבוהה ב-6000C היא 48.5HRC, וניתן להשתמש בה לייצור כלים מורכבים שונים. יש לו יתרונות של יכולת טחינה טובה ורגישות נמוכה לשחרור קרבידים, אך בשל התכולה הגבוהה של קרבידים, הפיזור יחסית לא אחיד, החלקיקים גדולים והחוזק והקשיחות אינם גבוהים.
② פלדת טונגסטן-מוליבדן: מתייחסת לפלדה במהירות גבוהה המתקבלת על ידי החלפת חלק מהטונגסטן בפלדת הטונגסטן עם מוליבדן. הדרגה הטיפוסית של פלדת טונגסטן-מוליבדן היא W6Mo5Cr4V2, (בקיצור M2). חלקיקי הקרביד של M2 עדינים ואחידים, והחוזק, הקשיחות והפלסטיות שלו בטמפרטורה גבוהה טובים יותר מאלה של W18Cr4V. פלדת טונגסטן-מוליבדן נוספת היא W9Mo3Cr4V (בקיצור W9), היציבות התרמית שלה מעט גבוהה מזו של פלדת M2, חוזק הכיפוף והקשיחות שלה טובים יותר מ-W6M05Cr4V2, ויש לה יכולת עיבוד טובה.
⑵ כלי חיתוך פלדה מהירים בעלי ביצועים גבוהים
פלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים מתייחסת לסוג חדש של פלדה שמוסיפה תכולת פחמן, תכולת ונדיום ואלמנטים מתגזרים כמו Co ו-Al להרכב הפלדה המהירה לשימוש כללי, כדי לשפר את עמידות החום שלה. התנגדות ללבוש. יש בעיקר את הקטגוריות הבאות:
① פלדה במהירות גבוהה מפחמן גבוה. פלדה מהירה בעלת פחמן גבוה (כגון 95W18Cr4V), עם קשיות גבוהה בטמפרטורת החדר ובטמפרטורה גבוהה, מתאימה לייצור ועיבוד פלדה רגילה וברזל יצוק, מקדחות, חוצצים, ברזים וחותכי כרסום עם דרישות עמידות בפני שחיקה גבוהות, או כלים לעיבוד חומרים קשים יותר. זה לא מתאים לעמוד בפני פגיעות גדולות.
② פלדה ונדיום גבוהה במהירות גבוהה. ציונים טיפוסיים, כגון W12Cr4V4Mo, (המכונה EV4), המכילים V גדל ל-3 אחוזים עד 5 אחוזים, עמידות בפני שחיקה טובה, מתאימה לחיתוך חומרים עם שחיקת כלים גדולה, כגון סיבים, גומי קשיח, פלסטיק וכו', יכולים לשמש גם לעיבוד חומרים כגון נירוסטה, פלדה בעלת חוזק גבוה וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה.
③ קובלט פלדה במהירות גבוהה. זוהי פלדה מהירה גבוהה המכילה קובלט, כיתה טיפוסית, כגון W2Mo9Cr4VCo8, (בקיצור M42), בעלת קשיות גבוהה, והקשיות שלה יכולה להגיע ל-69-70HRC. הוא מתאים לעיבוד פלדה עמידה בחום, סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, סגסוגות טיטניום וכו'. חומר עיבוד, M42 בעל יכולת טחינה טובה ומתאים לייצור כלים מדויקים ומורכבים, אך אינו מתאים לעבודה בחיתוך פגיעה תנאים.
④ פלדה מהירה מאלומיניום. הוא שייך לפלדה מהירה במיוחד המכילה אלומיניום, דרגות טיפוסיות, כגון W6Mo5Cr4V2Al, (בקיצור 501), הקשיות בטמפרטורה גבוהה מגיעה ל-54HRC ב-6000C, וביצועי החיתוך מקבילים ל-M42. זה מתאים לייצור חותכי כרסום, מקדחות, חוגרים, חותכי גלגלי שיניים וסיכות. וכו ', משמש לעיבוד חומרים כגון פלדת סגסוגת, נירוסטה, פלדה בעלת חוזק גבוה וסגסוגת על.
⑤ חנקן סופר-קשה פלדה במהירות גבוהה. דרגות טיפוסיות, כגון W12M03Cr4V3N, המכונה (V3N), הן פלדות מהירות גבוהות המכילות חנקן. הקשיות, החוזק והקשיחות שווים ל-M42. מעבד.
(3) התכת פלדה במהירות גבוהה ופלדה במהירות גבוהה מתכות אבקה
על פי תהליכי ייצור שונים, ניתן לחלק פלדה מהירה להתכת פלדה מהירה ופלדה במהירות גבוהה מתכת אבקת.
① התכת פלדה מהירה: גם פלדה מהירה רגילה וגם פלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים מיוצרות בהתכה. הם מיוצרים לסכינים באמצעות תהליכים כמו התכה, יציקת מטיל וציפוי וגלגול. הבעיה החמורה שצפויה להתרחש בהתכת פלדה במהירות גבוהה היא הפרדת קרביד. קרבידים קשים ושבירים מתפזרים בצורה לא אחידה בפלדה במהירות גבוהה, והגרגרים גסים (עד עשרות מיקרונים). והשפעות שליליות על ביצועי החיתוך.
② פלדה מהירה של מתכות אבקה (PM HSS): פלדה במהירות גבוהה של אבקת מתכות (PM HSS) היא פלדה מותכת המותכת בתנור אינדוקציה בתדר גבוה, מפורקת עם ארגון בלחץ גבוה או חנקן טהור, ולאחר מכן מרווה כדי לקבל עדין וגבישים אחידים Microstructure (אבקת פלדה במהירות גבוהה), ולאחר מכן לחץ את האבקה המתקבלת לתוך ריק סכין בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, או תחילה להכין בילט פלדה ולאחר מכן לזייף ולגלגל אותו לצורת סכין. בהשוואה לפלדה המהירה המיוצרת בשיטת ההיתוך, ל-PM HSS יש את היתרונות הבאים: גרגרי הקרביד עדינים ואחידים, והחוזק, הקשיחות ועמידות הבלאי משופרים בהרבה בהשוואה לפלדה המהירה המיוצרת בהתכה. בתחום כלי CNC מורכבים, כלי PM HSS יתפתחו וימלאו תפקיד חשוב. דרגות טיפוסיות, כגון F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN וכו', יכולות לשמש לייצור סכינים במידות גדולות, כבדות ועוצמתיות, וניתן להשתמש בהן גם לייצור סכינים מדויקות.
3. עקרונות בחירת חומרי כלי חיתוך CNC
ה
כיום, חומרי כלי ה-CNC הנפוצים כוללים בעיקר כלי יהלום, כלי בורון ניטריד מעוקב, כלי קרמיקה, כלים מצופים, כלי קרביד וכלי פלדה מהירים. ישנן דרגות רבות של חומרי כלי חיתוך, והביצועים שלהם משתנים מאוד. מדדי הביצועים העיקריים של חומרי כלי עבודה שונים מוצגים בטבלה הבאה.
תְמוּנָה
יש לבחור את חומר הכלי לעיבוד NC בהתאם לחומר העיבוד המיועד לאופי העיבוד. הבחירה של חומר הכלי צריכה להיות מתאימה באופן סביר לאובייקט העיבוד. ההתאמה של חומר כלי החיתוך ואובייקט העיבוד מתייחסת בעיקר להתאמה של התכונות המכניות, התכונות הפיזיקליות והתכונות הכימיות של השניים כדי להשיג את חיי הכלי הארוכים ביותר ופרודוקטיביות חיתוך מקסימלית.
1. חומר כלי החיתוך מתאים לתכונות המכניות של האובייקט המעובד
ההתאמה בין המאפיינים המכניים של כלי החיתוך ואובייקט העיבוד מתייחסת בעיקר להתאמה של פרמטרי המאפיינים המכניים כגון החוזק, הקשיחות והקשיחות של כלי החיתוך וחומר היצירה. חומרי כלי עבודה בעלי תכונות מכניות שונות מתאימים לחומרי עבודה שונים.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>פלדה במהירות גבוהה.
② סדר חוזק הכיפוף של חומרי הכלים הוא: פלדה מהירה > קרביד צמנט > כלים קרמיים > כלי יהלום ובור ניטריד מעוקב.
③ סדר הקשיחות של חומרי כלי חיתוך הוא: פלדה במהירות גבוהה > קרביד צמנט > כלי חיתוך בורון מעוקב, יהלומים וקרמיקה.
יש לעבד את חומר העבודה עם קשיות גבוהה עם כלי בעל קשיות גבוהה יותר. הקשיות של חומר הכלי חייבת להיות גבוהה מזו של חומר העבודה, שבדרך כלל נדרש להיות מעל 60HRC. ככל שחומר הכלי קשה יותר, כך עמידות הבלאי שלו טובה יותר. למשל, כאשר כמות הקובלט בקרביד צמנט עולה, חוזקו וקשיחותו גדלים, וקשיותו פוחתת, דבר המתאים לעיבוד גס; כאשר כמות הקובלט יורדת, קשיותו ועמידות הבלאי שלו גדלות, מה שמתאים לגימור.
כלים בעלי תכונות מכניות מצוינות בטמפרטורה גבוהה מתאימים במיוחד לחיתוך במהירות גבוהה. הביצועים המצוינים בטמפרטורה גבוהה של כלים קרמיים מאפשרים להם לחתוך במהירויות גבוהות, וניתן להגדיל את מהירות החיתוך המותרת פי 2 עד 10 בהשוואה לקרביד צמנט.
2. התאמת חומר כלי החיתוך לתכונות הפיזיקליות של האובייקט המעובד
כלים בעלי תכונות פיזיקליות שונות, כגון כלי פלדה מהירים בעלי מוליכות תרמית גבוהה ונקודת התכה נמוכה, כלים קרמיים בעלי נקודת התכה גבוהה והתפשטות תרמית נמוכה, כלי יהלום בעלי מוליכות תרמית גבוהה והתפשטות תרמית נמוכה ועוד. חומרי עבודה שונים. בעת עיבוד חלקי עבודה עם מוליכות תרמית ירודה, יש להשתמש בחומרי כלים בעלי מוליכות תרמית טובה יותר כך שניתן יהיה להעביר את חום החיתוך במהירות ולהפחית את טמפרטורת החיתוך. בשל המוליכות התרמית הגבוהה והדיפוזיטיביות התרמית של היהלום, חום החיתוך קל לפיזור ולא יגרום לעיוות תרמי גדול, שחשוב במיוחד עבור כלי עיבוד מדויקים הדורשים דיוק ממדי גבוה.
① טמפרטורה עמידה בחום של חומרי כלים שונים: 700-8000C עבור כלי יהלום, 13000-15000C עבור כלי PCBN, 1100-12000C עבור כלים קרמיים, 900-11000C עבור TiC(N קרביד צמנט מבוסס ) ו-900-11000C עבור גרגירים אולטרה-דקים מבוססי שירותים קרביד צמנט הוא 800~9000C, HSS הוא 600~7000C.
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>קרמיקה מבוססת1203-.
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>PCD.
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>קרמיקה מבוססת1203-.
3. התאמת חומר כלי החיתוך לתכונות הכימיות של האובייקט המעובד
ההתאמה של מאפיינים כימיים בין חומרי כלי חיתוך וחפצי עיבוד מתייחסת בעיקר להתאמה של פרמטרים של ביצועים כימיים כגון זיקה כימית, תגובה כימית, דיפוזיה ופירוק בין חומרי הכלי לחומרי העבודה. סכינים מחומרים שונים
