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.
תְמוּנָה
1. לחומרי כלי עבודה צריכים להיות תכונות בסיסיות
ה
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.
תְמוּנָה
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, אשר ניתן להשתמש בו עבור אולטרה -חיתוך דק ועיבוד אולטרה-דיוק.
④ בעל מוליכות תרמית גבוהה: ליהלום 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 מתכות לא-בלאיות שונות, 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 ליהלום (פחמן) לקשר 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.
תְמוּנָה
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, כלים קרמיים 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.
תְמוּנָה
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 במכונות CNC חדשות משתמשים בכלים מצופים. כלי חיתוך מצופים יהיו מגוון הכלים החשוב ביותר בתחום עיבוד ה-CNC בעתיד.
תְמוּנָה
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 שלה 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 העבודה 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 ביצועים מכניים וחיתוכים טובים: כלים מצופים משלבים את התכונות המצוינות של חומר הבסיס וחומר הציפוי, מה שלא רק שומר על הקשיחות הטובה והחוזק הגבוה של הבסיס
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.
תְמוּנָה
1. לחומרי כלי עבודה צריכים להיות תכונות בסיסיות
ה
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.
תְמוּנָה
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, אשר ניתן להשתמש בו עבור אולטרה -חיתוך דק ועיבוד אולטרה-דיוק.
④ בעל מוליכות תרמית גבוהה: ליהלום 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 מתכות לא-בלאיות שונות, 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 ליהלום (פחמן) לקשר 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.
תְמוּנָה
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, כלים קרמיים 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.
תְמוּנָה
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 במכונות CNC חדשות משתמשים בכלים מצופים. כלי חיתוך מצופים יהיו מגוון הכלים החשוב ביותר בתחום עיבוד ה-CNC בעתיד.
תְמוּנָה
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 שלה 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 העבודה 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 ביצועים מכניים וחיתוכים טובים: כלים מצופים משלבים את התכונות המצוינות של חומר הבסיס וחומר הציפוי, מה שלא רק שומר על הקשיחות הטובה והחוזק הגבוה של הבסיס
