A combinação de equipamento de processamento avançado e ferramentas de corte CNC de alto desempenho pode proporcionar um desempenho completo e obter bons benefícios econômicos. Com o rápido desenvolvimento de materiais para ferramentas de corte, vários novos materiais para ferramentas de corte melhoraram muito suas propriedades físicas, mecânicas e desempenho de corte, e sua gama de aplicações também continuou a se expandir.
1. Os materiais das ferramentas devem ter propriedades básicas
A escolha do material da ferramenta tem grande influência na vida útil da ferramenta, eficiência de processamento, qualidade de processamento e custo de processamento. Quando a ferramenta está cortando, ela deve suportar os efeitos de alta pressão, alta temperatura, fricção, choque e vibração. Portanto, o material da ferramenta deve ter as seguintes propriedades básicas:
(1) Dureza e resistência ao desgaste. A dureza do material da ferramenta deve ser maior que a do material da peça, geralmente acima de 60HRC. Quanto mais duro o material da ferramenta, melhor a resistência ao desgaste.
(2) Força e tenacidade. Os materiais das ferramentas devem ter alta resistência e tenacidade para suportar forças de corte, choques e vibrações e evitar fratura frágil e lascamento das ferramentas.
(3) Resistência ao calor. A resistência ao calor do material da ferramenta é melhor, pode suportar altas temperaturas de corte e tem boa resistência à oxidação.
(4) Desempenho e economia do processo. Os materiais das ferramentas devem ter bom desempenho de forjamento, desempenho de tratamento térmico, desempenho de soldagem, desempenho de retificação, etc., e devem buscar uma relação preço-desempenho elevada.
2. Tipos, propriedades, características e aplicações de materiais de ferramentas
1. Tipos, propriedades e características de materiais de ferramentas de diamante e aplicações de ferramentas
O diamante é um alótropo de carbono e é o material mais duro encontrado na natureza. As ferramentas diamantadas possuem alta dureza, alta resistência ao desgaste e alta condutividade térmica, sendo amplamente utilizadas no processamento de metais não ferrosos e materiais não metálicos. Especialmente no corte de alta velocidade de alumínio e ligas de silício-alumínio, as ferramentas diamantadas são os principais tipos de ferramentas de corte difíceis de substituir. As ferramentas diamantadas que podem alcançar alta eficiência, alta estabilidade e usinagem de longa duração são ferramentas indispensáveis e importantes na usinagem CNC moderna.
⑴ Tipos de ferramentas diamantadas
① Ferramenta de diamante natural: O diamante natural tem sido usado como ferramenta de corte por centenas de anos. A ferramenta de diamante de cristal único natural foi finamente retificada e a aresta de corte pode ser extremamente afiada. O raio da aresta de corte pode atingir 00,002μm, que pode realizar cortes ultrafinos e pode ser uma ferramenta de usinagem de ultraprecisão reconhecida, ideal e insubstituível para processar peças de precisão extremamente alta e rugosidade de superfície extremamente baixa.
② Ferramenta de diamante PCD: O diamante natural é caro e o diamante policristalino (PCD) é amplamente utilizado no corte. Desde o início dos anos 1970, o diamante policristalino (diamante policristalino, abreviado como PCD) foi desenvolvido. Após o sucesso, as ferramentas de diamante natural foram substituídas por diamante policristalino artificial em muitas ocasiões. As matérias-primas de PCD são ricas em fontes e seu preço é de apenas alguns décimos a um décimo dos diamantes naturais.
As ferramentas de PCD não podem retificar arestas extremamente afiadas e a qualidade da superfície das peças processadas não é tão boa quanto a do diamante natural. Não é conveniente fabricar insertos de PCD com quebra-cavacos na indústria. Portanto, o PCD só pode ser usado para corte fino de metais não ferrosos e não metais, e é difícil obter corte espelhado de ultraprecisão.
③ Ferramentas de diamante CVD: Do final dos anos 1970 ao início dos anos 1980, a tecnologia de diamante CVD apareceu no Japão. Diamante CVD refere-se à síntese do filme de diamante em substratos heterogêneos (como metal duro, cerâmica, etc.) por deposição química de vapor (CVD). O diamante CVD tem exatamente a mesma estrutura e características do diamante natural.
O desempenho do diamante CVD é muito próximo ao do diamante natural, e tem as vantagens do diamante monocristalino natural e do diamante policristalino (PCD) e supera suas deficiências até certo ponto.
⑵ Características de desempenho de ferramentas diamantadas
① Dureza e resistência ao desgaste extremamente altas: O diamante natural é a substância mais dura encontrada na natureza. O diamante tem resistência ao desgaste extremamente alta. Ao processar materiais de alta dureza, a vida útil das ferramentas diamantadas é de 10 a 100 vezes maior que a das ferramentas de metal duro, ou mesmo centenas de vezes.
② Tem um coeficiente de atrito muito baixo: o coeficiente de atrito entre o diamante e alguns metais não ferrosos é menor que o de outras ferramentas de corte, o coeficiente de atrito é baixo, a deformação durante o processamento é pequena e a força de corte pode ser reduzido.
③ A aresta de corte é muito afiada: a aresta de corte das ferramentas de diamante pode ser afiada, e a ferramenta de diamante de cristal único natural pode ser tão alta quanto 0.002-0.008μm, que pode ser usada para ultra -corte fino e usinagem de ultraprecisão.
④ Possui alta condutividade térmica: o diamante possui alta condutividade térmica e difusividade térmica, o calor de corte é facilmente dissipado e a temperatura da parte de corte da ferramenta é baixa.
⑤ Baixo coeficiente de expansão térmica: O coeficiente de expansão térmica do diamante é várias vezes menor que o do metal duro, e a mudança no tamanho da ferramenta causada pelo calor de corte é muito pequena, o que é especialmente importante para usinagem de precisão e ultraprecisão que requer alta Precisão dimensional.
⑶ Aplicação de ferramentas diamantadas
As ferramentas de diamante são usadas principalmente para corte fino e mandrilamento de metais não ferrosos e materiais não metálicos em alta velocidade. É adequado para o processamento de vários não metais resistentes ao desgaste, como blocos de metalurgia do pó FRP, materiais cerâmicos, etc.; vários metais não ferrosos resistentes ao desgaste, como várias ligas de silício-alumínio; vários processamentos de acabamento de metais não ferrosos.
A desvantagem das ferramentas de diamante é que elas têm baixa estabilidade térmica. Quando a temperatura de corte exceder 700 graus a 800 graus, perderá completamente sua dureza; além disso, não é adequado para cortar metais ferrosos, porque o diamante (carbono) é fácil de ligar com o ferro em altas temperaturas. A ação atômica converte os átomos de carbono em uma estrutura de grafite e a ferramenta é facilmente danificada.
2. Tipos, propriedades e características de materiais de ferramentas de nitreto de boro cúbico e aplicações de ferramentas
O nitreto cúbico de boro (CBN), o segundo material superduro sintetizado por um método semelhante ao do diamante, perde apenas para o diamante em termos de dureza e condutividade térmica. Possui excelente estabilidade térmica e pode ser aquecido a 10,000 graus na atmosfera. A oxidação não ocorre. O CBN possui propriedades químicas extremamente estáveis para metais ferrosos e pode ser amplamente utilizado no processamento de produtos siderúrgicos.
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⑴ Tipos de ferramentas de corte de nitreto de boro cúbico
O nitreto cúbico de boro (CBN) é uma substância que não existe na natureza. Pode ser dividido em cristal único e policristalino, isto é, cristal único de CBN e nitreto de boro cúbico policristalino (nitreto cúbico policristalino, conhecido como PCBN). O CBN é um dos isômeros do nitreto de boro (BN) e sua estrutura é semelhante à do diamante.
PCBN (nitreto de boro cúbico policristalino) é um material policristalino que sinteriza materiais CBN finos através de uma fase de ligação (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) sob alta temperatura e alta pressão. Material de ferramenta de diamante, ele e diamante referidos coletivamente como material de ferramenta superdura. PCBN é usado principalmente para fazer facas ou outras ferramentas.
As ferramentas de PCBN podem ser divididas em pastilhas de PCBN integrais e pastilhas compostas de PCBN sinterizadas com metal duro.
As pastilhas compostas de PCBN são feitas sinterizando uma camada de PCBN com uma espessura de {{0}},5 a 1,0 mm em um metal duro com boa resistência e tenacidade. Seu desempenho tem boa tenacidade e alta dureza e resistência ao desgaste. Os problemas de baixa resistência à flexão e dificuldades de soldagem das pastilhas de CBN são resolvidos.
⑵ Principais propriedades e características do nitreto de boro cúbico
Embora a dureza do nitreto de boro cúbico seja ligeiramente inferior ao diamante, é muito maior do que outros materiais de alta dureza. A grande vantagem do CBN é que sua estabilidade térmica é muito maior que a do diamante, que pode chegar acima de 1200 graus (700-800 graus para o diamante). reação. As principais características de desempenho do nitreto de boro cúbico são as seguintes.
① Alta dureza e resistência ao desgaste: A estrutura cristalina do CBN é semelhante à do diamante e tem dureza e resistência semelhantes ao diamante. O PCBN é especialmente adequado para processar materiais de alta dureza que só poderiam ser retificados antes e pode obter uma melhor qualidade de superfície das peças de trabalho.
② Alta estabilidade térmica: A resistência ao calor do CBN pode atingir 1400-1500 graus, que é quase 1 vez maior que a do diamante (700-800 graus). As ferramentas de PCBN podem cortar ligas de alta temperatura e aços endurecidos a uma velocidade 3 a 5 vezes maior do que as ferramentas de metal duro.
③Excelente estabilidade química: não tem interação química com materiais à base de ferro em 1200-1300 graus, e não se desgastará tão acentuadamente quanto o diamante, e ainda pode manter a dureza do metal duro neste momento; As ferramentas PCBN são adequadas para cortar peças de aço endurecido e ferro fundido resfriado, podem ser amplamente utilizadas no corte de ferro fundido em alta velocidade.
④ Boa condutividade térmica: Embora a condutividade térmica do CBN não seja tão boa quanto a do diamante, a condutividade térmica do PCBN perde apenas para o diamante entre vários materiais de ferramentas e é muito maior do que a do aço rápido e do metal duro.
⑤ Baixo coeficiente de atrito: Um baixo coeficiente de atrito pode reduzir a força de corte durante o corte, reduzir a temperatura de corte e melhorar a qualidade da superfície usinada.
⑶ Aplicação de ferramenta de nitreto de boro cúbico
O nitreto de boro cúbico é adequado para acabamento de vários materiais difíceis de cortar, como aço endurecido, ferro fundido duro, liga de alta temperatura, liga dura e materiais de pulverização de superfície. A precisão da usinagem pode atingir IT5 (o furo é IT6), e a rugosidade da superfície pode ser tão pequena quanto Ra1.25-0.20μm.
O material da ferramenta de nitreto de boro cúbico tem baixa tenacidade e resistência à flexão. Portanto, as ferramentas de torneamento de nitreto de boro cúbico não são adequadas para usinagem de desbaste com baixa velocidade e alta carga de impacto; Forte aresta postiça ocorrerá no caso de metal, o que deteriorará a superfície usinada.
3. Tipos, propriedades e características de materiais de ferramentas de cerâmica e aplicações de ferramentas
As ferramentas de corte de cerâmica têm características de alta dureza, boa resistência ao desgaste, excelente resistência ao calor e estabilidade química, e não são fáceis de unir com o metal. As ferramentas de corte de cerâmica ocupam uma posição muito importante na usinagem CNC. As ferramentas de corte de cerâmica se tornaram uma das principais ferramentas de corte para corte em alta velocidade e processamento de materiais difíceis de usinar. As ferramentas de corte de cerâmica são amplamente utilizadas em corte de alta velocidade, corte a seco, corte duro e corte de materiais difíceis de usinar. As facas de cerâmica podem processar com eficiência materiais altamente duros que as facas tradicionais não conseguem processar e realizar a "substituição da moagem por um carro"; a velocidade de corte ideal das facas de cerâmica pode ser de 2 a 10 vezes maior do que a das facas de metal duro, melhorando muito a eficiência da produção do processamento de corte A principal matéria-prima usada em materiais de ferramentas de cerâmica é o elemento mais abundante na crosta terrestre. Portanto, a popularização e aplicação de ferramentas de cerâmica é de grande importância para melhorar a produtividade, reduzir os custos de processamento e economizar metais preciosos estratégicos, além de promover muito o desenvolvimento da tecnologia de corte. progresso.
⑴ Tipos de materiais de ferramentas de cerâmica
Os tipos de materiais de ferramentas de cerâmica geralmente podem ser divididos em três categorias: cerâmica à base de alumina, cerâmica à base de nitreto de silício e cerâmica composta à base de nitreto de silício-alumina. Entre eles, os materiais cerâmicos para ferramentas à base de alumina e nitreto de silício são os mais amplamente utilizados. O desempenho da cerâmica à base de nitreto de silício é superior ao da cerâmica à base de alumina.
⑵ Desempenho e características das ferramentas de corte de cerâmica
As características de desempenho das ferramentas de corte de cerâmica são as seguintes:
① Alta dureza e boa resistência ao desgaste: Embora a dureza das ferramentas de cerâmica não seja tão alta quanto a de PCD e PCBN, é muito maior que a de metal duro e ferramentas de aço rápido, atingindo 93-95HRA. As ferramentas de cerâmica podem processar materiais de alta dureza que são difíceis de processar com ferramentas tradicionais e são adequadas para corte de alta velocidade e corte duro.
② Resistência a altas temperaturas e boa resistência ao calor: As ferramentas de cerâmica ainda podem cortar em altas temperaturas acima de 1200 graus. As facas de cerâmica têm boas propriedades mecânicas em alta temperatura e a resistência à oxidação das facas de cerâmica A12O3 é particularmente boa. Mesmo que a aresta de corte esteja em um estado incandescente, ela pode ser usada continuamente. Portanto, as ferramentas de cerâmica podem atingir o corte a seco, o que pode economizar fluido de corte.
③ Boa estabilidade química: as ferramentas de corte de cerâmica não são fáceis de unir com o metal e são resistentes à corrosão e quimicamente estáveis, o que pode reduzir o desgaste das ferramentas de corte.
④ Baixo coeficiente de atrito: A afinidade entre as ferramentas de corte de cerâmica e o metal é pequena e o coeficiente de atrito é baixo, o que pode reduzir a força de corte e a temperatura de corte.
⑶ Aplicação de facas de cerâmica
A cerâmica é um dos materiais de ferramentas usados principalmente para acabamento e semiacabamento de alta velocidade. As ferramentas de corte de cerâmica são adequadas para cortar todos os tipos de ferro fundido (ferro fundido cinzento, ferro dúctil, ferro fundido maleável, ferro fundido resfriado, ferro fundido resistente ao desgaste de alta liga) e aço (aço estrutural de carbono, aço estrutural de liga, aço de alta resistência , aço com alto teor de manganês, aço temperado, etc.), também pode ser usado para cortar ligas de cobre, grafite, plásticos de engenharia e materiais compostos.
Existem problemas de baixa resistência à flexão e baixa tenacidade ao impacto no desempenho de materiais de ferramentas de cerâmica, que não são adequados para corte em baixa velocidade e carga de impacto.
4. Propriedades e características de materiais de ferramenta de corte revestidos e aplicação de ferramentas de corte
Revestir a ferramenta é uma das maneiras importantes de melhorar o desempenho da ferramenta. O surgimento de ferramentas de corte revestidas trouxe um grande avanço no desempenho de corte das ferramentas de corte. A ferramenta revestida é revestida com uma ou mais camadas de composto refratário com boa resistência ao desgaste no corpo da ferramenta mais resistente, que combina o substrato da ferramenta com o revestimento duro, de modo que o desempenho da ferramenta é bastante aprimorado. As ferramentas de corte revestidas podem melhorar a eficiência do processamento, melhorar a precisão do processamento, prolongar a vida útil da ferramenta e reduzir os custos de processamento.
Cerca de 80% das ferramentas de corte usadas nas novas máquinas-ferramenta CNC usam ferramentas revestidas. As ferramentas de corte revestidas serão as variedades de ferramentas mais importantes no campo da usinagem CNC no futuro.
⑴ Tipos de ferramentas revestidas
De acordo com diferentes métodos de revestimento, as ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas revestidas por deposição química de vapor (CVD) e ferramentas revestidas por deposição física de vapor (PVD). As ferramentas de carboneto revestido geralmente usam deposição de vapor químico e a temperatura de deposição é de cerca de 1000 graus. Ferramentas de aço de alta velocidade revestidas geralmente usam deposição de vapor físico, e a temperatura de deposição é de cerca de 500 graus;
De acordo com os diferentes materiais de substrato das ferramentas revestidas, as ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas revestidas de metal duro, ferramentas revestidas de aço rápido e ferramentas revestidas em cerâmica e materiais superduros (diamante e nitreto de boro cúbico).
De acordo com a natureza do material de revestimento, as ferramentas revestidas podem ser divididas em duas categorias, ou seja, ferramentas com revestimento "rígido" e ferramentas com revestimento "macio". Os principais objetivos das ferramentas com revestimento "duro" são alta dureza e resistência ao desgaste. Suas principais vantagens são alta dureza e boa resistência ao desgaste, tipicamente revestimentos de TiC e TiN. O objetivo perseguido pelas ferramentas de revestimento "soft" é um baixo coeficiente de atrito, também conhecido como ferramentas autolubrificantes, e seu atrito com o material da peça O coeficiente é muito baixo, apenas cerca de 0,1, o que pode reduzir colagem, reduza o atrito, reduza a força de corte e a temperatura de corte.
Recentemente desenvolveu uma ferramenta de nano-revestimento (Nanoeoating). Esta ferramenta revestida pode usar diferentes combinações de vários materiais de revestimento (como metal/metal, metal/cerâmica, cerâmica/cerâmica, etc.) para atender a diferentes requisitos funcionais e de desempenho. Um nano-revestimento projetado adequadamente pode fazer com que o material da ferramenta tenha excelentes funções antifricção e antidesgaste e propriedades autolubrificantes, o que é adequado para corte a seco em alta velocidade.
⑵ Características das ferramentas revestidas
As características de desempenho das ferramentas revestidas são as seguintes:
① Boas propriedades mecânicas e de corte: as ferramentas revestidas combinam as excelentes propriedades do material de base e do material de revestimento
Ele não apenas mantém a boa tenacidade e alta resistência da matriz, mas também possui alta dureza, alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito do revestimento. Portanto, a velocidade de corte da ferramenta revestida pode ser aumentada em mais de 2 vezes do que a da ferramenta não revestida, e uma taxa de avanço maior é permitida. A vida útil da ferramenta revestida também é aumentada.
② Forte versatilidade: As ferramentas revestidas têm ampla versatilidade e a gama de processamento foi significativamente expandida. Uma ferramenta revestida pode substituir várias ferramentas não revestidas.
③ Espessura do revestimento: Com o aumento da espessura do revestimento, a vida útil da ferramenta também aumentará, mas quando a espessura do revestimento atingir a saturação, a vida útil da ferramenta não aumentará significativamente. Quando o revestimento é muito espesso, é fácil causar descamação; quando o revestimento é muito fino, a resistência ao desgaste é fraca.
④ Retificação: Lâminas revestidas têm baixa capacidade de retífica, equipamento de revestimento complexo, altos requisitos de processo e longo tempo de revestimento.
⑤ Material de revestimento: Ferramentas com diferentes materiais de revestimento têm diferentes desempenhos de corte. Por exemplo: ao cortar em baixa velocidade, o revestimento TiC tem uma vantagem; ao cortar em alta velocidade, o TiN é mais adequado.
⑶ Aplicação de ferramentas revestidas
As ferramentas de corte revestidas têm grande potencial no campo da usinagem CNC e serão a variedade de ferramentas mais importante no campo da usinagem CNC no futuro. A tecnologia de revestimento foi aplicada a fresas de topo, alargadores, brocas, ferramentas de processamento de furos compostos, fresas de engrenagens, fresas de formador de engrenagens, fresas de rebarbação de engrenagens, brochas de formação e várias pastilhas intercambiáveis de fixação de máquina para atender aos requisitos de corte de alta velocidade Aço e ferro fundido , ligas resistentes ao calor e metais não ferrosos e outros materiais.
5. Tipos, propriedades, características e aplicações de materiais de ferramentas de metal duro
Ferramentas de corte de carboneto, especialmente ferramentas de corte de carboneto intercambiáveis, são os principais produtos de ferramentas de usinagem CNC. Desde a década de 1980, várias ferramentas de corte ou lâminas de metal duro intercambiáveis e integrais foram expandidas para vários campos de ferramentas de precisão, complexos e de formação.
⑴ Tipos de ferramentas de metal duro
De acordo com a composição química principal, o carboneto cimentado pode ser dividido em carboneto cimentado à base de carboneto de tungstênio e carboneto cimentado à base de titânio (nitreto) (TiC(N)).
O carboneto cimentado à base de carboneto de tungstênio inclui três tipos: tungstênio-cobalto (YG), tungstênio-cobalto-titânio (YT) e carbonetos raros (YW), cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. Os principais componentes são carboneto de tungstênio (WC), carboneto de titânio (TiC), carboneto de tântalo (TaC), carboneto de nióbio (NbC), etc., e a fase aglutinante de metal comumente usada é Co.
Carboneto de titânio à base de carbono (nitreto) é um carboneto de titânio com TiC como componente principal (alguns outros carbonetos ou nitretos são adicionados), e as fases de aglutinante de metal comumente usadas são Mo e Ni.
A ISO (International Organization for Standardization) divide o metal duro para corte em três categorias:
A categoria K, incluindo Kl0~K40, é equivalente à categoria YG do meu país (o componente principal é WC.Co).
A categoria P, incluindo P01~P50, é equivalente à categoria YT do meu país (composta principalmente por WC.TiC.Co).
A categoria M, incluindo M10~M40, é equivalente à categoria YW do meu país (o componente principal é WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Cada grau representa uma série de ligas de alta dureza a tenacidade máxima com números entre 01 e 50.
⑵ Características de desempenho das ferramentas de corte de metal duro
As características de desempenho das ferramentas de corte de metal duro são as seguintes:
① Alta dureza: As ferramentas de corte de metal duro são feitas de metal duro com alta dureza e ponto de fusão (chamado de fase dura) e aglutinante de metal (chamado de fase de ligação) pelo método de metalurgia do pó, e sua dureza atinge 89-93HRA, muito maior do que aço rápido, a 5400C, a dureza ainda pode atingir 82-87HRA, que é a mesma do aço rápido à temperatura ambiente (83-86HRA). O valor da dureza do carboneto cimentado varia com a natureza, quantidade, tamanho de partícula e conteúdo da fase de ligação do metal do carboneto e geralmente diminui com o aumento do conteúdo da fase do metal de ligação. Quando o conteúdo da fase ligante é o mesmo, a dureza das ligas YT é maior que a das ligas YG, e as ligas adicionadas com TaC (NbC) têm maior dureza em alta temperatura.
② Resistência à flexão e tenacidade: A resistência à flexão do metal duro comumente usado está na faixa de 900-1500MPa. Quanto maior o conteúdo da fase ligante de metal, maior a resistência à flexão. Quando o teor de ligante é o mesmo, a resistência da liga do tipo YG (WC-Co) é maior do que a da liga do tipo YT (WC-TiC-Co), e a resistência diminui com o aumento do teor de TiC. O metal duro é um material frágil e sua tenacidade ao impacto à temperatura ambiente é de apenas 1/30 a 1/8 daquela do aço rápido.
⑶ Aplicação de ferramentas de corte de metal duro comumente usadas
As ligas YG são usadas principalmente para processar ferro fundido, metais não ferrosos e materiais não metálicos. Ligas duras de grão fino (como YG3X, YG6X) têm maior dureza e resistência ao desgaste do que ligas duras de grão médio quando o teor de cobalto é o mesmo e são adequadas para processar alguns ferros fundidos duros especiais, aço inoxidável austenítico, resistente ao calor ligas, liga de titânio, bronze duro e materiais isolantes resistentes ao desgaste, etc.
As excelentes vantagens do metal duro YT são alta dureza, boa resistência ao calor, maior dureza e resistência à compressão em alta temperatura do que o metal duro YG e boa resistência à oxidação. Portanto, quando for necessário que a faca tenha maior resistência ao calor e resistência ao desgaste, a classe com maior teor de TiC deve ser selecionada. As ligas YT são adequadas para o processamento de materiais plásticos, como aço, mas não são adequadas para o processamento de ligas de titânio e ligas de silício-alumínio.
A liga YW tem as propriedades das ligas YG e YT e tem um bom desempenho abrangente. Pode ser usado não apenas para processar materiais de aço, mas também para processar ferro fundido e metais não ferrosos. Se o teor de cobalto for aumentado adequadamente, a resistência desse tipo de liga pode ser muito alta e pode ser usada para usinagem de desbaste e corte intermitente de vários materiais difíceis de usinar.
6. Tipos, características e aplicações de ferramentas de corte de aço rápido
Aço de alta velocidade (HSS para abreviar) é um aço de ferramenta de alta liga com mais elementos de liga, como W, Mo, Cr e V adicionados. As ferramentas de corte de aço rápido têm excelente desempenho abrangente em termos de resistência, tenacidade e capacidade de fabricação. Em ferramentas de corte complexas, especialmente na fabricação de ferramentas de processamento de furos, fresas, ferramentas de rosqueamento, brocas, ferramentas de corte de engrenagens e outras ferramentas de corte complexas, o aço rápido ainda ocupa uma posição dominante. As facas de aço rápido são fáceis de afiar as arestas de corte.
De acordo com diferentes usos, o aço rápido pode ser dividido em aço rápido de uso geral e aço rápido de alto desempenho.
⑴ Ferramentas de corte de aço rápido de uso geral
Aço rápido de uso geral. Geralmente, pode ser dividido em dois tipos: aço de tungstênio e aço de molibdênio de tungstênio. Este tipo de aço rápido contém aditivo (C) de 0,7 por cento a 0,9 por cento . De acordo com o conteúdo diferente de tungstênio no aço, ele pode ser dividido em aço de tungstênio com 12% ou 18% de W, aço de tungstênio-molibdênio com 6% ou 8% de W e aço de molibdênio com 2% ou nenhum W. . O aço rápido de uso geral tem uma certa dureza (63-66HRC) e resistência ao desgaste, alta resistência e tenacidade, boa plasticidade e tecnologia de processamento, por isso é amplamente utilizado na fabricação de várias ferramentas complexas.
① Aço de tungstênio: O tipo típico de aço de tungstênio de aço rápido de uso geral é W18Cr4V, (W18 para abreviar), que tem um bom desempenho abrangente. A dureza de alta temperatura a 6000C é de 48,5 HRC e pode ser usada para fabricar várias ferramentas complexas. Tem as vantagens de boa moabilidade e baixa sensibilidade à descarbonetação, mas devido ao alto teor de carbonetos, a distribuição é relativamente desigual, as partículas são grandes e a resistência e tenacidade não são altas.
② Aço de tungstênio-molibdênio: refere-se a um aço de alta velocidade obtido pela substituição de parte do tungstênio no aço de tungstênio por molibdênio. O tipo típico de aço de tungstênio-molibdênio é W6Mo5Cr4V2, (M2 para abreviar). As partículas de carboneto de M2 são finas e uniformes, e sua resistência, tenacidade e plasticidade de alta temperatura são melhores do que as de W18Cr4V. Outro aço de tungstênio-molibdênio é W9Mo3Cr4V (W9 para abreviar), sua estabilidade térmica é ligeiramente superior à do aço M2, sua resistência à flexão e tenacidade são melhores que W6M05Cr4V2 e tem boa usinabilidade.
⑵ Ferramentas de corte de aço rápido de alto desempenho
O aço rápido de alto desempenho refere-se a um novo tipo de aço que adiciona algum teor de carbono, teor de vanádio e elementos de liga como Co e Al à composição do aço rápido de uso geral, de modo a melhorar sua resistência ao calor e resistência ao desgaste. Existem principalmente as seguintes categorias:
① Aço rápido de alto teor de carbono. Aço rápido de alto carbono (como 95W18Cr4V), com alta dureza à temperatura ambiente e alta temperatura, é adequado para fabricação e processamento de aço comum e ferro fundido, brocas, alargadores, machos e fresas com requisitos de alta resistência ao desgaste ou ferramentas para processar materiais mais duros. Não é adequado para suportar grandes impactos.
② Aço rápido de alto vanádio. Classes típicas, como W12Cr4V4Mo, (referidas como EV4), contendo V aumentado para 3 por cento a 5 por cento, boa resistência ao desgaste, adequadas para cortar materiais com grande desgaste da ferramenta, como fibra, borracha dura, plástico, etc., podem também pode ser usado para processar materiais como aço inoxidável, aço de alta resistência e ligas de alta temperatura.
③ Aço rápido de cobalto. É um aço rápido superduro contendo cobalto, um tipo típico, como W2Mo9Cr4VCo8, (M42 para abreviar), tem alta dureza e sua dureza pode atingir 69-70HRC. É adequado para processar aço resistente ao calor de alta resistência, ligas de alta temperatura, ligas de titânio, etc. Material de usinagem, M42 tem boa capacidade de retificação e é adequado para fazer ferramentas de precisão e complexas, mas não é adequado para trabalhar sob corte por impacto condições.
④ Aço rápido de alumínio. Pertence ao aço rápido superduro contendo alumínio, classes típicas, como W6Mo5Cr4V2Al, (abreviado como 501), a dureza de alta temperatura atinge 54HRC a 6000C e o desempenho de corte é equivalente a M42. É adequado para a fabricação de fresas, brocas, alargadores, cortadores de engrenagens e broches. etc., usado para processar materiais como liga de aço, aço inoxidável, aço de alta resistência e superliga.
⑤ Aço rápido superduro de nitrogênio. Classes típicas, como W12M03Cr4V3N, referidas como (V3N), são aços rápidos superduros contendo nitrogênio. A dureza, resistência e tenacidade são equivalentes a M42. em processamento.
(3) Aço rápido de fusão e aço rápido de metalurgia do pó
De acordo com diferentes processos de fabricação, o aço rápido pode ser dividido em aço rápido de fusão e aço rápido de metalurgia do pó.
① Fundição de aço rápido: Tanto o aço rápido comum quanto o aço rápido de alto desempenho são fabricados por fundição. Eles são transformados em facas por meio de processos como fundição, fundição de lingotes e revestimento e laminação. O problema sério que provavelmente ocorre na fundição de aço rápido é a segregação de carboneto. Os carbonetos duros e quebradiços são distribuídos de forma desigual no aço rápido e os grãos são grossos (até dezenas de mícrons). e efeitos adversos no desempenho de corte.
② Aço rápido de metalurgia do pó (PM HSS): O aço rápido de metalurgia do pó (PM HSS) é aço fundido fundido em um forno de indução de alta frequência, atomizado com argônio de alta pressão ou nitrogênio puro e depois temperado para obter finos e microestrutura de cristais uniformes (pó de aço de alta velocidade) e, em seguida, pressione o pó obtido em uma faca em branco sob alta temperatura e alta pressão, ou primeiro faça um tarugo de aço e depois forje e enrole-o em forma de faca. Comparado com o aço rápido produzido pelo método de fusão, o PM HSS tem as seguintes vantagens: os grãos de carboneto são finos e uniformes, e a força, tenacidade e resistência ao desgaste são muito melhores em comparação com o aço rápido produzido por fusão. No campo de ferramentas CNC complexas, as ferramentas PM HSS irão se desenvolver e desempenhar um papel importante. Graus típicos, como F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., podem ser usados para fabricar facas de grande porte, resistentes e de alto impacto, e também podem ser usadas para fabricar facas de precisão.
3. Princípios de seleção de materiais de ferramentas de corte CNC
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Atualmente, os materiais de ferramentas CNC amplamente utilizados incluem principalmente ferramentas de diamante, ferramentas de nitreto de boro cúbico, ferramentas de cerâmica, ferramentas revestidas, ferramentas de metal duro e ferramentas de aço de alta velocidade. Existem muitos tipos de materiais para ferramentas de corte e seu desempenho varia muito. Os principais indicadores de desempenho de vários materiais de ferramentas são mostrados na tabela a seguir.
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O material da ferramenta para usinagem NC deve ser selecionado de acordo com a peça a ser usinada e a natureza da usinagem. A seleção do material da ferramenta deve ser razoavelmente compatível com o objeto de processamento. A correspondência entre o material da ferramenta de corte e o objeto de processamento refere-se principalmente à correspondência das propriedades mecânicas, físicas e químicas dos dois para obter a maior vida útil da ferramenta e máxima produtividade de corte.
1. O material da ferramenta de corte corresponde às propriedades mecânicas do objeto usinado
A correspondência das propriedades mecânicas da ferramenta de corte e do objeto de processamento refere-se principalmente à correspondência dos parâmetros de propriedades mecânicas, como resistência, tenacidade e dureza da ferramenta de corte e do material da peça de trabalho. Materiais de ferramentas com diferentes propriedades mecânicas são adequados para diferentes materiais de peças de trabalho.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>aço de alta velocidade.
② A ordem de resistência à flexão dos materiais das ferramentas é: aço rápido > metal duro > ferramentas de cerâmica > ferramentas de diamante e nitreto de boro cúbico.
③ A ordem de tenacidade dos materiais das ferramentas de corte é: aço rápido > metal duro > nitreto de boro cúbico, diamante e ferramentas de corte de cerâmica.
O material da peça de trabalho com alta dureza deve ser processado com uma ferramenta com maior dureza. A dureza do material da ferramenta deve ser superior à do material da peça de trabalho, que geralmente deve ser superior a 60HRC. Quanto mais duro o material da ferramenta, melhor sua resistência ao desgaste. Por exemplo, quando a quantidade de cobalto no metal duro aumenta, sua resistência e tenacidade aumentam e sua dureza diminui, o que é adequado para usinagem de desbaste; quando a quantidade de cobalto diminui, sua dureza e resistência ao desgaste aumentam, o que é adequado para acabamento.
Ferramentas com excelentes propriedades mecânicas em alta temperatura são especialmente adequadas para corte em alta velocidade. O excelente desempenho em alta temperatura das ferramentas de cerâmica permite que elas cortem em altas velocidades, e a velocidade de corte permitida pode ser aumentada de 2 a 10 vezes em comparação com o metal duro.
2. Correspondência do material da ferramenta de corte com as propriedades físicas do objeto usinado
Ferramentas com diferentes propriedades físicas, como ferramentas de aço rápido com alta condutividade térmica e baixo ponto de fusão, ferramentas de cerâmica com alto ponto de fusão e baixa expansão térmica, ferramentas diamantadas com alta condutividade térmica e baixa expansão térmica, etc., são adequadas para diferentes materiais da peça de trabalho. Ao processar peças com baixa condutividade térmica, materiais de ferramenta com melhor condutividade térmica devem ser usados para que o calor de corte possa ser transmitido rapidamente e a temperatura de corte possa ser reduzida. Devido à alta condutividade térmica e difusividade térmica do diamante, o calor de corte é facilmente dissipado e não causa grandes deformações térmicas, o que é especialmente importante para ferramentas de usinagem de precisão que exigem alta precisão dimensional.
① Temperatura resistente ao calor de vários materiais de ferramentas: 700-8000C para ferramentas diamantadas, 13000-15000C para ferramentas PCBN, 1100-12000C para ferramentas de cerâmica, 900-11000C para TiC(N ) à base de carboneto cimentado e 900-11000C para grãos ultrafinos à base de WC O carboneto cimentado é 800~9000C, HSS é 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>Cerâmica à1203-base.
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>Cerâmica à1203-base.
3. Combinar o material da ferramenta de corte com as propriedades químicas do objeto usinado
A correspondência de propriedades químicas entre materiais de ferramentas de corte e objetos de processamento refere-se principalmente à correspondência de parâmetros de desempenho químico, como afinidade química, reação química, difusão e dissolução entre materiais de ferramentas e materiais de peças de trabalho. facas de diversos materiais
