Gereedschapsmaterialen moeten basiseigenschappen hebben
De selectie van gereedschapsmaterialen heeft een grote invloed op de standtijd, verwerkingsefficiëntie, verwerkingskwaliteit en verwerkingskosten. Bij het snijden moeten gereedschappen bestand zijn tegen hoge druk, hoge temperaturen, wrijving, schokken en trillingen. Daarom moeten gereedschapsmaterialen de volgende basiseigenschappen hebben:
(1) Hardheid en slijtvastheid. De hardheid van het gereedschapsmateriaal moet hoger zijn dan de hardheid van het werkstukmateriaal, doorgaans boven de 60 HRC. Hoe hoger de hardheid van het gereedschapsmateriaal, hoe beter de slijtvastheid.
(2) Sterkte en taaiheid. Het gereedschapsmateriaal moet een hoge sterkte en taaiheid hebben om bestand te zijn tegen snijkracht, stoten en trillingen, en om brosse breuk en afbrokkeling van het gereedschap te voorkomen.
(3) Hittebestendigheid. Het gereedschapsmateriaal moet een goede hittebestendigheid hebben, bestand zijn tegen hoge snijtemperaturen en een goed antioxiderend vermogen hebben.
(4) Procesprestaties en economie. Het gereedschapsmateriaal moet goede smeedprestaties, warmtebehandelingsprestaties, lasprestaties, slijpprestaties, enz. hebben, en moet een hoge prestatie-prijsverhouding nastreven.
2
Typen, eigenschappen, kenmerken en toepassingen van gereedschapsmaterialen
1. Materialen voor diamantgereedschap
Diamant is een allotroop van koolstof en is het hardste materiaal dat in de natuur voorkomt. Diamantgereedschappen hebben een hoge hardheid, hoge slijtvastheid en hoge thermische geleidbaarheid en worden veel gebruikt bij de verwerking van non-ferrometalen en niet-metalen materialen. Vooral bij het hoge-snijden van aluminium en silicium-aluminiumlegeringen vormen diamantgereedschappen het belangrijkste snijgereedschap dat moeilijk te vervangen is. Diamantgereedschappen die een hoog rendement, hoge stabiliteit en een lange levensduur kunnen bereiken, zijn een onmisbaar en belangrijk gereedschap in de moderne CNC-bewerking.
(1) Soorten diamantgereedschappen
① Natuurlijke diamantgereedschappen: Natuurlijke diamant wordt al honderden jaren als snijgereedschap gebruikt. Natuurlijke diamantgereedschappen met één kristal kunnen fijn worden geslepen tot een extreem scherpe rand met een snijkantradius tot 0,002 μm. Ze kunnen ultra-dun snijden en extreem hoge werkstukprecisie en extreem lage oppervlakteruwheid produceren. Het zijn erkende, ideale en onvervangbare ultra-precieze bewerkingsgereedschappen.
② PCD-diamantgereedschappen: natuurlijke diamanten zijn duur en de diamant die veel wordt gebruikt bij het snijden is polykristallijne diamant (PCD). Sinds het begin van de jaren zeventig, na de succesvolle ontwikkeling van polykristallijne diamant (PCD-bladen), vervaardigd door middel van hogetemperatuur- en hogedruksynthesetechnologie, zijn natuurlijke diamantgereedschappen in veel gevallen vervangen door kunstmatige polykristallijne diamanten. PCD-grondstoffen zijn er in overvloed en de prijs ervan bedraagt slechts enkele tienden tot tienden van die van natuurlijke diamant. PCD-gereedschappen kunnen geen extreem scherpe randen slijpen en de oppervlaktekwaliteit van de bewerkte werkstukken is niet zo goed als die van natuurlijke diamanten. Momenteel kunnen PCD-bladen met spaanbrekers niet eenvoudig in de industrie worden vervaardigd. Daarom kan PCD alleen worden gebruikt voor het nauwkeurig snijden van non-ferrometalen en non-metalen, en is het moeilijk om ultra-precies spiegelsnijden te bereiken.
③ CVD-diamantgereedschappen: Sinds eind jaren zeventig en begin jaren tachtig is CVD-diamanttechnologie in Japan verschenen. CVD-diamant verwijst naar diamantfilm die is gesynthetiseerd op een heterogeen substraat (zoals gecementeerd carbide, keramiek, enz.) door chemische dampafzetting (CVD). CVD-diamant heeft dezelfde structuur en kenmerken als natuurlijke diamant. De prestaties van CVD-diamant liggen zeer dicht bij die van natuurlijke diamant. Het heeft de voordelen van natuurlijke monokristallijne diamant en polykristallijne diamant (PCD), en overwint tot op zekere hoogte hun tekortkomingen.
(2) Prestatiekenmerken van diamantgereedschappen
① Extreem hoge hardheid en slijtvastheid: Natuurlijke diamant is de hardste stof die in de natuur voorkomt. Diamant heeft een extreem hoge slijtvastheid. Bij het verwerken van materialen met een hoge-hardheid is de levensduur van diamantgereedschappen 10 tot 100 keer zo lang als die van gecementeerde hardmetalen gereedschappen, of zelfs tot enkele honderden keren.
② Zeer lage wrijvingscoëfficiënt: de wrijvingscoëfficiënt tussen diamant en sommige non{0}}ferrometalen is lager dan die van ander gereedschap. De lage wrijvingscoëfficiënt betekent minder vervorming tijdens de verwerking, wat de snijkracht kan verminderen.
③ Zeer scherpe snijkant: De snijkant van diamantgereedschappen kan tot een zeer scherp niveau worden geslepen. Natuurlijke diamantgereedschappen met één kristal kunnen 0,002 tot 0,008 μm bereiken, waardoor ultra-dun snijden en ultra-precieze bewerkingen mogelijk zijn.
④ Hoge thermische geleidbaarheid: diamant heeft een hoge thermische geleidbaarheid en thermische diffusiviteit, de snijwarmte wordt gemakkelijk afgevoerd en de temperatuur van het snijgedeelte van het gereedschap is laag.
⑤ Lage thermische uitzettingscoëfficiënt: de thermische uitzettingscoëfficiënt van diamant is meerdere keren kleiner dan die van gecementeerd carbide, en de verandering in gereedschapsgrootte veroorzaakt door snijwarmte is erg klein, wat vooral belangrijk is voor precisie- en ultra-precisiebewerkingen met hoge maatnauwkeurigheidseisen.
(3) Toepassing van diamantgereedschappen
Diamantgereedschappen worden meestal gebruikt voor het fijnsnijden en kotteren van non-ferrometalen en niet-metalen materialen bij hoge snelheden. Geschikt voor het bewerken van diverse slijtvast-resistente niet-metalen, zoals glasvezelpoedermetallurgische blanks, keramische materialen, enz.; diverse slijtvast-resistente non-ferrometalen, zoals diverse siliciumaluminiumlegeringen; diverse non-ferrometaalafwerkingen.
Het nadeel van diamantgereedschappen is dat ze een slechte thermische stabiliteit hebben. Wanneer de snijtemperatuur 700 graden ~ 800 graden overschrijdt, verliezen ze hun hardheid volledig. Bovendien zijn ze niet geschikt voor het snijden van ferrometalen omdat diamant (koolstof) bij hoge temperaturen gemakkelijk reageert met ijzeratomen, waardoor koolstofatomen worden omgezet in grafietstructuren, waardoor de gereedschappen extreem gemakkelijk te beschadigen zijn.
2. Gereedschapsmaterialen van kubisch boornitride
Kubisch boornitride (CBN), een tweede superhard materiaal dat wordt gesynthetiseerd volgens een methode die vergelijkbaar is met de diamantproductiemethode, staat qua hardheid en thermische geleidbaarheid op de tweede plaats na diamant. Het heeft een uitstekende thermische stabiliteit en oxideert niet, zelfs niet bij verhitting tot 10.000 graden in de atmosfeer. CBN heeft extreem stabiele chemische eigenschappen voor ferrometalen en kan breed worden toegepast bij de verwerking van staalproducten.
(1) Soorten kubisch boornitridegereedschap
Kubisch boornitride (CBN) is een stof die in de natuur niet voorkomt. Het kan worden onderverdeeld in enkele kristallen en polykristallijne kristallen, namelijk CBN-enkele kristallen en polykristallijn kubisch boornitride (PCBN). CBN is een van de allotropen van boornitride (BN) en heeft een structuur die lijkt op die van diamant.
PCBN (polykristallijn kubisch boornitride) is een polykristallijn materiaal dat wordt gemaakt door fijne CBN-materialen samen te sinteren via een bindingsfase (TiC, TiN, Al, Ti, enz.) onder hoge temperatuur en hoge druk. Het is momenteel het gereedschapsmateriaal met een hardheid die op de tweede plaats komt na diamant en die kunstmatig wordt gesynthetiseerd. Het en diamant worden gezamenlijk superhard gereedschapsmaterialen genoemd. PCBN wordt vooral gebruikt voor het maken van gereedschappen of ander gereedschap.
PCBN-gereedschappen kunnen worden onderverdeeld in integrale PCBN-bladen en PCBN-composietbladen gesinterd met hardmetaal.
PCBN-composietbladen worden gemaakt door een laag PCBN van 0,5-1,0 mm dik te sinteren op een gecementeerd carbide met goede sterkte en taaiheid. Zijn prestaties combineren goede taaiheid met hoge hardheid en slijtvastheid. Het lost de problemen van lage buigsterkte en moeilijk lassen van CBN-bladen op.
(2) Belangrijkste eigenschappen en karakteristieken van kubisch boornitride
Hoewel de hardheid van kubisch boornitride iets lager is dan die van diamant, is deze veel hoger dan die van andere materialen met een hoge hardheid. Het opmerkelijke voordeel van CBN is dat de thermische stabiliteit ervan veel hoger is dan die van diamant, die meer dan 1200 graden kan bereiken (diamant is 700-800 graden). Een ander opvallend voordeel is dat het chemisch inert is en niet chemisch reageert met ijzer bij 1200-1300 graden. De belangrijkste prestatiekenmerken van kubisch boornitride zijn als volgt.
① Hoge hardheid en slijtvastheid: de kristalstructuur van CBN is vergelijkbaar met die van diamant en heeft een vergelijkbare hardheid en sterkte als diamant. PCBN is bijzonder geschikt voor het verwerken van materialen met een hoge-hardheid die voorheen alleen konden worden geslepen, en waarmee een betere oppervlaktekwaliteit van het werkstuk kan worden verkregen.
② Het heeft een hoge thermische stabiliteit: de hittebestendigheid van CBN kan 1400-1500 graden bereiken, wat bijna 1 keer hoger is dan de hittebestendigheid van diamant (700-800 graden). PCBN-gereedschappen kunnen legeringen en gehard staal op hoge temperatuur snijden met een snelheid die 3-5 keer hoger is dan die van hardmetalen gereedschappen.
③ Uitstekende chemische stabiliteit: het reageert niet chemisch met ijzermaterialen bij 1200 ~ 1300 graden en zal niet zo snel verslijten als diamant. Op dit moment kan het nog steeds de hardheid van gecementeerd carbide behouden; PCBN-gereedschappen zijn geschikt voor het snijden van onderdelen van gehard staal en gekoeld gietijzer, en kunnen op grote schaal worden gebruikt voor het snijden van gietijzer op hoge- snelheid.
④ Goede thermische geleidbaarheid: Hoewel de thermische geleidbaarheid van CBN die van diamant niet kan inhalen, komt de thermische geleidbaarheid van PCBN onder alle soorten gereedschapsmaterialen op de tweede plaats na diamant, en is veel hoger dan snel-snelstaal en gecementeerd carbide.
⑤ Lage wrijvingscoëfficiënt: een lage wrijvingscoëfficiënt kan leiden tot verminderde snijkracht, lagere snijtemperatuur en verbeterde kwaliteit van het verwerkingsoppervlak tijdens het snijden.
(3) Toepassing van kubisch boornitridegereedschap
Kubisch boornitride is geschikt voor het afwerken van diverse hard-tot-gesneden materialen zoals gehard staal, hard gietijzer, hoge- temperatuurlegeringen, hardmetaal, materialen voor oppervlaktespuiten, enz. De verwerkingsnauwkeurigheid kan IT5 bereiken (IT6 voor gaten) en de waarde van de oppervlakteruwheid kan zo klein zijn als Ra1,25~0,20μm.
Kubieke boornitride gereedschapsmaterialen hebben een slechte taaiheid en buigsterkte. Daarom zijn kubieke boornitride-draaigereedschappen niet geschikt voor ruwe bewerking met lage- snelheid en hoge- impact; tegelijkertijd zijn ze niet geschikt voor het snijden van materialen met een hoge plasticiteit (zoals aluminiumlegeringen, koperlegeringen, legeringen op nikkel-basis, staalsoorten met een hoge plasticiteit, enz.), omdat bij het snijden van deze metalen ernstige opstaande randen- zullen ontstaan, die het bewerkingsoppervlak zullen aantasten.
3. Keramische gereedschapsmaterialen
Keramisch gereedschap heeft de kenmerken van hoge hardheid, goede slijtvastheid, uitstekende hittebestendigheid en chemische stabiliteit, en is niet gemakkelijk te verbinden met metalen. Keramische gereedschappen nemen een zeer belangrijke positie in bij CNC-bewerkingen. Keramische gereedschappen zijn een van de belangrijkste gereedschappen geworden voor het snijden op hoge-snelheid en voor moeilijk-te-bewerkingsmaterialen. Keramische gereedschappen worden veel gebruikt bij het snijden op hoge-snelheid, droog snijden, hard snijden en snijden van moeilijk-bewerkbare materialen-. Keramische snijgereedschappen kunnen op efficiënte wijze materialen met hoge-hardheid verwerken die traditionele snijgereedschappen helemaal niet kunnen verwerken, waarbij ze "draaien in plaats van slijpen" realiseren; de optimale snijsnelheid van keramische snijgereedschappen kan 2 tot 10 keer hoger zijn dan die van hardmetalen snijgereedschappen, waardoor de snijproductie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd; de belangrijkste grondstoffen die worden gebruikt in keramische snijgereedschappen zijn de meest voorkomende elementen in de aardkorst. Daarom is de promotie en toepassing van keramische snijgereedschappen van groot belang voor het verbeteren van de productiviteit, het verlagen van de verwerkingskosten en het besparen van strategische edelmetalen, en zal het ook de vooruitgang van de snijtechnologie enorm bevorderen.
(1) Soorten keramische snijgereedschapsmaterialen
Materialen voor keramische snijgereedschappen kunnen over het algemeen worden onderverdeeld in drie categorieën: keramiek op basis van aluminiumoxide-, keramiek op basis van siliciumnitride- en keramiek op basis van composiet op basis van siliciumnitride-aluminiumoxide-. Hiervan worden op aluminiumoxide-gebaseerde en siliciumnitride-gebaseerde keramische snijgereedschapsmaterialen het meest gebruikt. De prestaties van keramiek op basis van siliciumnitride- zijn superieur aan die van keramiek op basis van aluminiumoxide-.
(2) Prestaties en kenmerken van keramische snijgereedschappen
① Hoge hardheid en goede slijtvastheid: hoewel de hardheid van keramische snijgereedschappen niet zo hoog is als die van PCD en PCBN, is deze veel hoger dan die van carbide en hoge{0}}snijgereedschappen van staal, en bereikt 93~95HRA. Keramisch gereedschap kan materialen met hoge-hardheid verwerken die moeilijk te bewerken zijn met traditioneel gereedschap, en is geschikt voor snijden op hoge- snelheid en hard snijden.
② Bestand tegen hoge temperaturen en goede hittebestendigheid: keramisch gereedschap kan nog steeds snijden bij hoge temperaturen boven 1200 graden. Keramisch gereedschap heeft uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge- temperaturen, en keramisch gereedschap heeft een bijzonder goede oxidatieweerstand. Zelfs als de snijkant in een gloeiend hete- staat is, kan deze continu worden gebruikt. Daarom kunnen keramische gereedschappen droog snijden bereiken, waardoor de noodzaak voor snijvloeistof wordt geëlimineerd.
③ Goede chemische stabiliteit: keramische gereedschappen zijn niet gemakkelijk te verbinden met metalen, en zijn corrosiebestendig- en chemisch stabiel, waardoor de hechtingsslijtage van de gereedschappen kan worden verminderd.
④ Lage wrijvingscoëfficiënt: keramische gereedschappen hebben een lage affiniteit met metalen en een lage wrijvingscoëfficiënt, wat de snijkracht en snijtemperatuur kan verminderen.
(3) Toepassing van keramische gereedschappen
Keramiek is een van de gereedschapsmaterialen die voornamelijk worden gebruikt voor nabewerken op hoge-snelheid en semi-nabewerken. Keramisch gereedschap is geschikt voor het snijden van verschillende soorten gietijzer (grijs gietijzer, nodulair gietijzer, smeedbaar gietijzer, gekoeld gietijzer, slijtvast-hooggelegeerd gietijzer) en staalsoorten (koolstofconstructiestaal, gelegeerd constructiestaal, hogesterktestaal, hoog mangaanstaal, gehard staal, enz.), en kan ook worden gebruikt voor het snijden van koperlegeringen, grafiet, technische kunststoffen en composietmaterialen.
Keramische gereedschapsmaterialen hebben een lage buigsterkte en een slechte slagvastheid, en zijn niet geschikt voor snijden onder lage snelheid en slagbelasting.
4. Gecoate gereedschapsmaterialen
Het coaten van het gereedschap is een van de belangrijke manieren om de prestaties van het gereedschap te verbeteren. De opkomst van gecoate gereedschappen heeft voor een grote doorbraak gezorgd in de snijprestaties van gereedschappen. Gecoate gereedschappen zijn gecoat met een of meer lagen vuurvaste verbindingen met een goede slijtvastheid op het taaie gereedschapslichaam. Het combineert het gereedschapssubstraat met een harde coating, waardoor de gereedschapsprestaties aanzienlijk worden verbeterd. Gecoate gereedschappen kunnen de verwerkingsefficiëntie verbeteren, de verwerkingsnauwkeurigheid verbeteren, de standtijd verlengen en de verwerkingskosten verlagen.
Ongeveer 80% van de snijgereedschappen die in nieuwe CNC-bewerkingsmachines worden gebruikt, maken gebruik van gecoate gereedschappen. Gecoate gereedschappen zullen in de toekomst de belangrijkste gereedschapsvariant op het gebied van CNC-bewerking zijn.
(1) Soorten gecoate gereedschappen
Volgens verschillende coatingmethoden kunnen gecoate gereedschappen worden onderverdeeld in met chemische dampafzetting (CVD) gecoate gereedschappen en met fysische dampdepositie (PVD) gecoate gereedschappen. Gecoate hardmetalen gereedschappen gebruiken over het algemeen de chemische dampafzettingsmethode en de afzettingstemperatuur is ongeveer 1000 graden. Gereedschappen van gecoat staal met hoge snelheid- maken doorgaans gebruik van de fysieke dampafzettingsmethode en de temperatuur van de afzetting bedraagt ongeveer 500 graden.
Afhankelijk van de verschillende substraatmaterialen voor gecoate gereedschappen, kunnen gecoate gereedschappen worden onderverdeeld in met hardmetaal gecoate gereedschappen, met hogesnelheidsstaal gecoate gereedschappen en gecoate gereedschappen op keramiek en superharde materialen (diamant en kubisch boornitride).
Afhankelijk van de eigenschappen van coatingmaterialen kunnen gecoate gereedschappen worden onderverdeeld in twee categorieën, namelijk "hard" gecoate gereedschappen en "zacht" gecoate gereedschappen. Het belangrijkste doel van "harde" gecoate gereedschappen is een hoge hardheid en slijtvastheid. De belangrijkste voordelen zijn hoge hardheid en goede slijtvastheid. Typische voorbeelden zijn TiC- en TiN-coatings. Het doel van gereedschappen met "zachte" coating is een lage wrijvingscoëfficiënt. Ze worden ook zelfsmerende gereedschappen-genoemd. De wrijvingscoëfficiënt tussen hen en het werkstukmateriaal is zeer laag, slechts ongeveer 0,1, wat de hechting kan verminderen, wrijving kan verminderen en de snijkracht en snijtemperatuur kan verminderen.
Onlangs zijn er gereedschappen met nano-coating ontwikkeld. Dit type gecoat gereedschap kan verschillende combinaties van coatingmaterialen gebruiken (zoals metaal/metaal, metaal/keramiek, keramiek/keramiek, enz.) om aan verschillende functionele en prestatie-eisen te voldoen. Een goed-ontworpen nano-coating kan ervoor zorgen dat het gereedschapsmateriaal uitstekende anti-wrijvings- en-slijtagefuncties en zelfs-smerende eigenschappen heeft, die geschikt zijn voor droog-snelzagen.
(2) Kenmerken van gecoate gereedschappen
① Goede mechanische en snij-eigenschappen: gecoate gereedschappen combineren de uitstekende eigenschappen van het basismateriaal en het coatingmateriaal, waardoor de goede taaiheid en hoge sterkte van het basismateriaal behouden blijven, terwijl ze ook de hoge hardheid, hoge slijtvastheid en lage wrijvingscoëfficiënt van de coating hebben. Daarom kan de snijsnelheid van gecoate gereedschappen ruim tweemaal zo hoog zijn als die van ongecoate gereedschappen, en is een hogere voedingssnelheid toegestaan. Ook de levensduur van gecoate gereedschappen wordt verbeterd.
② Sterke veelzijdigheid: gecoate gereedschappen hebben een grote veelzijdigheid en breiden het verwerkingsbereik aanzienlijk uit. Eén gecoat gereedschap kan meerdere ongecoate gereedschappen vervangen.
③ Coatingdikte: de standtijd zal toenemen met de toename van de coatingdikte, maar wanneer de coatingdikte verzadiging bereikt, zal de standtijd niet langer significant toenemen. Als de coating te dik is, kan deze gemakkelijk loslaten; wanneer de coating te dun is, is de slijtvastheid slecht.
④ Herslijpen: het herslijpen van gecoate messen is slecht, de coatingapparatuur is complex, de procesvereisten zijn hoog en de coatingtijd is lang.
⑤ Coatingmateriaal: Gereedschappen met verschillende coatingmaterialen hebben verschillende snijprestaties. Bijvoorbeeld: TiC-coating heeft een voordeel bij snijden met lage- snelheid; TiN is geschikter voor snijden op hoge-snelheid.
(2) Toepassing van gecoat gereedschap
Gecoate gereedschappen hebben een groot potentieel op het gebied van CNC-bewerking en zullen in de toekomst het meest populair zijn op het gebied van CNC-bewerking
Belangrijke gereedschapsvarianten. Coatingtechnologie is toegepast op vingerfrezen, ruimers, boren, gereedschap voor het bewerken van samengestelde gaten, tandwielkookplaten, tandwielvormende frezen, tandwielschaaffrezen, vormbroches en verschillende machinaal-geklemde wisselplaten om te voldoen aan de behoeften van hoge-snijsnelheden van verschillende soorten staal en gietijzer, hitte- hittebestendige legeringen en non- ferrometalen.
5. Gereedschapsmaterialen van gecementeerd carbide
Gecementeerde hardmetalen gereedschappen, vooral indexeerbare hardmetalen gereedschappen, zijn de toonaangevende producten van CNC-bewerkingsgereedschappen. Sinds de jaren tachtig zijn verschillende integrale en wisselplaatbare hardmetalen gereedschappen of wisselplaten uitgebreid naar verschillende snijgereedschapsvelden. Onder hen zijn de indexeerbare hardmetalen gereedschappen uitgebreid van eenvoudige draaigereedschappen en vlakfrezen tot verschillende precisie-, complexe en vormgereedschapsvelden.
(1) Soorten hardmetalen gereedschappen
Volgens de belangrijkste chemische samenstelling kan gecementeerd carbide worden onderverdeeld in gecementeerd carbide op basis van wolfraamcarbide- en gecementeerd carbide op basis van titaniumcarbide (nitride) (TiCN)-.
Gecementeerde carbiden op basis van wolfraamcarbide- omvatten wolfraamkobalt (YG), wolfraamkobalt-titanium (YT) en toevoeging van zeldzame carbiden (YW). Ze hebben elk hun eigen voor- en nadelen. De belangrijkste componenten zijn wolfraamcarbide (WC), titaniumcarbide (TiC), tantaalcarbide (TaC), niobiumcarbide (NbC), enz. De meest gebruikte metaalbindingsfase is Co.
Op koolstof (nitride) titanium-gebaseerd gecementeerd carbide is een gecementeerd carbide met TiC als hoofdbestanddeel (enkele andere carbiden of nitriden zijn toegevoegd), en de algemeen gebruikte metaalbindingsfasen zijn Mo en Ni.
ISO (International Organization for Standardization) verdeelt het snijden van gecementeerde carbiden in drie categorieën:
K-categorie, inclusief Kl0~K40, is gelijk aan de YG-categorie van mijn land (hoofdcomponenten zijn WC en Co).
De P-categorie, inclusief P01~P50, is gelijk aan de YT-categorie van mijn land (hoofdcomponenten zijn WC, TiC, Co).
De M-categorie, inclusief M10~M40, is gelijk aan de YW-categorie van mijn land (hoofdcomponenten zijn WC-TiC-TaC, NbC=-Co).
Elk merk wordt vertegenwoordigd door een getal tussen 01 en 50, dat een reeks legeringen vertegenwoordigt van hoge hardheid tot maximale taaiheid.
(2) Prestatiekenmerken van hardmetalen gereedschappen
① Hoge hardheid: Gereedschappen van gecementeerd carbide zijn gemaakt van carbiden met een hoge hardheid en smeltpunt (harde fase genoemd) en metaalbindmiddel (bindingsfase genoemd) door middel van poedermetallurgie. De hardheid bedraagt 89~93HRA, wat veel hoger is dan snel-snelstaal. Bij 5400 graden kan de hardheid nog steeds 82~87HRA bereiken, wat hetzelfde is als de hardheid van snel-snelstaal bij kamertemperatuur (83~86HRA). De hardheidswaarde van gecementeerd carbide varieert met de aard, hoeveelheid, deeltjesgrootte en gehalte aan metaalbindende fase van carbiden, en neemt in het algemeen af met de toename van het gehalte aan bindende metaalfasen. Wanneer het gehalte aan bindingsfase hetzelfde is, is de hardheid van de YT-legering hoger dan die van de YG-legering, en heeft de legering waaraan TaC (NbC) is toegevoegd een hogere hardheid bij hoge temperaturen.
② Buigsterkte en taaiheid: de buigsterkte van gewoon hardmetaal ligt in het bereik van 900-1500 MPa. Hoe hoger het gehalte aan metaalbindingsfase, hoe hoger de buigsterkte. Wanneer het gehalte aan bindmiddel hetzelfde is, is de sterkte van de YG (WC-Co)-legering hoger dan die van de YT (WC-TiC-Co)-legering, en neemt de sterkte af naarmate het TiC-gehalte toeneemt. Gecementeerd carbide is een bros materiaal en de slagvastheid bij kamertemperatuur bedraagt slechts 1/30-1/8 van die van snelstaal.
(3) Toepassing van gewone hardmetalen gereedschappen
YG-legeringen worden voornamelijk gebruikt voor de verwerking van gietijzer, non-ferrometalen en niet-metalen materialen. Fijn-korrelig hardmetaal (zoals YG3X, YG6X) heeft een hogere hardheid en slijtvastheid dan middel-korrelig hardmetaal als het kobaltgehalte hetzelfde is. Het is geschikt voor de verwerking van speciaal hard gietijzer, austenitisch roestvrij staal, hitte-bestendige legeringen, titaniumlegeringen, hard brons en slijtvast-slijtvaste isolatiematerialen.
De opmerkelijke voordelen van carbide van het YT--type zijn hoge hardheid, goede hittebestendigheid, hogere hardheid en druksterkte bij hoge temperaturen dan YG--type, en goede oxidatieweerstand. Wanneer het mes een hogere hittebestendigheid en slijtvastheid moet hebben, moet daarom een kwaliteit met een hoger TiC-gehalte worden gekozen. Legeringen van het type YT- zijn geschikt voor de verwerking van kunststoffen zoals staal, maar niet voor de verwerking van titaniumlegeringen en silicium-aluminiumlegeringen.
Legeringen van het type YW- hebben de eigenschappen van legeringen van het type YG en YT- en hebben goede uitgebreide eigenschappen. Het kan worden gebruikt voor de verwerking van staal, gietijzer en non-ferrometalen. Als het kobaltgehalte van dit type legering op passende wijze wordt verhoogd, kan de sterkte zeer hoog zijn en kan deze worden gebruikt voor ruwe verwerking en intermitterend snijden van diverse moeilijk-te-verwerkbare materialen.
6. Stalen snel-gereedschappen
Snel-snelstaal (HSS) is een hoog-gelegeerd gereedschapsstaal met een grote hoeveelheid legeringselementen zoals W, Mo, Cr en V. Gereedschappen van snel-snelstaal hebben uitstekende, uitgebreide prestaties op het gebied van sterkte, taaiheid en verwerkbaarheid. Snel-snelstaal neemt nog steeds een belangrijke plaats in bij complexe gereedschappen, vooral bij de vervaardiging van gereedschappen voor het bewerken van gaten, frezen, draadsnijgereedschappen, broches, tandwielsnijgereedschappen en andere complexe mes-vormige gereedschappen. Gereedschappen van snelstaal zijn gemakkelijk te slijpen.
Afhankelijk van de verschillende toepassingen kan snel-snelstaal worden onderverdeeld in algemeen-snel-snelstaal en hoog-snelsnel-snelstaal.
(1) Gereedschappen van staal met hoge snelheid- voor algemene- doeleinden
Snelstaal voor algemeen-gebruik-. Over het algemeen kan het worden onderverdeeld in wolfraamstaal en wolfraam-molybdeenstaal. Dit type hogesnelheidsstaal bevat 0,7% tot 0,9% (C). Afhankelijk van het wolfraamgehalte in het staal, kan het worden onderverdeeld in wolfraamstaal dat 12% of 18% W bevat, wolfraam-molybdeenstaal dat 6% of 8% W bevat, en molybdeenstaal dat 2% of geen W bevat. Algemeen-hoog-snelstaal heeft een bepaalde hardheid (63~66HRC) en slijtvastheid, hoge sterkte en taaiheid, goede plasticiteit en verwerkingstechnologie, dus het wordt veel gebruikt bij de vervaardiging van verschillende complexe gereedschappen.
① Wolfraamstaal: De typische kwaliteit wolfraamstaal voor algemeen -hoge-snelheidsstaal is W18Cr4V (afgekort als W18), dat goede uitgebreide prestaties levert. De hoge temperatuurhardheid bij 6000 graden is 48,5 HRC, die kan worden gebruikt om verschillende complexe gereedschappen te vervaardigen. Het heeft de voordelen van goede slijpbaarheid en lage ontkolingsgevoeligheid, maar vanwege het hoge carbidegehalte, ongelijkmatige verdeling, grote deeltjes, lage sterkte en taaiheid.
② Wolfraam-molybdeenstaal: het verwijst naar een hoge-snelheidstaal die wordt verkregen door een deel van het wolfraam in wolfraamstaal te vervangen door molybdeen. De typische kwaliteit wolfraam-molybdeenstaal is W6Mo5Cr4V2 (afgekort als M2). De carbidedeeltjes van M2 zijn fijn en uniform, en de sterkte, taaiheid en plasticiteit bij hoge-temperaturen zijn beter dan die van W18Cr4V. Een ander type wolfraam-molybdeenstaal is W9Mo3Cr4V (afgekort als W9), dat een iets hogere thermische stabiliteit heeft dan M2-staal, een betere buigsterkte en taaiheid dan W6M05Cr4V2, en een goede bewerkbaarheid heeft.
(2) Hoog-prestatiestaal met hoge-snelheid
Hoog-snelsnelstaal- verwijst naar een nieuw type staal dat een bepaald koolstofgehalte, vanadiumgehalte en legeringselementen zoals Co en Al toevoegt aan de algemene samenstelling van snel- snelstaal, waardoor de hittebestendigheid en slijtvastheid worden verbeterd. Er zijn voornamelijk de volgende categorieën:
① Snel-koolstofstaal met hoog-snelheidsgehalte. Hoog-koolstof-snel-snelheidsstaal (zoals 95W18Cr4V) heeft een hoge hardheid bij kamertemperatuur en hoge temperaturen. Het is geschikt voor de productie van gereedschappen voor het bewerken van gewoon staal en gietijzer, boren, ruimers, tappen en frezen met hoge slijtvastheidseisen, of voor het bewerken van hardere materialen. Het is niet geschikt voor grote impact.
② Hoge-vanadium hoge-snelheidsstaal. Typische soorten, zoals W12Cr4V4Mo (afgekort als EV4), bevatten V tot 3%~5%, goede slijtvastheid, geschikt voor het snijden van materialen met grote gereedschapslijtage, zoals vezels, hard rubber, plastic, enz., kunnen ook worden gebruikt voor het verwerken van roestvrij staal, hoog-staal en hoge- temperatuurlegeringen.
③ Kobalt hoge-snelheidsstaal. Het is een kobalt-dat super-hard hoge-snelheidsstaal bevat. Typische soorten zoals W2Mo9Cr4VCo8 (afgekort als M42) hebben een hoge hardheid, die 69~70HRC kan bereiken. Het is geschikt voor de verwerking van hoog-hittebestendig-staal, hoge-temperatuurlegeringen, titaniumlegeringen en andere moeilijk-te-verwerkbare materialen. M42 heeft een goede slijpbaarheid en is geschikt voor het maken van precisie- en complexe gereedschappen, maar is niet geschikt voor het werken onder slagslijpomstandigheden.
④ Aluminium snel-snelheidsstaal. Het is aluminium-dat super-hard hoge-snelheidsstaal bevat. Typische kwaliteiten zijn W6Mo5Cr4V2Al (afgekort als 501). De hardheid bij hoge temperaturen bij 6000 graden bereikt ook 54HRC. De snijprestaties zijn gelijk aan die van M42. Het is geschikt voor de productie van frezen, boren, ruimers, tandwielfrezen, broches, enz., en wordt gebruikt voor de verwerking van gelegeerd staal, roestvrij staal, hoog-staal en hoge- temperatuurlegeringen.
⑤ Stikstof super-hard hoge-snelheidsstaal. Typische kwaliteiten zijn W12M03Cr4V3N (afgekort als V3N). Het is een stikstof-houdend super-hard hoge-snelheidsstaal. De hardheid, sterkte en taaiheid zijn gelijk aan die van M42. Het kan worden gebruikt als vervanging voor kobalt-dat hoge-snelheidsstaal bevat en wordt gebruikt voor het snijden op lage-snelheid van moeilijk-te-verwerkbare materialen en lage-hoge-precisiebewerkingen.
(3) Smeltend hoog-snelstaal en poedermetallurgisch hoog-snelstaal
Volgens verschillende productieprocessen kan snel-snelstaal worden onderverdeeld in smeltsnel-snelstaal en poedermetallurgiesnel-snelstaal.
① Smelten van snel-snelstaal: gewoon snel-snelstaal en hoog-snel-snelstaal worden beide vervaardigd door middel van smeltmethoden. Er worden snijgereedschappen van gemaakt door middel van processen zoals smelten, gieten van blokken, plateren en walsen. Het ernstige probleem dat zich gemakkelijk voordoet bij het smelten van hoge-snelheidsstaal is de segregatie van carbiden. De harde en brosse carbiden zijn ongelijk verdeeld in het hoge-snelheidsstaal, en de korrels zijn grof (tot tientallen microns), wat een negatief effect heeft op de slijtvastheid, taaiheid en snijprestaties van de-snelheidsstaalgereedschappen.
② Poedermetallurgie met hoge-snelheidsstaal (PM HSS): Poedermetallurgie met hoge-snelheidsstaal (PM HSS) is een staalvloeistof die wordt gesmolten in een hoog-inductieoven, die wordt verstoven met hoge- argon of zuivere stikstof, en vervolgens snel wordt afgekoeld om een fijne en uniforme kristallijne structuur te verkrijgen (hoge-snelheidsstaalpoeder). Het resulterende poeder wordt vervolgens onder hoge temperatuur en hoge druk in een blanco mes geperst, of eerst tot een stalen knuppel gemaakt en vervolgens gesmeed en tot een gereedschapsvorm gerold. Vergeleken met snel-snelstaal vervaardigd volgens de smeltmethode, heeft PM HSS de voordelen van fijne en uniforme carbidekorrels en een veel hogere sterkte, taaiheid en slijtvastheid dan het smelten van snel-snelstaal. Op het gebied van complexe CNC-gereedschappen zullen PM HSS-gereedschappen zich verder ontwikkelen en een belangrijke positie innemen. Typische kwaliteiten, zoals F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, enz., kunnen worden gebruikt voor het vervaardigen van grote, zwaar-belaste en hoge impactgereedschappen, en kunnen ook worden gebruikt voor het vervaardigen van precisiegereedschappen.
3
Principes voor de selectie van CNC-gereedschapsmaterialen
Momenteel omvatten de veelgebruikte CNC-gereedschapsmaterialen voornamelijk diamantgereedschappen, gereedschappen van kubisch boornitride, keramische gereedschappen, gecoate gereedschappen, hardmetalen gereedschappen en gereedschappen van hoge- staal. Er zijn veel soorten gereedschapsmaterialen en hun prestaties variëren enorm. De belangrijkste prestatie-indicatoren van verschillende gereedschapsmaterialen worden weergegeven in de volgende tabel.
Belangrijkste prestatie-indicatoren van verschillende gereedschapsmaterialen
Gereedschapsmaterialen voor CNC-bewerking moeten worden geselecteerd op basis van het te bewerken werkstuk en de verwerkingseigenschappen. De selectie van gereedschapsmaterialen moet redelijkerwijs op het bewerkingsobject zijn afgestemd. Het matchen van snijgereedschapsmaterialen en bewerkingsobjecten heeft voornamelijk betrekking op het matchen van de mechanische eigenschappen, fysische eigenschappen en chemische eigenschappen van de twee om de langste standtijd en de maximale snijproductiviteit te verkrijgen.
1. Mechanische eigenschappen die overeenkomen tussen snijgereedschapmaterialen en bewerkingsobjecten
Het probleem met de afstemming van mechanische eigenschappen tussen snijgereedschappen en bewerkingsobjecten heeft voornamelijk betrekking op de afstemming van mechanische eigenschappen, zoals sterkte, taaiheid en hardheid tussen gereedschappen en werkstukmaterialen. Gereedschapsmaterialen met verschillende mechanische eigenschappen zijn geschikt voor de bewerking van verschillende werkstukmaterialen.
① The order of tool material hardness is: diamond tool> cubic boron nitride tool> ceramic tool> cemented carbide>snel-snelheidsstaal.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide> ceramic tool>gereedschappen voor diamant en kubisch boornitride.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide>kubisch boornitride, diamant en keramisch gereedschap.
Werkstukmaterialen met een hoge-hardheid moeten worden bewerkt met gereedschap met een hogere hardheid. De hardheid van gereedschapsmaterialen moet hoger zijn dan die van werkstukmaterialen, doorgaans hoger dan 60HRC. Hoe hoger de hardheid van gereedschapsmaterialen, hoe beter de slijtvastheid. Wanneer bijvoorbeeld het kobaltgehalte in gecementeerd carbide toeneemt, nemen de sterkte en taaiheid ervan toe en neemt de hardheid af, wat geschikt is voor ruwe bewerking; wanneer het kobaltgehalte afneemt, nemen de hardheid en slijtvastheid toe, wat geschikt is voor fijne bewerking.
Gereedschappen met uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge- temperaturen zijn bijzonder geschikt voor snijden op hoge- snelheden. Dankzij de uitstekende prestaties bij hoge- temperaturen van keramische gereedschappen kunnen ze met hoge snelheden snijden, en de toegestane snijsnelheid kan twee tot tien keer worden verhoogd vergeleken met gecementeerd carbide.
2. Het afstemmen van de fysieke eigenschappen van snijgereedschapsmaterialen en bewerkingsobjecten
Gereedschappen met verschillende fysieke eigenschappen, zoals snelstaalgereedschappen met hoge thermische geleidbaarheid en laag smeltpunt, keramische gereedschappen met hoog smeltpunt en lage thermische uitzetting, diamantgereedschappen met hoge thermische geleidbaarheid en lage thermische uitzetting, enz., zijn geschikt voor het bewerken van verschillende werkstukmaterialen. Bij het bewerken van werkstukken met een slechte thermische geleidbaarheid moeten gereedschapsmaterialen met een goede thermische geleidbaarheid worden gebruikt, zodat de snijwarmte snel kan worden overgedragen en de snijtemperatuur kan worden verlaagd. Diamant heeft een hoge thermische geleidbaarheid en thermische diffusiviteit, waardoor de snijwarmte gemakkelijk wordt afgevoerd en geen grote thermische vervorming zal veroorzaken, wat vooral belangrijk is voor precisiebewerkingsgereedschappen met hoge eisen aan de maatnauwkeurigheid.
① Hitte-bestendige temperatuur van verschillende gereedschapsmaterialen: 700-8000 graden voor diamantgereedschappen, 13000-15000 graden voor PCBN-gereedschappen, 1100-12000 graden voor keramische gereedschappen, 900-11000 graden voor op TiC (N) gebaseerd hardmetaal, 800-9000 graden voor op WC gebaseerd ultrafijnkorrelig gecementeerd carbide en 600-7000 graden voor HSS.
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>Keramiek op basis van A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients 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>Keramiek op basis van A1203.
3. Afstemming van de chemische prestaties van snijgereedschapsmaterialen en bewerkingsobjecten
Het probleem van het afstemmen van de chemische prestaties van snijgereedschapsmaterialen en bewerkingsobjecten heeft voornamelijk betrekking op de chemische prestatieparameters zoals chemische affiniteit, chemische reactie, diffusie en oplossing van gereedschapsmaterialen en werkstukmaterialen. Gereedschappen met verschillende materialen zijn geschikt voor de bewerking van verschillende werkstukmaterialen.
① The anti-adhesion temperature of various tool materials (with steel) is: PCBN>ceramics>ceramics>HSS.
② The anti-oxidation temperature of various tool materials is: ceramics>PCBN>ceramics>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of various tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4-based ceramics>PCBN>A1203-based ceramics. Diffusion strength (for titanium) is: A1203-based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4. Redelijke selectie van CNC-gereedschapsmaterialen
Over het algemeen zijn PCBN-, keramische gereedschappen, gecoate hardmetalen en op TiCN-gebaseerde hardmetalen gereedschappen geschikt voor de CNC-bewerking van ferrometalen zoals staal; terwijl PCD-gereedschappen geschikt zijn voor het bewerken van non-ferrometalen zoals Al, Mg, Cu en hun legeringen en niet-metalen materialen. De volgende tabel vermeldt enkele werkstukmaterialen die geschikt zijn voor bewerking met de bovengenoemde gereedschapsmaterialen.
