Выбор идеального режущего инструмента для различных обрабатываемых материалов

В обработке выбор инструментов — это технология. Мы знаем, что резающая способность инструмента часто зависит от материала режущей части инструмента, структуры инструмента и геометрического материала инструмента. На срок службы инструмента, эффективность обработки, качество обработки и стоимость обработки влияет материал самого инструмента и материал заготовки, обрабатываемой инструментом.

Следовательно, в обработке выбор подходящих инструментов для обработки деталей из разных материалов не только улучшает эффективность обработки и качество обработки, но также продлевает срок службы инструмента и снижает затраты на обработку.

В настоящее время существует шесть основных материалов для обрабатывающих инструментов: алмазные инструменты, инструменты PCBN, керамические инструменты, покрытые инструменты, твердосплавные инструменты и инструменты из быстрорежущей стали. Давайте посмотрим, для каких материалов эти шесть инструментов подходят для обработки деталей.

Алмазный Инструмент

Алмазные инструменты делятся на: природные алмазные инструменты, инструменты PCD алмаза и инструменты CVD алмаза.

Алмазные инструменты в основном используются для чистового резания и растачивания неметаллов и цветных металлов на высоких скоростях. Подходят для обработки различных износостойких неметаллов и различных износостойких цветных металлов. Недостаток алмазных инструментов — плохая тепловая стабильность. Когда температура резания превышает 700℃～800℃, его твердость полностью теряется. Кроме того, они не подходят для резки черных металлов, потому что алмаз (углерод) легко взаимодействует с атомами железа при высоких температурах, превращая атомы углерода в графитовую структуру, и инструмент легко повреждается.

PCBN Инструмент

Инструменты PCBN можно разделить на цельные лезвия PCBN и композитные лезвия PCBN, спеканные с твердым сплавом.

Инструменты PCBN подходят для чистовой обработки различных труднобрабатываемых материалов, таких как закаленная сталь, твердое чугун, высокотемпературные сплавы, твердые сплавы и материалы напыления на поверхность. Точность обработки может достичь IT5 (отверстие IT6), а значение шероховатости поверхности может быть таким малым, как Ra1,25～0,20 мкм. Инструменты PCBN имеют плохую вязкость и предельную прочность на изгиб. Следовательно, токарные инструменты из кубического нитрида бора не подходят для черновой обработки на низких скоростях и больших ударных нагрузках. Одновременно они не подходят для резки материалов с высокой пластичностью (таких как алюминиевые сплавы, медные сплавы, никелевые сплавы, сталь с высокой пластичностью и т.д.). Потому что резание этих металлов вызовет серьезное наращивание, которое ухудшит обработанную поверхность.

Керамический Инструмент

Керамические материалы инструментов в общем можно разделить на три категории: оксид алюминия-базированные керамики, нитрид кремния-базированные керамики и композитные нитрид кремния-оксид алюминия-базированные керамики.

Керамика — один из материалов инструментов, 주로 используемых для высокоскоростной чистовой и получистовой обработки. Керамические инструменты подходят для резки всех видов чугуна (серый чугун, ковкий чугун, белый чугун, закаленный чугун, высоколегированный износостойкий чугун) и стали (углеродистая конструкционная сталь, легированная конструкционная сталь, высокопрочная сталь, высокомарганцевистая сталь, закаленная сталь и т.д.), также могут использоваться для резки медных сплавов, графита, инженерных пластиков и композитных материалов. Материалы керамических инструментов имеют проблемы низкой предельной прочности на изгиб и плохой ударной вязкости. Они не подходят для резки на низких скоростях и ударных нагрузках.

Покрытый Инструмент

Согласно различным методам покрытия, можно разделить на инструменты с покрытием химического осаждения из газовой фазы (CVD) и инструменты с покрытием физического осаждения из газовой фазы (PVD). Согласно различным материалам субстрата, можно разделить на покрытые инструменты из твердого сплава, покрытые инструменты из быстрорежущей стали и покрытые инструменты на керамике и сверхтвердых материалах. Согласно свойствам материала, можно разделить на твердые покрытые инструменты и мягкие покрытые инструменты. Также популярны нано-покрытые инструменты.

Покрытые инструменты имеют большой потенциал в области ЧПУ обработки и станут самым важным видом инструментов в области ЧПУ обработки в будущем. Технология покрытия была применена к концевым фрезам, развертывателям, сверлам, составным инструментам обработки отверстий, зубовым фрезам, шпоночным фрезам, срезным фрезам, формующим раскаймам и различным механически закрепляемым индексируемым вставкам для удовлетворения потребностей материалов высокоскоростного резания таких как сталь и чугун, жаропрочные сплавы и цветные металлы. По мере увеличения толщины покрытия срок службы инструмента увеличится, но когда толщина покрытия достигает насыщения, срок службы инструмента больше не будет значительно увеличиваться. Когда покрытие слишком толстое, легко вызывает отслаивание, а когда покрытие слишком тонкое, износостойкость плохая.

Твердосплавный Инструмент

Согласно основному химическому составу, твердый сплав можно разделить на вольфрамово-карбидный твердый сплав и титаново-углеродный (нитрид) (TiC(N))-базированный твердый сплав. Среди них вольфрамово-карбидные твердые сплавы включают вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-кобальт-титан (YT) и редкокарбидные добавки (YW). У них свои преимущества и недостатки. Основные компоненты — карбид вольфрама (WC) и карбид титана (TiC), танталовый карбид (TaC), ниобиевый карбид (NbC) и т.д.

Сплавы YG в основном используются для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. Мелкозернистый твердый сплав (такие как YG3X, YG6X) имеет более высокую твердость и износостойкость, чем среднезернистый при одинаковом содержании кобальта. Подходит для обработки некоторых специальных твердых чугунов, аустенитной нержавеющей стали, жаропрочных сплавов, титановых сплавов, твердой бронзы и износостойких изоляционных материалов и т.д. Выдающиеся преимущества цементированного карбида YT — высокая твердость, хорошая теплостойкость, более высокая твердость и предельная прочность на сжатие при высокой температуре, чем YG, и лучшая окислительная стойкость. Сплавы YW обладают свойствами сплавов YG и YT с хорошей общей производительностью.

Высокоскоростная Сталь Инструмент

Согласно различным целям, быстрорежущая сталь можно разделить на общего назначения быстрорежущую сталь и высокопроизводительную быстрорежущую сталь. Общего назначения быстрорежущая сталь в общем можно разделить на два типа: вольфрамовая сталь и вольфрам-молибденовая сталь. Высокопроизводительная быстрорежущая сталь в основном включает следующие категории: высокоуглеродистая быстрорежущая сталь, высоковаанадиевая быстрорежущая сталь, кобальтовая быстрорежущая сталь, алюминиевая быстрорежущая сталь, азотистая сверхтвердая быстрорежущая сталь.

Общего назначения быстрорежущая сталь: в основном используется для производства режущих инструментов (таких как сверла, резьбонарезчики, пильные полотна) и точных инструментов (таких как зубовые фрезы, шпоночные фрезы, раскаймы) для металлических материалов с твердостью резания HB≤300. Обычно используемые марки стали: W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2 и т.д.

Специального назначения быстрорежущая сталь: Включая кобальтовую быстрорежущую сталь и сверхтвердую быстрорежущую сталь (твердость HRC68～70), в основном используется для производства инструментов для резки труднобрабатываемых металлов (таких как высокотемпературные сплавы, титановые сплавы и высокопрочные стали). Обычно используемые марки стали: W12Cr4V5Co5, W2Mo9Cr4VCo8 и т.д.