Ngựa tốt cần có yên tốt và sử dụng thiết bị gia công CNC tiên tiến. Nếu sử dụng sai công cụ thì sẽ vô dụng! Việc lựa chọn vật liệu dụng cụ thích hợp có tác động lớn đến tuổi thọ của dụng cụ, hiệu quả xử lý, chất lượng xử lý và chi phí xử lý. Bài viết này cung cấp những thông tin hữu ích về kiến thức về dao, hãy sưu tầm và chuyển tiếp, chúng ta cùng nhau tìm hiểu nhé.
Vật liệu dụng cụ phải có những đặc tính cơ bản
Việc lựa chọn vật liệu dụng cụ có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ dụng cụ, hiệu quả xử lý, chất lượng xử lý và chi phí xử lý. Dụng cụ phải chịu được áp suất cao, nhiệt độ cao, ma sát, va đập và độ rung khi cắt. Vì vậy, vật liệu làm dụng cụ phải có những đặc tính cơ bản sau:
(1) Độ cứng và khả năng chống mài mòn. Độ cứng của vật liệu dụng cụ phải cao hơn độ cứng của vật liệu phôi, thường yêu cầu trên 60HRC. Độ cứng của vật liệu dụng cụ càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt.
(2) Sức mạnh và độ dẻo dai. Vật liệu làm dụng cụ phải có độ bền và độ dẻo dai cao để chịu được lực cắt, va đập và rung, đồng thời ngăn ngừa hiện tượng gãy giòn và sứt mẻ dụng cụ.
(3) Khả năng chịu nhiệt. Vật liệu dụng cụ có khả năng chịu nhiệt tốt, có thể chịu được nhiệt độ cắt cao và có khả năng chống oxy hóa tốt.
(4) Hiệu suất quy trình và tính kinh tế. Vật liệu dụng cụ phải có hiệu suất rèn tốt, hiệu suất xử lý nhiệt, hiệu suất hàn; hiệu suất mài, v.v., và nên theo đuổi tỷ lệ hiệu suất-giá cao.
Các loại, tính chất, đặc điểm và ứng dụng của vật liệu dụng cụ
1. Vật liệu dụng cụ kim cương
Kim cương là một dạng thù hình của cacbon và là vật liệu cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Dụng cụ cắt kim cương có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn cao và độ dẫn nhiệt cao, được sử dụng rộng rãi trong gia công kim loại màu và vật liệu phi kim loại. Đặc biệt trong việc cắt nhôm và hợp kim nhôm-silicon tốc độ cao, dụng cụ cắt kim cương là loại dụng cụ cắt chính khó thay thế. Dụng cụ kim cương có thể đạt được hiệu quả cao, độ ổn định cao và tuổi thọ lâu dài là những công cụ không thể thiếu và quan trọng trong gia công CNC hiện đại.
⑴ Các loại công cụ kim cương
① Dụng cụ kim cương tự nhiên: Kim cương tự nhiên đã được sử dụng làm công cụ cắt từ hàng trăm năm nay. Dụng cụ kim cương đơn tinh thể tự nhiên đã được mài mịn để tạo ra lưỡi cắt cực kỳ sắc bén. Bán kính lưỡi cắt có thể đạt tới 0,002μm, có thể đạt được khả năng cắt siêu mỏng. Nó có thể xử lý phôi có độ chính xác cực cao và độ nhám bề mặt cực thấp. Nó là một công cụ gia công siêu chính xác được công nhận, lý tưởng và không thể thay thế.
② Dụng cụ cắt kim cương PCD: Kim cương tự nhiên đắt tiền. Kim cương được sử dụng rộng rãi nhất trong gia công cắt là kim cương đa tinh thể (PCD). Từ đầu những năm 1970, kim cương đa tinh thể (kim cương Polycrystauine, gọi tắt là lưỡi PCD) được chế tạo bằng công nghệ tổng hợp ở nhiệt độ cao và áp suất cao đã được phát triển. Sau thành công của nó, các dụng cụ cắt kim cương tự nhiên đã nhiều lần được thay thế bằng kim cương đa tinh thể nhân tạo. Nguyên liệu thô PCD rất giàu nguồn và giá của chúng chỉ bằng vài đến 1/10 so với kim cương tự nhiên. Dụng cụ cắt PCD không thể mài để tạo ra dụng cụ cắt cực kỳ sắc bén. Chất lượng bề mặt của lưỡi cắt và phôi gia công không tốt bằng kim cương tự nhiên. Việc sản xuất lưỡi PCD bằng máy cắt phoi trong công nghiệp vẫn chưa thuận tiện. Do đó, PCD chỉ có thể được sử dụng để cắt chính xác kim loại màu và phi kim loại, rất khó đạt được độ cắt chính xác cực cao. Cắt gương chính xác.
③ Dụng cụ cắt kim cương CVD: Từ cuối những năm 1970 đến đầu những năm 1980, công nghệ cắt kim cương CVD đã xuất hiện ở Nhật Bản. Kim cương CVD đề cập đến việc sử dụng lắng đọng hơi hóa học (CVD) để tổng hợp màng kim cương trên một ma trận không đồng nhất (chẳng hạn như cacbua xi măng, gốm sứ, v.v.). Kim cương CVD có cấu trúc và đặc tính hoàn toàn giống với kim cương tự nhiên. Hiệu suất của kim cương CVD rất gần với kim cương tự nhiên. Nó có những ưu điểm của kim cương đơn tinh thể tự nhiên và kim cương đa tinh thể (PCD), đồng thời khắc phục những thiếu sót của chúng ở một mức độ nhất định.
⑵ Đặc tính hoạt động của dụng cụ kim cương
① Độ cứng và khả năng chống mài mòn cực cao: Kim cương tự nhiên là chất cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Kim cương có khả năng chống mài mòn cực cao. Khi xử lý vật liệu có độ cứng cao, tuổi thọ của dụng cụ kim cương gấp 10 đến 100 lần so với dụng cụ cacbua, thậm chí gấp hàng trăm lần.
② Có hệ số ma sát rất thấp: Hệ số ma sát giữa kim cương và một số kim loại màu thấp hơn các dụng cụ cắt khác. Hệ số ma sát thấp, biến dạng trong quá trình xử lý nhỏ và lực cắt có thể giảm.
③ Lưỡi cắt rất sắc: Lưỡi cắt của dụng cụ kim cương có thể được mài rất sắc. Công cụ kim cương đơn tinh thể tự nhiên có thể cao tới 0,002 ~ 0,008μm, có thể thực hiện cắt siêu mỏng và xử lý siêu chính xác.
④ Độ dẫn nhiệt cao: Kim cương có độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt cao nên nhiệt cắt dễ bị tiêu tán và nhiệt độ phần cắt của dụng cụ thấp.
⑤ Có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn: Hệ số giãn nở nhiệt của kim cương nhỏ hơn nhiều lần so với cacbua xi măng và sự thay đổi kích thước dụng cụ do nhiệt cắt gây ra là rất nhỏ, điều này đặc biệt quan trọng đối với gia công chính xác và siêu chính xác đòi hỏi độ chính xác chiều cao.
⑶ Ứng dụng công cụ kim cương
Dụng cụ kim cương chủ yếu được sử dụng để cắt tinh và khoan các kim loại màu và vật liệu phi kim loại ở tốc độ cao. Thích hợp để gia công các loại phi kim loại chịu mài mòn khác nhau, chẳng hạn như phôi luyện kim bột sợi thủy tinh, vật liệu gốm, v.v.; các kim loại màu chịu mài mòn khác nhau, chẳng hạn như các hợp kim nhôm-silic khác nhau; và gia công hoàn thiện các kim loại màu khác nhau.
Nhược điểm của dụng cụ kim cương là chúng có độ ổn định nhiệt kém. Khi nhiệt độ cắt vượt quá 700oC ~ 800oC, chúng sẽ mất hoàn toàn độ cứng. Ngoài ra, chúng không thích hợp để cắt kim loại màu vì kim cương (carbon) dễ phản ứng với sắt ở nhiệt độ cao. Tác động nguyên tử chuyển đổi các nguyên tử cacbon thành cấu trúc than chì và dụng cụ này dễ bị hỏng.
2. Vật liệu dụng cụ boron nitrit khối
Nitrua boron khối (CBN), vật liệu siêu cứng thứ hai được tổng hợp bằng phương pháp tương tự như sản xuất kim cương, chỉ đứng sau kim cương về độ cứng và độ dẫn nhiệt. Nó có độ ổn định nhiệt tuyệt vời và có thể được làm nóng đến 10.000C trong khí quyển. Không xảy ra quá trình oxy hóa. CBN có đặc tính hóa học cực kỳ ổn định đối với kim loại đen và có thể được sử dụng rộng rãi trong gia công các sản phẩm thép.
⑴ Các loại dụng cụ cắt boron nitrit khối
Nitrua boron khối (CBN) là một chất không tồn tại trong tự nhiên. Nó được chia thành tinh thể đơn và đa tinh thể, cụ thể là CBN đơn tinh thể và boron nitrit khối đa tinh thể (gọi tắt là PCBN). CBN là một trong những dạng thù hình của boron nitride (BN) và có cấu trúc tương tự như kim cương.
PCBN (boron nitride khối đa tinh thể) là vật liệu đa tinh thể trong đó các vật liệu CBN mịn được thiêu kết với nhau thông qua các pha liên kết (TiC, TiN, Al, Ti, v.v.) dưới nhiệt độ và áp suất cao. Nó hiện là vật liệu tổng hợp nhân tạo cứng thứ hai. Vật liệu làm dụng cụ kim cương, cùng với kim cương, được gọi chung là vật liệu làm dụng cụ siêu cứng. PCBN chủ yếu được sử dụng để chế tạo dao hoặc các dụng cụ khác.
Dụng cụ cắt PCBN có thể được chia thành lưỡi PCBN rắn và lưỡi composite PCBN thiêu kết bằng cacbua.
Lưỡi composite PCBN được chế tạo bằng cách thiêu kết một lớp PCBN có độ dày từ 0,5 đến 1,0mm trên cacbua xi măng có độ bền và độ dẻo dai tốt. Hiệu suất của nó kết hợp độ dẻo dai tốt với độ cứng cao và khả năng chống mài mòn. Nó giải quyết các vấn đề về độ bền uốn thấp và hàn lưỡi CBN khó khăn.
⑵ Tính chất và đặc điểm chính của boron nitrit khối
Mặc dù độ cứng của khối boron nitrit thấp hơn kim cương một chút nhưng lại cao hơn nhiều so với các vật liệu có độ cứng cao khác. Ưu điểm nổi bật của CBN là độ ổn định nhiệt cao hơn nhiều so với kim cương, đạt nhiệt độ trên 1200°C (kim cương là 700-800°C). Một ưu điểm nổi bật nữa là nó trơ về mặt hóa học và không phản ứng với sắt ở nhiệt độ 1200-1300°C. sự phản ứng lại. Các đặc tính hiệu suất chính của khối boron nitrit như sau.
① Độ cứng và khả năng chống mài mòn cao: Cấu trúc tinh thể CBN tương tự như kim cương, có độ cứng và độ bền tương tự như kim cương. PCBN đặc biệt thích hợp để xử lý các vật liệu có độ cứng cao mà trước đây chỉ có thể được nghiền và có thể thu được chất lượng bề mặt phôi tốt hơn.
② Độ ổn định nhiệt cao: Khả năng chịu nhiệt của CBN có thể đạt tới 1400 ~ 1500oC, cao hơn gần 1 lần so với khả năng chịu nhiệt của kim cương (700 ~ 800oC). Dụng cụ PCBN có thể cắt hợp kim nhiệt độ cao và thép cứng ở tốc độ cao gấp 3 đến 5 lần so với dụng cụ cacbua.
③ Độ ổn định hóa học tuyệt vời: Nó không có tương tác hóa học với vật liệu gốc sắt lên đến 1200-1300°C và sẽ không bị mài mòn mạnh như kim cương. Tại thời điểm này, nó vẫn có thể duy trì độ cứng của cacbua xi măng; Dụng cụ PCBN thích hợp để cắt các bộ phận thép đã tôi và gang nguội, có thể được sử dụng rộng rãi trong việc cắt gang tốc độ cao.
④ Độ dẫn nhiệt tốt: Mặc dù độ dẫn nhiệt của CBN không thể theo kịp kim cương, nhưng độ dẫn nhiệt của PCBN trong số các vật liệu dụng cụ khác nhau chỉ đứng sau kim cương và cao hơn nhiều so với thép tốc độ cao và cacbua xi măng.
⑤ Có hệ số ma sát thấp hơn: Hệ số ma sát thấp có thể dẫn đến giảm lực cắt trong quá trình cắt, giảm nhiệt độ cắt và cải thiện chất lượng bề mặt gia công.
⑶ Ứng dụng của dụng cụ cắt boron nitrit khối
Nitrua boron khối thích hợp để hoàn thiện các vật liệu khó cắt khác nhau như thép tôi, gang cứng, hợp kim nhiệt độ cao, cacbua xi măng và vật liệu phun bề mặt. Độ chính xác xử lý có thể đạt IT5 (lỗ là IT6) và giá trị độ nhám bề mặt có thể nhỏ đến Ra1,25 ~ 0,20μm.
Vật liệu dụng cụ boron nitride khối có độ bền và độ bền uốn kém. Do đó, dụng cụ tiện boron nitrit khối không thích hợp để gia công thô ở tốc độ thấp và tải trọng va đập cao; đồng thời, chúng không thích hợp để cắt các vật liệu có độ dẻo cao (như hợp kim nhôm, hợp kim đồng, hợp kim gốc niken, thép có độ dẻo cao, v.v.), vì việc cắt các cạnh tích tụ nghiêm trọng này sẽ xảy ra khi làm việc với kim loại, làm hư hỏng bề mặt gia công.
3. vật liệu dụng cụ gốm
Dụng cụ cắt gốm có đặc tính độ cứng cao, chống mài mòn tốt, chịu nhiệt tuyệt vời và ổn định hóa học và không dễ liên kết với kim loại. Dụng cụ gốm đóng vai trò rất quan trọng trong gia công CNC. Dụng cụ gốm đã trở thành một trong những công cụ chính để cắt và xử lý tốc độ cao các vật liệu khó gia công. Dụng cụ cắt gốm được sử dụng rộng rãi trong cắt tốc độ cao, cắt khô, cắt cứng và cắt các vật liệu khó gia công. Dụng cụ bằng gốm có thể xử lý hiệu quả các vật liệu có độ cứng cao mà các công cụ truyền thống không thể xử lý được, thực hiện “quay thay vì mài”; tốc độ cắt tối ưu của dụng cụ gốm có thể cao hơn từ 2 đến 10 lần so với dụng cụ cacbua, do đó cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất cắt. ; Nguyên liệu thô chính được sử dụng trong vật liệu dụng cụ gốm sứ là những nguyên tố có nhiều nhất trong vỏ trái đất. Vì vậy, việc thúc đẩy và ứng dụng các công cụ gốm sứ có ý nghĩa rất lớn trong việc nâng cao năng suất, giảm chi phí xử lý và tiết kiệm kim loại quý chiến lược. Nó cũng sẽ thúc đẩy đáng kể sự phát triển của công nghệ cắt. tiến triển.
⑴ Các loại vật liệu dụng cụ gốm sứ
Các loại vật liệu dụng cụ bằng gốm thường có thể được chia thành ba loại: gốm dựa trên alumina, gốm dựa trên silicon nitride và gốm dựa trên silicon nitride-alumina tổng hợp. Trong số đó, vật liệu dụng cụ gốm dựa trên alumina và silicon nitride được sử dụng rộng rãi nhất. Hiệu suất của gốm dựa trên silicon nitride vượt trội hơn so với gốm dựa trên alumina.
⑵ Hiệu suất và đặc tính của dụng cụ cắt gốm
① Độ cứng cao và chống mài mòn tốt: Mặc dù độ cứng của dụng cụ cắt gốm không cao bằng PCD và PCBN nhưng cao hơn nhiều so với dụng cụ cắt cacbua và thép tốc độ cao, đạt 93-95HRA. Dụng cụ cắt gốm có thể gia công các vật liệu có độ cứng cao, khó gia công bằng dụng cụ cắt truyền thống và phù hợp để cắt tốc độ cao và cắt cứng.
② Chịu nhiệt độ cao và chịu nhiệt tốt: Dụng cụ cắt gốm vẫn có thể cắt ở nhiệt độ cao trên 1200°C. Dụng cụ cắt gốm có tính chất cơ học ở nhiệt độ cao tốt. Dụng cụ cắt gốm A12O3 có khả năng chống oxy hóa đặc biệt tốt. Ngay cả khi lưỡi cắt ở trạng thái nóng đỏ, nó có thể được sử dụng liên tục. Do đó, dụng cụ gốm có thể đạt được khả năng cắt khô, do đó loại bỏ nhu cầu về chất lỏng cắt.
③ Độ ổn định hóa học tốt: Dụng cụ cắt bằng gốm không dễ liên kết với kim loại, có khả năng chống ăn mòn và có độ ổn định hóa học tốt, có thể làm giảm độ mài mòn liên kết của dụng cụ cắt.
④ Hệ số ma sát thấp: Ái lực giữa dụng cụ gốm và kim loại nhỏ, hệ số ma sát thấp, có thể làm giảm lực cắt và nhiệt độ cắt.
⑶ Dao gốm có ứng dụng
Gốm sứ là một trong những vật liệu công cụ chủ yếu được sử dụng để hoàn thiện và bán hoàn thiện tốc độ cao. Dụng cụ cắt gốm thích hợp để cắt các loại gang khác nhau (gang xám, sắt dẻo, gang dẻo, gang nguội, gang chịu mài mòn hợp kim cao) và vật liệu thép (thép kết cấu cacbon, thép kết cấu hợp kim, thép cường độ cao, thép mangan cao, thép tôi, v.v.), cũng có thể được sử dụng để cắt hợp kim đồng, than chì, nhựa kỹ thuật và vật liệu composite.
Đặc tính vật liệu của dụng cụ cắt gốm có vấn đề về độ bền uốn thấp và độ bền va đập kém, khiến chúng không phù hợp để cắt ở tốc độ thấp và chịu tải va đập.
4. Vật liệu dụng cụ tráng
Lớp phủ dụng cụ cắt là một trong những cách quan trọng để cải thiện hiệu suất của dụng cụ. Sự xuất hiện của dụng cụ được phủ đã mang lại bước đột phá lớn về hiệu suất cắt của dụng cụ cắt. Dụng cụ được phủ được phủ một hoặc nhiều lớp hợp chất chịu lửa có khả năng chống mài mòn tốt trên thân dụng cụ có độ bền tốt. Nó kết hợp ma trận dụng cụ với lớp phủ cứng, nhờ đó cải thiện đáng kể hiệu suất của dụng cụ. Công cụ được phủ có thể cải thiện hiệu quả xử lý, cải thiện độ chính xác xử lý, kéo dài tuổi thọ của công cụ và giảm chi phí xử lý.
Khoảng 80% dụng cụ cắt được sử dụng trong máy công cụ CNC mới sử dụng dụng cụ được phủ. Công cụ được phủ sẽ là loại công cụ quan trọng nhất trong lĩnh vực gia công CNC trong tương lai.
⑴ Các loại dụng cụ tráng phủ
Theo các phương pháp phủ khác nhau, các công cụ được phủ có thể được chia thành các công cụ được phủ lắng đọng hơi hóa học (CVD) và các công cụ được phủ lắng đọng hơi vật lý (PVD). Dụng cụ cắt cacbua phủ thường sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học và nhiệt độ lắng đọng là khoảng 1000 ° C. Dụng cụ cắt thép tốc độ cao được phủ sơn thường sử dụng phương pháp lắng đọng hơi vật lý và nhiệt độ lắng đọng khoảng 500°C;
Theo các vật liệu nền khác nhau của dụng cụ tráng, dụng cụ tráng có thể được chia thành dụng cụ phủ cacbua, dụng cụ tráng thép tốc độ cao và dụng cụ phủ trên gốm sứ và vật liệu siêu cứng (kim cương và boron nitrit khối).
Theo đặc tính của vật liệu phủ, dụng cụ được phủ có thể được chia thành hai loại, đó là công cụ được phủ “cứng” và công cụ được phủ “mềm”. Mục tiêu chính mà các công cụ được phủ “cứng” theo đuổi là độ cứng cao và khả năng chống mài mòn. Ưu điểm chính của nó là độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt, điển hình là lớp phủ TiC và TiN. Mục tiêu mà các công cụ phủ “mềm” theo đuổi là hệ số ma sát thấp hay còn gọi là công cụ tự bôi trơn, hệ số ma sát với vật liệu phôi rất thấp, chỉ khoảng 0,1, có thể làm giảm độ bám dính, giảm ma sát và giảm khả năng cắt lực cắt và nhiệt độ cắt.
Gần đây các công cụ cắt phủ nano (Nanoeoating) đã được phát triển. Các công cụ được phủ như vậy có thể sử dụng các kết hợp vật liệu phủ khác nhau (chẳng hạn như kim loại/kim loại, kim loại/gốm, gốm/gốm, v.v.) để đáp ứng các yêu cầu về chức năng và hiệu suất khác nhau. Lớp phủ nano được thiết kế phù hợp có thể làm cho vật liệu dụng cụ có chức năng giảm ma sát và chống mài mòn tuyệt vời cũng như đặc tính tự bôi trơn, khiến chúng phù hợp để cắt khô tốc độ cao.
⑵ Đặc điểm của dụng cụ cắt có lớp phủ
① Hiệu suất cắt và cơ học tốt: Dụng cụ được phủ kết hợp các đặc tính tuyệt vời của vật liệu cơ bản và vật liệu phủ. Chúng không chỉ duy trì độ dẻo dai tốt và độ bền cao của vật liệu cơ bản mà còn có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn cao và hệ số ma sát thấp. Do đó, tốc độ cắt của dụng cụ được phủ có thể tăng hơn 2 lần so với dụng cụ không được phủ và cho phép tốc độ tiến dao cao hơn. Tuổi thọ của dụng cụ được phủ cũng được cải thiện.
② Tính linh hoạt mạnh mẽ: Dụng cụ được phủ có tính linh hoạt rộng và mở rộng đáng kể phạm vi xử lý. Một dụng cụ được phủ có thể thay thế một số dụng cụ không được phủ.
③ Độ dày lớp phủ: Khi độ dày lớp phủ tăng lên, tuổi thọ của dụng cụ cũng sẽ tăng lên, nhưng khi độ dày lớp phủ đạt đến độ bão hòa thì tuổi thọ của dụng cụ sẽ không còn tăng đáng kể nữa. Khi phủ quá dày sẽ dễ gây bong tróc; khi lớp phủ quá mỏng khả năng chống mài mòn sẽ kém.
④ Khả năng mài lại: Lưỡi được phủ có khả năng mài lại kém, thiết bị phủ phức tạp, yêu cầu quy trình cao và thời gian phủ lâu.
⑤ Vật liệu phủ: Dụng cụ có vật liệu phủ khác nhau có hiệu suất cắt khác nhau. Ví dụ: khi cắt ở tốc độ thấp, lớp phủ TiC có ưu điểm; khi cắt ở tốc độ cao thì TiN phù hợp hơn.
⑶Ứng dụng dụng cụ cắt có lớp phủ
Công cụ được phủ có tiềm năng lớn trong lĩnh vực gia công CNC và sẽ là loại công cụ quan trọng nhất trong lĩnh vực gia công CNC trong tương lai. Công nghệ phủ đã được áp dụng cho dao phay ngón, dao doa, mũi khoan, dụng cụ xử lý lỗ composite, dao phay bánh răng, dao cắt định hình bánh răng, dao cạo bánh răng, dao chuốt tạo hình và các hạt dao có thể lập chỉ mục được kẹp bằng máy khác nhau để đáp ứng các yêu cầu khác nhau về xử lý cắt tốc độ cao. Nhu cầu về vật liệu như thép và gang, hợp kim chịu nhiệt và kim loại màu.
5. Vật liệu dụng cụ cacbua
Dụng cụ cắt cacbua, đặc biệt là dụng cụ cắt cacbua có thể lập chỉ mục, là sản phẩm hàng đầu của dụng cụ gia công CNC. Kể từ những năm 1980, nhiều loại dụng cụ cắt hoặc hạt dao cacbua tích hợp và có thể lập chỉ mục khác nhau đã được mở rộng thành nhiều loại khác nhau. Một loạt các lĩnh vực công cụ cắt, trong đó các công cụ cacbua có thể lập chỉ mục đã mở rộng từ các công cụ tiện đơn giản và dao phay mặt đến các lĩnh vực công cụ tạo hình, phức tạp và chính xác khác nhau.
⑴ Các loại dụng cụ cắt cacbua
Theo thành phần hóa học chính, cacbua xi măng có thể được chia thành cacbua xi măng gốc cacbua vonfram và cacbua xi măng gốc titan (nitrit) (TiC(N)).
Cacbua xi măng dựa trên cacbua vonfram bao gồm ba loại: coban vonfram (YG), titan coban vonfram (YT) và cacbua hiếm được thêm vào (YW). Mỗi cái đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Các thành phần chính là cacbua vonfram (WC) và cacbua titan. (TiC), tantalum cacbua (TaC), niobium cacbua (NbC), v.v. Pha liên kết kim loại thường được sử dụng là Co.
Cacbua xi măng dựa trên titan cacbon (nitrit) là cacbua xi măng có thành phần chính là TiC (một số thêm các cacbua hoặc nitrit khác). Các pha liên kết kim loại thường được sử dụng là Mo và Ni.
ISO (Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế) chia việc cắt cacbua thành ba loại:
Lớp K bao gồm Kl0~K40 tương đương với lớp YG của nước tôi (thành phần chính là WC.Co).
Loại P bao gồm P01 ~ P50, tương đương với loại YT của nước tôi (thành phần chính là WC.TiC.Co).
Lớp M, bao gồm M10~M40, tương đương với lớp YW của nước tôi (thành phần chính là WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Mỗi cấp độ đại diện cho một loạt các hợp kim từ độ cứng cao đến độ dẻo dai tối đa với số từ 01 đến 50.
⑵ Đặc tính hiệu suất của dụng cụ cắt cacbua
① Độ cứng cao: Dụng cụ cắt cacbua được làm bằng cacbua có độ cứng và điểm nóng chảy cao (gọi là pha cứng) và chất kết dính kim loại (gọi là pha liên kết) thông qua luyện kim bột, có độ cứng từ 89 đến 93HRA. , cao hơn nhiều so với thép tốc độ cao. Ở 5400C, độ cứng vẫn có thể đạt 82 ~ 87HRA, tương đương với độ cứng của thép tốc độ cao ở nhiệt độ phòng (83 ~ 86HRA). Giá trị độ cứng của cacbua xi măng thay đổi theo tính chất, số lượng, kích thước hạt của cacbua và hàm lượng pha liên kết kim loại và thường giảm khi hàm lượng pha kim loại liên kết tăng. Khi hàm lượng pha chất kết dính bằng nhau thì độ cứng của hợp kim YT cao hơn hợp kim YG và hợp kim được thêm TaC (NbC) có độ cứng ở nhiệt độ cao cao hơn.
② Độ bền uốn và độ bền: Độ bền uốn của cacbua xi măng thường được sử dụng nằm trong khoảng từ 900 đến 1500MPa. Hàm lượng pha chất kết dính kim loại càng cao thì độ bền uốn càng cao. Khi hàm lượng chất kết dính bằng nhau, độ bền của hợp kim loại YG (WC-Co) cao hơn hợp kim loại YT (WC-TiC-Co) và khi hàm lượng TiC tăng thì độ bền giảm. Cacbua xi măng là một vật liệu giòn và độ bền va đập của nó ở nhiệt độ phòng chỉ bằng 1/30 đến 1/8 so với thép tốc độ cao.
⑶ Ứng dụng của các dụng cụ cắt cacbua thường được sử dụng
Hợp kim YG chủ yếu được sử dụng để gia công gang, kim loại màu và vật liệu phi kim loại. Cacbua xi măng hạt mịn (như YG3X, YG6X) có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao hơn cacbua hạt vừa có cùng hàm lượng coban. Nó phù hợp để gia công một số loại gang cứng đặc biệt, thép không gỉ austenit, hợp kim chịu nhiệt, hợp kim Titan, đồng cứng và vật liệu cách điện chống mài mòn, v.v.
Ưu điểm nổi bật của cacbua xi măng loại YT là độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt tốt, độ cứng và cường độ nén ở nhiệt độ cao cao hơn loại YG và khả năng chống oxy hóa tốt. Vì vậy, khi yêu cầu dao có khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn cao hơn thì nên chọn loại có hàm lượng TiC cao hơn. Hợp kim YT thích hợp để gia công các vật liệu nhựa như thép, nhưng không thích hợp để gia công hợp kim titan và hợp kim nhôm-silic.
Hợp kim YW có các đặc tính của hợp kim YG và YT, và có đặc tính toàn diện tốt. Nó có thể được sử dụng để gia công thép, gang và kim loại màu. Nếu hàm lượng coban của loại hợp kim này được tăng lên một cách thích hợp, độ bền có thể rất cao và có thể được sử dụng để gia công thô và cắt gián đoạn các vật liệu khó gia công khác nhau.
6． Dụng cụ cắt thép tốc độ cao
Thép tốc độ cao (HSS) là thép công cụ hợp kim cao được bổ sung thêm nhiều nguyên tố hợp kim như W, Mo, Cr và V. Dụng cụ cắt thép tốc độ cao có hiệu suất toàn diện tuyệt vời về độ bền, độ dẻo dai và khả năng gia công. Trong các dụng cụ cắt phức tạp, đặc biệt là những dụng cụ có hình dạng lưỡi phức tạp như dụng cụ gia công lỗ, dao phay, dụng cụ ren, dụng cụ chuốt, dụng cụ cắt bánh răng, v.v., thép tốc độ cao vẫn được sử dụng. chiếm vị trí thống trị. Dao thép tốc độ cao rất dễ mài để tạo ra các cạnh cắt sắc nét.
Theo các mục đích sử dụng khác nhau, thép tốc độ cao có thể được chia thành thép tốc độ cao thông dụng và thép tốc độ cao hiệu suất cao.
⑴ Dụng cụ cắt thép tốc độ cao đa năng
Thép tốc độ cao thông dụng. Nói chung, nó có thể được chia thành hai loại: thép vonfram và thép vonfram-molypden. Loại thép tốc độ cao này chứa 0,7% đến 0,9% (C). Theo hàm lượng vonfram khác nhau trong thép, nó có thể được chia thành thép vonfram có hàm lượng W là 12% hoặc 18%, thép vonfram-molypden có hàm lượng W là 6% hoặc 8% và thép molypden có hàm lượng W. là 2% hoặc không có W. . Thép tốc độ cao thông dụng có độ cứng nhất định (63-66HRC) và khả năng chống mài mòn, độ bền và độ dẻo dai cao, độ dẻo và công nghệ xử lý tốt nên được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các công cụ phức tạp khác nhau.
① Thép vonfram: Loại thép vonfram tốc độ cao thông dụng điển hình là W18Cr4V, (gọi tắt là W18). Nó có hiệu suất tổng thể tốt. Độ cứng ở nhiệt độ cao ở 6000C là 48,5HRC và có thể được sử dụng để chế tạo nhiều công cụ phức tạp khác nhau. Nó có ưu điểm là khả năng nghiền tốt và độ nhạy khử cacbon thấp, nhưng do hàm lượng cacbua cao, phân bố không đồng đều, các hạt lớn, độ bền và độ dẻo dai thấp.
② Thép vonfram-molypden: dùng để chỉ thép tốc độ cao thu được bằng cách thay thế một phần vonfram trong thép vonfram bằng molypden. Loại thép vonfram-molypden điển hình là W6Mo5Cr4V2, (gọi tắt là M2). Các hạt cacbua của M2 mịn và đồng đều, độ bền, độ dẻo dai và độ dẻo ở nhiệt độ cao tốt hơn so với W18Cr4V. Một loại thép vonfram-molypden khác là W9Mo3Cr4V (viết tắt là W9). Độ ổn định nhiệt của nó cao hơn một chút so với thép M2, độ bền uốn và độ bền tốt hơn W6M05Cr4V2 và có khả năng xử lý tốt.
⑵ Dụng cụ cắt thép tốc độ cao hiệu suất cao
Thép tốc độ cao hiệu suất cao dùng để chỉ một loại thép mới bổ sung một số hàm lượng carbon, hàm lượng vanadi và các nguyên tố hợp kim như Co và Al vào thành phần của thép tốc độ cao thông dụng, từ đó cải thiện khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn. . Chủ yếu có các loại sau:
① Thép tốc độ cao carbon cao. Thép tốc độ cao carbon cao (như 95W18Cr4V) có độ cứng cao ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao. Nó phù hợp để sản xuất và gia công thép và gang thông thường, mũi khoan, mũi khoan, vòi và dao phay có yêu cầu chống mài mòn cao hoặc các công cụ để xử lý vật liệu cứng hơn. Nó không phù hợp để chịu được tác động lớn.
② Thép tốc độ cao vanadi. Các loại điển hình, chẳng hạn như W12Cr4V4Mo, (gọi tắt là EV4), có hàm lượng V tăng từ 3% đến 5%, có khả năng chống mài mòn tốt và phù hợp để cắt các vật liệu gây mài mòn dụng cụ lớn, chẳng hạn như sợi, cao su cứng, nhựa , v.v., và cũng có thể được sử dụng để gia công các Vật liệu như thép không gỉ, thép cường độ cao và hợp kim nhiệt độ cao.
③ Thép tốc độ cao coban. Nó là một loại thép tốc độ cao siêu cứng có chứa coban. Các loại điển hình, chẳng hạn như W2Mo9Cr4VCo8, (gọi tắt là M42), có độ cứng rất cao. Độ cứng của nó có thể đạt tới 69-70HRC. Nó phù hợp để gia công các loại thép chịu nhiệt cường độ cao khó sử dụng, hợp kim nhiệt độ cao, hợp kim titan, v.v. Vật liệu gia công: M42 có khả năng mài tốt, thích hợp để chế tạo các dụng cụ chính xác và phức tạp, nhưng không phù hợp để làm việc trong điều kiện cắt tác động.
④ Nhôm thép tốc độ cao. Nó là một loại thép tốc độ cao siêu cứng có chứa nhôm. Các loại điển hình là, ví dụ, W6Mo5Cr4V2Al, (gọi tắt là 501). Độ cứng ở nhiệt độ cao 6000C cũng đạt tới 54HRC. Hiệu suất cắt tương đương với M42. Nó phù hợp để sản xuất dao phay, mũi khoan, mũi doa, dao cắt bánh răng và dao chuốt. vv, được sử dụng để gia công các vật liệu như thép hợp kim, thép không gỉ, thép cường độ cao và hợp kim nhiệt độ cao.
⑤ Thép tốc độ cao siêu cứng nitơ. Các loại điển hình, chẳng hạn như W12M03Cr4V3N, được gọi là (V3N), là các loại thép tốc độ cao siêu cứng có chứa nitơ. Độ cứng, độ bền và độ dẻo dai tương đương với M42. Chúng có thể được sử dụng để thay thế cho thép tốc độ cao chứa coban và được sử dụng để cắt tốc độ thấp các vật liệu khó gia công và thép tốc độ thấp, độ chính xác cao. xử lý.
⑶ Luyện thép tốc độ cao và luyện thép bột tốc độ cao
Theo các quy trình sản xuất khác nhau, thép tốc độ cao có thể được chia thành thép tốc độ cao luyện kim và thép tốc độ cao luyện kim bột.
① Luyện thép tốc độ cao: Cả thép tốc độ cao thông thường và thép tốc độ cao hiệu suất cao đều được chế tạo bằng phương pháp nấu chảy. Chúng được chế tạo thành dao thông qua các quá trình như nấu chảy, đúc phôi, mạ và cán. Một vấn đề nghiêm trọng dễ xảy ra khi luyện thép tốc độ cao là sự phân tách cacbua. Các cacbua cứng và giòn phân bố không đều trong thép tốc độ cao và các hạt thô (lên đến hàng chục micron), ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn và độ bền của dụng cụ thép tốc độ cao. và ảnh hưởng xấu đến hiệu suất cắt.
② Luyện kim bột thép tốc độ cao (PM HSS): Luyện kim bột thép tốc độ cao (PM HSS) là thép lỏng được nấu chảy trong lò cảm ứng tần số cao, được nguyên tử hóa bằng argon áp suất cao hoặc nitơ tinh khiết, sau đó được làm nguội để thu được tinh thể mịn và đồng đều. Cấu trúc (bột thép tốc độ cao), sau đó ép bột thu được vào phôi dao dưới nhiệt độ cao và áp suất cao, hoặc trước tiên tạo phôi thép sau đó rèn và cuộn thành hình dao. So với thép tốc độ cao được sản xuất bằng phương pháp nóng chảy, PM HSS có ưu điểm là các hạt cacbua mịn và đồng đều, độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn được cải thiện hơn nhiều so với thép tốc độ cao nóng chảy. Trong lĩnh vực công cụ CNC phức tạp, công cụ PM HSS sẽ phát triển hơn nữa và chiếm một vị trí quan trọng. Các loại điển hình, chẳng hạn như F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, v.v., có thể được sử dụng để sản xuất các dụng cụ cắt cỡ lớn, chịu tải nặng, chịu va đập cao cũng như các dụng cụ cắt chính xác.
Nguyên tắc lựa chọn vật liệu dụng cụ CNC
Hiện nay, vật liệu dụng cụ CNC được sử dụng rộng rãi chủ yếu bao gồm dụng cụ kim cương, dụng cụ boron nitrit khối, dụng cụ gốm, dụng cụ tráng, dụng cụ cacbua, dụng cụ thép tốc độ cao, v.v. Có nhiều loại vật liệu dụng cụ và tính chất của chúng rất khác nhau. Bảng sau đây trình bày các chỉ số hiệu suất chính của các vật liệu dụng cụ khác nhau.
Vật liệu dụng cụ để gia công CNC phải được lựa chọn theo phôi đang được gia công và tính chất của quá trình gia công. Việc lựa chọn vật liệu dụng cụ phải phù hợp hợp lý với đối tượng gia công. Sự kết hợp giữa vật liệu dụng cụ cắt và đối tượng gia công chủ yếu đề cập đến việc kết hợp các tính chất cơ học, tính chất vật lý và tính chất hóa học của cả hai để có được tuổi thọ dụng cụ dài nhất và năng suất cắt tối đa.
1. Sự phù hợp về tính chất cơ học của vật liệu dụng cụ cắt và vật gia công
Vấn đề kết hợp các đặc tính cơ học của dụng cụ cắt và đối tượng gia công chủ yếu đề cập đến sự phù hợp của các thông số đặc tính cơ học như độ bền, độ dẻo dai và độ cứng của dụng cụ và vật liệu phôi. Vật liệu dụng cụ có tính chất cơ học khác nhau phù hợp để gia công các vật liệu phôi khác nhau.
① Thứ tự độ cứng của vật liệu dụng cụ là: dụng cụ kim cương>công cụ boron nitrit khối>dụng cụ gốm>cacbua vonfram>thép tốc độ cao.
② Thứ tự độ bền uốn của vật liệu dụng cụ là: thép tốc độ cao > cacbua xi măng > dụng cụ gốm > dụng cụ kim cương và boron nitrit khối.
③ Thứ tự độ bền của vật liệu dụng cụ là: thép tốc độ cao>cacbua vonfram>boron nitrit khối, dụng cụ kim cương và gốm.
Vật liệu phôi có độ cứng cao phải được xử lý bằng các dụng cụ có độ cứng cao hơn. Độ cứng của vật liệu dụng cụ phải cao hơn độ cứng của vật liệu phôi, thường yêu cầu trên 60HRC. Độ cứng của vật liệu dụng cụ càng cao thì khả năng chống mài mòn của nó càng tốt. Ví dụ, khi hàm lượng coban trong cacbua xi măng tăng lên, độ bền và độ dẻo dai của nó tăng lên và độ cứng của nó giảm xuống, khiến nó phù hợp cho gia công thô; khi hàm lượng coban giảm, độ cứng và khả năng chống mài mòn của nó tăng lên, khiến nó thích hợp để hoàn thiện.
Dụng cụ có tính chất cơ học ở nhiệt độ cao tuyệt vời đặc biệt thích hợp để cắt tốc độ cao. Hiệu suất nhiệt độ cao tuyệt vời của dụng cụ cắt gốm cho phép chúng cắt ở tốc độ cao và tốc độ cắt cho phép có thể cao gấp 2 đến 10 lần so với cacbua xi măng.
2. Làm khớp các đặc tính vật lý của vật liệu dụng cụ cắt với vật được gia công
Các công cụ có các đặc tính vật lý khác nhau, chẳng hạn như công cụ thép tốc độ cao có độ dẫn nhiệt cao và điểm nóng chảy thấp, công cụ gốm có điểm nóng chảy cao và độ giãn nở nhiệt thấp, công cụ kim cương có độ dẫn nhiệt cao và độ giãn nở nhiệt thấp, v.v., phù hợp với gia công các vật liệu phôi khác nhau. Khi gia công phôi có độ dẫn nhiệt kém, nên sử dụng vật liệu dụng cụ có độ dẫn nhiệt tốt hơn để nhiệt cắt có thể nhanh chóng được truyền ra ngoài và có thể giảm nhiệt độ cắt. Do tính dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt cao, kim cương có thể dễ dàng tản nhiệt cắt mà không gây biến dạng nhiệt lớn, điều này đặc biệt quan trọng đối với các công cụ gia công chính xác đòi hỏi độ chính xác kích thước cao.
① Nhiệt độ chịu nhiệt của các vật liệu dụng cụ khác nhau: dụng cụ kim cương là 700 ~ 8000C, dụng cụ PCBN là 13000 ~ 15000C, dụng cụ gốm là 1100 ~ 12000C, cacbua xi măng gốc TiC(N) là 900 ~ 11000C, siêu mịn dựa trên WC hạt cacbua là 800 ~ 9000C, HSS là 600 ~ 7000C.
② Thứ tự độ dẫn nhiệt của các vật liệu dụng cụ khác nhau: PCD>PCBN>cacbua xi măng gốc WC>cacbua xi măng gốc TiC(N)>HSS>gốm sứ gốc Si3N4>gốm sứ gốc A1203.
③ Thứ tự hệ số giãn nở nhiệt của các vật liệu dụng cụ khác nhau là: HSS>Cacbua xi măng gốc WC>TiC(N)>Gốm gốc A1203>PCBN>Gốm gốc Si3N4>PCD.
④ Thứ tự khả năng chống sốc nhiệt của các vật liệu dụng cụ khác nhau là: HSS>Cacbua xi măng gốc WC>Gốm sứ gốc Si3N4>PCBN>PCD>Cacbua xi măng gốc TiC(N)>Gốm sứ gốc A1203.
3. Làm khớp các đặc tính hóa học của vật liệu dụng cụ cắt với vật được gia công
Vấn đề kết hợp các tính chất hóa học của vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công chủ yếu đề cập đến sự phù hợp của các thông số hiệu suất hóa học như ái lực hóa học, phản ứng hóa học, khuếch tán và hòa tan của vật liệu dụng cụ và vật liệu phôi. Các công cụ có vật liệu khác nhau phù hợp để xử lý các vật liệu phôi khác nhau.
① Khả năng chịu nhiệt độ liên kết của các vật liệu dụng cụ khác nhau (với thép) là: PCBN>gốm>cacbua vonfram>HSS.
② Nhiệt độ chống oxy hóa của các vật liệu dụng cụ khác nhau là: gốm>PCBN>cacbua vonfram>kim cương>HSS.
③ Độ bền khuếch tán của vật liệu dụng cụ (đối với thép) là: kim cương>Gốm gốc Si3N4>Gốm gốc PCBN>Gốm gốc A1203. Cường độ khuếch tán (đối với titan) là: Gốm gốc A1203>PCBN>SiC>Si3N4>kim cương.
4. Lựa chọn hợp lý vật liệu dụng cụ CNC
Nói chung, PCBN, dụng cụ gốm, cacbua phủ và cacbua gốc TiCN thích hợp để gia công CNC các kim loại đen như thép; trong khi các công cụ PCD phù hợp với các vật liệu kim loại màu như Al, Mg, Cu và các hợp kim của chúng và Gia công vật liệu phi kim loại. Bảng dưới đây liệt kê một số vật liệu phôi mà các vật liệu dụng cụ trên phù hợp để gia công.
Công cụ CNC Xinfa có đặc điểm là chất lượng tốt và giá thành thấp. Để biết chi tiết, vui lòng truy cập:
Các nhà sản xuất công cụ CNC – Nhà máy và nhà cung cấp công cụ CNC Trung Quốc (xinfatools.com)
Thời gian đăng: Nov-01-2023
