Vrste, zmogljivost, značilnosti in strokovno znanje o uporabi 6 vrst CNC rezalnih orodij

Kombinacija napredne obdelovalne opreme in visokozmogljivih CNC rezalnih orodij je potrebna za popolno uveljavitev ustrezne učinkovitosti in doseganje dobrih gospodarskih koristi. S hitrim razvojem orodnih materialov so različne nove vrste orodnih materialov močno izboljšale svojo fizično, mehansko in rezalno zmogljivost, prav tako pa se nenehno širi njihov obseg uporabe.
1 Material orodja mora imeti osnovne lastnosti
Izbira orodnih materialov pomembno vpliva na življenjsko dobo orodja, učinkovitost obdelave, kakovost obdelave in stroške obdelave. Rezalna orodja morajo med rezanjem vzdržati visok pritisk, visoko temperaturo, trenje, udarce in vibracije. Zato morajo imeti orodni materiali naslednje osnovne lastnosti:
(1) Trdota in odpornost proti obrabi. Trdota materiala orodja mora biti višja od trdote materiala obdelovanca, na splošno zahteva trdoto 60HRC ali več. Večja kot je trdota materiala orodja, boljša je njegova odpornost proti obrabi.
(2) Trdnost in žilavost. Material orodja mora imeti visoko trdnost in žilavost, da prenese rezalne sile, udarce in vibracije ter prepreči krhke zlome in zlom robov orodja.
(3) Toplotna odpornost. Material orodja ima dobro toplotno odpornost, lahko prenese visoke temperature rezanja in ima dobro odpornost proti oksidaciji.
(4) Učinkovitost in gospodarnost procesa. Material orodja mora imeti dobro zmogljivost kovanja, toplotne obdelave in učinkovitost varjenja; Zmogljivost brušenja in prizadevanje za visoko razmerje stroškovne učinkovitosti.
2, Vrste, lastnosti, značilnosti in uporaba materialov za rezalna orodja
1. Vrste, lastnosti, značilnosti in orodja za uporabo materialov diamantnega rezalnega orodja
Diamant je alotrop ogljika in je najtrši material v naravi. Diamantna rezalna orodja imajo visoko trdoto, odpornost proti obrabi in toplotno prevodnost ter se pogosto uporabljajo pri obdelavi neželeznih in nekovinskih materialov. Zlasti pri hitrem rezanju aluminija in silicijevih aluminijevih zlitin so diamantna rezalna orodja glavna vrsta rezalnih orodij, ki jih je težko zamenjati. Diamantna rezalna orodja, ki lahko dosežejo visoko učinkovitost, visoko stabilnost in dolgo življenjsko dobo, so nepogrešljiva in pomembna orodja v sodobni CNC obdelavi.

⑴ Vrste diamantnega rezalnega orodja
① Rezalno orodje z naravnimi diamanti: Naravni diamant ima kot rezalno orodje več kot stoletno zgodovino. Po finem brušenju imajo lahko naravna enokristalna diamantna rezalna orodja izjemno ostre robove s polmerom rezanja do 0,002 μm. Ker je sposoben doseči ultratanko rezanje in doseči izjemno visoko natančnost obdelovancev in nizko površinsko hrapavost, je priznano, idealno in nenadomestljivo ultra natančno obdelovalno orodje.
② Diamantna rezalna orodja PCD: naravni diamant je drag, polikristalni diamant (PCD) pa se še vedno pogosto uporablja pri obdelavi rezanja. Od zgodnjih sedemdesetih let 20. stoletja po uspešnem razvoju polikristalnih diamantnih (PCD) rezil, pripravljenih s tehnologijo sinteze pri visokih temperaturah in visokem tlaku, so orodja za rezanje naravnih diamantov v številnih situacijah zamenjali umetni polikristalni diamanti. Surovine PCD je v izobilju, njihove cene pa so le deset do desetkrat višje od naravnega diamanta.
Orodja PCD ne morejo brusiti izjemno ostrih robov, kakovost površine obdelanega obdelovanca pa ni tako dobra kot naravni diamant. Trenutno v industriji ni primerno izdelovati rezil PCD z utori za odrezke. Zato se PCD lahko uporablja le za natančno rezanje barvnih kovin in nekovin, zaradi česar je težko doseči ultra natančno rezanje z zrcalom.
③ Diamantna rezalna orodja CVD: Od poznih sedemdesetih do zgodnjih osemdesetih let prejšnjega stoletja se na Japonskem pojavlja diamantna tehnologija CVD. CVD diamant se nanaša na sintezo diamantnih filmov na heterogenih substratih (kot so trde zlitine, keramika itd.) z uporabo kemičnega naparjevanja (CVD). CVD diamant ima enako strukturo in lastnosti kot naravni diamant.
Učinkovitost diamanta CVD je zelo podobna lastnostim naravnega diamanta in združuje prednosti naravnega monokristalnega diamanta in polikristalnega diamanta (PCD), kar do neke mere odpravlja njune pomanjkljivosti.
⑵ Značilnosti delovanja diamantnega rezalnega orodja
① Izjemno visoka trdota in odpornost proti obrabi: naravni diamant je najtrša snov v naravi. Diamant ima izjemno visoko odpornost proti obrabi. Pri obdelavi materialov z visoko trdoto je življenjska doba diamantnih rezalnih orodij 10-100-krat daljša od rezalnih orodij iz trdih zlitin in celo stokrat daljša.
② Ima zelo nizek koeficient trenja: koeficient trenja med diamantom in nekaterimi neželeznimi kovinami je nižji kot pri drugih rezalnih orodjih, z nizkim koeficientom trenja in majhno deformacijo med obdelavo, kar lahko zmanjša rezalno silo.
③ Rezilo je zelo ostro: rezilo diamantnih orodij je mogoče zelo ostro obrusiti, naravna enokristalna diamantna orodja pa lahko dosežejo višino 0.002-0.008 μm. Sposoben ultratankega rezanja in ultra natančne obdelave.
④ Ima visoko toplotno prevodnost: Diamant ima visoko toplotno prevodnost in stopnjo toplotne difuzije, rezalna toplota pa se zlahka razprši. Temperatura rezanja orodja je nizka.
⑤ Nižji koeficient toplotnega raztezanja: koeficient toplotnega raztezanja diamanta je nekajkrat manjši od koeficienta trde zlitine, sprememba velikosti orodja zaradi rezalne toplote pa je zelo majhna, kar je še posebej pomembno za natančno in ultra natančno obdelavo z visoke zahteve glede dimenzijske natančnosti.
Uporaba diamantnega rezalnega orodja
Diamantna rezalna orodja se običajno uporabljajo za fino rezanje in vrtanje neželeznih in nekovinskih materialov pri visokih hitrostih. Primerno za obdelavo različnih nekovinskih materialov, odpornih proti obrabi, kot so surovci praškaste metalurgije iz steklenih vlaken, keramični materiali itd.; Različne barvne kovine, odporne proti obrabi, kot so različne silicijeve aluminijeve zlitine; Različni postopki dodelave barvnih kovin.
Pomanjkljivost diamantnih rezil je njihova slaba toplotna stabilnost. Ko temperatura rezanja preseže 700 stopinj do 800 stopinj, bo njihova trdota popolnoma izgubljena; Poleg tega ni primerno za rezanje črnih kovin, ker diamant (ogljik) zlahka sodeluje z atomi železa pri visokih temperaturah in pretvori atome ogljika v grafitne strukture, zaradi česar je orodje izjemno dovzetno za poškodbe.
2. Vrste, lastnosti, značilnosti in uporaba orodij iz kubičnega borovega nitrida
Drugi supertrdi material, kubični borov nitrid (CBN), sintetiziran po metodi, podobni izdelavi diamanta, je po trdoti in toplotni prevodnosti takoj za diamantom. Ima odlično toplotno stabilnost in ne oksidira pri segrevanju na 10000C v atmosferi. CBN ima izjemno stabilne kemične lastnosti za črne kovine in se lahko široko uporablja pri predelavi jeklenih izdelkov.

Vrste rezalnih orodij iz kubičnega borovega nitrida
Kubični borov nitrid (CBN) je snov, ki v naravi ne obstaja in jo lahko razdelimo na monokristal in polikristal, in sicer CBN monokristal in polikristalni kubični borov nitrid (PCBN). CBN je eden od izomerov borovega nitrida (BN) s strukturo, podobno diamantu.
PCBN (polikristalni kubični borov nitrid) je polikristalni material, ki fino CBN materiale sintra skupaj skozi vezne faze (TiC, TiN, Al, Ti itd.) pod visoko temperaturo in tlakom. Trenutno je drugi najtrši orodni material, sintetiziran umetno, in ga skupaj z diamantom imenujemo supertrdi orodni material. PCBN se uporablja predvsem za izdelavo rezalnih orodij ali drugih orodij.
Rezalna orodja iz PCBN lahko razdelimo na rezila iz integralnega PCBN in kompozitna rezila iz PCBN, sintrana s kompoziti iz trdih zlitin.
Kompozitna rezila PCBN so izdelana s sintranjem plasti PCBN debeline O.{{0}}.0 mm na trdo zlitino z dobro trdnostjo in žilavostjo. Njegovo delovanje združuje dobro žilavost, visoko trdoto in odpornost proti obrabi, s čimer rešuje težave nizke upogibne trdnosti in težav pri varjenju CBN rezil.
Glavne lastnosti in značilnosti kubičnega borovega nitrida
Čeprav je trdota kubičnega borovega nitrida nekoliko nižja od trdote diamanta, je veliko višja od drugih materialov z visoko trdoto. Izjemna prednost CBN je, da je njegova toplotna stabilnost veliko višja kot pri diamantu, saj doseže več kot 1200 stopinj (700-800 stopinj za diamant), druga izjemna prednost pa je njegova visoka kemična inertnost, ki ne reagira z elementi železa. pri 1200-1300 stopnji. Glavne značilnosti delovanja kubičnega borovega nitrida so naslednje.
① Visoka trdota in odpornost proti obrabi: CBN kristalna struktura je podobna diamantu, s podobno trdoto in trdnostjo kot diamant. PCBN je še posebej primeren za obdelavo visoko trdotnih materialov, ki so bili prej lahko le brušeni, in lahko doseže boljšo kakovost površine obdelovancev.
② Ima visoko toplotno stabilnost: toplotna odpornost CBN lahko doseže 1400-1500 stopinj, kar je skoraj 1-krat več kot toplotna odpornost diamanta (700-800 stopinj). Orodja PCBN lahko režejo visokotemperaturne zlitine in kaljeno jeklo s 3-5-krat večjo hitrostjo kot orodja iz trdih zlitin.
③ Odlična kemična stabilnost: Kemično ne reagira z materiali na osnovi železa niti pri temperaturah med 1200-1300 stopinjami in se ne obrabi močno kot diamant. V tem času lahko še vedno ohranja trdoto trdih zlitin; Rezalna orodja PCBN so primerna za rezanje kaljenih jeklenih delov in hladnega trdega litega železa ter se lahko široko uporabljajo za hitro rezanje litega železa.
④ Dobra toplotna prevodnost: Čeprav toplotna prevodnost CBN ne more dohiteti diamanta, je toplotna prevodnost PCBN v različnih orodnih materialih takoj za diamantom, veliko večja kot pri hitroreznem jeklu in trdih zlitinah.
⑤ Nižji koeficient trenja: nižji koeficient trenja lahko povzroči zmanjšanje rezalne sile, znižanje temperature rezanja in izboljšanje kakovosti površine med obdelavo.
Uporaba rezalnih orodij iz kubičnega borovega nitrida
Kubični borov nitrid je primeren za natančno obdelavo različnih materialov, ki jih je težko rezati, kot so kaljeno jeklo, trdo lito železo, visokotemperaturne zlitine, trde zlitine in površinski razpršeni materiali. Natančnost obdelave lahko doseže IT5 (vrtina IT6), vrednost površinske hrapavosti pa je lahko tako nizka kot Ra1.25-0.20 μM.
Žilavost in upogibna trdnost materialov za rezalna orodja iz kubičnega borovega nitrida sta slabi. Zato orodja za struženje iz kubičnega borovega nitrida niso primerna za grobo obdelavo pri nizkih hitrostih in z velikimi udarnimi obremenitvami; Ni primeren za rezanje materialov z visoko plastičnostjo, kot so aluminijeve zlitine, bakrove zlitine, zlitine na osnovi niklja in jeklo z visoko plastičnostjo, ker bo rezanje teh kovin povzročilo resne usedline odrezkov, kar bo poslabšalo obdelovalno površino.
3. Vrste, lastnosti, značilnosti in orodna uporaba keramičnih orodnih materialov
Keramična rezalna orodja imajo značilnosti visoke trdote, dobre odpornosti proti obrabi, odlične toplotne odpornosti in kemične stabilnosti ter jih ni enostavno povezati s kovinami. Keramična rezalna orodja igrajo zelo pomembno vlogo pri CNC obdelavi in ​​so postala eno glavnih rezalnih orodij za hitro rezanje in težko obdelovalne materiale. Keramična rezalna orodja se pogosto uporabljajo pri hitrem rezanju, suhem rezanju, trdem rezanju in rezanju težko obdelanih materialov. Keramična rezalna orodja lahko učinkovito obdelujejo materiale z visoko trdoto, ki jih ni mogoče obdelati s tradicionalnimi rezalnimi orodji, in dosežejo "struženje namesto brušenja"; Optimalna rezalna hitrost keramičnih rezalnih orodij je lahko 2 do 10-krat višja kot pri rezalnih orodjih iz trdih zlitin, kar močno izboljša proizvodno učinkovitost rezanja; Glavne surovine za keramična rezalna orodja so najbolj razširjeni elementi v zemeljski skorji. Zato je promocija in uporaba orodij za rezanje keramike velikega pomena za izboljšanje produktivnosti, zmanjšanje stroškov obdelave in varčevanje s strateškimi plemenitimi kovinami. Prav tako bo močno spodbudil napredek tehnologije rezanja.

⑴ Vrste materialov za keramična orodja
Vrste materialov za keramična orodja lahko na splošno razdelimo v tri kategorije: keramika na osnovi aluminijevega oksida, keramika na osnovi silicijevega nitrida in kompozitna keramika na osnovi silicijevega nitrida na osnovi aluminijevega oksida. Med njimi se najpogosteje uporabljajo materiali za keramična orodja na osnovi aluminijevega oksida in silicijevega nitrida. Učinkovitost keramike na osnovi silicijevega nitrida je boljša od učinkovitosti keramike na osnovi aluminijevega oksida.
⑵ Učinkovitost in značilnosti rezalnih orodij za keramiko
Značilnosti delovanja orodij za rezanje keramike so naslednje:
① Visoka trdota in dobra odpornost proti obrabi: Čeprav trdota keramičnih rezalnih orodij ni tako visoka kot PCD in PCBN, je znatno višja od trdote rezalnih orodij iz trdih zlitin in hitroreznega jekla ter dosega 93-95HRA. Keramična rezalna orodja lahko obdelujejo visoko trde materiale, ki jih je težko obdelati s tradicionalnimi orodji, zaradi česar so primerna za hitro in trdo rezanje.
② Odpornost na visoke temperature in dobra odpornost na toploto: keramična rezalna orodja lahko še vedno režejo pri visokih temperaturah nad 1200 stopinj. Keramična rezalna orodja imajo odlične mehanske lastnosti pri visokih temperaturah, odpornost na oksidacijo keramičnih rezalnih orodij A12O3 pa je še posebej dobra. Tudi ko je rezilo v vročem stanju, ga je mogoče uporabljati neprekinjeno. Zato lahko keramična rezalna orodja dosežejo suho rezanje in s tem prihranijo rezalno tekočino.
③ Dobra kemična stabilnost: keramičnih rezalnih orodij ni enostavno povezati s kovinami in so odporna proti koroziji z dobro kemično stabilnostjo, kar lahko zmanjša adhezivno obrabo rezalnih orodij.
④ Nizek koeficient trenja: keramična rezalna orodja imajo nizko afiniteto s kovinami, kar ima za posledico nizek koeficient trenja, ki lahko zmanjša rezalno silo in temperaturo rezanja.
⑶ Keramični noži imajo aplikacije
Keramika je eden od orodnih materialov, ki se večinoma uporablja za visokohitrostno natančno obdelavo in polprecizno obdelavo. Keramična rezalna orodja so primerna za rezanje različnih litin (siva litina, nodularna litina, temprana litina, hladno trda litina, visoko legirana litina, odporna na obrabo) in jekla (ogljikovo konstrukcijsko jeklo, legirano konstrukcijsko jeklo, jeklo visoke trdnosti , jeklo z visoko vsebnostjo mangana, kaljeno jeklo itd.), uporablja pa se lahko tudi za rezanje bakrovih zlitin, grafita, inženirske plastike in kompozitnih materialov.
Materiali za keramična orodja imajo težave z nizko upogibno trdnostjo in slabo udarno žilavostjo, zaradi česar niso primerni za rezanje pri nizkih hitrostih in pod udarnimi obremenitvami.
4. Delovanje in lastnosti prevlečenih orodnih materialov in uporaba orodij
Prevleka rezalnih orodij je eden od pomembnih načinov za izboljšanje njihove učinkovitosti. Pojav prevlečenih rezalnih orodij je naredil pomemben preboj v njihovi rezalni učinkovitosti. Prevlečena rezalna orodja so tista, ki so na telesu orodja z dobro žilavostjo prevlečena z eno ali več plastmi ognjevzdržnih spojin z dobro odpornostjo proti obrabi. Kombinirajo matrico orodja s trdim premazom, s čimer močno izboljšajo učinkovitost orodja. Prevlečena rezalna orodja lahko izboljšajo učinkovitost obdelave, izboljšajo natančnost obdelave, podaljšajo življenjsko dobo orodja in zmanjšajo stroške obdelave.
Približno 80 % rezalnih orodij, ki se uporabljajo v novih CNC obdelovalnih strojih, uporablja orodja s premazom. Prevlečena rezilna orodja bodo v prihodnosti najpomembnejša sorta orodij na področju CNC obdelave.

⑴ Vrste prevlečenih rezalnih orodij
Glede na različne metode nanašanja prevleke lahko prevlečena orodja razdelimo na orodja, prevlečena s kemičnim naparjevanjem (CVD), in orodja, prevlečena s fizičnim naparjevanjem (PVD). Prevlečena rezalna orodja iz trdih zlitin na splošno uporabljajo metodo nanašanja s kemično paro s temperaturo nanašanja okoli 1000 stopinj. Prevlečena rezalna orodja za hitrorezno jeklo na splošno uporabljajo metodo fizičnega nanašanja s paro, s temperaturo nanašanja okoli 500 stopinj;
Glede na različne substratne materiale oplaščenih orodij lahko prevlečena orodja razdelimo na orodja s prevleko iz trdih zlitin, prevlečena orodja iz hitroreznega jekla in prevlečena orodja na keramiki in supertrdnih materialih (diamant in kubični borov nitrid).
Glede na lastnosti prevlečnih materialov lahko prevlečena orodja razdelimo v dve kategoriji, in sicer v »trda« prevlečena orodja in »mehka« prevlečena orodja. Glavni cilj, ki ga zasledujejo rezalna orodja s "trdo" prevleko, je visoka trdota in odpornost proti obrabi, pri čemer sta glavni prednosti visoka trdota in dobra odpornost proti obrabi, za kar sta značilni prevleki TiC in TiN. Cilj, ki ga zasledujejo "mehko" prevlečena orodja, je nizek koeficient trenja, znan tudi kot samomazalna orodja. Njegov koeficient trenja z materialom obdelovanca je zelo nizek, le okoli 0.1, kar lahko zmanjša oprijem, zmanjša trenje ter zniža rezalno silo in temperaturo rezanja.
Nedavno so bila razvita orodja za nano premaze. To prevlečeno orodje lahko uporablja različne kombinacije prevlečnih materialov (kot so kovina/kovina, kovina/keramika, keramika/keramika itd.), da izpolni različne zahteve glede funkcionalnosti in učinkovitosti. Dobro oblikovana nano prevleka lahko materialom za orodje omogoči odlične lastnosti proti trenju, obrabi in samomazalne lastnosti, zaradi česar so primerni za hitro suho rezanje.
Značilnosti prevlečenih rezalnih orodij
Značilnosti delovanja prevlečenih rezalnih orodij so naslednje:
① Dobra mehanska in rezalna zmogljivost: prevlečena rezalna orodja združujejo odlične lastnosti podlage in prevlečnih materialov, ohranjajo dobro žilavost in visoko trdnost podlage ter visoko trdoto, odpornost proti obrabi in nizek koeficient trenja prevleke. Zato se lahko rezalna hitrost orodij s premazom poveča za več kot dvakrat v primerjavi z orodji brez premaza, dovoljene pa so tudi višje hitrosti podajanja. Izboljšana je tudi življenjska doba prevlečenih rezalnih orodij.
② Močna vsestranskost: prevlečena orodja imajo široko paleto vsestranskosti in znatno razširijo obseg obdelave. Eno prevlečeno orodje lahko nadomesti več neprevlečenih orodij.
③ Debelina prevleke: Ko se debelina prevleke poveča, se poveča tudi življenjska doba orodja, ko pa debelina prevleke doseže nasičenost, se življenjska doba orodja ne poveča več bistveno. Če je premaz predebel, je enostavno povzročiti luščenje; Ko je prevleka pretanka, je odpornost proti obrabi slaba.
④ Možnost ponovnega brušenja: prevlečena rezila imajo slabo možnost ponovnega brušenja, zapleteno opremo za nanos prevleke, visoke zahteve glede postopka in dolg čas nanosa prevleke.
⑤ Materiali za premaze: Rezalna orodja z različnimi materiali za premaze imajo različno rezalno zmogljivost. Na primer, med rezanjem z nizko hitrostjo ima prevleka TiC prednost; TiN je bolj primeren za hitro rezanje.
Uporaba prevlečenih rezalnih orodij
Prevlečena rezilna orodja imajo velik potencial na področju CNC obdelave in bodo najpomembnejša sorta orodij v prihodnosti. Tehnologija premazovanja je bila uporabljena za končne rezkare, povrtala, svedre, kompozitna orodja za obdelavo lukenj, rezkala za rezkanje zobnikov, rezkala za rezkanje zobnikov, rezkare za zobate zobnike, preoblikovalne vložke in različne zamenljive ploščice s strojno spono, ki izpolnjujejo potrebe po hitrem rezanju različni materiali, kot so jeklo in lito železo, toplotno odporne zlitine in neželezne kovine.
5. Vrste, lastnosti, lastnosti in uporaba materialov rezilnih orodij iz trdih zlitin

Rezalna orodja iz trdih zlitin, zlasti rezalna orodja iz trdih zlitin z indeksiranjem, so vodilni izdelki CNC obdelovalnih orodij. Od osemdesetih let prejšnjega stoletja so se različne vrste rezalnih orodij ali rezil iz trde zlitine, ki jih je mogoče indeksirati, razširile na različna področja rezalnih orodij. Med njimi so se menjalna rezalna orodja iz trdih zlitin razširila od enostavnih orodij za struženje in čelnih rezkarjev do različnih natančnih, zapletenih in oblikovanih orodij.
⑴ Vrste rezalnih orodij iz trdih zlitin
Glede na glavno kemično sestavo lahko trde zlitine razdelimo na trde zlitine na osnovi volframovega karbida in trde zlitine na osnovi titanovega karbida (TiC (N)).
Trde zlitine na osnovi volframovega karbida vključujejo tri vrste: volframov kobalt (YG), volframov kobalt titan (YT) in dodane redke karbide (YW), od katerih ima vsaka svoje prednosti in slabosti. Glavne komponente so volframov karbid (WC), titanov karbid (TiC), tantalov karbid (TaC), niobijev karbid (NbC) itd. Običajno uporabljena kovinska vezna faza je Co.
Trda zlitina na osnovi ogljika (dušika) titana je trda zlitina, ki je v glavnem sestavljena iz TiC (nekateri z dodatkom drugih karbidov ali nitridov), običajno uporabljeni fazi kovinske vezi pa sta Mo in Ni.
ISO (Mednarodna organizacija za standardizacijo) deli rezanje trdih zlitin v tri kategorije:
Razred K, vključno s Kl0-K40, je enakovreden razredu YG na Kitajskem (v glavnem sestavljen iz WC. Co).
Razred P, vključno s P01-P50, je enakovreden razredu YT na Kitajskem (v glavnem sestavljen iz WC. TiC. Co).
Razred M, vključno z M10~M40, je enakovreden razredu YW na Kitajskem (v glavnem sestavljen iz WC TiC TaC (NbC) - Co).
Serije zlitin, ki segajo od visoke trdote do največje žilavosti, so predstavljene s številkami med 01 in 50 za vsako stopnjo.
⑵ Značilnosti delovanja rezalnih orodij iz trde zlitine
Značilnosti rezalnih orodij iz trde zlitine so naslednje:
① Visoka trdota: Rezalna orodja iz trdih zlitin so izdelana s prašno metalurgijo iz karbidov (imenovanih trde faze) in kovinskih veziv (imenovanih vezne faze) z visoko trdoto in tališčem. Njihova trdota dosega 89-93HRA, kar je veliko več kot pri hitroreznem jeklu. Pri 5400C lahko njihova trdota še vedno doseže 82-87HRA, kar je enako trdoti hitroreznega jekla pri sobni temperaturi (83-86HRA). Vrednost trdote trdih zlitin se spreminja z lastnostmi, količino, velikostjo delcev in vsebnostjo kovinskih veznih faz karbidov in na splošno pada s povečanjem vsebnosti veznih kovinskih faz. Ko je vsebnost adhezivne faze enaka, je trdota zlitin tipa YT višja od zlitin tipa YG, zlitine z dodanim TaC (NbC) pa imajo višjo trdoto pri visokih temperaturah.
② Upogibna trdnost in žilavost: upogibna trdnost pogosto uporabljenih trdih zlitin se giblje od 900 do 1500 MPa. Višja kot je vsebnost kovinske vezne faze, večja je upogibna trdnost. Ko je vsebnost lepila enaka, je trdnost zlitine tipa YG (WC Co) višja od zlitine tipa YT (WC TiC Co), trdnost pa se zmanjšuje s povečanjem vsebnosti TiC. Trda zlitina je krhek material in njena udarna žilavost pri sobni temperaturi je le 1/30-1/8 žilavosti hitroreznega jekla.
Uporaba pogosto uporabljenih rezalnih orodij iz trdih zlitin
Zlitine tipa YG se uporabljajo predvsem za obdelavo litega železa, barvnih kovin in nekovinskih materialov. Drobnozrnate trde zlitine (kot sta YG3X, YG6X) imajo večjo trdoto in odpornost proti obrabi kot srednjezrnate trde zlitine, če je njihova vsebnost kobalta enaka. Primerni so za obdelavo posebnega trdega litega železa, avstenitnega nerjavnega jekla, toplotno odpornih zlitin, titanovih zlitin, trdega brona in proti obrabi odpornih izolacijskih materialov.
Izjemne prednosti trdih zlitin tipa YT so visoka trdota, dobra toplotna odpornost, večja trdota in tlačna trdnost pri visokih temperaturah v primerjavi z zlitinami tipa YG ter dobra odpornost proti oksidaciji. Kadar se torej zahteva, da ima nož visoko toplotno odpornost in odpornost proti obrabi, je treba izbrati kakovost z višjo vsebnostjo TiC. Zlitine tipa YT so primerne za obdelavo plastičnih materialov, kot je jeklo, vendar niso primerne za obdelavo titanovih zlitin ali silicijevih aluminijevih zlitin.
Zlitine tipa YW imajo lastnosti vrst zlitin YG in YT z dobro celovito zmogljivostjo. Uporabljajo se lahko za obdelavo jeklenih materialov, pa tudi za obdelavo litega železa in barvnih kovin. Če je vsebnost kobalta ustrezno povečana, ima ta vrsta zlitine lahko visoko trdnost in se lahko uporablja za grobo obdelavo in prekinjeno rezanje različnih materialov, ki jih je težko obdelovati.
6. Vrste, značilnosti in uporaba rezalnih orodij za hitrorezno jeklo
Hitrorezno jeklo (HSS) je vrsta visoko legiranega orodnega jekla, ki vsebuje veliko količino legirnih elementov, kot so W, Mo, Cr in V. Rezalna orodja za hitrorezno jeklo imajo odlično celovito zmogljivost v smislu trdnosti, žilavosti in predelovalnost. Pri zapletenih rezalnih orodjih, zlasti pri izdelavi orodij za obdelavo lukenj, rezkarjev, orodij za rezanje navojev, rezil za vleko, orodij za rezanje zobnikov in drugih orodij za rezanje kompleksnih robov, hitrorezno jeklo še vedno zavzema glavno mesto. Rezalna orodja iz hitroreznega jekla so enostavna za brušenje ostrih rezalnih robov.
Glede na različne uporabe lahko hitrorezno jeklo razdelimo na hitrorezno jeklo za splošno uporabo in visoko zmogljivo hitrorezno jeklo.

⑴ Univerzalna orodja za rezanje hitroreznega jekla
Univerzalno hitrorezno jeklo. Na splošno ga lahko razdelimo v dve kategoriji: volframovo jeklo in volframovo molibdenovo jeklo. Ta vrsta hitroreznega jekla vsebuje (C) v razponu od 0,7 % do 0,9 %. Glede na različno vsebnost volframa v jeklu ga lahko razdelimo na volframovo jeklo z vsebnostjo W 12 % ali 18 %, volframovo molibdenovo jeklo z vsebnostjo W 6 % ali 8 % in molibdenovo jeklo z vsebnostjo W 2 %. % ali nič W. Univerzalno hitrorezno jeklo ima določeno trdoto (63-66HRC) in odpornost proti obrabi, visoko trdnost in žilavost, dobro plastičnost in sposobnost obdelave ter se pogosto uporablja pri izdelavi različnih kompleksnih rezalnih orodij.
① Volframovo jeklo: tipičen razred volframovega jekla za hitrorezno jeklo za splošno uporabo je W18Cr4V, (imenovan W18), ki ima dobre celovite lastnosti in trdoto pri visokih temperaturah 48,5HRC pri 6000C. Uporablja se lahko za izdelavo različnih kompleksnih rezalnih orodij. Ima prednosti, kot so dobra brusljivost in nizka občutljivost za razogljičenje, vendar zaradi visoke vsebnosti karbidov, neenakomerne porazdelitve, večjih delcev ter nizke trdnosti in žilavosti.
② Volframovo molibdenovo jeklo: nanaša se na hitrorezno jeklo, pridobljeno z zamenjavo dela volframa v volframovem jeklu z molibdenom. Tipičen razred volframovega molibdenovega jekla je W6Mo5Cr4V2, skrajšano kot M2. Delci karbida M2 so majhni in enotni, z boljšo trdnostjo, žilavostjo in visokotemperaturno plastičnostjo kot W18Cr4V. Druga vrsta volframovega molibdenovega jekla je W9Mo3Cr4V (skrajšano W9), ki ima nekoliko višjo toplotno stabilnost kot jeklo M2, boljšo upogibno trdnost in žilavost kot W6M05Cr4V2 in ima dobro obdelovalnost.
⑵ Visoko zmogljiva rezalna orodja za hitrorezno jeklo
Visoko zmogljivo hitrorezno jeklo se nanaša na novo vrsto jekla, ki sestavi splošnega hitroreznega jekla doda nekaj vsebnosti ogljika in vanadija ter legirane elemente, kot sta Co in Al, da se izboljša njegova toplota. odpornost in odpornost proti obrabi. Obstajajo predvsem naslednje kategorije:
① Visokoogljično hitrorezno jeklo. Hitrorezno jeklo z visoko vsebnostjo ogljika (kot je 95W18Cr4V) ima visoko trdoto pri sobni temperaturi in visoki temperaturi, zaradi česar je primerno za proizvodnjo in obdelavo navadnega jekla in litega železa, svedrov, povrtal, navojev in rezkarjev z visokimi zahtevami glede odpornosti proti obrabi, ali rezalna orodja za obdelavo trših materialov. Ni primeren za prenašanje velikih udarcev.
② Hitrorezno jeklo z visoko vsebnostjo vanadija. Tipični razredi, kot je W12Cr4V4Mo (v nadaljevanju EV4), povečajo vsebnost V na 3 % -5 %, imajo dobro odpornost proti obrabi in so primerni za rezanje materialov, ki povzročajo znatno obrabo orodja, kot so vlakna, trda guma , plastike itd. Uporabljajo se lahko tudi za obdelavo materialov, kot so nerjavno jeklo, jeklo visoke trdnosti in visokotemperaturne zlitine.
③ Kobaltno hitrorezno jeklo. Spada med supertrda hitrorezna jekla, ki vsebujejo kobalt, s tipičnim razredom, kot je W2Mo9Cr4VCo8 (imenovan M42), ki ima visoko trdoto in lahko doseže 69-70HRC. Primeren je za obdelavo jekla visoke trdnosti, odpornega na vročino, visokotemperaturnih zlitin, titanovih zlitin in drugih težko obdelovalnih materialov. M42 ima dobro brusljivost in je primeren za izdelavo natančnih in kompleksnih rezalnih orodij, ni pa primeren za delo v pogojih udarnega rezanja.
④ Hitrorezno jeklo iz aluminija. Spada med supertrda hitrorezna jekla, ki vsebujejo aluminij, s tipičnimi stopnjami, kot je W6Mo5Cr4V2Al (imenovano 501). Visokotemperaturna trdota pri 6000C doseže tudi 54HRC, rezalna zmogljivost pa je enakovredna M42. Primeren je za izdelavo rezkarjev, svedrov, povrtal, orodij za rezanje zobnikov, broš itd., uporablja pa se za obdelavo legiranega jekla, nerjavečega jekla, visokotrdnega jekla in visokotemperaturnih zlitin.
⑤ Dušikovo supertrdo hitrorezno jeklo. Tipična kakovost, kot je W12M03Cr4V3N, skrajšano kot V3N, je supertrdo hitrorezno jeklo, ki vsebuje dušik in ima trdoto, trdnost in žilavost, primerljivo z M42. Lahko se uporablja kot nadomestek za hitrorezno jeklo, ki vsebuje kobalt, za nizkohitrostno rezanje težko obdelovalnih materialov in nizkohitrostno visoko natančno obdelavo.
⑶ Taljenje hitroreznega jekla in hitroreznega jekla iz prašne metalurgije
Glede na različne proizvodne procese lahko hitrorezno jeklo razdelimo na staljeno hitrorezno jeklo in hitrorezno jeklo iz praškaste metalurgije.
① Taljenje hitroreznega jekla: Tako navadno hitrorezno jeklo kot visokozmogljivo hitrorezno jeklo se izdelujeta po metodi taljenja. Izdelujejo se v rezalna orodja s postopki, kot so taljenje, ulivanje ingotov ter prevleka in valjanje. Resna težava, ki se lahko pojavi med taljenjem hitroreznega jekla, je segregacija karbida. Trdi in krhki karbidi so v hitroreznem jeklu neenakomerno porazdeljeni, velikost zrn pa je groba (do desetine mikrometrov), kar negativno vpliva na odpornost proti obrabi, žilavost in rezalno zmogljivost rezalnih orodij za hitrorezno jeklo.
② Prašno metalurško hitrorezno jeklo (PM HSS): Prašno metalurško hitrorezno jeklo (PM HSS) je jeklena tekočina, stopljena v visokofrekvenčni indukcijski peči, ki je razpršena z visokotlačnim argonom ali čistim dušikovim plinom in nato hitro ohlajena da dobimo majhno in enakomerno kristalno strukturo (prah hitroreznega jekla). Nastali prah se nato stisne v surovec rezalnega orodja pri visoki temperaturi in tlaku ali pa se najprej izdela v jekleno gredico in nato kuje in valja v obliko rezalnega orodja. V primerjavi s hitroreznim jeklom, izdelanim po metodi taljenja, ima PM HSS prednosti majhnih in enotnih karbidnih zrn, znatno izboljšano trdnost, žilavost in odpornost proti obrabi v primerjavi s staljenim hitroreznim jeklom. PM HSS tools se bo še naprej razvijala in zasedla pomembno mesto na področju kompleksnih CNC orodij. Tipične stopnje, kot so F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN itd., se lahko uporabljajo za izdelavo rezalnih orodij velikih dimenzij, težkih in na udarce odpornih, pa tudi natančnih rezalnih orodij.
III. Načela izbire materialov CNC orodij
Široko uporabljeni materiali za CNC orodja trenutno vključujejo diamantna orodja, orodja iz kubičnega borovega nitrida, keramična orodja, prevlečena orodja, orodja iz trdih zlitin in orodja iz hitroreznega jekla. Obstaja veliko splošnih vrst materialov za rezalna orodja in njihova učinkovitost se zelo razlikuje. Glavni kazalniki učinkovitosti različnih materialov orodja so prikazani v spodnji tabeli.

Izbira materialov rezilnega orodja za CNC obdelavo mora temeljiti na obdelovancu, ki ga obdelujemo, in lastnostih obdelave. Izbor materialov orodja mora biti razumno usklajen z obdelovalnim predmetom. Ujemanje materialov rezilnega orodja z obdelovalnim predmetom se nanaša predvsem na ujemanje njihovih mehanskih, fizikalnih in kemijskih lastnosti, da se doseže najdaljša življenjska doba orodja in največja rezalna produktivnost.
1. Ujemanje mehanskih lastnosti materialov rezilnega orodja in obdelovalnih predmetov
Problem ujemanja mehanskih zmogljivosti med rezalnimi orodji in obdelovalnimi predmeti se v glavnem nanaša na ujemanje parametrov mehanske zmogljivosti, kot so trdnost, žilavost in trdota med orodji in materiali obdelovanca. Materiali rezilnih orodij z različnimi mehanskimi lastnostmi so primerni za obdelavo različnih materialov obdelovancev.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>hitrorezno jeklo.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>orodja iz diamanta in kubičnega borovega nitrida.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>kubični borov nitrid, diamantna in keramična orodja.
Materiale obdelovanca z visoko trdoto je treba obdelati z rezalnimi orodji višje trdote, trdota materiala rezalnega orodja pa mora biti višja od materiala obdelovanca, kar običajno zahteva trdoto 60HRC ali več. Večja kot je trdota materiala orodja, boljša je njegova odpornost proti obrabi. Na primer, ko se vsebnost kobalta v trdih zlitinah poveča, se njihova trdnost in žilavost povečata, medtem ko se trdota zmanjša, zaradi česar so primerne za grobo obdelavo; Ko se vsebnost kobalta zmanjša, se njegova trdota in odpornost proti obrabi povečata, zaradi česar je primeren za natančno obdelavo.
Orodja z odličnimi visokotemperaturnimi mehanskimi lastnostmi so še posebej primerna za visokohitrostno rezanje. Odlična visokotemperaturna zmogljivost keramičnih rezalnih orodij jim omogoča rezanje z visoko hitrostjo, dovoljena rezalna hitrost pa se lahko poveča za 2-10-krat v primerjavi s trdimi zlitinami.
2. Ujemanje fizikalnih lastnosti materialov rezilnega orodja in obdelovalnih predmetov
Orodja z različnimi fizikalnimi lastnostmi, kot so orodja iz hitroreznega jekla z visoko toplotno prevodnostjo in nizkim tališčem, keramična orodja z visokim tališčem in nizkim toplotnim raztezkom ter diamantna orodja z visoko toplotno prevodnostjo in nizkim toplotnim raztezkom, so primerna za obdelavo različnih materiali obdelovancev. Pri obdelavi obdelovancev s slabo toplotno prevodnostjo je treba uporabiti orodne materiale z dobro toplotno prevodnostjo za hiter prenos rezalne toplote in znižanje rezalne temperature. Diamant je zaradi svoje visoke toplotne prevodnosti in stopnje toplotne difuzije nagnjen k odvajanju rezalne toplote in ne povzroča znatnih toplotnih deformacij, kar je še posebej pomembno pri natančnih obdelovalnih orodjih, ki zahtevajo visoko dimenzijsko natančnost.
① Temperatura toplotne odpornosti različnih materialov za rezalna orodja: 700-8000C za diamantna rezalna orodja, 13000-15000C za rezalna orodja PCBN, 1100-12000C za keramična rezalna orodja, 900-11000C za trde zlitine na osnovi TiC (N), 800-9000C za ultrafinozrnate trde zlitine na osnovi WC in 600-7000C za HSS.
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>Keramika na osnovi A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>Keramika na osnovi A1203.
3. Ujemanje kemijskih lastnosti materialov rezilnega orodja in obdelovalnih predmetov
Problem ujemanja kemičnih lastnosti med materiali rezalnih orodij in obdelovalnimi predmeti se v glavnem nanaša na ujemanje parametrov kemičnih lastnosti, kot so kemična afiniteta, kemična reakcija, difuzija in raztapljanje med materiali orodja in materiali obdelovanca. Rezalna orodja iz različnih materialov so primerna za obdelavo različnih materialov obdelovancev.
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS.
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4. Razumna izbira materialov CNC orodja
Na splošno so PCBN, rezalna orodja za keramiko, prevlečene trde zlitine in rezalna orodja iz trdih zlitin na osnovi TiCN primerna za CNC obdelavo črnih kovin, kot je jeklo; Orodja PCD so primerna za obdelavo materialov iz barvnih kovin, kot so Al, Mg, Cu, ter njihovih zlitin in nekovinskih materialov. Tabela 3-3-2 navaja nekaj materialov obdelovancev, ki so primerni za obdelavo s prej omenjenimi orodnimi materiali.
Naslednja tabela navaja nekaj materialov obdelovancev, ki so primerni za obdelavo z različnimi orodnimi materiali.