לידע בסיסי בכלי חיתוך, פשוט קרא את המאמר הזה

סוס טוב צריך אוכף טוב ומשתמש בציוד מתקדם לעיבוד CNC. אם נעשה שימוש בכלים הלא נכונים, זה יהיה חסר תועלת! לבחירת חומר הכלי המתאים יש השפעה רבה על חיי השירות של הכלי, יעילות העיבוד, איכות העיבוד ועלות העיבוד. מאמר זה מספק מידע שימושי על ידע סכין, אסוף אותו והעבר אותו, בואו נלמד ביחד.

חומרי כלי עבודה צריכים להיות בעלי תכונות בסיסיות

לבחירת חומרי הכלי יש השפעה רבה על חיי הכלי, יעילות העיבוד, איכות העיבוד ועלות העיבוד. כלים חייבים לעמוד בלחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה, חיכוך, פגיעה ורעידות בעת חיתוך. לכן, חומרי הכלי צריכים להיות בעלי התכונות הבסיסיות הבאות:

(1) קשיות ועמידות בפני שחיקה. הקשיות של חומר הכלי חייבת להיות גבוהה יותר מהקשיות של חומר העבודה, שבדרך כלל נדרשת להיות מעל 60HRC. ככל שהקשיות של חומר הכלי גבוהה יותר, כך עמידות הבלאי טובה יותר.

(2) חוזק וקשיחות. חומרי הכלי צריכים להיות בעלי חוזק וקשיחות גבוהים כדי לעמוד בכוחות חיתוך, פגיעה ורעידות, ולמנוע שבר שביר ושבר של הכלי.

(3) עמידות בחום. לחומר הכלי עמידות טובה בחום, יכול לעמוד בטמפרטורות חיתוך גבוהות ובעל עמידות טובה לחמצון.

(4) ביצועי תהליכים וחסכון. חומרי הכלי צריכים להיות בעלי ביצועי חישול טובים, ביצועי טיפול בחום, ביצועי ריתוך; ביצועי טחינה וכו', ועליו לשאוף ליחס ביצועים-מחיר גבוה.

סוגים, מאפיינים, מאפיינים ויישומים של חומרי כלי עבודה

1. חומרי כלי יהלום

יהלום הוא אלוטרופ של פחמן והוא החומר הקשה ביותר שנמצא בטבע. כלי חיתוך יהלומים הם בעלי קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה ומוליכות תרמית גבוהה, והם נמצאים בשימוש נרחב בעיבוד של מתכות לא ברזליות וחומרים לא מתכתיים. במיוחד בחיתוך מהיר של אלומיניום וסגסוגות סיליקון-אלומיניום, כלי יהלום הם הסוג העיקרי של כלי חיתוך שקשה להחליף. כלי יהלום שיכולים להשיג יעילות גבוהה, יציבות גבוהה וחיי שירות ארוכים הם כלים חיוניים וחשובים בעיבוד CNC מודרני.

⑴ סוגי כלי יהלום

① כלי יהלומים טבעיים: יהלומים טבעיים שימשו ככלי חיתוך במשך מאות שנים. כלי יהלום קריסטל יחיד טבעי נטחנו דק כדי להפוך את קצה החיתוך לחד במיוחד. רדיוס קצה החיתוך יכול להגיע ל-0.002 מיקרומטר, מה שיכול להשיג חיתוך דק במיוחד. זה יכול לעבד דיוק חומר עבודה גבוה במיוחד וחספוס משטח נמוך במיוחד. זהו כלי עיבוד אולטרה-דיוק מוכר, אידיאלי ובלתי ניתן להחלפה.

② כלי חיתוך יהלומים PCD: יהלומים טבעיים הם יקרים. היהלום הנפוץ ביותר בעיבוד חיתוך הוא יהלום פוליקריסטלי (PCD). מאז שנות ה-70 המוקדמות פותח יהלום פוליקריסטלי (Polycrystauine diamond, המכונה להבי PCD) שהוכן באמצעות טכנולוגיית סינתזה בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה. לאחר הצלחתו, הוחלפו כלי חיתוך יהלומים טבעיים ביהלום פוליגריסטלי מלאכותי בהזדמנויות רבות. חומרי הגלם PCD עשירים במקורות, ומחירם הוא רק כמה עד עשירית מזה של יהלום טבעי. לא ניתן לטחון כלי חיתוך PCD כדי לייצר כלי חיתוך חדים במיוחד. איכות פני השטח של קצה החיתוך וחומר העבודה המעובד אינה טובה כמו זו של יהלום טבעי. עדיין לא נוח לייצר להבי PCD עם שוברי שבבים בתעשייה. לכן, PCD יכול לשמש רק לחיתוך מדויק של מתכות לא ברזליות ולא מתכות, וקשה להשיג חיתוך דיוק גבוה במיוחד. חיתוך מראות מדויק.

③ כלי חיתוך יהלומים CVD: מאז סוף שנות ה-70 ועד תחילת שנות ה-80, טכנולוגיית היהלומים CVD הופיעה ביפן. יהלום CVD מתייחס לשימוש בתצהיר אדים כימי (CVD) כדי לסנתז סרט יהלום על מטריצה ​​הטרוגנית (כגון קרביד צמנט, קרמיקה וכו'). ליהלום CVD יש בדיוק את אותם מבנה ומאפיינים כמו ליהלום טבעי. הביצועים של יהלום CVD קרובים מאוד לאלו של יהלום טבעי. יש לו את היתרונות של יהלום קריסטל חד-גביש טבעי ויהלום פולי-גבישי (PCD), והוא מתגבר על החסרונות שלהם במידה מסוימת.

⑵ מאפייני ביצועים של כלי יהלום

① קשיות גבוהה במיוחד ועמידות בפני שחיקה: יהלום טבעי הוא החומר הקשה ביותר שנמצא בטבע. ליהלום עמידות בפני שחיקה גבוהה במיוחד. בעת עיבוד חומרים בעלי קשיות גבוהה, אורך החיים של כלי יהלום הוא פי 10 עד 100 מזה של כלי קרביד, או אפילו מאות פעמים.

② בעל מקדם חיכוך נמוך מאוד: מקדם החיכוך בין יהלום לבין חלק ממתכות לא ברזליות נמוך יותר מכלי חיתוך אחרים. מקדם החיכוך נמוך, העיוות במהלך העיבוד קטן וניתן להפחית את כוח החיתוך.

③ קצה החיתוך חד מאוד: קצה החיתוך של כלי היהלום ניתן לטחון חד מאוד. כלי יהלום קריסטל יחיד טבעי יכול להיות גבוה עד 0.002 ~ 0.008 מיקרומטר, שיכול לבצע חיתוך דק במיוחד ועיבוד אולטרה-דיוק.

④ מוליכות תרמית גבוהה: ליהלום יש מוליכות תרמית ודיפוזיה תרמית גבוהה, כך שחום החיתוך מתפזר בקלות והטמפרטורה של החלק החיתוך של הכלי נמוכה.

⑤ בעל מקדם התפשטות תרמית נמוך יותר: מקדם ההתפשטות התרמית של יהלום קטן פי כמה מזה של קרביד צמנט, והשינוי בגודל הכלי הנגרם על ידי חום חיתוך קטן מאוד, מה שחשוב במיוחד לעיבוד דיוק ודיוק במיוחד. דורש דיוק ממדי גבוה.

⑶ יישום כלי יהלום

כלי יהלום משמשים בעיקר לחיתוך עדין ולקידוח של מתכות לא ברזליות וחומרים לא מתכתיים במהירויות גבוהות. מתאים לעיבוד מתכות שונות שאינן עמידות בפני שחיקה, כגון חלקי מתכות אבקת פיברגלס, חומרים קרמיים וכו'; מתכות לא ברזליות עמידות בפני שחיקה, כגון סגסוגות סיליקון-אלומיניום שונות; ועיבוד גמר של מתכות לא ברזליות שונות.

החיסרון של כלי יהלום הוא שהם בעלי יציבות תרמית ירודה. כאשר טמפרטורת החיתוך עולה על 700 ℃ ~ 800 ℃, הם יאבדו לחלוטין את הקשיות שלהם. בנוסף, הם אינם מתאימים לחיתוך מתכות ברזליות מכיוון שיהלום (פחמן) מגיב בקלות עם ברזל בטמפרטורות גבוהות. פעולה אטומית ממירה אטומי פחמן למבנה גרפיט, והכלי ניזוק בקלות.

2. חומר כלי בורון ניטריד מעוקב

קוביק בורון ניטריד (CBN), החומר העל-הקשה השני המסונתז בשיטה הדומה לייצור יהלומים, הוא שני רק ליהלום מבחינת קשיות ומוליכות תרמית. יש לו יציבות תרמית מעולה וניתן לחמם ל-10,000C באטמוספירה. לא מתרחש חמצון. ל-CBN יש תכונות כימיות יציבות במיוחד עבור מתכות ברזליות וניתן להשתמש בה רבות בעיבוד מוצרי פלדה.

⑴ סוגי כלי חיתוך בורון ניטריד מעוקב

קוביק בורון ניטריד (CBN) הוא חומר שאינו קיים בטבע. הוא מחולק ליחיד גביש ופולי-גביש, כלומר CBN יחיד גביש ופולי-גבישי מעוקב בורון ניטריד (Polycrystalline cubic bornnitride, בקיצור PCBN). CBN הוא אחד מהאלוטרופים של בורון ניטריד (BN) ובעל מבנה דומה ליהלום.

PCBN (polycrystalline cubic boron nitride) הוא חומר פולי-גביש שבו חומרי CBN עדינים מסוכרים יחדיו דרך שלבי קשירה (TiC, TiN, Al, Ti וכו') בטמפרטורה ולחץ גבוהים. זה כרגע החומר השני בחומר המסונתז באופן מלאכותי. חומר כלי יהלום, יחד עם יהלום, נקרא ביחד חומר כלי סופר קשיח. PCBN משמש בעיקר לייצור סכינים או כלים אחרים.

ניתן לחלק כלי חיתוך PCBN ללהבי PCBN מוצקים ולהבי PCBN מרוכבים עם קרביד.

להבי PCBN מורכבים מיוצרים על ידי סינון שכבת PCBN בעובי של 0.5 עד 1.0 מ"מ על קרביד מוצק עם חוזק וקשיחות טובים. הביצועים שלו משלבים קשיחות טובה עם קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה. זה פותר את הבעיות של חוזק כיפוף נמוך וריתוך קשה של להבי CBN.

⑵ מאפיינים ומאפיינים עיקריים של ניטריד בורון מעוקב

למרות שהקשיות של בור ניטריד מעוקב נמוכה מעט מיהלום, היא הרבה יותר גבוהה מחומרים אחרים בעלי קשיות גבוהה. היתרון הבולט של CBN הוא שהיציבות התרמית שלו גבוהה בהרבה מזו של היהלום, ומגיעה לטמפרטורות מעל 1200 מעלות צלזיוס (היהלום הוא 700-800 מעלות צלזיוס). יתרון בולט נוסף הוא שהוא אינרטי מבחינה כימית ואינו מגיב עם ברזל ב-1200-1300 מעלות צלזיוס. תְגוּבָה. מאפייני הביצועים העיקריים של ניטריד בורון מעוקב הם כדלקמן.

① קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה: מבנה גביש CBN דומה ליהלום, ויש לו קשיות וחוזק דומים ליהלום. PCBN מתאים במיוחד לעיבוד חומרים בעלי קשיות גבוהה שניתן היה לטחון רק לפני כן, ויכולים להשיג איכות פני שטח טובה יותר של חומר העבודה.

② יציבות תרמית גבוהה: עמידות החום של CBN יכולה להגיע ל- 1400 ~ 1500 ℃, שהוא כמעט פי 1 גבוה יותר מעמידות החום של יהלום (700 ~ 800 ℃). כלי PCBN יכולים לחתוך סגסוגות בטמפרטורה גבוהה ופלדה מוקשה במהירויות גבוהות פי 3 עד 5 מכלי קרביד.

③ יציבות כימית מצוינת: אין לו אינטראקציה כימית עם חומרים מבוססי ברזל עד 1200-1300 מעלות צלזיוס, והוא לא יישחק בצורה חדה כמו יהלום. בשלב זה, זה עדיין יכול לשמור על הקשיות של קרביד צמנט; כלי PCBN מתאימים לחיתוך חלקי פלדה מרווה וברזל יצוק צונן, ניתן להשתמש בהם באופן נרחב בחיתוך מהיר של ברזל יצוק.

④ מוליכות תרמית טובה: למרות שהמוליכות התרמית של CBN אינה יכולה לעמוד בקצב של יהלום, המוליכות התרמית של PCBN בין חומרי כלים שונים היא שנייה רק ​​ליהלום, וגבוהה בהרבה מפלדה מהירה וקרביד צמנט.

⑤ בעל מקדם חיכוך נמוך יותר: מקדם חיכוך נמוך יכול להוביל להפחתה בכוח החיתוך במהלך החיתוך, להפחתה בטמפרטורת החיתוך ולשיפור באיכות המשטח המעובד.

⑶ יישום של כלי חיתוך בורון ניטריד מעוקב

ניטריד בורון מעוקב מתאים לגימור חומרים שונים קשים לחיתוך כגון פלדה מרווה, ברזל יצוק קשיח, סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, קרביד צמנט וחומרי ריסוס פני השטח. דיוק העיבוד יכול להגיע ל-IT5 (החור הוא IT6), וערך החספוס של פני השטח יכול להיות קטן כמו Ra1.25~0.20μm.

לחומר כלי בורון ניטריד מעוקב יש קשיחות וחוזק כיפוף גרועים. לכן, כלי סיבוב בורון ניטריד מעוקב אינם מתאימים לעיבוד גס במהירויות נמוכות ועומסי השפעה גבוהים; יחד עם זאת, הם אינם מתאימים לחיתוך חומרים בעלי פלסטיות גבוהה (כגון סגסוגות אלומיניום, סגסוגות נחושת, סגסוגות על בסיס ניקל, פלדות בעלות פלסטיות גבוהה וכו'), מכיוון שחיתוך הקצוות הבנויים הרציניים הללו יתרחש במהלך העבודה עם מתכת, הידרדרות המשטח המעובד.

3. חומרי כלי קרמי

כלי חיתוך קרמיים הם בעלי מאפיינים של קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה טובה, עמידות מצוינת בחום ויציבות כימית, ואינם קלים לחיבור למתכת. לכלים קרמיים תפקיד חשוב מאוד בעיבוד CNC. כלים קרמיים הפכו לאחד הכלים העיקריים לחיתוך ועיבוד מהירים של חומרים קשים לעיבוד. כלי חיתוך קרמיים נמצאים בשימוש נרחב בחיתוך מהיר, חיתוך יבש, חיתוך קשה וחיתוך של חומרים קשים לעיבוד. כלים קרמיים יכולים לעבד ביעילות חומרים בעלי קשיחים גבוהים שכלים מסורתיים אינם יכולים לעבד כלל, תוך מימוש "מפנה במקום השחזה"; מהירות החיתוך האופטימלית של כלים קרמיים יכולה להיות גבוהה פי 2 עד 10 מזו של כלי קרביד, ובכך משפרת מאוד את יעילות ייצור החיתוך. ; חומרי הגלם העיקריים המשמשים בחומרי כלי קרמי הם היסודות הנפוצים ביותר בקרום כדור הארץ. לכן, לקידום ויישום של כלים קרמיים יש משמעות רבה לשיפור התפוקה, הפחתת עלויות העיבוד וחיסכון במתכות יקרות אסטרטגיות. זה גם יקדם מאוד את הפיתוח של טכנולוגיית חיתוך. הִתקַדְמוּת.

⑴ סוגי חומרי כלי קרמי

ניתן לחלק בדרך כלל סוגי חומרי כלי קרמי לשלוש קטגוריות: קרמיקה על בסיס אלומינה, קרמיקה על בסיס סיליקון ניטריד וקרמיקה מורכבת על בסיס סיליקון ניטריד-אלומינה. ביניהם, חומרי כלי קרמי מבוססי אלומינה וסיליקון ניטריד הם הנפוצים ביותר בשימוש. הביצועים של קרמיקה על בסיס סיליקון ניטריד עדיפים על אלו של קרמיקה על בסיס אלומינה.

⑵ ביצועים ומאפיינים של כלי חיתוך קרמיים

① קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה: למרות שהקשיות של כלי חיתוך קרמיים אינה גבוהה כמו PCD ו-PCBN, היא גבוהה בהרבה מזו של כלי חיתוך קרביד ופלדה במהירות גבוהה, ומגיעה ל-93-95HRA. כלי חיתוך קרמיים יכולים לעבד חומרים קשים וקשים לעיבוד עם כלי חיתוך מסורתיים ומתאימים לחיתוך מהיר וחיתוך קשה.

② עמידות בטמפרטורה גבוהה ועמידות בחום טובה: כלי חיתוך קרמי עדיין יכולים לחתוך בטמפרטורות גבוהות מעל 1200 מעלות צלזיוס. לכלי חיתוך קרמיים יש תכונות מכניות טובות בטמפרטורה גבוהה. לכלי חיתוך קרמי A12O3 יש עמידות טובה במיוחד לחמצון. גם אם קצה החיתוך נמצא במצב אדום-לוהט, ניתן להשתמש בו ברציפות. לכן, כלי קרמיקה יכולים להשיג חיתוך יבש, ובכך לבטל את הצורך בנוזל חיתוך.

③ יציבות כימית טובה: כלי חיתוך קרמיים אינם קלים לחיבור עם מתכת, והם עמידים בפני קורוזיה ובעלי יציבות כימית טובה, מה שיכול להפחית את בלאי ההדבקה של כלי חיתוך.

④ מקדם חיכוך נמוך: הזיקה בין כלים קרמיים למתכת קטנה, ומקדם החיכוך נמוך, מה שיכול להפחית את כוח החיתוך וטמפרטורת החיתוך.

⑶ לסכינים קרמיות יש יישומים

קרמיקה היא אחד מחומרי הכלים המשמשים בעיקר לגימור במהירות גבוהה ולחצי גימור. כלי חיתוך קרמיים מתאימים לחיתוך ברזל יצוק שונים (ברזל יצוק אפור, ברזל רקיע, ברזל יצוק ברזל, ברזל יצוק צונן, ברזל יצוק עמיד בסגסוגת גבוהה) וחומרי פלדה (פלדה מבנית פחמן, פלדה מבנית מסגסוגת, פלדה בעלת חוזק גבוה, פלדת מנגן גבוהה, פלדה מרווה וכו'), יכולה לשמש גם לחיתוך סגסוגות נחושת, גרפיט, פלסטיק הנדסי וחומרים מרוכבים.

לתכונות החומר של כלי חיתוך קרמיים יש בעיות של חוזק כיפוף נמוך וקשיחות פגיעה ירודה, מה שהופך אותם לא מתאימים לחיתוך במהירויות נמוכות ותחת עומסי פגיעה.

4. חומרי כלי עבודה מצופים

ציפוי כלי חיתוך הוא אחת הדרכים החשובות לשיפור ביצועי הכלים. הופעת הכלים המצופים הביאה לפריצת דרך גדולה בביצועי החיתוך של כלי חיתוך. כלים מצופים מצופים בשכבה אחת או יותר של תרכובות עקשן עם עמידות טובה בפני שחיקה על גוף הכלי עם קשיחות טובה. הוא משלב את מטריצת הכלים עם הציפוי הקשיח, ובכך משפר מאוד את ביצועי הכלי. כלים מצופים יכולים לשפר את יעילות העיבוד, לשפר את דיוק העיבוד, להאריך את חיי השירות של הכלים ולהפחית את עלויות העיבוד.

כ-80% מכלי החיתוך המשמשים במכונות CNC חדשות משתמשים בכלים מצופים. כלים מצופים יהיו מגוון הכלים החשוב ביותר בתחום עיבוד CNC בעתיד.

⑴ סוגי כלים מצופים

על פי שיטות ציפוי שונות, ניתן לחלק כלים מצופים לכלים מצופים בתצהיר כימי (CVD) וכלים מצופים בתצהיר אדי פיזי (PVD). כלי חיתוך קרביד מצופים משתמשים בדרך כלל בשיטת השקעת אדים כימית, וטמפרטורת התצהיר היא סביב 1000 מעלות צלזיוס. כלי חיתוך מפלדה במהירות גבוהה מצופים בדרך כלל בשיטת השקעת אדים פיזית, וטמפרטורת התצהיר היא בסביבות 500 מעלות צלזיוס;

על פי חומרי התשתית השונים של כלים מצופים, ניתן לחלק כלים מצופים לכלים מצופים קרביד, כלי עבודה מצופים פלדה במהירות גבוהה, וכלים מצופים על קרמיקה וחומרים סופר-קשים (יהלום ובורוניטריד מעוקב).

על פי תכונות חומר הציפוי, ניתן לחלק כלים מצופים לשתי קטגוריות, כלומר כלים מצופים "קשה" וכלים מצופים 'רך'. המטרות העיקריות של כלים מצופים "קשיחים" הם קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה היתרונות העיקריים שלו הם קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה, בדרך כלל ציפוי TiC ו-TiN. המטרה שחותרים כלי ציפוי "רך" היא מקדם חיכוך נמוך, הידוע גם בשם כלי סיכה עצמיים, אשר חיכוך עם חומר היצירה המקדם נמוך מאוד, רק כ-0.1, מה שיכול להפחית הידבקות, להפחית חיכוך ולהפחית חיתוך כוח וטמפרטורת חיתוך.

לאחרונה פותחו כלי חיתוך Nanocoating (Nanoeoating). כלים מצופים כאלה יכולים להשתמש בשילובים שונים של חומרי ציפוי (כגון מתכת/מתכת, מתכת/קרמיקה, קרמיקה/קרמיקה וכו') כדי לעמוד בדרישות תפקודיות וביצועים שונות. ציפוי ננו מעוצב כהלכה יכול לגרום לחומרי הכלי להיות בעלי פונקציות מצוינות להפחתת חיכוך ולחיקה ותכונות סיכה עצמית, מה שהופך אותם למתאימים לחיתוך יבש במהירות גבוהה.

⑵ מאפיינים של כלי חיתוך מצופים

① ביצועים מכניים וחיתוכים טובים: כלים מצופים משלבים את התכונות המצוינות של חומר הבסיס וחומר הציפוי. הם לא רק שומרים על הקשיחות הטובה והחוזק הגבוה של חומר הבסיס, אלא גם בעלי קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה ומקדם חיכוך נמוך. לכן, ניתן להגביר את מהירות החיתוך של כלים מצופים ביותר מפי 2 מזו של כלים לא מצופים, ומותר קצב הזנה גבוה יותר. גם אורך החיים של כלים מצופים משופרים.

② רבגוניות חזקה: לכלים מצופים צדדיות רחבה ומרחיבים משמעותית את טווח העיבוד. כלי מצופה אחד יכול להחליף מספר כלים שאינם מצופים.

③ עובי הציפוי: ככל שעובי הציפוי גדל, חיי הכלי יגדלו גם הם, אך כאשר עובי הציפוי יגיע לרוויה, חיי הכלי כבר לא יגדלו באופן משמעותי. כאשר הציפוי עבה מדי, הוא יגרום בקלות לקילוף; כאשר הציפוי דק מדי, עמידות הבלאי תהיה גרועה.

④ יכולת טחינה חוזרת: ללהבים מצופים יכולת טחינה גרועה, ציוד ציפוי מורכב, דרישות תהליך גבוהות וזמן ציפוי ארוך.

⑤ חומר ציפוי: לכלים עם חומרי ציפוי שונים יש ביצועי חיתוך שונים. לדוגמה: בעת חיתוך במהירות נמוכה, לציפוי TiC יש יתרונות; בעת חיתוך במהירות גבוהה, TiN מתאים יותר.

⑶יישום של כלי חיתוך מצופים

לכלים מצופים פוטנציאל רב בתחום עיבוד ה-CNC ויהוו בעתיד מגוון הכלים החשוב ביותר בתחום עיבוד ה-CNC. טכנולוגיית ציפוי יושמה על כרסמות קצוות, חורשים, מקדחים, כלי עיבוד חורים מרוכבים, כיריים לציוד, חותכי מעצבי גלגלי שיניים, חותכי גילוח גלגלי שיניים, חותכי יצירת סיכות ותוספות שונות הניתנות להדק במכונה כדי לעמוד בדרישות שונות של עיבוד חיתוך מהיר. הצרכים של חומרים כגון פלדה וברזל יצוק, סגסוגות עמידות חום ומתכות לא ברזליות.

5. חומרי כלי קרביד

כלי חיתוך קרביד, במיוחד כלי חיתוך קרביד הניתנים לאינדקס, הם המוצרים המובילים של כלי עיבוד CNC. מאז שנות ה-80, הורחבו הזנים של כלי חיתוך או תוספות קרביד אינטגרליים וניתנים לאינדקס לסוגים שונים. מגוון תחומי כלי חיתוך, בהם כלי קרביד הניתנים לאינדקס התרחבו מכלי מפנה פשוטים וכרסום פנים לתחומי דיוק, מורכבים ועיצוב שונים.

⑴ סוגי כלי חיתוך קרביד

על פי ההרכב הכימי העיקרי, ניתן לחלק את הקרביד המלט לקרביד צמנט מבוסס טונגסטן קרביד וקרביד מוצק על בסיס פחמן טיטניום (ניטריד) (TiC(N)).

קרביד צמנט על בסיס טונגסטן קרביד כולל שלושה סוגים: קובלט טונגסטן (YG), טונגסטן קובלט טיטניום (YT) וקרביד נדיר נוסף (YW). לכל אחד יתרונות וחסרונות משלו. המרכיבים העיקריים הם טונגסטן קרביד (WC) וטיטניום קרביד. (TiC), טנטלום קרביד (TaC), ניוביום קרביד (NbC), וכו'. שלב החיבור המתכת הנפוץ הוא Co.

קרביד מוצק על בסיס פחמן טיטניום (ניטריד) הוא קרביד מוצק עם TiC כמרכיב העיקרי (יש המוסיפים קרבידים או ניטרידים אחרים). שלבי חיבור המתכת הנפוצים הם Mo ו-Ni.

ISO (הארגון הבינלאומי לתקינה) מחלק את חיתוך הקרביד לשלוש קטגוריות:

Class K, כולל Kl0 ~ K40, שווה ערך לכיתה YG של ארצי (המרכיב העיקרי הוא WC.Co).

קטגוריית P, כולל P01 ~ P50, מקבילה לקטגוריית YT של ארצי (המרכיב העיקרי הוא WC.TiC.Co).

Class M, כולל M10~M40, שווה ערך למחלקת YW של המדינה שלי (הרכיב העיקרי הוא WC-TiC-TaC(NbC)-Co).

כל כיתה מייצגת סדרה של סגסוגות החל מקשיות גבוהה ועד קשיחות מרבית עם מספר בין 01 ל-50.

⑵ מאפייני ביצועים של כלי חיתוך קרביד

① קשיות גבוהה: כלי חיתוך קרביד עשויים מקרבידים בעלי קשיות ונקודת התכה גבוהים (המכונה שלב קשה) ומקשרי מתכת (הנקראים שלב מליטה) באמצעות מתכות אבקה, עם קשיות של 89 עד 93HRA. , הרבה יותר גבוה מפלדה מהירה. ב-5400C, הקשיות עדיין יכולה להגיע ל-82~87HRA, שזהה לקשיות הפלדה המהירה בטמפרטורת החדר (83~86HRA). ערך הקשיות של קרביד צמנט משתנה עם האופי, הכמות, גודל החלקיקים של הקרבידים ותכולת שלב ההדבקה של המתכת, ובדרך כלל יורד עם העלייה בתכולת שלב המתכת המקשרת. כאשר תכולת שלב המקשר זהה, הקשיות של סגסוגות YT גבוהה מזו של סגסוגות YG, ולסגסוגות שנוספות עם TaC (NbC) יש קשיות גבוהה יותר בטמפרטורה גבוהה.

② חוזק כיפוף וקשיחות: חוזק הכיפוף של קרביד צמנט נפוץ הוא בטווח של 900 עד 1500MPa. ככל שתכולת שלב הקושר למתכת גבוהה יותר, חוזק הכיפוף גבוה יותר. כאשר תכולת הקלסר זהה, החוזק של סגסוגת מסוג YG (WC-Co) גבוה יותר מזה של סגסוגת מסוג YT (WC-TiC-Co), וככל שתכולת ה-TiC עולה, החוזק פוחת. קרביד צמנט הוא חומר שביר, וקשיחות ההשפעה שלו בטמפרטורת החדר היא רק 1/30 עד 1/8 מזו של פלדה במהירות גבוהה.

⑶ יישום של כלי חיתוך קרביד נפוץ

סגסוגות YG משמשות בעיקר לעיבוד ברזל יצוק, מתכות לא ברזליות וחומרים לא מתכתיים. לקרביד צמנט עדין גרגירים (כגון YG3X, YG6X) יש קשיות ועמידות בפני שחיקה גבוהים יותר מקרביד בעל גרגיר בינוני עם תכולת קובלט זהה. זה מתאים לעיבוד ברזל יצוק קשיח מיוחד, נירוסטה אוסטניטית, סגסוגת עמידה בחום, סגסוגת טיטניום, ברונזה קשה וחומרי בידוד עמידים בפני שחיקה וכו'.

היתרונות הבולטים של קרביד מוצק מסוג YT הם קשיות גבוהה, עמידות בחום טובה, קשיות וחוזק לחיצה גבוהים יותר בטמפרטורות גבוהות מאשר מסוג YG ועמידות טובה לחמצון. לכן, כאשר הסכין נדרשת להיות בעלת עמידות גבוהה יותר בחום ועמידות בפני שחיקה, יש לבחור כיתה עם תכולת TiC גבוהה יותר. סגסוגות YT מתאימות לעיבוד חומרים פלסטיים כגון פלדה, אך אינן מתאימות לעיבוד סגסוגות טיטניום וסגסוגות סיליקון-אלומיניום.

לסגסוגת YW יש את המאפיינים של סגסוגות YG ו-YT, ויש לה תכונות מקיפות טובות. זה יכול לשמש לעיבוד פלדה, ברזל יצוק ומתכות לא ברזליות. אם תכולת הקובלט של סוג זה של סגסוגת מוגברת כראוי, החוזק יכול להיות גבוה מאוד וניתן להשתמש בו לעיבוד גס וחיתוך מופרע של חומרים שונים הקשים לעיבוד.

6． כלי חיתוך פלדה במהירות גבוהה

High Speed ​​​​Steel (HSS) היא פלדת כלי סגסוגת גבוהה המוסיפה עוד אלמנטים מתגזרים כגון W, Mo, Cr ו-V. לכלי חיתוך פלדה מהירים יש ביצועים מקיפים מצוינים במונחים של חוזק, קשיחות ויכולת עיבוד. בכלי חיתוך מורכבים, במיוחד אלה בעלי צורות להבים מורכבות כגון כלי עיבוד חורים, חותכי כרסום, כלי השחלה, כלי בריחה, כלי חיתוך גלגלי שיניים וכו', עדיין משתמשים בפלדה במהירות גבוהה. תופסים עמדה דומיננטית. קל להשחיז סכיני פלדה במהירות גבוהה כדי לייצר קצוות חיתוך חדים.

על פי שימושים שונים, ניתן לחלק פלדה מהירה לפלדה מהירה לשימוש כללי ופלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים.

⑴ כלי חיתוך פלדה מהירים לשימוש כללי

פלדה במהירות גבוהה לשימוש כללי. באופן כללי, ניתן לחלק אותו לשתי קטגוריות: פלדת טונגסטן ופלדת טונגסטן-מוליבדן. סוג זה של פלדה במהירות גבוהה מכיל 0.7% עד 0.9% (C). לפי תכולת הטונגסטן השונה בפלדה, ניתן לחלק אותה לפלדת טונגסטן עם תכולת W של 12% או 18%, פלדת טונגסטן-מוליבדן עם תכולת W של 6% או 8% ופלדת מוליבדן עם תכולת W של 2% או לא W. . לפלדה מהירה לשימוש כללי יש קשיות מסוימת (63-66HRC) ועמידות בפני שחיקה, חוזק וקשיחות גבוהה, פלסטיות טובה וטכנולוגיית עיבוד, כך שהיא נמצאת בשימוש נרחב בייצור כלים מורכבים שונים.

① פלדת טונגסטן: הדרגה הטיפוסית של פלדת טונגסטן מפלדה מהירה לשימוש כללי היא W18Cr4V, (המכונה W18). יש לו ביצועים טובים בסך הכל. קשיות הטמפרטורה הגבוהה ב-6000C היא 48.5HRC, וניתן להשתמש בה לייצור כלים מורכבים שונים. יש לו את היתרונות של יכולת טחינה טובה ורגישות נמוכה לשחרור, אך בשל תכולת הקרביד הגבוהה, הפיזור הלא אחיד, החלקיקים הגדולים והחוזק והקשיחות הנמוכים שלו.

② פלדת טונגסטן מוליבדן: מתייחסת לפלדה במהירות גבוהה המתקבלת על ידי החלפת חלק מהטונגסטן בפלדת טונגסטן עם מוליבדן. הדרגה הטיפוסית של פלדת טונגסטן-מוליבדן היא W6Mo5Cr4V2, (המכונה M2). חלקיקי הקרביד של M2 עדינים ואחידים, והחוזק, הקשיחות והפלסטיות שלו בטמפרטורה גבוהה טובים יותר מאלה של W18Cr4V. סוג נוסף של פלדת טונגסטן-מוליבדן הוא W9Mo3Cr4V (בקיצור W9). היציבות התרמית שלו מעט גבוהה יותר מפלדת M2, חוזק הכיפוף והקשיחות שלו טובים יותר מ-W6M05Cr4V2, ויש לו יכולת עיבוד טובה.

⑵ כלי חיתוך פלדה מהירים בעלי ביצועים גבוהים

פלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים מתייחסת לסוג פלדה חדש שמוסיף מעט תכולת פחמן, תכולת ונדיום ואלמנטים סגסוגים כגון Co ו-Al להרכב של פלדה מהירה לשימוש כללי, ובכך משפר את עמידות החום ועמידותה בפני שחיקה. . יש בעיקר את הקטגוריות הבאות:

① פלדה במהירות גבוהה מפחמן גבוה. פלדה מהירה פחמן גבוהה (כגון 95W18Cr4V) בעלת קשיות גבוהה בטמפרטורת החדר ובטמפרטורה גבוהה. הוא מתאים לייצור ועיבוד פלדה רגילה וברזל יצוק, מקדחים, חוגרים, ברזים וחותכי כרסום בעלי דרישות עמידות בפני שחיקה גבוהות, או כלים לעיבוד חומרים קשים יותר. זה לא מתאים לעמוד בפני פגיעות גדולות.

② פלדה ונדיום גבוהה במהירות גבוהה. ציונים טיפוסיים, כגון W12Cr4V4Mo, (המכונה EV4), בעלי תכולת V גדלה ל-3% עד 5%, בעלי עמידות בפני שחיקה טובה, והם מתאימים לחיתוך חומרים הגורמים לשחיקה גדולה של כלי עבודה, כגון סיבים, גומי קשיח, פלסטיק , וכו', וניתן להשתמש בו גם לעיבוד חומרים כגון נירוסטה, פלדה בעלת חוזק גבוה וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה.

③ קובלט פלדה במהירות גבוהה. זוהי פלדה מהירה במיוחד המכילה קובלט. ציונים טיפוסיים, כגון W2Mo9Cr4VCo8, (המכונה M42), הם בעלי קשיות גבוהה מאוד. הקשיות שלו יכולה להגיע ל-69-70HRC. הוא מתאים לעיבוד פלדות עמידות חום קשות לשימוש, סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, סגסוגות טיטניום ועוד. חומרי עיבוד: ל-M42 יכולת טחינה טובה ומתאים לייצור כלים מדויקים ומורכבים, אך אינו מתאים. לעבודה בתנאי חיתוך פגיעה.

④ פלדה במהירות גבוהה מאלומיניום. זוהי פלדה מהירה במיוחד המכילה אלומיניום. ציונים אופייניים הם, למשל, W6Mo5Cr4V2Al, (המכונה 501). קשיות הטמפרטורה הגבוהה ב-6000C מגיעה גם ל-54HRC. ביצועי החיתוך שווים ל-M42. זה מתאים לייצור חותכי כרסום, מקדחים, חוגרים, חותכי גלגלי שיניים, וסיכות. וכו', משמש לעיבוד חומרים כגון פלדת סגסוגת, נירוסטה, פלדה בעלת חוזק גבוה וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה.

⑤ חנקן סופר קשה פלדה במהירות גבוהה. דרגות טיפוסיות, כגון W12M03Cr4V3N, המכונה (V3N), הן פלדות מהירות במיוחד המכילות חנקן. הקשיות, החוזק והקשיחות שווים ל-M42. הם יכולים לשמש כתחליף לפלדות מהירות המכילות קובלט ומשמשות לחיתוך במהירות נמוכה של חומרים קשים לעיבוד ופלדות במהירות נמוכה ובדיוק גבוה. עיבוד.

⑶ התכת פלדה מהירה ופלדה במהירות גבוהה מתכות אבקה

על פי תהליכי ייצור שונים, ניתן לחלק פלדה מהירה להתכה של פלדה מהירה ופלדה במהירות גבוהה מתכת אבקת.

① התכת פלדה מהירה: גם פלדה מהירה רגילה וגם פלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים מיוצרות בשיטות התכה. הם מיוצרים לסכינים באמצעות תהליכים כמו התכה, יציקת מטיל, וציפוי וגלגול. בעיה רצינית המתרחשת בקלות בעת התכת פלדה במהירות גבוהה היא הפרדת קרביד. קרבידים קשים ושבירים מתפזרים בצורה לא אחידה בפלדה במהירות גבוהה, והגרגרים גסים (עד עשרות מיקרונים), מה שמשפיע על עמידות הבלאי והקשיחות של כלי פלדה מהירים. ולהשפיע לרעה על ביצועי החיתוך.

② פלדה במהירות גבוהה של מתכות אבקה (PM HSS): פלדה במהירות גבוהה של מתכות אבקת (PM HSS) היא פלדה נוזלית המותכת בכבשן אינדוקציה בתדר גבוה, מפורקת עם ארגון בלחץ גבוה או חנקן טהור, ולאחר מכן מרווה להשגת גבישים עדינים ואחידים. מבנה (אבקת פלדה מהירה), ולאחר מכן לחץ את האבקה שהתקבלה לתוך ריק סכין תחת טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, או תחילה להכין בילט פלדה ולאחר מכן לזייף ולגלגל אותו לצורת סכין. בהשוואה לפלדה מהירה המיוצרת בשיטת ההיתוך, ל-PM HSS יש את היתרונות שגרגרי הקרביד עדינים ואחידים, והחוזק, הקשיחות ועמידות הבלאי משופרים בהרבה בהשוואה לפלדה המהירה המומסת. בתחום כלי ה-CNC המורכבים, כלי PM HSS יתפתחו ויתפסו תפקיד חשוב. ציונים אופייניים, כגון F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN וכו', יכולים לשמש לייצור כלי חיתוך בגדלים גדולים, עמוסים כבדים, בעלי השפעה גבוהה, כמו גם כלי חיתוך מדויקים.

עקרונות לבחירת חומרי כלי CNC

כיום, חומרי כלי ה-CNC הנפוצים כוללים בעיקר כלי יהלום, כלי בורון ניטריד מעוקב, כלי קרמיקה, כלים מצופים, כלי קרביד, כלי פלדה מהירים וכו'. ישנן דרגות רבות של חומרי כלים, ותכונותיהם משתנות מאוד. הטבלה הבאה מציגה את מדדי הביצועים העיקריים של חומרי כלי עבודה שונים.

יש לבחור חומרי כלים לעיבוד שבבי CNC לפי חומר העבודה המעובד ואופי העיבוד. בחירת חומרי הכלי צריכה להיות מותאמת באופן סביר לאובייקט העיבוד. ההתאמה של חומרי כלי חיתוך וחפצי עיבוד מתייחסת בעיקר להתאמת התכונות המכניות, התכונות הפיזיקליות והתכונות הכימיות של השניים כדי להשיג את חיי הכלי הארוכים ביותר ופרודוקטיביות חיתוך מקסימלית.

1. התאמת התכונות המכניות של חומרי כלי חיתוך ועיבוד חפצים

בעיית ההתאמה בין המאפיינים המכניים של כלי החיתוך ואובייקט העיבוד מתייחסת בעיקר להתאמה של פרמטרים של מאפיינים מכניים כגון חוזק, קשיחות וקשיות של הכלי וחומר היצירה. חומרי כלי עבודה בעלי תכונות מכניות שונות מתאימים לעיבוד חומרי עבודה שונים.

① סדר קשיות חומרי הכלי הוא: כלי יהלום>כלי בורון ניטריד מעוקב>כלי קרמי>טונגסטן קרביד>פלדה במהירות גבוהה.

② סדר חוזק הכיפוף של חומרי הכלים הוא: פלדה מהירה > קרביד צמנט > כלים קרמיים > כלי יהלום ובור ניטריד מעוקב.

③ סדר הקשיחות של חומרי הכלים הוא: פלדה מהירה>טונגסטן קרביד> בורון ניטריד מעוקב, יהלומים וכלי קרמיקה.

יש לעבד חומרי עבודה בעלי קשיות גבוהה עם כלים בעלי קשיות גבוהה יותר. הקשיות של חומר הכלי חייבת להיות גבוהה יותר מהקשיות של חומר העבודה, שבדרך כלל נדרשת להיות מעל 60HRC. ככל שהקשיות של חומר הכלי גבוהה יותר, כך עמידות הבלאי שלו טובה יותר. לדוגמה, כאשר תכולת הקובלט בקרביד צמנט עולה, החוזק והקשיחות שלו גדלים וקשיותו פוחתת, מה שהופך אותו למתאים לעיבוד גס; כאשר תכולת הקובלט יורדת, קשיותו ועמידות הבלאי שלו גדלות, מה שהופך אותו למתאים לגימור.

כלים בעלי תכונות מכניות מצוינות בטמפרטורה גבוהה מתאימים במיוחד לחיתוך במהירות גבוהה. הביצועים המצוינים בטמפרטורה גבוהה של כלי חיתוך קרמיים מאפשרים להם לחתוך במהירויות גבוהות, ומהירות החיתוך המותרת יכולה להיות גבוהה פי 2 עד 10 מזו של קרביד צמנט.

2. התאמת התכונות הפיזיקליות של חומר כלי החיתוך לאובייקט המעובד

מתאימים כלים בעלי תכונות פיזיקליות שונות כמו כלי פלדה מהירים עם מוליכות תרמית גבוהה ונקודת התכה נמוכה, כלים קרמיים בעלי נקודת התכה גבוהה והתפשטות תרמית נמוכה, כלי יהלום בעלי מוליכות תרמית גבוהה והתפשטות תרמית נמוכה ועוד. עיבוד חומרי עבודה שונים. בעת עיבוד חלקי עבודה עם מוליכות תרמית ירודה, יש להשתמש בחומרי כלים בעלי מוליכות תרמית טובה יותר כך שניתן יהיה להעביר את חום החיתוך במהירות החוצה ולהפחית את טמפרטורת החיתוך. בשל המוליכות התרמית הגבוהה והדיפוזיטיביות התרמית שלו, יהלום יכול לפזר בקלות את חום החיתוך מבלי לגרום לעיוות תרמי גדול, דבר שחשוב במיוחד עבור כלי עיבוד מדויקים הדורשים דיוק ממדי גבוה.

① טמפרטורת עמידות החום של חומרי כלים שונים: כלי יהלום הם 700~8000C, כלי PCBN הם 13000~15000C, כלים קרמיים הם 1100~12000C, קרביד צמנט מבוסס TiC(N) הוא 900~11000C, מבוסס WC-עדין גרגירים קרביד הוא 800~9000C, HSS הוא 600~7000C.

② סדר המוליכות התרמית של חומרי כלים שונים: PCD>PCBN>קרביד צמנט מבוסס WC>קרביד צמנט מבוסס TiC(N)>HSS>קרמיקה מבוססת Si3N4>קרמיקה מבוססת A1203.

③ סדר מקדמי ההתפשטות התרמית של חומרי כלים שונים הוא: HSS>קרביד צמנט מבוסס WC>TiC(N)>קרמיקה מבוססת A1203>PCBN>קרמיקה מבוססת Si3N4>PCD.

④ סדר העמידות בפני זעזועים תרמיים של חומרי כלים שונים הוא: HSS>קרביד צמנט מבוסס WC>קרמיקה מבוססת Si3N4>PCBN>PCD>קרביד צמנט מבוסס TiC(N)>קרמיקה מבוססת A1203.

3. התאמת התכונות הכימיות של חומר כלי החיתוך לאובייקט המעובד

בעיית התאמת המאפיינים הכימיים של חומרי כלי חיתוך וחפצי עיבוד מתייחסת בעיקר להתאמה של פרמטרים של ביצועים כימיים כגון זיקה כימית, תגובה כימית, דיפוזיה והתמוססות של חומרי כלי עבודה וחומרי עבודה. כלים עם חומרים שונים מתאימים לעיבוד חומרי עבודה שונים.

① עמידות טמפרטורת ההדבקה של חומרי כלים שונים (עם פלדה) היא: PCBN>קרמיקה>טונגסטן קרביד>HSS.

② טמפרטורת ההתנגדות לחמצון של חומרי כלי עבודה שונים היא: קרמיקה>PCBN>טונגסטן קרביד>יהלום>HSS.

③ חוזק הדיפוזיה של חומרי הכלי (עבור פלדה) הוא: יהלום>קרמיקה מבוססת Si3N4>PCBN>קרמיקה מבוססת A1203. עוצמת הדיפוזיה (עבור טיטניום) היא: קרמיקה מבוססת A1203>PCBN>SiC>Si3N4>יהלום.

4. מבחר סביר של חומרי כלי CNC

באופן כללי, PCBN, כלים קרמיים, קרביד מצופה וכלי קרביד מבוססי TiCN מתאימים לעיבוד CNC של מתכות ברזליות כגון פלדה; בעוד שכלי PCD מתאימים לחומרי מתכת לא ברזליים כגון Al, Mg, Cu וסגסוגותיהם ועיבוד חומרים לא מתכתיים. הטבלה שלהלן מפרטת כמה מחומרי העבודה שחומרי הכלי לעיל מתאימים לעיבוד.

לכלי CNC של Xinfa יש את המאפיינים של איכות טובה ומחיר נמוך. לפרטים, אנא בקר:

יצרני כלי CNC - מפעל וספקים של כלי CNC בסין (xinfatools.com)