Die Kombination aus fortschrittlicher Verarbeitungsausrüstung und leistungsstarken CNC-Schneidwerkzeugen kann die volle Leistung entfalten und gute wirtschaftliche Vorteile erzielen. Mit der rasanten Entwicklung von Schneidwerkzeugmaterialien haben verschiedene neue Schneidwerkzeugmaterialien ihre physikalischen, mechanischen Eigenschaften und Schneidleistung erheblich verbessert, und auch ihr Anwendungsbereich hat sich weiter erweitert.
1. Werkzeugmaterialien sollten grundlegende Eigenschaften haben
Die Wahl des Werkzeugmaterials hat großen Einfluss auf die Standzeit, die Bearbeitungseffizienz, die Bearbeitungsqualität und die Bearbeitungskosten. Wenn das Werkzeug schneidet, muss es den Auswirkungen von hohem Druck, hoher Temperatur, Reibung, Stößen und Vibrationen standhalten. Daher sollte der Werkzeugwerkstoff folgende Grundeigenschaften aufweisen:
(1) Härte und Verschleißfestigkeit. Die Härte des Werkzeugmaterials muss höher sein als die des Werkstückmaterials, im Allgemeinen über 60 HRC. Je härter das Werkzeugmaterial ist, desto besser ist die Verschleißfestigkeit.
(2) Stärke und Zähigkeit. Werkzeugmaterialien sollten eine hohe Festigkeit und Zähigkeit aufweisen, um Schnittkräften, Stößen und Vibrationen standzuhalten und Sprödbrüche und Absplitterungen der Werkzeuge zu verhindern.
(3) Hitzebeständigkeit. Die Hitzebeständigkeit des Werkzeugmaterials ist besser, es hält hohen Schnitttemperaturen stand und weist eine gute Oxidationsbeständigkeit auf.
(4) Prozessleistung und Wirtschaftlichkeit. Werkzeugmaterialien sollten eine gute Schmiedeleistung, Wärmebehandlungsleistung, Schweißleistung, Schleifleistung usw. aufweisen und ein hohes Leistungs-Preis-Verhältnis anstreben.
2. Arten, Eigenschaften, Eigenschaften und Anwendungen von Werkzeugmaterialien
1. Arten, Eigenschaften und Merkmale von Diamantwerkzeugmaterialien und Werkzeuganwendungen
Diamant ist ein Allotrop von Kohlenstoff und das härteste in der Natur vorkommende Material. Diamantwerkzeuge weisen eine hohe Härte, eine hohe Verschleißfestigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und werden häufig bei der Bearbeitung von Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Werkstoffen eingesetzt. Insbesondere beim Hochgeschwindigkeitsschneiden von Aluminium und Silizium-Aluminium-Legierungen sind Diamantwerkzeuge die Haupttypen von Schneidwerkzeugen, die schwer zu ersetzen sind. Diamantwerkzeuge, die eine hohe Effizienz, hohe Stabilität und eine langlebige Bearbeitung erreichen können, sind unverzichtbare und wichtige Werkzeuge in der modernen CNC-Bearbeitung.
⑴ Arten von Diamantwerkzeugen
① Naturdiamantwerkzeug: Naturdiamant wird seit Hunderten von Jahren als Schneidwerkzeug verwendet. Das natürliche Einkristall-Diamantwerkzeug wurde fein geschliffen und die Schneide kann extrem scharf geschliffen werden. Der Schneidkantenradius kann 0.002 μm erreichen, was ultradünnes Schneiden ermöglicht und es ist ein anerkanntes, ideales und unersetzliches Ultrapräzisionsbearbeitungswerkzeug für die Bearbeitung extrem hoher Werkstückpräzision und extrem geringer Oberflächenrauheit.
② PKD-Diamantwerkzeug: Naturdiamant ist teuer und polykristalliner Diamant (PKD) wird häufig zum Schneiden verwendet. Seit den frühen 1970er Jahren wurde polykristalliner Diamant (Polycrystauine Diamond, kurz PCD) entwickelt. Nach dem Erfolg wurden natürliche Diamantwerkzeuge in vielen Fällen durch künstlichen polykristallinen Diamant ersetzt. PCD-Rohstoffe sind reich an Quellen und ihr Preis beträgt nur wenige Zehntel bis ein Zehntel des natürlichen Diamanten.
PKD-Werkzeuge können keine extrem scharfen Kanten schleifen und die Oberflächenqualität der bearbeiteten Werkstücke ist nicht so gut wie die von Naturdiamant. In der Industrie ist es nicht einfach, PKD-Wendeschneidplatten mit Spanbrechern herzustellen. Daher kann PKD nur zum Feinschneiden von Nichteisenmetallen und Nichtmetallen verwendet werden, und es ist schwierig, ein hochpräzises Spiegelschneiden zu erreichen.
③ CVD-Diamantwerkzeuge: Von Ende der 1970er bis Anfang der 1980er Jahre kam die CVD-Diamanttechnologie in Japan auf den Markt. Unter CVD-Diamant versteht man die Synthese von Diamantfilmen auf heterogenen Substraten (z. B. Hartmetall, Keramik usw.) durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD). CVD-Diamant hat genau die gleiche Struktur und die gleichen Eigenschaften wie natürlicher Diamant.
Die Leistung von CVD-Diamant kommt der von natürlichem Diamant sehr nahe und weist die Vorteile von natürlichem Einkristalldiamant und polykristallinem Diamant (PCD) auf und überwindet deren Nachteile bis zu einem gewissen Grad.
⑵ Leistungsmerkmale von Diamantwerkzeugen
① Extrem hohe Härte und Verschleißfestigkeit: Natürlicher Diamant ist der härteste Stoff, der in der Natur vorkommt. Diamant weist eine extrem hohe Verschleißfestigkeit auf. Bei der Bearbeitung von Materialien mit hoher Härte beträgt die Lebensdauer von Diamantwerkzeugen das 10- bis 100-fache oder sogar das Hundertfache der von Hartmetallwerkzeugen.
② Es hat einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten: Der Reibungskoeffizient zwischen Diamant und einigen Nichteisenmetallen ist niedriger als bei anderen Schneidwerkzeugen, der Reibungskoeffizient ist niedrig, die Verformung während der Bearbeitung ist gering und die Schnittkraft kann reduziert werden.
③ Die Schneidkante ist sehr scharf: Die Schneidkante von Diamantwerkzeugen kann geschärft werden, und das natürliche Einkristall-Diamantwerkzeug kann bis zu 0.002-0.008 μm hoch sein, was für Ultra verwendet werden kann -Dünnschnitt und Ultrapräzisionsbearbeitung.
④ Hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit: Diamant hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, die Schneidwärme wird leicht abgeleitet und die Temperatur des Schneidteils des Werkzeugs ist niedrig.
⑤ Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient: Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Diamant ist um ein Vielfaches kleiner als der von Hartmetall, und die durch die Schneidwärme verursachte Änderung der Werkzeuggröße ist sehr gering, was besonders wichtig für Präzisions- und Ultrapräzisionsbearbeitungen ist, die hohe Anforderungen stellen dimensionale Genauigkeit.
⑶ Anwendung von Diamantwerkzeugen
Diamantwerkzeuge werden hauptsächlich zum Feinschneiden und Bohren von Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Materialien mit hoher Geschwindigkeit verwendet. Es eignet sich für die Verarbeitung verschiedener verschleißfester Nichtmetalle wie FRP-Pulvermetallurgierohlinge, Keramikmaterialien usw.; verschiedene verschleißfeste Nichteisenmetalle, wie beispielsweise verschiedene Silizium-Aluminium-Legierungen; verschiedene Nichteisenmetall-Veredelungsverarbeitung.
Der Nachteil von Diamantwerkzeugen besteht in ihrer geringen thermischen Stabilität. Wenn die Schneidtemperatur 700 bis 800 Grad übersteigt, verliert es vollständig seine Härte; Darüber hinaus ist es nicht zum Schneiden von Eisenmetallen geeignet, da sich Diamant (Kohlenstoff) bei hohen Temperaturen leicht mit Eisen verbindet. Durch die atomare Einwirkung werden die Kohlenstoffatome in eine Graphitstruktur umgewandelt und das Werkzeug kann leicht beschädigt werden.
2. Arten, Eigenschaften und Charakteristika von kubischen Bornitrid-Werkzeugmaterialien und Werkzeuganwendungen
Kubisches Bornitrid (CBN), das zweite superharte Material, das nach einer ähnlichen Methode wie Diamant synthetisiert wird, ist in Bezug auf Härte und Wärmeleitfähigkeit nach Diamant das zweitgrößte. Es verfügt über eine ausgezeichnete thermische Stabilität und kann in der Atmosphäre auf 10,{1}} Grad erhitzt werden. Eine Oxidation findet nicht statt. CBN verfügt über äußerst stabile chemische Eigenschaften für Eisenmetalle und kann in großem Umfang bei der Verarbeitung von Stahlprodukten eingesetzt werden.
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⑴ Arten von Schneidwerkzeugen aus kubischem Bornitrid
Kubisches Bornitrid (CBN) ist ein Stoff, der in der Natur nicht vorkommt. Es kann in einkristallines und polykristallines CBN-Einkristall und polykristallines kubisches Bornitrid (polykristallines kubisches Bornitrid, kurz PCBN) unterteilt werden. CBN ist eines der Isomere von Bornitrid (BN) und seine Struktur ähnelt der von Diamant.
PCBN (polykristallines kubisches Bornitrid) ist ein polykristallines Material, das feine CBN-Materialien durch eine Bindungsphase (TiC, TiN, Al, Ti usw.) unter hoher Temperatur und hohem Druck sintert. Diamant-Werkzeugmaterial, es und Diamant werden zusammen als superhartes Werkzeugmaterial bezeichnet. PCBN wird hauptsächlich zur Herstellung von Messern oder anderen Werkzeugen verwendet.
PCBN-Werkzeuge können in integrierte PCBN-Einsätze und mit Hartmetall gesinterte PCBN-Verbundeinsätze unterteilt werden.
PCBN-Verbundeinsätze werden durch Sintern einer PCBN-Schicht mit einer Dicke von {{0}},5 bis 1,0 mm auf einem Hartmetall mit guter Festigkeit und Zähigkeit hergestellt. Seine Leistung zeichnet sich sowohl durch eine gute Zähigkeit als auch durch eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus. Die Probleme der geringen Biegefestigkeit und der Schweißschwierigkeiten von CBN-Einsätzen werden gelöst.
⑵ Haupteigenschaften und Eigenschaften von kubischem Bornitrid
Obwohl die Härte von kubischem Bornitrid der von Diamant etwas unterlegen ist, ist sie viel höher als bei anderen Materialien mit hoher Härte. Der herausragende Vorteil von CBN besteht darin, dass seine thermische Stabilität viel höher ist als die von Diamant, die über 1200 Grad (700-800 Grad für Diamant) erreichen kann. Reaktion. Die wichtigsten Leistungsmerkmale von kubischem Bornitrid sind wie folgt.
① Hohe Härte und Verschleißfestigkeit: Die Kristallstruktur von CBN ähnelt der von Diamant und weist eine ähnliche Härte und Festigkeit wie Diamant auf. PCBN eignet sich besonders für die Bearbeitung von Materialien mit hoher Härte, die bisher nur geschliffen werden konnten, und kann eine bessere Oberflächenqualität der Werkstücke erzielen.
② Hohe thermische Stabilität: Die Hitzebeständigkeit von CBN kann den Grad 1400-1500 erreichen, was fast 1-mal höher ist als die von Diamant (Grad 700-800). PCBN-Werkzeuge können Hochtemperaturlegierungen und gehärtete Stähle mit einer Geschwindigkeit schneiden, die drei- bis fünfmal höher ist als die von Hartmetallwerkzeugen.
③Ausgezeichnete chemische Stabilität: Es hat keine chemische Wechselwirkung mit Materialien auf Eisenbasis bei einem Grad von 1200-1300 und nutzt sich nicht so stark ab wie Diamant, und es kann zu diesem Zeitpunkt immer noch die Härte von Hartmetall aufrechterhalten; PCBN-Werkzeuge eignen sich zum Schneiden von Teilen aus gehärtetem Stahl und Hartguss und können häufig beim Hochgeschwindigkeitsschneiden von Gusseisen eingesetzt werden.
④ Gute Wärmeleitfähigkeit: Obwohl die Wärmeleitfähigkeit von CBN nicht so gut ist wie die von Diamant, ist die Wärmeleitfähigkeit von PCBN unter den verschiedenen Werkzeugmaterialien nach Diamant die zweitgrößte und viel höher als die von Schnellarbeitsstahl und Hartmetall.
⑤ Niedriger Reibungskoeffizient: Ein niedriger Reibungskoeffizient kann die Schnittkraft beim Schneiden verringern, die Schnitttemperatur senken und die Qualität der bearbeiteten Oberfläche verbessern.
⑶ Werkzeuganwendung aus kubischem Bornitrid
Kubisches Bornitrid eignet sich für die Endbearbeitung verschiedener schwer zu schneidender Materialien wie gehärteter Stahl, hartes Gusseisen, Hochtemperaturlegierungen, Hartlegierungen und Oberflächenspritzmaterialien. Die Bearbeitungsgenauigkeit kann IT5 erreichen (das Loch ist IT6), und die Oberflächenrauheit kann nur Ra1.25-0.20μm betragen.
Das Werkzeugmaterial aus kubischem Bornitrid weist eine geringe Zähigkeit und Biegefestigkeit auf. Daher sind Drehwerkzeuge aus kubischem Bornitrid nicht für die Schruppbearbeitung mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Stoßbelastung geeignet; Bei Metall entsteht eine starke Aufbauschneide, die die bearbeitete Oberfläche beeinträchtigt.
3. Arten, Eigenschaften und Merkmale keramischer Werkzeugmaterialien und Werkzeuganwendungen
Keramische Schneidwerkzeuge zeichnen sich durch hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, hervorragende Hitzebeständigkeit und chemische Stabilität aus und lassen sich nicht leicht mit Metall verbinden. Keramische Schneidwerkzeuge nehmen in der CNC-Bearbeitung eine sehr wichtige Stellung ein. Keramische Schneidwerkzeuge haben sich zu einem der wichtigsten Schneidwerkzeuge für das Hochgeschwindigkeitsschneiden und die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien entwickelt. Keramische Schneidwerkzeuge werden häufig beim Hochgeschwindigkeitsschneiden, Trockenschneiden, Hartschneiden und Schneiden von schwer zerspanbaren Materialien eingesetzt. Keramikmesser können hochharte Materialien effizient verarbeiten, die herkömmliche Messer überhaupt nicht verarbeiten können, und realisieren „das Schleifen durch ein Auto ersetzen“; Die optimale Schnittgeschwindigkeit von Keramikmessern kann zwei- bis zehnmal höher sein als die von Hartmetallmessern, wodurch die Produktionseffizienz der Schneidverarbeitung erheblich verbessert wird. Der Hauptrohstoff für keramische Werkzeugmaterialien ist das am häufigsten vorkommende Element in der Erdkruste. Daher ist die Popularisierung und Anwendung von Keramikwerkzeugen von großer Bedeutung, um die Produktivität zu verbessern, die Verarbeitungskosten zu senken und strategische Edelmetalle einzusparen, und wird auch die Entwicklung der Schneidtechnologie erheblich vorantreiben. Fortschritt.
⑴ Arten von keramischen Werkzeugmaterialien
Die Arten von keramischen Werkzeugmaterialien können im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt werden: Keramik auf Aluminiumoxidbasis, Keramik auf Siliziumnitridbasis und Verbundkeramik auf Siliziumnitrid-Aluminiumoxidbasis. Unter ihnen werden keramische Werkzeugmaterialien auf Aluminiumoxid- und Siliziumnitridbasis am häufigsten verwendet. Die Leistung von Keramik auf Siliziumnitridbasis ist der von Keramik auf Aluminiumoxidbasis überlegen.
⑵ Leistung und Eigenschaften von Keramikschneidwerkzeugen
Die Leistungsmerkmale keramischer Schneidwerkzeuge sind wie folgt:
① Hohe Härte und gute Verschleißfestigkeit: Obwohl die Härte von Keramikwerkzeugen nicht so hoch ist wie die von PKD und PCBN, ist sie viel höher als die von Hartmetall- und Schnellarbeitsstahlwerkzeugen und erreicht 93-95HRA. Keramikwerkzeuge können hochharte Materialien verarbeiten, die mit herkömmlichen Werkzeugen schwer zu bearbeiten sind, und eignen sich für Hochgeschwindigkeitsschneiden und Hartschneiden.
② Hohe Temperaturbeständigkeit und gute Hitzebeständigkeit: Keramikwerkzeuge können auch bei hohen Temperaturen über 1200 Grad schneiden. Keramikmesser haben gute mechanische Hochtemperatureigenschaften und die Oxidationsbeständigkeit von A12O3-Keramikmessern ist besonders gut. Selbst wenn sich die Schneide in einem glühenden Zustand befindet, kann sie kontinuierlich verwendet werden. Daher können Keramikwerkzeuge trocken schneiden, wodurch Schneidflüssigkeit eingespart werden kann.
③ Gute chemische Stabilität: Keramische Schneidwerkzeuge lassen sich nicht leicht mit Metall verbinden und sind korrosionsbeständig und chemisch stabil, was den Bindungsverschleiß von Schneidwerkzeugen verringern kann.
④ Niedriger Reibungskoeffizient: Die Affinität zwischen Keramikschneidwerkzeugen und Metall ist gering und der Reibungskoeffizient ist niedrig, was die Schnittkraft und die Schnitttemperatur verringern kann.
⑶ Anwendung von Keramikmessern
Keramik ist einer der Werkzeugwerkstoffe, die hauptsächlich für die Hochgeschwindigkeitsschlichtung und Vorschlichtung verwendet werden. Keramische Schneidwerkzeuge eignen sich zum Schneiden aller Arten von Gusseisen (Grauguss, Sphäroguss, Temperguss, Hartguss, hochlegiertes verschleißfestes Gusseisen) und Stahl (Kohlenstoffbaustahl, legierter Baustahl, hochfester Stahl). , hochmanganhaltiger Stahl, vergüteter Stahl usw.) kann auch zum Schneiden von Kupferlegierungen, Graphit, technischen Kunststoffen und Verbundwerkstoffen verwendet werden.
Es gibt Probleme mit geringer Biegefestigkeit und schlechter Schlagzähigkeit bei der Leistung keramischer Werkzeugmaterialien, die nicht zum Schneiden bei niedriger Geschwindigkeit und Stoßbelastung geeignet sind.
4. Eigenschaften und Eigenschaften beschichteter Schneidwerkzeugmaterialien und Anwendung von Schneidwerkzeugen
Die Beschichtung des Werkzeugs ist eine der wichtigen Möglichkeiten, die Leistung des Werkzeugs zu verbessern. Das Aufkommen beschichteter Schneidwerkzeuge hat zu einem großen Durchbruch bei der Schneidleistung von Schneidwerkzeugen geführt. Das beschichtete Werkzeug ist mit einer oder mehreren Schichten einer feuerfesten Verbindung mit guter Verschleißfestigkeit auf dem härteren Werkzeugkörper beschichtet, die das Werkzeugsubstrat mit der harten Beschichtung verbindet, so dass die Leistung des Werkzeugs erheblich verbessert wird. Beschichtete Schneidwerkzeuge können die Bearbeitungseffizienz verbessern, die Bearbeitungsgenauigkeit verbessern, die Werkzeuglebensdauer verlängern und die Bearbeitungskosten senken.
Etwa 80 Prozent der in neuen CNC-Werkzeugmaschinen verwendeten Schneidwerkzeuge verwenden beschichtete Werkzeuge. Beschichtete Schneidwerkzeuge werden in Zukunft die wichtigsten Werkzeugvarianten im Bereich der CNC-Bearbeitung sein.
⑴ Arten beschichteter Werkzeuge
Je nach Beschichtungsmethode können beschichtete Werkzeuge in durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) beschichtete Werkzeuge und durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) beschichtete Werkzeuge unterteilt werden. Beschichtete Hartmetallwerkzeuge verwenden im Allgemeinen chemische Gasphasenabscheidung und die Abscheidungstemperatur liegt bei etwa 1000 Grad. Beschichtete Schnellarbeitsstahlwerkzeuge verwenden im Allgemeinen physikalische Gasphasenabscheidung, und die Abscheidungstemperatur beträgt etwa 500 Grad;
Entsprechend den unterschiedlichen Substratmaterialien beschichteter Werkzeuge können beschichtete Werkzeuge in hartmetallbeschichtete Werkzeuge, mit Schnellarbeitsstahl beschichtete Werkzeuge und beschichtete Werkzeuge auf Keramik und superharten Materialien (Diamant und kubisches Bornitrid) unterteilt werden.
Je nach Art des Beschichtungsmaterials lassen sich beschichtete Werkzeuge in zwei Kategorien einteilen, nämlich „hart“ beschichtete Werkzeuge und „weich“ beschichtete Werkzeuge. Die Hauptziele, die mit „hart“ beschichteten Werkzeugen verfolgt werden, sind hohe Härte und Verschleißfestigkeit. Die Hauptvorteile sind hohe Härte und gute Verschleißfestigkeit, typischerweise TiC- und TiN-Beschichtungen. Das Ziel von „weichen“ Beschichtungswerkzeugen ist ein niedriger Reibungskoeffizient, auch selbstschmierende Werkzeuge genannt, und die Reibung mit dem Werkstückmaterial. Der Koeffizient ist sehr niedrig, nur etwa 0,1, was reduziert werden kann Verklebung, Reibung reduzieren, Schnittkraft und Schnitttemperatur reduzieren.
Kürzlich wurde ein Nanobeschichtungswerkzeug (Nanoeoating) entwickelt. Dieses beschichtete Werkzeug kann unterschiedliche Kombinationen verschiedener Beschichtungsmaterialien (z. B. Metall/Metall, Metall/Keramik, Keramik/Keramik usw.) verwenden, um unterschiedliche Funktions- und Leistungsanforderungen zu erfüllen. Durch eine richtig konzipierte Nanobeschichtung kann das Werkzeugmaterial über hervorragende Reibungs- und Verschleißschutzfunktionen sowie selbstschmierende Eigenschaften verfügen, was für das Hochgeschwindigkeits-Trockenschneiden geeignet ist.
⑵ Eigenschaften beschichteter Werkzeuge
Die Leistungsmerkmale beschichteter Werkzeuge sind wie folgt:
① Gute mechanische und schnitttechnische Eigenschaften: Beschichtete Werkzeuge vereinen die hervorragenden Eigenschaften des Grundmaterials und des Beschichtungsmaterials
Es behält nicht nur die gute Zähigkeit und hohe Festigkeit der Matrix bei, sondern weist auch die hohe Härte, die hohe Verschleißfestigkeit und den niedrigen Reibungskoeffizienten der Beschichtung auf. Daher kann die Schnittgeschwindigkeit des beschichteten Werkzeugs um mehr als das Zweifache gegenüber der des unbeschichteten Werkzeugs erhöht werden, und eine höhere Vorschubgeschwindigkeit ist möglich. Die Standzeit beschichteter Werkzeuge wird ebenfalls erhöht.
② Starke Vielseitigkeit: Beschichtete Werkzeuge weisen eine große Vielseitigkeit auf und der Verarbeitungsbereich wurde erheblich erweitert. Ein beschichtetes Werkzeug kann mehrere unbeschichtete Werkzeuge ersetzen.
③ Beschichtungsdicke: Mit zunehmender Beschichtungsdicke erhöht sich auch die Werkzeugstandzeit, aber wenn die Beschichtungsdicke die Sättigung erreicht, erhöht sich die Werkzeuglebensdauer nicht mehr wesentlich. Wenn die Beschichtung zu dick ist, kann es leicht zum Abblättern kommen; Wenn die Beschichtung zu dünn ist, ist die Verschleißfestigkeit schlecht.
④ Nachschleifbarkeit: Beschichtete Klingen weisen eine schlechte Nachschleifbarkeit, eine komplexe Beschichtungsausrüstung, hohe Prozessanforderungen und eine lange Beschichtungszeit auf.
⑤ Beschichtungsmaterial: Werkzeuge mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien haben unterschiedliche Schnittleistungen. Zum Beispiel: Beim Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit hat die TiC-Beschichtung einen Vorteil; Beim Schneiden mit hoher Geschwindigkeit ist TiN besser geeignet.
⑶ Einsatz beschichteter Werkzeuge
Beschichtete Schneidwerkzeuge haben großes Potenzial im Bereich der CNC-Bearbeitung und werden in Zukunft die wichtigste Werkzeugvariante im Bereich der CNC-Bearbeitung sein. Die Beschichtungstechnologie wurde auf Schaftfräser, Reibahlen, Bohrer, Werkzeuge zur Bearbeitung von Verbundlöchern, Wälzfräser, Wälzfräser, Wälzschabfräser, Formräumnadeln und verschiedene maschinenspannbare Wendeschneidplatten angewendet, um den Anforderungen des Hochgeschwindigkeitsschneidens von Stahl und Gusseisen gerecht zu werden , hitzebeständige Legierungen sowie Nichteisenmetalle und andere Materialien.
5. Arten, Eigenschaften, Eigenschaften und Anwendungen von Hartmetall-Werkzeugmaterialien
Hartmetall-Schneidwerkzeuge, insbesondere Wendeschneidwerkzeuge aus Hartmetall, sind die führenden Produkte von CNC-Bearbeitungswerkzeugen. Seit den 1980er Jahren wurden verschiedene integrierte und wendbare Hartmetall-Schneidwerkzeuge oder -Sägeblätter zu verschiedenen erweitert. Im Bereich der verschiedenen Schneidwerkzeuge haben sich Wendeschneidwerkzeuge aus Hartmetall von einfachen Drehwerkzeugen und Planfräsern auf verschiedene Präzisions-, komplexe und formgebende Werkzeugbereiche ausgeweitet.
⑴ Arten von Hartmetallwerkzeugen
Je nach chemischer Hauptzusammensetzung kann Hartmetall in Hartmetall auf Wolframkarbidbasis und Hartmetall auf Titankohlenstoff(nitrid)-Basis (TiC(N)) unterteilt werden.
Hartmetall auf Wolframkarbidbasis umfasst drei Arten: Wolfram-Kobalt (YG), Wolfram-Kobalt-Titan (YT) und seltene Karbide (YW), von denen jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat. Die Hauptbestandteile sind Wolframkarbid (WC), Titankarbid (TiC), Tantalkarbid (TaC), Niobkarbid (NbC) usw., und die häufig verwendete Metallbindephase ist Co.
Hartmetall auf Titanbasis (Kohlenstoffnitrid) ist ein Hartmetall mit TiC als Hauptbestandteil (einige andere Karbide oder Nitride werden hinzugefügt), und die üblicherweise verwendeten Metallbindephasen sind Mo und Ni.
ISO (International Organization for Standardization) unterteilt Hartmetall zum Schneiden in drei Kategorien:
Die K-Kategorie, einschließlich Kl0~K40, entspricht der YG-Kategorie meines Landes (die Hauptkomponente ist WC.Co).
Die P-Kategorie, einschließlich P01 bis P50, entspricht der YT-Kategorie meines Landes (hauptsächlich bestehend aus WC.TiC.Co).
Die M-Kategorie, einschließlich M10~M40, entspricht der YW-Kategorie meines Landes (die Hauptkomponente ist WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Jede Sorte repräsentiert eine Reihe von Legierungen von hoher Härte bis maximaler Zähigkeit mit Zahlen zwischen 01 und 50.
⑵ Leistungsmerkmale von Hartmetall-Schneidwerkzeugen
Die Leistungsmerkmale von Hartmetall-Schneidwerkzeugen sind wie folgt:
① Hohe Härte: Hartmetall-Schneidwerkzeuge werden aus Hartmetall mit hoher Härte und hohem Schmelzpunkt (sogenannte Hartphase) und Metallbindemittel (sogenannte Bindungsphase) durch Pulvermetallurgie hergestellt und ihre Härte erreicht 89-93HRA, viel höher als Bei 5400 C kann die Härte von Schnellarbeitsstahl immer noch 82-87HRA erreichen, was der Härte von Schnellarbeitsstahl bei Raumtemperatur (83-86HRA) entspricht. Der Härtewert von Hartmetall variiert je nach Art, Menge, Partikelgröße und Gehalt der Metallbindungsphase des Karbids und nimmt im Allgemeinen mit zunehmendem Gehalt der Bindungsmetallphase ab. Bei gleichem Bindephasengehalt ist die Härte von YT-Legierungen höher als die von YG-Legierungen, und die mit TaC (NbC) versetzten Legierungen weisen eine höhere Hochtemperaturhärte auf.
② Biegefestigkeit und Zähigkeit: Die Biegefestigkeit von häufig verwendetem Hartmetall liegt im Bereich von 900-1500MPa. Je höher der Metallbindephasengehalt ist, desto höher ist die Biegefestigkeit. Bei gleichem Bindemittelgehalt ist die Festigkeit der Legierung vom YG-Typ (WC-Co) höher als die der Legierung vom YT-Typ (WC-TiC-Co), und die Festigkeit nimmt mit zunehmendem TiC-Gehalt ab. Hartmetall ist ein sprödes Material und seine Schlagzähigkeit bei Raumtemperatur beträgt nur 1/30 bis 1/8 der von Schnellarbeitsstahl.
⑶ Anwendung häufig verwendeter Hartmetall-Schneidwerkzeuge
YG-Legierungen werden hauptsächlich zur Bearbeitung von Gusseisen, Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Werkstoffen verwendet. Feinkörnige Hartlegierungen (wie YG3X, YG6X) weisen bei gleichem Kobaltgehalt eine höhere Härte und Verschleißfestigkeit auf als mittelkörnige Hartlegierungen und eignen sich für die Verarbeitung einiger spezieller harter Gusseisen, austenitischem Edelstahl und hitzebeständig Legierungen, Titanlegierung, Hartbronze und verschleißfeste Isoliermaterialien usw.
Die herausragenden Vorteile von YT-Hartmetall sind hohe Härte, gute Wärmebeständigkeit, höhere Härte und Druckfestigkeit bei hohen Temperaturen als YG-Hartmetall sowie gute Oxidationsbeständigkeit. Wenn daher für das Messer eine höhere Hitze- und Verschleißfestigkeit erforderlich ist, sollte die Sorte mit höherem TiC-Gehalt gewählt werden. YT-Legierungen eignen sich für die Bearbeitung von Kunststoffen wie Stahl, nicht jedoch für die Bearbeitung von Titanlegierungen und Silizium-Aluminium-Legierungen.
Die YW-Legierung weist die Eigenschaften der YG- und YT-Legierungen auf und verfügt über eine gute Gesamtleistung. Es kann nicht nur zur Bearbeitung von Stahlwerkstoffen, sondern auch zur Bearbeitung von Gusseisen und Nichteisenmetallen eingesetzt werden. Bei entsprechender Erhöhung des Kobaltgehalts kann die Festigkeit dieses Legierungstyps sehr hoch sein und er kann zur Grobbearbeitung und intermittierenden Bearbeitung verschiedener schwer zerspanbarer Materialien eingesetzt werden.
6. Typen, Eigenschaften und Anwendungen von Schnellarbeitsstahl-Schneidwerkzeugen
High Speed Steel (kurz HSS) ist ein hochlegierter Werkzeugstahl, dem weitere Legierungselemente wie W, Mo, Cr und V hinzugefügt wurden. Schnellarbeitsstahl-Schneidwerkzeuge weisen eine hervorragende Gesamtleistung in Bezug auf Festigkeit, Zähigkeit und Herstellbarkeit auf. Bei komplexen Zerspanungswerkzeugen, insbesondere bei der Herstellung von Lochbearbeitungswerkzeugen, Fräsern, Gewindewerkzeugen, Räumnadeln, Verzahnungswerkzeugen und anderen komplexen Zerspanungswerkzeugen, nimmt Schnellarbeitsstahl immer noch eine dominierende Stellung ein. Schnellarbeitsstahlmesser lassen sich leicht schärfen.
Je nach Verwendungszweck kann Schnellarbeitsstahl in Allzweck-Schnellarbeitsstahl und Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl unterteilt werden.
⑴ Allzweck-Schnellarbeitsstahl-Schneidwerkzeuge
Allzweck-Schnellarbeitsstahl. Im Allgemeinen kann es in zwei Typen unterteilt werden: Wolframstahl und Wolfram-Molybdän-Stahl. Diese Art von Schnellarbeitsstahl enthält einen Zusatzstoff (C) von 0,7 Prozent bis 0,9 Prozent. Entsprechend dem unterschiedlichen Wolframgehalt im Stahl kann er in Wolframstahl mit 12 Prozent oder 18 Prozent W, Wolfram-Molybdänstahl mit 6 Prozent oder 8 Prozent W und Molybdänstahl mit 2 Prozent oder ohne W unterteilt werden. Allzweck-Schnellarbeitsstahl hat eine gewisse Härte (63-66HRC) und Verschleißfestigkeit, eine hohe Festigkeit und Zähigkeit, eine gute Plastizität und Verarbeitungstechnologie und wird daher häufig bei der Herstellung verschiedener komplexer Werkzeuge verwendet.
① Wolframstahl: Die typische Sorte von Allzweck-Schnellarbeitsstahl-Wolframstahl ist W18Cr4V (kurz W18) mit guter Gesamtleistung. Die Warmhärte bei 6000 °C beträgt 48,5 HRC und kann zur Herstellung verschiedener komplexer Werkzeuge verwendet werden. Es hat die Vorteile einer guten Schleifbarkeit und einer geringen Entkohlungsempfindlichkeit, aber aufgrund des hohen Karbidgehalts ist die Verteilung relativ ungleichmäßig, die Partikel sind groß und die Festigkeit und Zähigkeit sind nicht hoch.
② Wolfram-Molybdän-Stahl: Bezieht sich auf einen Schnellarbeitsstahl, der durch Ersetzen eines Teils des Wolframs im Wolframstahl durch Molybdän gewonnen wird. Die typische Sorte von Wolfram-Molybdän-Stahl ist W6Mo5Cr4V2 (kurz M2). Die Karbidpartikel von M2 sind fein und gleichmäßig und seine Festigkeit, Zähigkeit und Hochtemperaturplastizität sind besser als die von W18Cr4V. Ein weiterer Wolfram-Molybdän-Stahl ist W9Mo3Cr4V (kurz W9). Seine thermische Stabilität ist etwas höher als die von M2-Stahl, seine Biegefestigkeit und Zähigkeit sind besser als bei W6M05Cr4V2 und er lässt sich gut bearbeiten.
⑵ Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl-Schneidwerkzeuge
Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl bezieht sich auf eine neue Art von Stahl, der der Allzweck-Schnellarbeitsstahlzusammensetzung einen gewissen Kohlenstoffgehalt, Vanadiumgehalt und Legierungselemente wie Co und Al hinzufügt, um seine Hitzebeständigkeit zu verbessern Verschleißfestigkeit. Es gibt hauptsächlich folgende Kategorien:
① Hochgekohlter Schnellarbeitsstahl. Hochgekohlter Schnellarbeitsstahl (z. B. 95W18Cr4V) mit hoher Härte bei Raumtemperatur und hoher Temperatur eignet sich für die Herstellung und Verarbeitung von gewöhnlichem Stahl und Gusseisen, Bohrern, Reibahlen, Gewindebohrern und Fräsern mit hohen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit oder Werkzeuge zur Bearbeitung härterer Materialien. Es ist nicht geeignet, großen Stößen standzuhalten.
② Schnellarbeitsstahl mit hohem Vanadiumgehalt. Typische Güten wie W12Cr4V4Mo (als EV4 bezeichnet), enthalten einen auf 3 bis 5 Prozent erhöhten V-Anteil, gute Verschleißfestigkeit und eignen sich zum Schneiden von Materialien mit hohem Werkzeugverschleiß wie Fasern, Hartgummi, Kunststoff usw Auch für die Bearbeitung von Werkstoffen wie Edelstahl, hochfestem Stahl und hochwarmfesten Legierungen geeignet.
③ Kobalt-Schnellarbeitsstahl. Es handelt sich um einen kobalthaltigen superharten Schnellarbeitsstahl, eine typische Güteklasse wie W2Mo9Cr4VCo8 (kurz M42), der eine hohe Härte aufweist und eine Härte von 69-70HRC erreichen kann. Es eignet sich für die Bearbeitung von hochfestem hitzebeständigem Stahl, Hochtemperaturlegierungen, Titanlegierungen usw. Das Bearbeitungsmaterial M42 ist gut schleifbar und eignet sich für die Herstellung präziser und komplexer Werkzeuge, ist jedoch nicht für Arbeiten unter Schlagschneiden geeignet Bedingungen.
④ Aluminium-Schnellarbeitsstahl. Es gehört zu den aluminiumhaltigen superharten Schnellarbeitsstählen, typischen Güten wie W6Mo5Cr4V2Al (abgekürzt 501), die Hochtemperaturhärte erreicht 54 HRC bei 6000 °C und die Schneidleistung entspricht M42. Es eignet sich zur Herstellung von Fräsern, Bohrern, Reibahlen, Zahnradfräsern und Räumnadeln. usw., die zur Verarbeitung von Materialien wie legiertem Stahl, Edelstahl, hochfestem Stahl und Superlegierungen verwendet werden.
⑤ Stickstoffsuperharter Schnellarbeitsstahl. Typische Sorten wie W12M03Cr4V3N, kurz (V3N) genannt, sind stickstoffhaltige superharte Schnellarbeitsstähle. Härte, Festigkeit und Zähigkeit entsprechen M42. wird bearbeitet.
(3) Schmelzen von Schnellarbeitsstahl und pulvermetallurgischem Schnellarbeitsstahl
Je nach Herstellungsverfahren kann Schnellarbeitsstahl in schmelzenden Schnellarbeitsstahl und pulvermetallurgischen Schnellarbeitsstahl unterteilt werden.
① Schmelzen von Schnellarbeitsstahl: Sowohl gewöhnlicher Schnellarbeitsstahl als auch Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl werden durch Schmelzen hergestellt. Sie werden durch Verfahren wie Schmelzen, Barrengießen sowie Plattieren und Walzen zu Messern verarbeitet. Das schwerwiegende Problem, das beim Schmelzen von Schnellarbeitsstahl wahrscheinlich auftritt, ist die Entmischung von Karbiden. Harte und spröde Karbide sind im Schnellarbeitsstahl ungleichmäßig verteilt und die Körner sind grob (bis zu mehreren zehn Mikrometern). und negative Auswirkungen auf die Schneidleistung.
② Pulvermetallurgischer Schnellarbeitsstahl (PM HSS): Pulvermetallurgischer Schnellarbeitsstahl (PM HSS) ist geschmolzener Stahl, der in einem Hochfrequenz-Induktionsofen geschmolzen, mit Hochdruck-Argon oder reinem Stickstoff zerstäubt und dann abgeschreckt wird, um Feingehalt zu erhalten und gleichmäßige Kristalle Mikrostruktur (Schnellarbeitsstahlpulver), und dann das erhaltene Pulver unter hoher Temperatur und hohem Druck in einen Messerrohling pressen, oder zuerst einen Stahlbarren herstellen und ihn dann schmieden und in eine Messerform rollen. Im Vergleich zu Schnellarbeitsstahl, der durch Schmelzverfahren hergestellt wird, hat PM HSS folgende Vorteile: Die Karbidkörner sind fein und gleichmäßig, und die Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit sind im Vergleich zu Schnellarbeitsstahl, der durch Schmelzen hergestellt wird, deutlich verbessert. Im Bereich komplexer CNC-Werkzeuge werden sich PM-HSS-Werkzeuge weiterentwickeln und eine wichtige Rolle spielen. Typische Güten wie F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN usw. können zur Herstellung großer, robuster Messer mit hoher Schlagfestigkeit und auch zur Herstellung von Präzisionsmessern verwendet werden.
3. Grundsätze der Auswahl von CNC-Schneidwerkzeugmaterialien
Die
Zu den derzeit weit verbreiteten CNC-Werkzeugmaterialien gehören hauptsächlich Diamantwerkzeuge, Werkzeuge aus kubischem Bornitrid, Keramikwerkzeuge, beschichtete Werkzeuge, Hartmetallwerkzeuge und Schnellarbeitsstahlwerkzeuge. Es gibt viele Qualitäten von Schneidwerkzeugmaterialien und ihre Leistung variiert stark. Die wichtigsten Leistungsindikatoren verschiedener Werkzeugmaterialien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
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Der Werkzeugwerkstoff für die NC-Bearbeitung muss entsprechend dem zu bearbeitenden Werkstück und der Art der Bearbeitung ausgewählt werden. Die Auswahl des Werkzeugmaterials sollte sinnvoll auf den Bearbeitungsgegenstand abgestimmt sein. Die Abstimmung von Schneidwerkzeugmaterial und Bearbeitungsgegenstand bezieht sich hauptsächlich auf die Abstimmung der mechanischen Eigenschaften, physikalischen Eigenschaften und chemischen Eigenschaften der beiden, um die längste Werkzeuglebensdauer und maximale Schneidproduktivität zu erzielen.
1. Das Schneidwerkzeugmaterial passt zu den mechanischen Eigenschaften des bearbeiteten Objekts
Die Abstimmung der mechanischen Eigenschaften des Schneidwerkzeugs und des Bearbeitungsobjekts bezieht sich hauptsächlich auf die Übereinstimmung der mechanischen Eigenschaftenparameter wie Festigkeit, Zähigkeit und Härte des Schneidwerkzeugs und des Werkstückmaterials. Für unterschiedliche Werkstückmaterialien eignen sich Werkzeugwerkstoffe mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>Hochgeschwindigkeitsstahl.
② Die Reihenfolge der Biegefestigkeit der Werkzeugmaterialien ist: Schnellarbeitsstahl > Hartmetall > Keramikwerkzeuge > Diamant- und kubische Bornitrid-Werkzeuge.
③ Die Reihenfolge der Zähigkeit der Schneidwerkzeugmaterialien ist: Schnellarbeitsstahl > Hartmetall > kubisches Bornitrid, Diamant- und Keramikschneidwerkzeuge.
Das Werkstückmaterial mit hoher Härte muss mit einem Werkzeug mit höherer Härte bearbeitet werden. Die Härte des Werkzeugmaterials muss höher sein als die des Werkstückmaterials, die im Allgemeinen über 60 HRC liegen muss. Je härter das Werkzeugmaterial ist, desto besser ist seine Verschleißfestigkeit. Wenn beispielsweise der Kobaltanteil in Hartmetall zunimmt, nehmen seine Festigkeit und Zähigkeit zu und seine Härte ab, was für die Grobbearbeitung geeignet ist; Wenn die Menge an Kobalt abnimmt, nehmen seine Härte und Verschleißfestigkeit zu, was für die Endbearbeitung geeignet ist.
Werkzeuge mit hervorragenden mechanischen Hochtemperatureigenschaften eignen sich besonders für das Hochgeschwindigkeitsschneiden. Die hervorragende Hochtemperaturleistung von Keramikwerkzeugen ermöglicht das Schneiden mit hohen Geschwindigkeiten, und die zulässige Schnittgeschwindigkeit kann im Vergleich zu Hartmetall um das Zwei- bis Zehnfache erhöht werden.
2. Abstimmung des Schneidwerkzeugmaterials auf die physikalischen Eigenschaften des bearbeiteten Objekts
Geeignet sind Werkzeuge mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, wie Schnellarbeitsstahlwerkzeuge mit hoher Wärmeleitfähigkeit und niedrigem Schmelzpunkt, Keramikwerkzeuge mit hohem Schmelzpunkt und geringer Wärmeausdehnung, Diamantwerkzeuge mit hoher Wärmeleitfähigkeit und geringer Wärmeausdehnung usw unterschiedliche Werkstückmaterialien. Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit schlechter Wärmeleitfähigkeit sollten Werkzeugwerkstoffe mit besserer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, damit die Schnittwärme schnell übertragen und die Schnitttemperatur gesenkt werden kann. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Diamant lässt sich die Schneidwärme leicht ableiten und verursacht keine große thermische Verformung, was besonders wichtig für Präzisionsbearbeitungswerkzeuge ist, die eine hohe Maßgenauigkeit erfordern.
① Hitzebeständige Temperatur verschiedener Werkzeugmaterialien: 700-8000C für Diamantwerkzeuge, 13000-15000C für PCBN-Werkzeuge, 1100-12000C für Keramikwerkzeuge, 900-11000C für TiC(N). )-basiertes Hartmetall und 900-11000C für WC-basierte ultrafeine Körner. Hartmetall hat eine Temperatur von 800–9000 °C, HSS hat eine Temperatur von 600–7000 °C.
② The order of thermal conductivity of various tool materials: PCD>PCBN>WC-based cemented carbide>TiC(N)-based cemented carbide>HSS>Si3N4-based ceramics>A1203-basierte Keramik.
③ The order of thermal expansion coefficient of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC(N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC(N)-based cemented carbide>A1203-basierte Keramik.
3. Anpassen des Schneidwerkzeugmaterials an die chemischen Eigenschaften des bearbeiteten Objekts
Die Abstimmung chemischer Eigenschaften zwischen Schneidwerkzeugmaterialien und Bearbeitungsobjekten bezieht sich hauptsächlich auf die Abstimmung chemischer Leistungsparameter wie chemische Affinität, chemische Reaktion, Diffusion und Auflösung zwischen Werkzeugmaterialien und Werkstückmaterialien. Messer aus verschiedenen Materialien
