Schneidflüssigkeit wird gemeinhin auch als „Kühlmittel“ bezeichnet. Im Metallverarbeitungsprozess hat es neben den Funktionen Schmierung, Kühlung, Spanentfernung und Rostschutz auch schaumhemmende, umweltfreundliche und antibakterielle Funktionen. Die Auswahl der Schneidflüssigkeit hängt von der Oberflächenqualität und Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks ab und steht außerdem in engem Zusammenhang mit dem zu bearbeitenden Material, dem Bearbeitungsprozess und dem Werkzeugmaterial.
1. Typische Materialien von CNC-Werkzeugen
(1) Schnell-Stahl
Schnellarbeitsstahl ist ein hochlegierter Werkzeugstahl mit einer großen Menge an Legierungselementen wie Wolfram (W), Molybdän (Mo), Chrom (Cr) und Vanadium (V). Schnellarbeitsstahl hat eine hohe Härte (62 HRC ~ 67 HRC) und Hitzebeständigkeit und kann bei Schneidtemperaturen von bis zu 500 °C bis 650 °C noch schneiden; Schnellarbeitsstahl hat eine hohe Festigkeit (die Biegefestigkeit beträgt das 2- bis 3-fache der von allgemeinem Hartmetall und das 5- bis 6-fache der von Keramik) und eine gute Zähigkeit und kann bei Stößen und Vibrationen eingesetzt werden; Es kann zur Bearbeitung einer breiten Palette von Materialien wie Nichteisenmetallen, Baustahl, Gusseisen und Hochtemperaturlegierungen eingesetzt werden. Schnellarbeitsstahl lässt sich gut verarbeiten und ist leicht zu schärfen. Es eignet sich für die Herstellung verschiedener Arten von Werkzeugen, insbesondere für die Herstellung von Werkzeugen mit komplexen Formen wie Bohrern, Räumnadeln, Formwerkzeugen, Getriebewerkzeugen usw.
Je nach Schneidleistung kann Schnellarbeitsstahl in gewöhnlichen Schnellarbeitsstahl und Hochleistungsschnellarbeitsstahl unterteilt werden. Je nach Herstellungsverfahren kann es in das Schmelzen von Schnellarbeitsstahl und den pulvermetallurgischen Schnellarbeitsstahl unterteilt werden.
(2) Hartmetall
Hartmetall ist ein pulvermetallurgisches Produkt, das unter Hochtemperaturbedingungen unter Verwendung von hochhärtenden, feuerfesten Metallkarbiden (WC, TiC usw.) und Metallbindemitteln (Cr, Ni usw.) gesintert wird. Die Raumtemperaturhärte von Hartmetall erreicht 89HRA~93HRA und seine Härte beträgt 77HRA~85HRA bei 760 Grad. Hartmetall kann auch zum Schneiden bei 800 bis 1000 Grad verwendet werden. Die Werkzeugstandzeit ist um ein Vielfaches bis Dutzende Male höher als die von Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl. Es kann eine Vielzahl von Materialien verarbeiten, einschließlich gehärtetem Stahl. Allerdings sind die Festigkeit und Zähigkeit von Hartmetall denen von Schnellarbeitsstahl unterlegen. Seine Schlagzähigkeit beträgt bei Raumtemperatur nur 18 bis 130 der von Schnellarbeitsstahl. Daher ist Hartmetall nur schlecht in der Lage, Schnittvibrationen und Stößen standzuhalten. Tabelle 1 zeigt verschiedene Arten von Hartmetall.
(3) Keramikwerkzeuge
Keramikwerkzeuge haben eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Sie haben eine geringe Affinität zu Metallen, lassen sich nicht leicht mit Metallen verbinden und weisen eine gute chemische Stabilität auf. Keramikwerkzeuge werden hauptsächlich zum Schneiden von Stahl, Gusseisen und seinen Legierungen sowie schwer zu schneidenden Materialien verwendet. Sie können zum Ultra-Hochgeschwindigkeitsschneiden-, zum Hochgeschwindigkeitsschneiden- und zum Schneiden harter Materialien verwendet werden.
(4) Superharte Werkzeuge
Zu den superharten Materialien zählen künstlicher Diamant und kubisches Bornitrid (CBN) sowie polykristalliner Diamant (PCD) und polykristallines kubisches Bornitrid (PCBN), die mit diesen Pulvern und Bindemitteln gesintert werden.
Superharte Materialien weisen eine hervorragende Verschleißfestigkeit auf und werden hauptsächlich beim Hochgeschwindigkeitsschneiden und der Bearbeitung von schwer zu schneidenden Materialien verwendet.
Gängige Arten von Schneidflüssigkeiten
Um den unterschiedlichen Bearbeitungsanforderungen gerecht zu werden, gibt es viele Arten von Schneidflüssigkeiten. Entsprechend ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrem Zustand können sie in zwei Kategorien eingeteilt werden: Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis-und Schneidflüssigkeiten auf Ölbasis-. Schneidflüssigkeiten, die im Allgemeinen mit Wasser verdünnt werden, werden Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis genannt. Schneidflüssigkeiten, die nicht mit Wasser verdünnt werden müssen, werden Schneidflüssigkeiten auf Ölbasis genannt. Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis-werden hauptsächlich zur Kühlung verwendet und haben eine schlechte Schmierleistung. Zu den häufig verwendeten Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis gehören: rostfreie Emulsionen, rostfreie Schmiermittelemulsionen, Hochdruckemulsionen, Mikroemulsionen usw.; Schneidflüssigkeiten auf Ölbasis-werden hauptsächlich zur Schmierung verwendet und haben eine schlechte Kühl- und Reinigungswirkung. Zu den häufig verwendeten Schneidflüssigkeiten auf Ölbasis gehören: reines Mineralöl, Fettöl (oder ölige Zusätze) + Mineralöl, inaktives Hochdruck-Schneidöl, aktives Hochdruck-Schneidöl usw. Die Zusammensetzung und Anwendungseigenschaften mehrerer wichtiger Schneidflüssigkeiten sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Angemessene Auswahl an Schneidflüssigkeiten
(1) Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl
Bei diesem Material handelt es sich um einen hochwertigen legierten Stahl auf Basis von Chrom, Nickel, Wolfram, Molybdän und Vanadium (einige enthalten auch Aluminium). Ihre Hitzebeständigkeit ist deutlich höher als die von Werkzeugstahl und die maximal zulässige Temperatur kann 600 Grad erreichen. Im Vergleich zu anderen hochtemperaturbeständigen Metall- und Keramikmaterialien hat Schnellarbeitsstahl eine Reihe von Vorteilen, insbesondere eine höhere Zähigkeit, Eignung für Werkstücke mit komplexen geometrischen Formen und kontinuierlicher Schneidbearbeitung. Schnellarbeitsstahl lässt sich gut bearbeiten und ist preisgünstig.
Aufgrund der geringen Rothärte von Schnellarbeitsstahlwerkzeugen ist beim Einsatz Schneidflüssigkeit erforderlich. Beim Schneiden mit niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten wird die Verwendung von Schneidflüssigkeiten oder -emulsionen auf Ölbasis- empfohlen. Beim Schneiden mit hohen Geschwindigkeiten empfiehlt sich aufgrund der hohen Wärmeentwicklung die Verwendung von Schneidflüssigkeit auf Wasserbasis. Wenn Schneidflüssigkeit auf Ölbasis verwendet wird, entsteht mehr Ölnebel, der die Umwelt verschmutzt und leicht zu Verbrennungen am Werkstück führt, die Bearbeitungsqualität beeinträchtigt und den Werkzeugverschleiß erhöht. Darüber hinaus wird empfohlen, für die Grobbearbeitung eine wässrige Hochdrucklösung oder eine Hochdruckemulsion und für die Feinbearbeitung eine Hochdruckemulsion oder ein Hochdruckschneidöl zu verwenden, um die Reibung zu verringern, die Oberflächenqualität und -präzision zu verbessern und die Werkzeuglebensdauer zu verlängern.
(2) Hartmetallwerkzeuge
Hartmetall besteht aus Wolframkarbid (WC), Titankarbid (TiC), Tantalkarbid (TaC) und 5 bis 10 % Kobalt. Seine Härte ist viel höher als die von Schnellarbeitsstahl. Die maximal zulässige Betriebstemperatur kann 1000 Grad erreichen. Es verfügt über eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und kann die Haftung zwischen Spänen bei der Bearbeitung von Stahlwerkstoffen reduzieren.
Aufgrund der guten Rothärte von Hartmetallwerkzeugen wird bei der Bearbeitung allgemeiner Materialien im Allgemeinen Trockenschneiden ohne Zugabe von Schneidflüssigkeit eingesetzt. Beim Trockenschneiden ist der Temperaturanstieg des Werkstücks jedoch hoch, was das Werkstück anfällig für thermische Verformungen macht und die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks beeinträchtigt. Darüber hinaus ist beim Schneiden ohne Schmiermittel der Schnittwiderstand groß, was den Stromverbrauch erhöht und den Verschleiß des Werkzeugs beschleunigt. Werkzeuge aus Hartmetall sind teuer, daher ist Trockenschneiden aus wirtschaftlicher Sicht nicht kosteneffektiv.
Bei der Auswahl der Schneidflüssigkeit sollte die Empfindlichkeit von Hartmetall gegenüber plötzlicher Hitze berücksichtigt werden und das Werkzeug sollte möglichst gleichmäßig erhitzt werden, da es sonst zu Absplitterungen kommt. Im Allgemeinen haben Schneidflüssigkeiten auf Ölbasis-eine schlechte Wärmeleitfähigkeit und verursachen weniger wahrscheinlich eine plötzliche Abkühlung des Werkzeugs als Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis-. Daher werden im Allgemeinen ölbasierte Schneidflüssigkeiten mit Verschleißschutzadditiven verwendet. Bei der Verwendung von Schneidflüssigkeiten zum Schneiden ist es wichtig, das Werkzeug gleichmäßig zu kühlen. Es ist am besten, das Werkzeug vor-abzukühlen, bevor Sie mit dem Schneiden beginnen. Beim Hochgeschwindigkeitsschneiden sollte ein großer Strahl Schneidflüssigkeit zum Besprühen des Schneidbereichs verwendet werden, um eine ungleichmäßige Erwärmung des Werkzeugs und ein Absplittern der Klinge zu vermeiden. Dadurch kann auch die Verschmutzung durch Öldämpfe durch Verdunstung aufgrund zu hoher Temperaturen verringert werden.
(3) Keramische Schneidwerkzeuge
Dieses Material besteht aus Aluminiumoxid, Metall und Karbid, die bei hohen Temperaturen gesintert werden. Seine Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit ist besser als die von Hartmetall, daher wird im Allgemeinen Trockenschneiden verwendet. Im Hinblick auf eine gleichmäßige Kühlung und die Vermeidung übermäßiger Temperaturen werden häufig auch Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis-verwendet, es ist jedoch am besten, sie kontinuierlich und vollständig ohne Unterbrechung zu gießen.
(4) Diamantschneidwerkzeuge
Es verfügt über eine extrem hohe Härte und wird im Allgemeinen zum Trockenschneiden verwendet. Um zu hohe Temperaturen zu vermeiden, werden, wie bei keramischen Werkstoffen, in vielen Fällen Schneidflüssigkeiten auf Wasserbasis-verwendet.
Abschluss
Eine angemessene Auswahl der Schneidflüssigkeit entsprechend den verschiedenen Werkzeugmaterialien kann nicht nur die Oberflächenqualität und Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks verbessern, sondern auch die thermische Verformung des Werkstücks und den Verschleiß des Werkzeugs verringern, die Haltbarkeit des Werkzeugs verbessern, die Produktionskosten senken und die Produktionseffizienz verbessern. Daher sollte bei der Produktion darauf geachtet werden.
