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.
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1. Werkzeugmaterialien sollten grundlegende Eigenschaften haben
Die
Die Wahl des Werkzeugmaterials hat großen Einfluss auf Standzeit, Bearbeitungseffizienz, Bearbeitungsqualität und 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 Eigenschaften 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.
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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 Diamanten 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 Werkstoffen 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 Eigenschaften 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 Bearbeiten 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.
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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 noch 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.
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4. Eigenschaften und Merkmale 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 wichtigste Werkzeugvariante im Bereich der CNC-Bearbeitung sein.
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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. Eine richtig konzipierte Nanobeschichtung kann dafür sorgen, dass das Werkzeugmaterial hervorragende Gleit- und Verschleißschutzfunktionen sowie selbstschmierende Eigenschaften aufweist, was für das Hochgeschwindigkeits-Trockenschneiden geeignet ist.
⑵ Eigenschaften beschichteter Werkzeuge
Die Leistungsmerkmale beschichteter Werkzeuge sind wie folgt:
① Gute mechanische und Schneidleistung: Beschichtete Werkzeuge vereinen die hervorragenden Eigenschaften des Grundmaterials und des Beschichtungsmaterials, wodurch nicht nur die gute Zähigkeit und hohe Festigkeit des Grundmaterials erhalten bleibt
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.
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1. Werkzeugmaterialien sollten grundlegende Eigenschaften haben
Die
Die Wahl des Werkzeugmaterials hat großen Einfluss auf Standzeit, Bearbeitungseffizienz, Bearbeitungsqualität und 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 Eigenschaften 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.
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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 Diamanten 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 Werkstoffen 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 Eigenschaften 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 Bearbeiten 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.
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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 noch 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.
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4. Eigenschaften und Merkmale 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 wichtigste Werkzeugvariante im Bereich der CNC-Bearbeitung sein.
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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. Eine richtig konzipierte Nanobeschichtung kann dafür sorgen, dass das Werkzeugmaterial hervorragende Gleit- und Verschleißschutzfunktionen sowie selbstschmierende Eigenschaften aufweist, was für das Hochgeschwindigkeits-Trockenschneiden geeignet ist.
⑵ Eigenschaften beschichteter Werkzeuge
Die Leistungsmerkmale beschichteter Werkzeuge sind wie folgt:
① Gute mechanische und Schneidleistung: Beschichtete Werkzeuge vereinen die hervorragenden Eigenschaften des Grundmaterials und des Beschichtungsmaterials, wodurch nicht nur die gute Zähigkeit und hohe Festigkeit des Grundmaterials erhalten bleibt
