برای آشنایی اولیه با ابزارهای برش، این مقاله را بخوانید

یک اسب خوب به یک زین خوب نیاز دارد و از تجهیزات پیشرفته ماشینکاری CNC استفاده می کند. اگر از ابزار اشتباه استفاده شود، بی فایده خواهد بود! انتخاب مواد ابزار مناسب تاثیر زیادی بر عمر ابزار، راندمان پردازش، کیفیت پردازش و هزینه پردازش دارد. این مقاله اطلاعات مفیدی در مورد دانش چاقو ارائه می دهد، آن را جمع آوری کرده و فوروارد کنید، بیایید با هم بیاموزیم.

مواد ابزار باید دارای خواص اولیه باشند

انتخاب مواد ابزار تاثیر زیادی بر عمر ابزار، راندمان پردازش، کیفیت پردازش و هزینه پردازش دارد. ابزارها باید در هنگام برش فشار، دمای بالا، اصطکاک، ضربه و لرزش را تحمل کنند. بنابراین، مواد ابزار باید دارای ویژگی های اساسی زیر باشند:

(1) سختی و مقاومت در برابر سایش. سختی مواد ابزار باید بیشتر از سختی مواد قطعه کار باشد که معمولاً باید بالای 60HRC باشد. هرچه سختی مواد ابزار بیشتر باشد، مقاومت در برابر سایش بهتر است.

(2) قدرت و استحکام. مواد ابزار باید استحکام و چقرمگی بالایی داشته باشند تا در برابر نیروهای برشی، ضربه و ارتعاش مقاومت کنند و از شکستگی شکننده و خرد شدن ابزار جلوگیری کنند.

(3) مقاومت در برابر حرارت. مواد ابزار دارای مقاومت حرارتی خوبی است، می تواند دمای برش بالا را تحمل کند و مقاومت اکسیداسیون خوبی دارد.

(4) عملکرد و اقتصاد فرآیند. مواد ابزار باید عملکرد خوب آهنگری، عملکرد عملیات حرارتی، عملکرد جوشکاری داشته باشند. عملکرد سنگ زنی و غیره، و باید نسبت عملکرد به قیمت بالا را دنبال کند.

انواع، خواص، ویژگی ها و کاربردهای مواد ابزار

1. مواد ابزار الماس

الماس آلوتروپ کربن است و سخت ترین ماده موجود در طبیعت است. ابزارهای برش الماس دارای سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و هدایت حرارتی بالا هستند و به طور گسترده در پردازش فلزات غیر آهنی و مواد غیر فلزی استفاده می شوند. به خصوص در برش پرسرعت آلومینیوم و آلیاژهای سیلیکون-آلومینیوم، ابزارهای الماسی اصلی ترین نوع ابزارهای برشی هستند که جایگزینی آنها دشوار است. ابزارهای الماسی که می توانند به راندمان بالا، پایداری بالا و عمر طولانی دست یابند، ابزارهای ضروری و مهم در ماشینکاری مدرن CNC هستند.

⑴ انواع ابزار الماس

① ابزار الماس طبیعی: صدها سال است که از الماس طبیعی به عنوان ابزار برش استفاده می شود. ابزارهای الماس تک کریستال طبیعی به خوبی آسیاب شده اند تا لبه برش بسیار تیز شود. شعاع لبه برش می تواند به 0.002μm برسد که می تواند به برش فوق العاده نازک برسد. این می تواند با دقت بسیار بالا قطعه کار و زبری سطح بسیار کم را پردازش کند. این یک ابزار ماشینکاری فوق دقیق شناخته شده، ایده آل و غیر قابل تعویض است.

② ابزارهای برش الماس PCD: الماس های طبیعی گران هستند. پرکاربردترین الماس در پردازش برش، الماس پلی کریستالی (PCD) است. از اوایل دهه 1970، الماس پلی کریستالی (الماس Polycrystauine، به نام تیغه های PCD) تهیه شده با استفاده از تکنولوژی سنتز در دمای بالا و فشار بالا توسعه یافته است. پس از موفقیت، ابزارهای برش الماس طبیعی در بسیاری از موارد با الماس مصنوعی پلی کریستالی جایگزین شده اند. مواد خام PCD از نظر منابع غنی هستند و قیمت آنها فقط چند تا یک دهم الماس طبیعی است. ابزارهای برش PCD را نمی توان برای تولید ابزارهای برش بسیار تیز آسیاب کرد. کیفیت سطح لبه برش و قطعه کار پردازش شده به خوبی الماس طبیعی نیست. هنوز تولید تیغه های PCD با تراشه شکن در صنعت راحت نیست. بنابراین، PCD را فقط می توان برای برش دقیق فلزات غیر آهنی و غیر فلزات استفاده کرد و دستیابی به برش با دقت فوق العاده بالا دشوار است. برش دقیق آینه

③ ابزارهای برش الماس CVD: از اواخر دهه 1970 تا اوایل دهه 1980، فناوری الماس CVD در ژاپن ظاهر شد. الماس CVD به استفاده از رسوب بخار شیمیایی (CVD) برای سنتز یک فیلم الماس بر روی یک ماتریس ناهمگن (مانند کاربید سیمانی، سرامیک و غیره) اشاره دارد. الماس CVD دقیقا همان ساختار و ویژگی های الماس طبیعی را دارد. عملکرد الماس CVD بسیار نزدیک به الماس طبیعی است. مزایای الماس تک کریستال طبیعی و الماس پلی کریستالی (PCD) را دارد و تا حدودی بر کاستی های آنها غلبه می کند.

⑵ ویژگی های عملکرد ابزار الماس

① سختی و مقاومت در برابر سایش بسیار بالا: الماس طبیعی سخت ترین ماده موجود در طبیعت است. الماس مقاومت به سایش بسیار بالایی دارد. هنگام پردازش مواد با سختی بالا، عمر ابزارهای الماسی 10 تا 100 برابر ابزارهای کاربید یا حتی صدها برابر است.

② دارای ضریب اصطکاک بسیار پایین: ضریب اصطکاک بین الماس و برخی فلزات غیر آهنی کمتر از سایر ابزارهای برش است. ضریب اصطکاک کم است، تغییر شکل در طول پردازش کم است و نیروی برش را می توان کاهش داد.

③ لبه برش بسیار تیز است: لبه برش ابزار الماس را می توان بسیار تیز آسیاب کرد. ابزار الماس تک کریستال طبیعی می تواند به اندازه 0.002 ~ 0.008μm باشد که می تواند برش فوق العاده نازک و پردازش فوق العاده دقیق را انجام دهد.

④ هدایت حرارتی بالا: الماس دارای رسانایی حرارتی و انتشار حرارتی بالایی است، بنابراین گرمای برش به راحتی از بین می رود و دمای قسمت برش ابزار پایین است.

⑤ دارای ضریب انبساط حرارتی کمتری است: ضریب انبساط حرارتی الماس چندین برابر کوچکتر از کاربید سیمانی است و تغییر اندازه ابزار ناشی از حرارت برش بسیار ناچیز است که به ویژه برای ماشینکاری دقیق و فوق دقیق مهم است. نیاز به دقت ابعادی بالایی دارد.

⑶ استفاده از ابزار الماس

ابزارهای الماسی بیشتر برای برش ریز و سوراخ کردن فلزات غیرآهنی و مواد غیر فلزی با سرعت بالا استفاده می شود. مناسب برای پردازش انواع غیر فلزات مقاوم در برابر سایش، مانند مواد متالورژی پودر فایبرگلاس، مواد سرامیکی و غیره. انواع فلزات غیر آهنی مقاوم در برابر سایش، مانند آلیاژهای مختلف سیلیکون و آلومینیوم؛ و تکمیل فرآوری فلزات غیرآهنی مختلف.

عیب ابزارهای الماسی این است که پایداری حرارتی ضعیفی دارند. هنگامی که دمای برش از 700 ℃ ~ 800 ℃ تجاوز کند، سختی خود را کاملا از دست می دهند. علاوه بر این، آنها برای برش فلزات آهنی مناسب نیستند زیرا الماس (کربن) به راحتی با آهن در دمای بالا واکنش نشان می دهد. عمل اتمی اتم های کربن را به ساختار گرافیت تبدیل می کند و ابزار به راحتی آسیب می بیند.

2. مواد ابزار نیترید بور مکعبی

نیترید بور مکعبی (CBN)، دومین ماده فوق سختی است که با استفاده از روشی مشابه تولید الماس سنتز شده است، از نظر سختی و هدایت حرارتی پس از الماس در رتبه دوم قرار دارد. پایداری حرارتی عالی دارد و می تواند تا دمای 10000 درجه سانتیگراد در جو گرم شود. هیچ اکسیداسیونی رخ نمی دهد. CBN دارای خواص شیمیایی بسیار پایدار برای فلزات آهنی است و می تواند به طور گسترده در پردازش محصولات فولادی استفاده شود.

⑴ انواع ابزارهای برش نیترید بور مکعبی

نیترید بور مکعبی (CBN) ماده ای است که در طبیعت وجود ندارد. آن را به تک بلور و پلی کریستال، یعنی CBN تک کریستال و نیترید بور مکعبی چند کریستالی (Polycrystalline cubic bornnitride، PCBN به اختصار) تقسیم می شود. CBN یکی از آلوتروپ های نیترید بور (BN) است و ساختاری شبیه به الماس دارد.

PCBN (نیترید بور مکعبی پلی کریستالی) یک ماده پلی کریستالی است که در آن مواد CBN ریز از طریق فازهای اتصال (TiC، TiN، Al، Ti، و غیره) تحت دما و فشار بالا با هم زینتر می شوند. در حال حاضر این ماده دومین سخت ترین ماده سنتز شده مصنوعی است. مواد ابزار الماس، همراه با الماس، در مجموع مواد ابزار فوق سخت نامیده می شوند. PCBN عمدتاً برای ساخت چاقو یا ابزارهای دیگر استفاده می شود.

ابزارهای برش PCBN را می توان به تیغه های PCBN جامد و تیغه های کامپوزیت PCBN متخلخل با کاربید تقسیم کرد.

تیغه های کامپوزیت PCBN از پخت لایه ای از PCBN به ضخامت 0.5 تا 1.0 میلی متر بر روی یک کاربید سیمانی با استحکام و چقرمگی خوب ساخته می شوند. عملکرد آن ترکیبی از چقرمگی خوب با سختی بالا و مقاومت در برابر سایش است. این مشکل استحکام خمشی کم و جوشکاری دشوار تیغه های CBN را حل می کند.

⑵ خواص و ویژگی های اصلی نیترید بور مکعبی

اگرچه سختی نیترید بور مکعبی کمی کمتر از الماس است، اما بسیار بیشتر از سایر مواد با سختی بالا است. مزیت برجسته CBN این است که پایداری حرارتی آن بسیار بالاتر از الماس است و به دمای بالای 1200 درجه سانتیگراد می رسد (الماس 700-800 درجه سانتیگراد است). مزیت برجسته دیگر این است که از نظر شیمیایی بی اثر است و در دمای 1200-1300 درجه سانتیگراد با آهن واکنش نمی دهد. واکنش مشخصات عملکرد اصلی نیترید بور مکعبی به شرح زیر است.

① سختی بالا و مقاومت در برابر سایش: ساختار کریستالی CBN شبیه الماس است و سختی و استحکام مشابهی با الماس دارد. PCBN مخصوصاً برای پردازش مواد با سختی بالا که فقط قبلاً می توانستند آسیاب شوند، مناسب است و می تواند کیفیت سطح بهتری از قطعه کار را بدست آورد.

② پایداری حرارتی بالا: مقاومت حرارتی CBN می تواند به 1400 ~ 1500 ℃ برسد که تقریباً 1 برابر بیشتر از مقاومت حرارتی الماس (700 ~ 800 ℃) است. ابزارهای PCBN می توانند آلیاژهای با دمای بالا و فولاد سخت شده را با سرعت های بالا 3 تا 5 برابر بیشتر از ابزارهای کاربید برش دهند.

③ پایداری شیمیایی عالی: تا دمای 1200 تا 1300 درجه سانتیگراد هیچ برهمکنش شیمیایی با مواد مبتنی بر آهن ندارد و به اندازه الماس تیز پوشیده نمی شود. در این زمان، هنوز هم می تواند سختی کاربید سیمانی را حفظ کند. ابزارهای PCBN برای برش قطعات فولادی خاموش شده و چدن سرد شده مناسب هستند، می توانند به طور گسترده در برش با سرعت بالا چدن استفاده شوند.

④ رسانایی حرارتی خوب: اگرچه رسانایی حرارتی CBN نمی تواند با الماس همگام شود، رسانایی حرارتی PCBN در بین مواد مختلف ابزار پس از الماس در رتبه دوم قرار دارد و بسیار بالاتر از فولاد پرسرعت و کاربید سیمانی است.

⑤ دارای ضریب اصطکاک کمتر: ضریب اصطکاک کم می تواند منجر به کاهش نیروی برش در حین برش، کاهش دمای برش و بهبود کیفیت سطح ماشینکاری شود.

⑶ استفاده از ابزارهای برش نیترید بور مکعبی

نیترید بور مکعبی برای تکمیل انواع مواد برش سخت مانند فولاد کوئنچ، چدن سخت، آلیاژهای با دمای بالا، کاربید سیمانی و مواد اسپری سطحی مناسب است. دقت پردازش می تواند به IT5 برسد (سوراخ IT6 است)، و مقدار زبری سطح می تواند به کوچکی Ra1.25 ~ 0.20μm باشد.

مواد ابزار نیترید بور مکعبی چقرمگی و استحکام خمشی ضعیفی دارد. بنابراین، ابزارهای تراشکاری نیترید بور مکعبی برای ماشینکاری خشن در سرعت های کم و بارهای ضربه ای بالا مناسب نیستند. در عین حال، آنها برای برش مواد با پلاستیسیته بالا (مانند آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای مس، آلیاژهای مبتنی بر نیکل، فولادهای با پلاستیسیته بالا و غیره) مناسب نیستند، زیرا برش این لبه‌های ساخته شده جدی هنگام کار اتفاق می‌افتد. با فلز، سطح ماشینکاری شده را خراب می کند.

3. مواد سرامیکی ابزار

ابزارهای برش سرامیکی دارای ویژگی های سختی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، مقاومت عالی در برابر حرارت و پایداری شیمیایی هستند و به راحتی با فلز متصل نمی شوند. ابزارهای سرامیکی نقش بسیار مهمی در ماشینکاری CNC دارند. ابزارهای سرامیکی به یکی از ابزارهای اصلی برای برش و پردازش سریع مواد سخت تبدیل شده اند. ابزارهای برش سرامیکی به طور گسترده ای در برش با سرعت بالا، برش خشک، برش سخت و برش مواد سخت استفاده می شود. ابزارهای سرامیکی می توانند مواد با سختی بالا را که ابزارهای سنتی به هیچ وجه نمی توانند پردازش کنند، به طور کارآمد پردازش می کنند و متوجه «چرخش به جای آسیاب کردن» می شوند. سرعت برش بهینه ابزارهای سرامیکی می تواند 2 تا 10 برابر بیشتر از ابزارهای کاربید باشد، بنابراین راندمان تولید برش را تا حد زیادی بهبود می بخشد. ; مواد اولیه اصلی مورد استفاده در مواد ابزار سرامیکی فراوان ترین عناصر در پوسته زمین هستند. بنابراین، ترویج و استفاده از ابزار سرامیکی برای بهبود بهره وری، کاهش هزینه های پردازش و صرفه جویی در فلزات گرانبها استراتژیک از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین توسعه فناوری برش را تا حد زیادی ترویج می کند. پیشرفت

⑴ انواع مواد ابزار سرامیکی

انواع مواد ابزار سرامیکی را می توان به طور کلی به سه دسته تقسیم کرد: سرامیک های مبتنی بر آلومینا، سرامیک های مبتنی بر نیترید سیلیکون و سرامیک های مبتنی بر نیترید سیلیکون-آلومینا. در این میان، مواد ابزار سرامیکی مبتنی بر آلومینا و نیترید سیلیکون بیشترین استفاده را دارند. عملکرد سرامیک های مبتنی بر نیترید سیلیکون نسبت به سرامیک های مبتنی بر آلومینا برتر است.

⑵ عملکرد و ویژگی های ابزار برش سرامیکی

① سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب: اگرچه سختی ابزارهای برش سرامیکی به اندازه PCD و PCBN نیست، اما بسیار بالاتر از ابزارهای برش کاربید و فولادی با سرعت بالا است و به 93-95HRA می رسد. ابزارهای برش سرامیکی می توانند مواد با سختی بالا را پردازش کنند که پردازش آنها با ابزارهای برش سنتی دشوار است و برای برش با سرعت بالا و برش سخت مناسب است.

② مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر حرارت خوب: ابزارهای برش سرامیکی هنوز هم می توانند در دماهای بالای 1200 درجه سانتیگراد برش دهند. ابزارهای برش سرامیکی خواص مکانیکی خوبی در دمای بالا دارند. ابزارهای برش سرامیکی A12O3 مقاومت به اکسیداسیون خوبی دارند. حتی اگر لبه برش در حالت قرمز داغ باشد، می توان به طور مداوم از آن استفاده کرد. بنابراین، ابزارهای سرامیکی می توانند به برش خشک دست یابند و در نتیجه نیاز به مایع برش را از بین می برند.

③ پایداری شیمیایی خوب: ابزارهای برش سرامیکی به راحتی با فلز متصل نمی شوند و در برابر خوردگی مقاوم هستند و پایداری شیمیایی خوبی دارند که می تواند سایش اتصال ابزارهای برش را کاهش دهد.

④ ضریب اصطکاک کم: میل ترکیبی بین ابزار سرامیکی و فلز کم است و ضریب اصطکاک کم است که می تواند نیروی برش و دمای برش را کاهش دهد.

⑶ چاقوهای سرامیکی کاربرد دارند

سرامیک یکی از مواد ابزاری است که عمدتاً برای تکمیل و نیمه تکمیل با سرعت بالا استفاده می شود. ابزارهای برش سرامیکی برای برش چدن های مختلف (چدن خاکستری، چدن شکل پذیر، چدن چکش خوار، چدن سرد، چدن مقاوم در برابر سایش بالا) و مواد فولادی (فولاد ساختاری کربن، فولاد ساختاری آلیاژی، فولاد با استحکام بالا، فولاد منگنز بالا، فولاد خاموش شده و غیره)، همچنین می تواند برای برش آلیاژهای مس، گرافیت، پلاستیک های مهندسی و مواد کامپوزیت استفاده شود.

خواص مواد ابزارهای برش سرامیکی دارای مشکلات مقاومت خمشی کم و چقرمگی ضربه ضعیف است که آنها را برای برش در سرعت های پایین و تحت بارهای ضربه ای نامناسب می کند.

4. مواد ابزار پوشش داده شده

ابزارهای برش پوششی یکی از راه های مهم برای بهبود عملکرد ابزار است. ظهور ابزارهای روکش دار پیشرفت بزرگی را در عملکرد برش ابزارهای برش ایجاد کرده است. ابزارهای روکش دار با یک یا چند لایه از ترکیبات نسوز با مقاومت سایشی خوب روی بدنه ابزار با چقرمگی خوب پوشش داده می شوند. این ماتریس ابزار را با پوشش سخت ترکیب می کند و در نتیجه عملکرد ابزار را تا حد زیادی بهبود می بخشد. ابزارهای پوشش داده شده می توانند کارایی پردازش را بهبود بخشند، دقت پردازش را بهبود بخشند، عمر سرویس ابزار را افزایش دهند و هزینه های پردازش را کاهش دهند.

حدود 80 درصد از ابزارهای برشی مورد استفاده در ماشین آلات جدید CNC از ابزارهای روکش دار استفاده می کنند. ابزارهای روکش دار مهم ترین تنوع ابزار در زمینه ماشینکاری CNC در آینده خواهند بود.

⑴ انواع ابزار روکش دار

با توجه به روش های مختلف پوشش، ابزارهای پوشش داده شده را می توان به ابزارهای پوشش داده شده با رسوب بخار شیمیایی (CVD) و ابزار پوشش داده شده با رسوب بخار فیزیکی (PVD) تقسیم کرد. ابزارهای برش کاربید پوشش داده شده به طور کلی از روش رسوب بخار شیمیایی استفاده می کنند و دمای رسوب حدود 1000 درجه سانتیگراد است. ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا معمولاً از روش رسوب بخار فیزیکی استفاده می کنند و دمای رسوب حدود 500 درجه سانتیگراد است.

با توجه به مواد مختلف زیرلایه ابزارهای پوشش داده شده، ابزارهای پوشش داده شده را می توان به ابزارهای روکش شده کاربید، ابزارهای پوشش داده شده فولادی با سرعت بالا و ابزارهای پوشش داده شده روی سرامیک و مواد فوق سخت (الماس و نیترید بور مکعبی) تقسیم کرد.

با توجه به خواص مواد پوششی، ابزارهای پوشش داده شده را می توان به دو دسته ابزارهای پوشش داده شده "سخت" و ابزارهای روکش شده "نرم" تقسیم کرد. اهداف اصلی که ابزارهای با پوشش سخت دنبال می‌شوند، سختی بالا و مقاومت در برابر سایش هستند. مزایای اصلی آن سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب است، معمولاً پوشش‌های TiC و TiN. هدفی که توسط ابزارهای پوشش "نرم" دنبال می شود، ضریب اصطکاک کم است که به عنوان ابزارهای خود روان کننده نیز شناخته می شود، که با مواد قطعه کار اصطکاک دارد. نیرو و دمای برش

ابزارهای برش نانو پوشش (Nanoeoating) اخیراً توسعه یافته اند. چنین ابزارهای پوشش داده شده می توانند از ترکیبات مختلفی از مواد پوشش (مانند فلز/فلز، فلز/سرامیک، سرامیک/سرامیک و غیره) برای برآوردن نیازهای عملکردی و عملکردی مختلف استفاده کنند. نانو پوشش‌های با طراحی مناسب می‌توانند باعث شوند که مواد ابزار دارای عملکردهای عالی کاهش اصطکاک و ضد سایش و خاصیت خود روان‌کاری باشند و آنها را برای برش خشک با سرعت بالا مناسب کند.

⑵ ویژگی های ابزار برش روکش دار

① عملکرد مکانیکی و برشی خوب: ابزارهای پوشش داده شده خواص عالی مواد پایه و مواد پوشش را ترکیب می کنند. آنها نه تنها چقرمگی خوب و استحکام بالای مواد پایه را حفظ می کنند، بلکه دارای سختی بالا، مقاومت در برابر سایش بالا و ضریب اصطکاک پایین هستند. بنابراین سرعت برش ابزارهای روکش دار را می توان بیش از 2 برابر ابزارهای بدون روکش افزایش داد و نرخ تغذیه بالاتر مجاز است. عمر ابزارهای پوشش داده شده نیز بهبود یافته است.

② تطبیق پذیری قوی: ابزارهای روکش دار تطبیق پذیری گسترده ای دارند و به طور قابل توجهی محدوده پردازش را گسترش می دهند. یک ابزار روکش دار می تواند جایگزین چندین ابزار بدون روکش شود.

③ ضخامت پوشش: با افزایش ضخامت پوشش، عمر ابزار نیز افزایش می یابد، اما زمانی که ضخامت پوشش به حد اشباع برسد، عمر ابزار دیگر به میزان قابل توجهی افزایش نمی یابد. هنگامی که پوشش بیش از حد ضخیم باشد، به راحتی باعث لایه برداری می شود. هنگامی که پوشش بیش از حد نازک است، مقاومت در برابر سایش ضعیف خواهد بود.

④ قابلیت سنگ زنی مجدد: تیغه های روکش دار قابلیت سنگ زنی مجدد ضعیف، تجهیزات پوشش پیچیده، نیازهای فرآیند بالا و زمان پوشش طولانی دارند.

⑤ مواد پوشش: ابزارهایی با مواد پوششی مختلف عملکرد برش متفاوتی دارند. به عنوان مثال: هنگام برش با سرعت کم، پوشش TiC مزایایی دارد. هنگام برش با سرعت بالا، TiN مناسب تر است.

⑶کاربرد ابزارهای برش روکش دار

ابزارهای روکش دار پتانسیل بالایی در زمینه ماشینکاری CNC دارند و در آینده مهمترین تنوع ابزار در زمینه ماشینکاری CNC خواهند بود. فناوری پوشش در آسیاب‌های انتهایی، ریمورها، مته‌ها، ابزارهای پردازش سوراخ کامپوزیت، اجاق‌های چرخ دنده، برش‌های شکل‌دهنده چرخ دنده، برش‌های تراشیدن چرخ دنده، برش‌های شکل‌دهی و درج‌های مختلف قابل نمایه‌سازی با گیره ماشینی اعمال شده است تا نیازهای مختلف پردازش برش با سرعت بالا را برآورده کند. نیاز به موادی مانند فولاد و چدن، آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و فلزات غیر آهنی.

5. مواد کاربید ابزار

ابزارهای برش کاربید، به ویژه ابزارهای برش کاربید شاخص، محصولات پیشرو در ابزارهای ماشینکاری CNC هستند. از دهه 1980، انواع مختلف ابزارهای برش کاربید یکپارچه و قابل نمایه سازی به انواع مختلف گسترش یافته است. انواع زمینه های ابزار برش که در آن ابزارهای کاربید قابل نمایش از ابزارهای تراشکاری ساده و برش های فرز چهره به میدان های ابزار دقیق، پیچیده و شکل دهی مختلف گسترش یافته اند.

⑴ انواع ابزار برش کاربید

با توجه به ترکیب شیمیایی اصلی، کاربید سیمانی را می توان به کاربید سیمانی مبتنی بر کاربید تنگستن و کاربید سیمانی مبتنی بر کربن تیتانیوم (نیترید) (TiC(N)) تقسیم کرد.

کاربید سیمانی مبتنی بر کاربید تنگستن شامل سه نوع است: کبالت تنگستن (YG)، تنگستن کبالت تیتانیوم (YT) و کاربید نادر اضافه شده (YW). هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. اجزای اصلی کاربید تنگستن (WC) و کاربید تیتانیوم هستند. (TiC)، کاربید تانتالم (TaC)، کاربید نیوبیم (NbC) و غیره فاز اتصال فلزی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد Co.

کاربید سیمانی مبتنی بر کربن (نیترید) تیتانیوم یک کاربید سیمانی با TiC به عنوان جزء اصلی است (برخی کاربیدها یا نیتریدهای دیگر اضافه می کنند). فازهای اتصال فلزی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند مو و نیکل هستند.

ISO (سازمان بین المللی استاندارد) کاربید برش را به سه دسته تقسیم می کند:

کلاس K، از جمله Kl0 ~ K40، معادل کلاس YG کشور من است (جزء اصلی WC.Co است).

دسته P، از جمله P01 ~ P50، معادل دسته YT کشور من است (جزء اصلی WC.TiC.Co است).

کلاس M، از جمله M10~M40، معادل کلاس YW کشور من است (جزء اصلی WC-TiC-TaC(NbC)-Co است).

هر گرید نشان دهنده مجموعه ای از آلیاژها از سختی بالا تا حداکثر چقرمگی با عددی بین 01 تا 50 است.

⑵ ویژگی های عملکرد ابزارهای برش کاربید

① سختی بالا: ابزارهای برش کاربید از کاربیدهایی با سختی و نقطه ذوب بالا (به نام فاز سخت) و چسب های فلزی (به نام فاز پیوند) از طریق متالورژی پودر، با سختی 89 تا 93HRA ساخته می شوند. ، بسیار بالاتر از فولاد پرسرعت. در دمای 5400 درجه سانتیگراد، سختی هنوز می تواند به 82 ~ 87 HRA برسد، که همان سختی فولاد پرسرعت در دمای اتاق (83 ~ 86 HRA) است. مقدار سختی کاربید سیمانی با ماهیت، کمیت، اندازه ذرات کاربیدها و محتوای فاز پیوند فلز تغییر می‌کند و به طور کلی با افزایش محتوای فاز فلزی پیوند کاهش می‌یابد. هنگامی که محتوای فاز بایندر یکسان است، سختی آلیاژهای YT بیشتر از آلیاژهای YG است و آلیاژهای اضافه شده با TaC (NbC) دارای سختی دمای بالا بالاتری هستند.

② استحکام خمشی و چقرمگی: استحکام خمشی کاربید سیمانی رایج در محدوده 900 تا 1500 مگاپاسکال است. هر چه مقدار فاز بایندر فلزی بیشتر باشد، استحکام خمشی بیشتر است. هنگامی که محتوای چسب یکسان باشد، استحکام آلیاژ نوع YG (WC-Co) بیشتر از آلیاژ YT (WC-TiC-Co) است و با افزایش محتوای TiC، استحکام کاهش می یابد. کاربید سیمانی یک ماده شکننده است و چقرمگی ضربه آن در دمای اتاق تنها 1/30 تا 1/8 فولاد پرسرعت است.

⑶ استفاده از ابزارهای برش کاربید معمولی

آلیاژهای YG عمدتا برای پردازش چدن، فلزات غیر آهنی و مواد غیر فلزی استفاده می شود. کاربید سیمانی دانه ریز (مانند YG3X، YG6X) نسبت به کاربید دانه متوسط ​​با محتوای کبالت یکسان، سختی و مقاومت در برابر سایش بالاتری دارد. برای پردازش برخی از چدن سخت ویژه، فولاد ضد زنگ آستنیتی، آلیاژ مقاوم در برابر حرارت، آلیاژ تیتانیوم، برنز سخت و مواد عایق مقاوم در برابر سایش و غیره مناسب است.

مزایای برجسته کاربید سیمانی نوع YT سختی بالا، مقاومت حرارتی خوب، سختی و مقاومت فشاری بالاتر در دماهای بالا نسبت به نوع YG و مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب است. بنابراین، زمانی که چاقو نیاز به مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر سایش بالاتری داشته باشد، باید درجه ای با محتوای TiC بالاتر انتخاب شود. آلیاژهای YT برای پردازش مواد پلاستیکی مانند فولاد مناسب هستند، اما برای پردازش آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای سیلیکون-آلومینیوم مناسب نیستند.

آلیاژ YW دارای خواص آلیاژهای YG و YT است و خواص جامع خوبی دارد. می توان از آن برای پردازش فولاد، چدن و ​​فلزات غیر آهنی استفاده کرد. اگر مقدار کبالت این نوع آلیاژ به طور مناسب افزایش یابد، استحکام می تواند بسیار بالا باشد و می توان از آن برای ماشینکاری خشن و برش قطعی مواد مختلف سخت در ماشین استفاده کرد.

6. ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا

فولاد با سرعت بالا (HSS) یک فولاد ابزار با آلیاژ بالا است که عناصر آلیاژی بیشتری مانند W، Mo، Cr و V را اضافه می کند. ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا از نظر استحکام، چقرمگی و پردازش پذیری عملکرد جامع عالی دارند. در ابزارهای برش پیچیده، به ویژه آنهایی که شکل تیغه های پیچیده ای دارند مانند ابزارهای سوراخ کاری، فرز برش، ابزار رزوه زنی، ابزار برش، ابزار برش دنده و غیره، همچنان از فولاد پرسرعت استفاده می شود. موقعیت غالب را اشغال کند. چاقوهای فولادی با سرعت بالا برای ایجاد لبه های برش تیز به راحتی تیز می شوند.

با توجه به کاربردهای مختلف، فولاد پرسرعت را می توان به فولاد پرسرعت همه منظوره و فولاد پرسرعت با کارایی بالا تقسیم کرد.

⑴ ابزارهای برش فولادی همه منظوره با سرعت بالا

فولاد پر سرعت همه منظوره به طور کلی می توان آن را به دو دسته تقسیم کرد: فولاد تنگستن و فولاد تنگستن-مولیبدن. این نوع فولاد پرسرعت حاوی 0.7% تا 0.9% (C) است. با توجه به محتوای مختلف تنگستن در فولاد، می توان آن را به فولاد تنگستن با محتوای W 12٪ یا 18٪، فولاد تنگستن-مولیبدن با محتوای W 6٪ یا 8٪ و فولاد مولیبدن با محتوای W تقسیم کرد. 2٪ یا بدون W. . فولاد پرسرعت همه منظوره دارای سختی معین (63-66HRC) و مقاومت در برابر سایش، استحکام و چقرمگی بالا، انعطاف پذیری خوب و فناوری پردازش است، بنابراین به طور گسترده در ساخت ابزارهای پیچیده مختلف استفاده می شود.

① فولاد تنگستن: درجه معمولی فولاد تنگستن فولادی همه منظوره با سرعت بالا W18Cr4V است (به آن W18 می گویند). عملکرد کلی خوبی دارد. سختی دمای بالا در دمای 6000C 48.5HRC است و می توان از آن برای ساخت ابزارهای پیچیده مختلف استفاده کرد. دارای مزایای آسیاب پذیری خوب و حساسیت کم کربن زدایی است، اما به دلیل محتوای کاربید بالا، توزیع ناهموار، ذرات بزرگ و استحکام و چقرمگی کم.

② فولاد تنگستن-مولیبدن: به فولادی با سرعت بالا اشاره دارد که با جایگزینی بخشی از تنگستن در فولاد تنگستن با مولیبدن بدست می آید. عیار معمول فولاد تنگستن-مولیبدن W6Mo5Cr4V2 است (به آن M2 گفته می شود). ذرات کاربید M2 ریز و یکنواخت هستند و استحکام، چقرمگی و انعطاف پذیری در دمای بالا بهتر از W18Cr4V است. نوع دیگری از فولاد تنگستن-مولیبدن W9Mo3Cr4V (به اختصار W9) است. پایداری حرارتی آن کمی بالاتر از فولاد M2 است، استحکام خمشی و چقرمگی آن بهتر از W6M05Cr4V2 است و قابلیت پردازش خوبی دارد.

⑵ ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا

فولاد پرسرعت با کارایی بالا به نوعی فولاد جدید اطلاق می شود که مقداری کربن، محتوای وانادیوم و عناصر آلیاژی مانند Co و Al را به ترکیب فولاد پرسرعت همه منظوره اضافه می کند و در نتیجه مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد. . به طور عمده دسته بندی های زیر وجود دارد:

① فولاد پر کربن با سرعت بالا. فولاد پرسرعت با کربن بالا (مانند 95W18Cr4V) دارای سختی بالایی در دمای اتاق و دمای بالا است. این برای تولید و پردازش فولاد و چدن معمولی، مته‌ها، ریمرها، شیرها و فرزها با نیازهای مقاومت در برابر سایش بالا یا ابزارهایی برای پردازش مواد سخت‌تر مناسب است. برای تحمل ضربه های بزرگ مناسب نیست.

② فولاد با سرعت بالا وانادیوم بالا. گریدهای معمولی، مانند W12Cr4V4Mo، (به عنوان EV4 نامیده می شود)، محتوای V به 3٪ تا 5٪ افزایش یافته است، مقاومت در برابر سایش خوبی دارند، و برای برش موادی که باعث سایش ابزار عالی می شوند، مانند الیاف، لاستیک سخت، پلاستیک مناسب هستند. و غیره، و همچنین می تواند برای پردازش موادی مانند فولاد ضد زنگ، فولاد با مقاومت بالا و آلیاژهای با دمای بالا استفاده شود.

③ فولاد کبالت با سرعت بالا. این یک فولاد پرسرعت فوق سخت حاوی کبالت است. گریدهای معمولی، مانند W2Mo9Cr4VCo8، (به عنوان M42 نامیده می شود)، سختی بسیار بالایی دارند. سختی آن می تواند به 69-70HRC برسد. برای پردازش فولادهای با مقاومت بالا در برابر حرارت، آلیاژهای با دمای بالا، آلیاژهای تیتانیوم و غیره مناسب است. برای کار در شرایط برش ضربه ای.

④ فولاد با سرعت بالا آلومینیومی. این یک فولاد پرسرعت فوق العاده سخت حاوی آلومینیوم است. نمرات معمولی، به عنوان مثال، W6Mo5Cr4V2Al، (به عنوان 501 نامیده می شود). سختی دمای بالا در 6000 درجه سانتیگراد نیز به 54HRC می رسد. عملکرد برش معادل M42 است. این برای ساخت فرز، مته، ریمر، برش دنده، و برش مناسب است. و غیره، برای پردازش موادی مانند فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ، فولاد با مقاومت بالا و آلیاژهای با دمای بالا استفاده می شود.

⑤ فولاد پرسرعت فوق سخت نیتروژن. گریدهای معمولی مانند W12M03Cr4V3N که به آن (V3N) گفته می شود، فولادهای پرسرعت فوق سخت حاوی نیتروژن هستند. سختی، استحکام و چقرمگی معادل M42 است. آنها را می توان به عنوان جایگزینی برای فولادهای پرسرعت حاوی کبالت استفاده کرد و برای برش با سرعت کم موادی که ماشین کاری مشکل دارند و فولادهای کم سرعت و با دقت بالا استفاده می شود. پردازش

⑶ ذوب فولاد با سرعت بالا و فولاد متالورژی پودری با سرعت بالا

با توجه به فرآیندهای مختلف تولید، فولاد پرسرعت را می توان به ذوب فولاد با سرعت بالا و فولاد متالورژی پودری با سرعت بالا تقسیم کرد.

① ذوب فولاد پرسرعت: هر دو فولاد پرسرعت معمولی و فولاد پرسرعت با کارایی بالا با روش های ذوب ساخته می شوند. آنها از طریق فرآیندهایی مانند ذوب، ریخته گری شمش و آبکاری و نورد به چاقو تبدیل می شوند. یک مشکل جدی که به راحتی هنگام ذوب فولاد با سرعت بالا رخ می دهد جداسازی کاربید است. کاربیدهای سخت و شکننده به طور نابرابر در فولاد پرسرعت توزیع می‌شوند و دانه‌ها درشت هستند (تا ده‌ها میکرون)، که بر مقاومت سایش و چقرمگی ابزارهای فولادی با سرعت بالا تأثیر می‌گذارد. و بر عملکرد برش تأثیر منفی می گذارد.

② فولاد سریع متالورژی پودر (PM HSS): فولاد متالورژی پودری با سرعت بالا (PM HSS) یک فولاد مایع است که در یک کوره القایی با فرکانس بالا ذوب می شود، با آرگون فشار بالا یا نیتروژن خالص اتمیزه می شود و سپس برای به دست آوردن خاموش می شود. کریستال های ریز و یکنواخت ساختار (پودر فولاد پرسرعت) را بسازید و سپس پودر به دست آمده را در دمای بالا و فشار بالا به شکل چاقویی فشار دهید یا ابتدا یک شمش فولادی بسازید و سپس فورج کرده و به شکل چاقو بغلتانید. در مقایسه با فولاد پرسرعت تولید شده به روش ذوب، PM HSS دارای مزایایی است که دانه های کاربید ریز و یکنواخت هستند و استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش در مقایسه با فولاد پرسرعت ذوب شده بسیار بهبود یافته است. در زمینه ابزارهای پیچیده CNC، ابزارهای PM HSS بیشتر توسعه یافته و جایگاه مهمی را اشغال خواهند کرد. گریدهای معمولی مانند F15، FR71، GFl، GF2، GF3، PT1، PVN، و غیره را می توان برای ساخت ابزارهای برش با اندازه بزرگ، با بار سنگین و ضربه بالا و همچنین ابزارهای برش دقیق استفاده کرد.

اصول انتخاب مواد ابزار CNC

در حال حاضر مواد پرکاربرد ابزار CNC عمدتاً شامل ابزارهای الماسی، ابزارهای نیترید بور مکعبی، ابزارهای سرامیکی، ابزارهای پوشش داده شده، ابزارهای کاربید، ابزارهای فولادی پرسرعت و غیره است. مواد ابزار درجات زیادی وجود دارد و خواص آنها بسیار متفاوت است. جدول زیر شاخص های اصلی عملکرد مواد مختلف ابزار را نشان می دهد.

مواد ابزار برای ماشینکاری CNC باید با توجه به قطعه کار در حال پردازش و ماهیت پردازش انتخاب شوند. انتخاب مواد ابزار باید به طور منطقی با هدف پردازش مطابقت داشته باشد. تطبیق مواد ابزار برش و اشیاء پردازش عمدتاً به تطبیق خواص مکانیکی، خواص فیزیکی و خواص شیمیایی این دو برای به دست آوردن طولانی ترین عمر ابزار و حداکثر بهره وری برش اشاره دارد.

1. تطبیق خواص مکانیکی مواد ابزار برش و اشیاء پردازش

مشکل تطبیق خواص مکانیکی ابزار برش و شیء پردازش عمدتاً به تطابق پارامترهای خواص مکانیکی مانند استحکام، چقرمگی و سختی ابزار و مواد قطعه کار اشاره دارد. مواد ابزار با خواص مکانیکی متفاوت برای پردازش مواد مختلف قطعه کار مناسب هستند.

① ترتیب سختی مواد ابزار عبارت است از: ابزار الماس> ابزار نیترید بور مکعبی> ابزار سرامیک> کاربید تنگستن> فولاد پر سرعت.

② ترتیب مقاومت خمشی مواد ابزار عبارت است از: فولاد پرسرعت > کاربید سیمانی > ابزار سرامیکی > ابزارهای الماس و نیترید بور مکعبی.

③ ترتیب چقرمگی مواد ابزار عبارت است از: فولاد پرسرعت> کاربید تنگستن> نیترید بور مکعبی، الماس و ابزار سرامیکی.

مواد قطعه کار با سختی بالا باید با ابزارهایی با سختی بالاتر پردازش شوند. سختی مواد ابزار باید بیشتر از سختی مواد قطعه کار باشد که معمولاً باید بالای 60HRC باشد. هرچه سختی مواد ابزار بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر سایش بهتر است. به عنوان مثال، هنگامی که محتوای کبالت در کاربید سیمانی افزایش می‌یابد، استحکام و چقرمگی آن افزایش می‌یابد و سختی آن کاهش می‌یابد و آن را برای ماشینکاری خشن مناسب می‌کند. هنگامی که میزان کبالت کاهش می یابد، سختی و مقاومت در برابر سایش افزایش می یابد و آن را برای تکمیل مناسب می کند.

ابزارهایی با خواص مکانیکی عالی در دمای بالا به ویژه برای برش با سرعت بالا مناسب هستند. عملکرد عالی ابزارهای برش سرامیکی در دمای بالا آنها را قادر می سازد تا با سرعت بالا برش دهند و سرعت برش مجاز می تواند 2 تا 10 برابر بیشتر از کاربید سیمانی باشد.

2. تطبیق خواص فیزیکی مواد ابزار برش با جسم ماشینکاری شده

ابزارهایی با خواص فیزیکی متفاوت مانند ابزارهای فولادی پرسرعت با رسانایی حرارتی بالا و نقطه ذوب پایین، ابزار سرامیکی با نقطه ذوب بالا و انبساط حرارتی کم، ابزارهای الماسی با رسانایی حرارتی بالا و انبساط حرارتی کم و غیره مناسب هستند. پردازش مواد مختلف قطعه کار هنگام پردازش قطعات کار با رسانایی حرارتی ضعیف، باید از مواد ابزار با هدایت حرارتی بهتر استفاده شود تا گرمای برش به سرعت به بیرون منتقل شود و دمای برش کاهش یابد. الماس به دلیل رسانایی حرارتی بالا و انتشار حرارتی، می تواند به راحتی گرمای برش را بدون ایجاد تغییر شکل حرارتی زیاد، از بین ببرد، که به ویژه برای ابزارهای ماشینکاری دقیق که به دقت ابعادی بالایی نیاز دارند، مهم است.

① دمای مقاومت در برابر حرارت مواد مختلف ابزار: ابزارهای الماس 700 ~ 8000 درجه سانتیگراد ، ابزارهای PCBN 13000 ~ 15000 درجه سانتیگراد ، ابزارهای سرامیکی 1100 ~ 12000 درجه سانتیگراد هستند ، کاربید سیمانی مبتنی بر TiC (N) 900 ~ 11000 درجه سانتیگراد ultrafin است ، کاربید دانه 800 ~ 9000 درجه سانتیگراد ، HSS 600 ~ 7000 درجه سانتیگراد است.

② ترتیب هدایت حرارتی مواد مختلف ابزار: PCD>PCBN>کاربید سیمانی مبتنی بر WC>کاربید سیمانی مبتنی بر TiC(N)>HSS>سرامیک های مبتنی بر Si3N4>سرامیک های مبتنی بر A1203.

③ ترتیب ضرایب انبساط حرارتی مواد مختلف ابزار عبارت است از: HSS>کاربید سیمانی مبتنی بر WC>TiC(N)>سرامیک مبتنی بر A1203>PCBN>سرامیک مبتنی بر Si3N4>PCD.

④ ترتیب مقاومت در برابر شوک حرارتی مواد مختلف ابزار عبارت است از: HSS>کاربید سیمانی مبتنی بر WC>سرامیک مبتنی بر Si3N4>PCBN>PCD>کاربید سیمانی مبتنی بر TiC(N)>سرامیک مبتنی بر A1203.

3. تطبیق خواص شیمیایی مواد ابزار برش با جسم ماشینکاری شده

مشکل تطبیق خواص شیمیایی مواد ابزار برش و اشیاء پردازش عمدتاً به تطابق پارامترهای عملکرد شیمیایی مانند میل ترکیبی شیمیایی، واکنش شیمیایی، انتشار و انحلال مواد ابزار و مواد قطعه کار اشاره دارد. ابزارهایی با مواد مختلف برای پردازش مواد مختلف قطعه کار مناسب هستند.

① مقاومت دمای اتصال مواد مختلف ابزار (با فولاد) عبارت است از: PCBN>سرامیک>کاربید تنگستن>HSS.

② دمای مقاومت در برابر اکسیداسیون مواد مختلف ابزار عبارت است از: سرامیک>PCBN>کاربید تنگستن>الماس>HSS.

③ قدرت انتشار مواد ابزار (برای فولاد) عبارت است از: الماس> سرامیک مبتنی بر Si3N4> سرامیک مبتنی بر PCBN>A1203. شدت انتشار (برای تیتانیوم) عبارت است از: سرامیک مبتنی بر A1203>PCBN>SiC>Si3N4>الماس.

4. انتخاب معقول مواد ابزار CNC

به طور کلی، PCBN، ابزار سرامیکی، کاربید پوشش داده شده و ابزار کاربید مبتنی بر TiCN برای پردازش CNC فلزات آهنی مانند فولاد مناسب هستند. در حالی که ابزارهای PCD برای مواد فلزی غیرآهنی مانند Al، Mg، Cu و آلیاژهای آنها و پردازش مواد غیر فلزی مناسب هستند. جدول زیر برخی از مواد قطعه کار را که مواد ابزار فوق برای پردازش مناسب هستند فهرست می کند.

ابزار CNC شینفا دارای ویژگی های کیفیت خوب و قیمت پایین می باشد. برای جزئیات لطفاً به آدرس زیر مراجعه کنید:

تولیدکنندگان ابزارهای CNC – کارخانه و تامین کنندگان ابزارهای CNC چین (xinfatools.com)