Um bom cavalo precisa de uma boa sela e usa equipamentos avançados de usinagem CNC. Se forem utilizadas as ferramentas erradas, será inútil! A seleção do material da ferramenta apropriado tem um grande impacto na vida útil da ferramenta, na eficiência do processamento, na qualidade do processamento e no custo do processamento. Este artigo fornece informações úteis sobre o conhecimento da faca, colete-o e encaminhe-o, vamos aprender juntos.
Os materiais das ferramentas devem ter propriedades básicas
A seleção dos materiais da ferramenta tem um grande impacto na vida útil da ferramenta, na eficiência do processamento, na qualidade do processamento e no custo do processamento. As ferramentas devem suportar alta pressão, alta temperatura, fricção, impacto e vibração durante o corte. Portanto, os materiais das ferramentas devem ter as seguintes propriedades básicas:
(1) Dureza e resistência ao desgaste. A dureza do material da ferramenta deve ser superior à dureza do material da peça, que geralmente deve ser superior a 60HRC. Quanto maior for a dureza do material da ferramenta, melhor será a resistência ao desgaste.
(2) Força e tenacidade. Os materiais da ferramenta devem ter alta resistência e tenacidade para suportar forças de corte, impacto e vibração, e evitar fraturas frágeis e lascamento da ferramenta.
(3) Resistência ao calor. O material da ferramenta tem boa resistência ao calor, pode suportar altas temperaturas de corte e tem boa resistência à oxidação.
(4) Desempenho e economia do processo. Os materiais das ferramentas devem ter bom desempenho de forjamento, desempenho de tratamento térmico e desempenho de soldagem; desempenho de moagem, etc., e deve buscar uma alta relação desempenho-preço.
Tipos, propriedades, características e aplicações de materiais de ferramentas
1. Materiais para ferramentas diamantadas
O diamante é um alótropo do carbono e é o material mais duro encontrado na natureza. As ferramentas de corte diamantadas possuem alta dureza, alta resistência ao desgaste e alta condutividade térmica, e são amplamente utilizadas no processamento de metais não ferrosos e materiais não metálicos. Especialmente no corte em alta velocidade de alumínio e ligas de silício-alumínio, as ferramentas diamantadas são o principal tipo de ferramenta de corte difícil de substituir. Ferramentas diamantadas que podem atingir alta eficiência, alta estabilidade e longa vida útil são ferramentas indispensáveis e importantes na usinagem CNC moderna.
⑴ Tipos de ferramentas diamantadas
① Ferramentas diamantadas naturais: Os diamantes naturais têm sido usados como ferramentas de corte há centenas de anos. As ferramentas de diamante de cristal único natural foram finamente retificadas para tornar a ponta extremamente afiada. O raio da aresta de corte pode atingir 0,002 μm, o que pode atingir um corte ultrafino. Ele pode processar peças com precisão extremamente alta e rugosidade superficial extremamente baixa. É uma ferramenta de usinagem de ultraprecisão reconhecida, ideal e insubstituível.
② Ferramentas de corte de diamante PCD: Os diamantes naturais são caros. O diamante mais utilizado no processamento de corte é o diamante policristalino (PCD). Desde o início da década de 1970, o diamante policristalino (diamante Polycrystauine, conhecido como lâminas de PCD) preparado usando tecnologia de síntese de alta temperatura e alta pressão foi desenvolvido. Após seu sucesso, as ferramentas de corte de diamante natural foram substituídas por diamante policristalino artificial em muitas ocasiões. As matérias-primas de PCD são ricas em fontes e seu preço é de apenas alguns a um décimo do preço do diamante natural. As ferramentas de corte PCD não podem ser retificadas para produzir ferramentas de corte extremamente afiadas. A qualidade da superfície da aresta de corte e da peça processada não é tão boa quanto a do diamante natural. Ainda não é conveniente fabricar lâminas de PCD com quebra-cavacos na indústria. Portanto, o PCD só pode ser usado para corte de precisão de metais não ferrosos e não metálicos, e é difícil obter corte de altíssima precisão. Corte de espelho de precisão.
③ Ferramentas de corte de diamante CVD: Desde o final da década de 1970 até o início da década de 1980, a tecnologia de diamante CVD apareceu no Japão. Diamante CVD refere-se ao uso de deposição química de vapor (CVD) para sintetizar um filme de diamante em uma matriz heterogênea (como metal duro, cerâmica, etc.). O diamante CVD tem exatamente a mesma estrutura e características do diamante natural. O desempenho do diamante CVD é muito próximo do diamante natural. Tem as vantagens do diamante de cristal único natural e do diamante policristalino (PCD) e supera suas deficiências até certo ponto.
⑵ Características de desempenho de ferramentas diamantadas
① Dureza e resistência ao desgaste extremamente altas: O diamante natural é a substância mais dura encontrada na natureza. O diamante tem uma resistência ao desgaste extremamente alta. Ao processar materiais de alta dureza, a vida útil das ferramentas diamantadas é de 10 a 100 vezes maior que a das ferramentas de metal duro, ou mesmo centenas de vezes.
② Possui um coeficiente de atrito muito baixo: O coeficiente de atrito entre o diamante e alguns metais não ferrosos é menor do que outras ferramentas de corte. O coeficiente de atrito é baixo, a deformação durante o processamento é pequena e a força de corte pode ser reduzida.
③ A aresta de corte é muito afiada: A aresta de corte da ferramenta diamantada pode ser retificada muito afiada. A ferramenta de diamante de cristal único natural pode atingir 0,002 ~ 0,008 μm, o que pode realizar corte ultrafino e processamento de ultraprecisão.
④ Alta condutividade térmica: O diamante possui alta condutividade térmica e difusividade térmica, de modo que o calor de corte é facilmente dissipado e a temperatura da parte de corte da ferramenta é baixa.
⑤ Tem um coeficiente de expansão térmica mais baixo: O coeficiente de expansão térmica do diamante é várias vezes menor que o do metal duro, e a mudança no tamanho da ferramenta causada pelo calor de corte é muito pequena, o que é particularmente importante para usinagem de precisão e ultraprecisão que requer alta precisão dimensional.
⑶ Aplicação de ferramentas diamantadas
As ferramentas diamantadas são usadas principalmente para corte fino e mandrilamento de metais não ferrosos e materiais não metálicos em altas velocidades. Adequado para processar vários não-metais resistentes ao desgaste, como peças em bruto de metalurgia do pó de fibra de vidro, materiais cerâmicos, etc.; vários metais não ferrosos resistentes ao desgaste, como várias ligas de silício-alumínio; e processamento de acabamento de diversos metais não ferrosos.
A desvantagem das ferramentas diamantadas é que elas apresentam baixa estabilidade térmica. Quando a temperatura de corte excede 700℃~800℃, eles perderão completamente a dureza. Além disso, não são adequados para cortar metais ferrosos porque o diamante (carbono) reage facilmente com o ferro em altas temperaturas. A ação atômica converte átomos de carbono em estrutura de grafite e a ferramenta é facilmente danificada.
2. Material de ferramenta de nitreto cúbico de boro
O nitreto cúbico de boro (CBN), o segundo material superduro sintetizado usando um método semelhante ao de fabricação do diamante, perde apenas para o diamante em termos de dureza e condutividade térmica. Possui excelente estabilidade térmica e pode ser aquecido até 10.000°C na atmosfera. Nenhuma oxidação ocorre. O CBN possui propriedades químicas extremamente estáveis para metais ferrosos e pode ser amplamente utilizado no processamento de produtos siderúrgicos.
⑴ Tipos de ferramentas de corte de nitreto cúbico de boro
O nitreto cúbico de boro (CBN) é uma substância que não existe na natureza. É dividido em monocristalino e policristalino, nomeadamente CBN monocristalino e nitreto cúbico de boro policristalino (bornitreto cúbico policristalino, PCBN para abreviar). O CBN é um dos alótropos do nitreto de boro (BN) e possui estrutura semelhante à do diamante.
PCBN (nitreto cúbico de boro policristalino) é um material policristalino no qual materiais finos de CBN são sinterizados através de fases de ligação (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) sob alta temperatura e pressão. Atualmente é o segundo material sintetizado artificialmente mais duro. O material da ferramenta diamantada, junto com o diamante, é chamado coletivamente de material da ferramenta superduro. O PCBN é usado principalmente para fazer facas ou outras ferramentas.
As ferramentas de corte de PCBN podem ser divididas em lâminas de PCBN sólidas e lâminas compostas de PCBN sinterizadas com metal duro.
As lâminas compostas de PCBN são feitas pela sinterização de uma camada de PCBN com espessura de 0,5 a 1,0 mm em um metal duro com boa resistência e tenacidade. Seu desempenho combina boa tenacidade com alta dureza e resistência ao desgaste. Resolve os problemas de baixa resistência à flexão e difícil soldagem de lâminas de CBN.
⑵ Principais propriedades e características do nitreto cúbico de boro
Embora a dureza do nitreto cúbico de boro seja ligeiramente inferior à do diamante, é muito superior à de outros materiais de alta dureza. A grande vantagem do CBN é que a sua estabilidade térmica é muito superior à do diamante, atingindo temperaturas superiores a 1200°C (o diamante é de 700-800°C). Outra vantagem notável é que é quimicamente inerte e não reage com o ferro a 1200-1300°C. reação. As principais características de desempenho do nitreto cúbico de boro são as seguintes.
① Alta dureza e resistência ao desgaste: a estrutura do cristal CBN é semelhante à do diamante e possui dureza e resistência semelhantes às do diamante. O PCBN é particularmente adequado para processar materiais de alta dureza que antes só podiam ser retificados e pode obter melhor qualidade superficial da peça.
② Alta estabilidade térmica: A resistência ao calor do CBN pode atingir 1400 ~ 1500 ℃, que é quase 1 vez maior que a resistência ao calor do diamante (700 ~ 800 ℃). As ferramentas PCBN podem cortar ligas de alta temperatura e aço endurecido em altas velocidades 3 a 5 vezes maiores do que as ferramentas de metal duro.
③ Excelente estabilidade química: Não tem interação química com materiais à base de ferro até 1200-1300°C e não se desgasta tão acentuadamente quanto o diamante. Neste momento, ainda pode manter a dureza do metal duro; As ferramentas PCBN são adequadas para cortar peças de aço temperado e ferro fundido resfriado, podendo ser amplamente utilizadas no corte de alta velocidade de ferro fundido.
④ Boa condutividade térmica: Embora a condutividade térmica do CBN não consiga acompanhar a do diamante, a condutividade térmica do PCBN entre vários materiais de ferramentas perde apenas para o diamante e é muito maior do que o aço rápido e o metal duro.
⑤ Tem um coeficiente de atrito mais baixo: Um coeficiente de atrito baixo pode levar a uma redução na força de corte durante o corte, uma redução na temperatura de corte e uma melhoria na qualidade da superfície usinada.
⑶ Aplicação de ferramentas de corte de nitreto cúbico de boro
O nitreto cúbico de boro é adequado para o acabamento de vários materiais difíceis de cortar, como aço temperado, ferro fundido duro, ligas de alta temperatura, metal duro e materiais de pulverização de superfície. A precisão do processamento pode atingir IT5 (o furo é IT6) e o valor da rugosidade da superfície pode ser tão pequeno quanto Ra1,25 ~ 0,20 μm.
O material da ferramenta de nitreto cúbico de boro tem baixa tenacidade e resistência à flexão. Portanto, as ferramentas de torneamento com nitreto cúbico de boro não são adequadas para usinagem de desbaste em baixas velocidades e altas cargas de impacto; ao mesmo tempo, eles não são adequados para cortar materiais com alta plasticidade (como ligas de alumínio, ligas de cobre, ligas à base de níquel, aços com alta plasticidade, etc.), porque o corte dessas arestas postiças graves ocorrerá durante o trabalho com metal, deteriorando a superfície usinada.
3. materiais cerâmicos para ferramentas
As ferramentas de corte de cerâmica têm características de alta dureza, boa resistência ao desgaste, excelente resistência ao calor e estabilidade química e não são fáceis de unir ao metal. As ferramentas cerâmicas desempenham um papel muito importante na usinagem CNC. As ferramentas cerâmicas tornaram-se uma das principais ferramentas para corte e processamento em alta velocidade de materiais difíceis de usinar. As ferramentas de corte de cerâmica são amplamente utilizadas em corte de alta velocidade, corte a seco, corte duro e corte de materiais difíceis de usinar. As ferramentas cerâmicas podem processar com eficiência materiais de alta dureza que as ferramentas tradicionais não conseguem processar, realizando “torneamento em vez de retificação”; a velocidade de corte ideal das ferramentas de cerâmica pode ser 2 a 10 vezes maior do que a das ferramentas de metal duro, melhorando muito a eficiência da produção de corte. ; As principais matérias-primas utilizadas nos materiais cerâmicos para ferramentas são os elementos mais abundantes na crosta terrestre. Portanto, a promoção e aplicação de ferramentas cerâmicas são de grande importância para melhorar a produtividade, reduzir custos de processamento e economizar metais preciosos estratégicos. Também promoverá grandemente o desenvolvimento da tecnologia de corte. progresso.
⑴ Tipos de materiais cerâmicos para ferramentas
Os tipos de materiais de ferramentas cerâmicas geralmente podem ser divididos em três categorias: cerâmica à base de alumina, cerâmica à base de nitreto de silício e cerâmica composta à base de nitreto de silício-alumina. Entre eles, os materiais cerâmicos para ferramentas à base de alumina e nitreto de silício são os mais amplamente utilizados. O desempenho da cerâmica à base de nitreto de silício é superior ao da cerâmica à base de alumina.
⑵ Desempenho e características das ferramentas de corte de cerâmica
① Alta dureza e boa resistência ao desgaste: Embora a dureza das ferramentas de corte de cerâmica não seja tão alta quanto PCD e PCBN, é muito maior que a das ferramentas de corte de metal duro e aço rápido, atingindo 93-95HRA. As ferramentas de corte de cerâmica podem processar materiais altamente duros que são difíceis de processar com ferramentas de corte tradicionais e são adequadas para corte em alta velocidade e corte duro.
② Resistência a altas temperaturas e boa resistência ao calor: As ferramentas de corte de cerâmica ainda podem cortar em altas temperaturas acima de 1200°C. As ferramentas de corte de cerâmica têm boas propriedades mecânicas em altas temperaturas. As ferramentas de corte de cerâmica A12O3 têm uma resistência à oxidação particularmente boa. Mesmo que a aresta de corte esteja em brasa, ela pode ser usada continuamente. Portanto, as ferramentas cerâmicas podem atingir o corte a seco, eliminando assim a necessidade de fluido de corte.
③ Boa estabilidade química: As ferramentas de corte de cerâmica não são fáceis de colar com metal, são resistentes à corrosão e têm boa estabilidade química, o que pode reduzir o desgaste de colagem das ferramentas de corte.
④ Baixo coeficiente de atrito: A afinidade entre as ferramentas cerâmicas e o metal é pequena e o coeficiente de atrito é baixo, o que pode reduzir a força de corte e a temperatura de corte.
⑶ Facas de cerâmica têm aplicações
A cerâmica é um dos materiais de ferramentas usados principalmente para acabamento e semiacabamento de alta velocidade. As ferramentas de corte de cerâmica são adequadas para cortar vários ferros fundidos (ferro fundido cinzento, ferro dúctil, ferro fundido maleável, ferro fundido resfriado, ferro fundido resistente ao desgaste de alta liga) e materiais de aço (aço estrutural de carbono, aço estrutural de liga, aço de alta resistência, aço com alto teor de manganês, aço temperado, etc.), também pode ser usado para cortar ligas de cobre, grafite, plásticos de engenharia e materiais compósitos.
As propriedades do material das ferramentas de corte cerâmicas apresentam problemas de baixa resistência à flexão e baixa tenacidade ao impacto, tornando-as inadequadas para corte em baixas velocidades e sob cargas de impacto.
4. Materiais de ferramentas revestidos
O revestimento de ferramentas de corte é uma das formas importantes de melhorar o desempenho da ferramenta. O surgimento de ferramentas revestidas trouxe um grande avanço no desempenho de corte das ferramentas de corte. As ferramentas revestidas são revestidas com uma ou mais camadas de compostos refratários com boa resistência ao desgaste no corpo da ferramenta e boa tenacidade. Combina a matriz da ferramenta com o revestimento duro, melhorando significativamente o desempenho da ferramenta. As ferramentas revestidas podem melhorar a eficiência do processamento, melhorar a precisão do processamento, prolongar a vida útil da ferramenta e reduzir os custos de processamento.
Cerca de 80% das ferramentas de corte utilizadas nas novas máquinas-ferramentas CNC utilizam ferramentas revestidas. As ferramentas revestidas serão a variedade de ferramentas mais importante na área de usinagem CNC no futuro.
⑴ Tipos de ferramentas revestidas
De acordo com diferentes métodos de revestimento, as ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas revestidas por deposição química de vapor (CVD) e ferramentas revestidas por deposição física de vapor (PVD). Ferramentas de corte de metal duro revestido geralmente usam método de deposição química de vapor e a temperatura de deposição é de cerca de 1000°C. Ferramentas de corte de aço rápido revestidas geralmente usam método de deposição física de vapor e a temperatura de deposição é de cerca de 500°C;
De acordo com os diferentes materiais de substrato das ferramentas revestidas, as ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas revestidas de metal duro, ferramentas revestidas de aço rápido e ferramentas revestidas em cerâmica e materiais superduros (diamante e nitreto cúbico de boro).
De acordo com as propriedades do material de revestimento, as ferramentas revestidas podem ser divididas em duas categorias, nomeadamente ferramentas revestidas “duras” e ferramentas revestidas “macias”. Os principais objetivos perseguidos pelas ferramentas com revestimento “duro” são alta dureza e resistência ao desgaste. Suas principais vantagens são alta dureza e boa resistência ao desgaste, normalmente revestimentos de TiC e TiN. O objetivo perseguido pelas ferramentas de revestimento “macias” é um baixo coeficiente de atrito, também conhecido como ferramentas autolubrificantes, cujo atrito com o material da peça O coeficiente é muito baixo, apenas cerca de 0,1, o que pode reduzir a adesão, reduzir o atrito e reduzir o corte força e temperatura de corte.
Ferramentas de corte de nanocoating (Nanoeoating) foram desenvolvidas recentemente. Essas ferramentas revestidas podem usar diferentes combinações de materiais de revestimento (como metal/metal, metal/cerâmica, cerâmica/cerâmica, etc.) para atender a diferentes requisitos funcionais e de desempenho. Nanorrevestimentos adequadamente projetados podem fazer com que os materiais das ferramentas tenham excelentes funções de redução de atrito e antidesgaste e propriedades autolubrificantes, tornando-os adequados para corte a seco em alta velocidade.
⑵ Características das ferramentas de corte revestidas
① Bom desempenho mecânico e de corte: As ferramentas revestidas combinam as excelentes propriedades do material de base e do material de revestimento. Eles não apenas mantêm a boa tenacidade e alta resistência do material de base, mas também possuem alta dureza, alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito. Portanto, a velocidade de corte das ferramentas revestidas pode ser aumentada em mais de 2 vezes do que a das ferramentas não revestidas, e são permitidas taxas de avanço mais altas. A vida útil das ferramentas revestidas também é melhorada.
② Forte versatilidade: As ferramentas revestidas têm ampla versatilidade e expandem significativamente a faixa de processamento. Uma ferramenta revestida pode substituir diversas ferramentas não revestidas.
③ Espessura do revestimento: À medida que a espessura do revestimento aumenta, a vida útil da ferramenta também aumentará, mas quando a espessura do revestimento atingir a saturação, a vida útil da ferramenta não aumentará mais significativamente. Quando o revestimento é muito espesso, pode facilmente causar descamação; quando o revestimento é muito fino, a resistência ao desgaste será baixa.
④ Reafiação: As lâminas revestidas têm baixa reafiação, equipamentos de revestimento complexos, altos requisitos de processo e longo tempo de revestimento.
⑤ Material de revestimento: Ferramentas com diferentes materiais de revestimento têm diferentes desempenhos de corte. Por exemplo: ao cortar em baixa velocidade, o revestimento TiC apresenta vantagens; ao cortar em alta velocidade, o TiN é mais adequado.
⑶Aplicação de ferramentas de corte revestidas
As ferramentas revestidas têm grande potencial na área de usinagem CNC e serão a variedade de ferramentas mais importante na área de usinagem CNC no futuro. A tecnologia de revestimento tem sido aplicada a fresas de topo, alargadores, brocas, ferramentas de processamento de furos compostos, fresas de engrenagens, cortadores modeladores de engrenagens, cortadores de corte de engrenagens, broches de formação e várias pastilhas intercambiáveis fixadas à máquina para atender a vários requisitos de processamento de corte em alta velocidade. As necessidades de materiais como aço e ferro fundido, ligas resistentes ao calor e metais não ferrosos.
5. Materiais para ferramentas de metal duro
Ferramentas de corte de metal duro, especialmente ferramentas de corte de metal duro intercambiáveis, são os principais produtos de ferramentas de usinagem CNC. Desde a década de 1980, as variedades de diversas ferramentas ou pastilhas de metal duro integrais e intercambiáveis foram expandidas para vários tipos. Uma variedade de campos de ferramentas de corte, nos quais as ferramentas de metal duro intercambiáveis se expandiram de simples ferramentas de torneamento e fresas de facear para vários campos de ferramentas de precisão, complexas e de conformação.
⑴ Tipos de ferramentas de corte de metal duro
De acordo com a composição química principal, o metal duro pode ser dividido em metal duro à base de carboneto de tungstênio e metal duro à base de carbono de titânio (nitreto) (TiC (N)).
O metal duro à base de carboneto de tungstênio inclui três tipos: cobalto de tungstênio (YG), titânio de cobalto de tungstênio (YT) e carboneto raro adicionado (YW). Cada um tem suas próprias vantagens e desvantagens. Os principais componentes são carboneto de tungstênio (WC) e carboneto de titânio. (TiC), carboneto de tântalo (TaC), carboneto de nióbio (NbC), etc. A fase de ligação metálica comumente usada é Co.
O metal duro à base de titânio e carbono (nitreto) é um metal duro com TiC como componente principal (alguns adicionam outros carbonetos ou nitretos). As fases de ligação metálica comumente usadas são Mo e Ni.
A ISO (Organização Internacional de Padronização) divide o corte de metal duro em três categorias:
A classe K, incluindo Kl0 ~ K40, é equivalente à classe YG do meu país (o componente principal é WC.Co).
A categoria P, incluindo P01 ~ P50, é equivalente à categoria YT do meu país (o componente principal é WC.TiC.Co).
A classe M, incluindo M10~M40, é equivalente à classe YW do meu país (o componente principal é WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Cada classe representa uma série de ligas que variam de alta dureza a máxima tenacidade com um número entre 01 e 50.
⑵ Características de desempenho de ferramentas de corte de metal duro
① Alta dureza: As ferramentas de corte de metal duro são feitas de carbonetos com alta dureza e ponto de fusão (chamada fase dura) e ligantes metálicos (chamados fase de ligação) através da metalurgia do pó, com dureza de 89 a 93HRA. , muito superior ao aço rápido. A 5400C, a dureza ainda pode atingir 82~87HRA, que é igual à dureza do aço rápido à temperatura ambiente (83~86HRA). O valor da dureza do metal duro muda com a natureza, quantidade, tamanho das partículas dos carbonetos e o conteúdo da fase de ligação metálica, e geralmente diminui com o aumento do conteúdo da fase metálica de ligação. Quando o conteúdo da fase ligante é o mesmo, a dureza das ligas YT é maior do que a das ligas YG, e as ligas adicionadas com TaC (NbC) têm maior dureza em altas temperaturas.
② Resistência à flexão e tenacidade: A resistência à flexão do metal duro comumente usado está na faixa de 900 a 1500MPa. Quanto maior o teor da fase ligante metálica, maior será a resistência à flexão. Quando o teor de ligante é o mesmo, a resistência da liga do tipo YG (WC-Co) é maior do que a da liga do tipo YT (WC-TiC-Co) e, à medida que o teor de TiC aumenta, a resistência diminui. O metal duro é um material frágil e sua resistência ao impacto à temperatura ambiente é de apenas 1/30 a 1/8 da do aço rápido.
⑶ Aplicação de ferramentas de corte de metal duro comumente usadas
As ligas YG são usadas principalmente para processar ferro fundido, metais não ferrosos e materiais não metálicos. O metal duro de granulação fina (como YG3X, YG6X) tem maior dureza e resistência ao desgaste do que o metal duro de granulação média com o mesmo teor de cobalto. É adequado para processar alguns ferros fundidos duros especiais, aço inoxidável austenítico, ligas resistentes ao calor, ligas de titânio, bronze duro e materiais isolantes resistentes ao desgaste, etc.
As vantagens notáveis do metal duro tipo YT são alta dureza, boa resistência ao calor, maior dureza e resistência à compressão em altas temperaturas do que o tipo YG e boa resistência à oxidação. Portanto, quando for necessário que a faca tenha maior resistência ao calor e ao desgaste, uma classe com maior teor de TiC deve ser selecionada. As ligas YT são adequadas para processar materiais plásticos como aço, mas não são adequadas para processar ligas de titânio e ligas de silício-alumínio.
A liga YW possui as propriedades das ligas YG e YT e possui boas propriedades abrangentes. Pode ser usado para processar aço, ferro fundido e metais não ferrosos. Se o teor de cobalto deste tipo de liga for aumentado adequadamente, a resistência pode ser muito alta e pode ser usada para usinagem de desbaste e corte interrompido de vários materiais difíceis de usinar.
6． Ferramentas de corte de aço rápido
O aço rápido (HSS) é um aço para ferramentas de alta liga que adiciona mais elementos de liga, como W, Mo, Cr e V. As ferramentas de corte de aço rápido têm excelente desempenho abrangente em termos de resistência, tenacidade e processabilidade. Em ferramentas de corte complexas, especialmente aquelas com formatos de lâmina complexos, como ferramentas de processamento de furos, fresas, ferramentas de rosqueamento, ferramentas de brochamento, ferramentas de corte de engrenagens, etc., o aço rápido ainda é usado. ocupar uma posição dominante. Facas de aço rápido são fáceis de afiar para produzir arestas de corte afiadas.
De acordo com os diferentes usos, o aço rápido pode ser dividido em aço rápido de uso geral e aço rápido de alto desempenho.
⑴ Ferramentas de corte de aço rápido de uso geral
Aço rápido de uso geral. Geralmente, pode ser dividido em duas categorias: aço de tungstênio e aço de tungstênio-molibdênio. Este tipo de aço rápido contém 0,7% a 0,9% (C). De acordo com os diferentes teores de tungstênio no aço, ele pode ser dividido em aço de tungstênio com teor de W de 12% ou 18%, aço de tungstênio-molibdênio com teor de W de 6% ou 8% e aço molibdênio com teor de W. de 2% ou nenhum W. . O aço rápido de uso geral tem uma certa dureza (63-66HRC) e resistência ao desgaste, alta resistência e tenacidade, boa plasticidade e tecnologia de processamento, por isso é amplamente utilizado na fabricação de várias ferramentas complexas.
① Aço de tungstênio: O tipo típico de aço de tungstênio de uso geral de alta velocidade é W18Cr4V (referido como W18). Tem um bom desempenho geral. A dureza em alta temperatura a 6000C é 48,5HRC e pode ser usada para fabricar várias ferramentas complexas. Tem as vantagens de boa capacidade de retificação e baixa sensibilidade à descarbonetação, mas devido ao seu alto teor de carboneto, distribuição irregular, partículas grandes e baixa resistência e tenacidade.
② Aço tungstênio-molibdênio: refere-se a um aço rápido obtido pela substituição de parte do tungstênio no aço tungstênio por molibdênio. O tipo típico de aço tungstênio-molibdênio é W6Mo5Cr4V2 (referido como M2). As partículas de metal duro do M2 são finas e uniformes, e sua resistência, tenacidade e plasticidade em alta temperatura são melhores que as do W18Cr4V. Outro tipo de aço tungstênio-molibdênio é o W9Mo3Cr4V (abreviadamente W9). Sua estabilidade térmica é ligeiramente superior à do aço M2, sua resistência à flexão e tenacidade são melhores que a W6M05Cr4V2 e possui boa processabilidade.
⑵ Ferramentas de corte de aço de alta velocidade e alto desempenho
Aço rápido de alto desempenho refere-se a um novo tipo de aço que adiciona algum teor de carbono, teor de vanádio e elementos de liga como Co e Al à composição do aço rápido de uso geral, melhorando assim sua resistência ao calor e ao desgaste. . Existem principalmente as seguintes categorias:
① Aço rápido com alto teor de carbono. O aço rápido com alto teor de carbono (como 95W18Cr4V) tem alta dureza em temperatura ambiente e alta temperatura. É adequado para fabricar e processar aço comum e ferro fundido, brocas, alargadores, machos e fresas com altos requisitos de resistência ao desgaste ou ferramentas para processar materiais mais duros. Não é adequado para suportar grandes impactos.
② Aço rápido com alto vanádio. Classes típicas, como W12Cr4V4Mo (referidas como EV4), têm conteúdo de V aumentado para 3% a 5%, têm boa resistência ao desgaste e são adequadas para cortar materiais que causam grande desgaste da ferramenta, como fibras, borracha dura, plásticos , etc., e também pode ser usado para processar materiais como aço inoxidável, aço de alta resistência e ligas de alta temperatura.
③ Aço rápido cobalto. É um aço rápido superduro contendo cobalto. Classes típicas, como W2Mo9Cr4VCo8, (referidas como M42), têm dureza muito alta. Sua dureza pode chegar a 69-70HRC. É adequado para processar aços resistentes ao calor de alta resistência e difíceis de usar, ligas de alta temperatura, ligas de titânio, etc. Materiais de processamento: M42 tem boa capacidade de retificação e é adequado para fazer ferramentas de precisão e complexas, mas não é adequado para trabalhar sob condições de corte por impacto.
④ Aço rápido de alumínio. É um aço rápido superduro contendo alumínio. As classes típicas são, por exemplo, W6Mo5Cr4V2Al, (referido como 501). A dureza em alta temperatura de 6000C também atinge 54HRC. O desempenho de corte é equivalente ao M42. É adequado para a fabricação de fresas, brocas, alargadores, cortadores de engrenagens e broches. etc., usado para processar materiais como ligas de aço, aço inoxidável, aço de alta resistência e ligas de alta temperatura.
⑤ Aço superduro de alta velocidade com nitrogênio. Classes típicas, como W12M03Cr4V3N, conhecidas como (V3N), são aços rápidos superduros contendo nitrogênio. A dureza, resistência e tenacidade são equivalentes a M42. Eles podem ser usados como substitutos de aços de alta velocidade contendo cobalto e são usados para corte em baixa velocidade de materiais difíceis de usinar e aços de baixa velocidade e alta precisão. processamento.
⑶ Fundição de aço rápido e aço rápido para metalurgia do pó
De acordo com diferentes processos de fabricação, o aço rápido pode ser dividido em aço rápido para fundição e aço rápido para metalurgia do pó.
① Fundição de aço rápido: Tanto o aço rápido comum quanto o aço rápido de alto desempenho são feitos por métodos de fundição. Eles são transformados em facas por meio de processos como fundição, fundição de lingotes e galvanização e laminação. Um problema sério que ocorre facilmente na fundição de aço rápido é a segregação de carboneto. Carbonetos duros e quebradiços são distribuídos de forma desigual no aço rápido e os grãos são grossos (até dezenas de mícrons), o que afeta a resistência ao desgaste e a tenacidade das ferramentas de aço rápido. e afetar adversamente o desempenho de corte.
② Aço rápido para metalurgia do pó (PM HSS): O aço rápido para metalurgia do pó (PM HSS) é um aço líquido fundido em um forno de indução de alta frequência, atomizado com argônio de alta pressão ou nitrogênio puro e depois temperado para obter cristais finos e uniformes. Estrutura (pó de aço rápido) e, em seguida, pressione o pó resultante em uma faca em branco sob alta temperatura e alta pressão, ou primeiro faça um tarugo de aço e depois forje e enrole-o em forma de faca. Comparado com o aço rápido fabricado pelo método de fusão, o PM HSS tem as vantagens de que os grãos de metal duro são finos e uniformes e a resistência, tenacidade e resistência ao desgaste são muito melhoradas em comparação com o aço rápido fundido. No campo de ferramentas CNC complexas, as ferramentas PM HSS se desenvolverão ainda mais e ocuparão uma posição importante. Classes típicas, como F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., podem ser usadas para fabricar ferramentas de corte de grande porte, pesadas e de alto impacto, bem como ferramentas de corte de precisão.
Princípios para seleção de materiais para ferramentas CNC
Atualmente, os materiais de ferramentas CNC amplamente utilizados incluem principalmente ferramentas de diamante, ferramentas de nitreto cúbico de boro, ferramentas de cerâmica, ferramentas revestidas, ferramentas de metal duro, ferramentas de aço rápido, etc. A tabela a seguir mostra os principais indicadores de desempenho de diversos materiais de ferramentas.
Os materiais das ferramentas para usinagem CNC devem ser selecionados de acordo com a peça a ser processada e a natureza do processamento. A seleção dos materiais da ferramenta deve corresponder razoavelmente ao objeto de processamento. A combinação de materiais de ferramentas de corte e objetos de processamento refere-se principalmente à combinação das propriedades mecânicas, propriedades físicas e propriedades químicas dos dois para obter a vida útil mais longa da ferramenta e a máxima produtividade de corte.
1. Combinar as propriedades mecânicas dos materiais das ferramentas de corte e dos objetos de processamento
O problema de combinar as propriedades mecânicas da ferramenta de corte e do objeto de processamento refere-se principalmente à correspondência de parâmetros de propriedades mecânicas, como resistência, tenacidade e dureza da ferramenta e do material da peça. Materiais de ferramentas com diferentes propriedades mecânicas são adequados para processar diferentes materiais de peças.
① A ordem de dureza do material da ferramenta é: ferramenta de diamante> ferramenta de nitreto cúbico de boro> ferramenta de cerâmica> carboneto de tungstênio> aço rápido.
② A ordem de resistência à flexão dos materiais da ferramenta é: aço rápido> metal duro> ferramentas de cerâmica> ferramentas de diamante e nitreto cúbico de boro.
③ A ordem de tenacidade dos materiais da ferramenta é: aço rápido> carboneto de tungstênio> nitreto cúbico de boro, ferramentas diamantadas e cerâmicas.
Materiais de peças de alta dureza devem ser processados com ferramentas de maior dureza. A dureza do material da ferramenta deve ser superior à dureza do material da peça, que geralmente deve ser superior a 60HRC. Quanto maior for a dureza do material da ferramenta, melhor será a sua resistência ao desgaste. Por exemplo, quando o teor de cobalto no metal duro aumenta, sua resistência e tenacidade aumentam e sua dureza diminui, tornando-o adequado para usinagem em desbaste; quando o teor de cobalto diminui, sua dureza e resistência ao desgaste aumentam, tornando-o adequado para acabamento.
Ferramentas com excelentes propriedades mecânicas em alta temperatura são especialmente adequadas para corte em alta velocidade. O excelente desempenho em altas temperaturas das ferramentas de corte de cerâmica permite-lhes cortar em altas velocidades, e a velocidade de corte permitida pode ser 2 a 10 vezes maior que a do metal duro.
2. Combinar as propriedades físicas do material da ferramenta de corte com o objeto usinado
Ferramentas com diferentes propriedades físicas, como ferramentas de aço rápido com alta condutividade térmica e baixo ponto de fusão, ferramentas cerâmicas com alto ponto de fusão e baixa expansão térmica, ferramentas diamantadas com alta condutividade térmica e baixa expansão térmica, etc., são adequadas para processar diferentes materiais da peça. Ao processar peças com baixa condutividade térmica, materiais de ferramentas com melhor condutividade térmica devem ser usados para que o calor de corte possa ser transferido rapidamente e a temperatura de corte possa ser reduzida. Devido à sua alta condutividade térmica e difusividade térmica, o diamante pode facilmente dissipar o calor de corte sem causar grande deformação térmica, o que é particularmente importante para ferramentas de usinagem de precisão que exigem alta precisão dimensional.
① A temperatura de resistência ao calor de vários materiais de ferramentas: ferramentas de diamante são 700 ~ 8000C, ferramentas PCBN são 13000 ~ 15000C, ferramentas de cerâmica são 1100 ~ 12000C, carboneto cimentado à base de TiC (N) é 900 ~ 11000C, ultrafino à base de WC O carboneto de grãos é 800 ~ 9000C, o HSS é 600 ~ 7000C.
② A ordem de condutividade térmica de vários materiais de ferramenta: PCD> PCBN> Metal duro à base de WC> Metal duro à base de TiC (N)> HSS> Cerâmica à base de Si3N4> Cerâmica à base de A1203.
③ A ordem dos coeficientes de expansão térmica de vários materiais de ferramenta é: HSS> metal duro à base de WC> TiC (N)> cerâmica à base de A1203> PCBN> cerâmica à base de Si3N4> PCD.
④ A ordem de resistência ao choque térmico de vários materiais de ferramenta é: HSS> metal duro à base de WC> cerâmica à base de Si3N4> PCBN> PCD> metal duro à base de TiC (N)> cerâmica à base de A1203.
3. Combinar as propriedades químicas do material da ferramenta de corte com o objeto usinado
O problema de combinar as propriedades químicas dos materiais das ferramentas de corte e dos objetos de processamento refere-se principalmente à correspondência dos parâmetros de desempenho químico, como afinidade química, reação química, difusão e dissolução dos materiais da ferramenta e da peça. Ferramentas com diferentes materiais são adequadas para processar diferentes materiais de peças.
① A resistência à temperatura de ligação de vários materiais de ferramentas (com aço) é: PCBN>cerâmica>carboneto de tungstênio>HSS.
② A temperatura de resistência à oxidação de vários materiais de ferramentas é: cerâmica> PCBN> carboneto de tungstênio> diamante> HSS.
③ A resistência à difusão dos materiais da ferramenta (para aço) é: diamante> cerâmica à base de Si3N4> PCBN> cerâmica à base de A1203. A intensidade de difusão (para titânio) é: Cerâmica à base de A1203>PCBN>SiC>Si3N4>diamante.
4. Seleção razoável de materiais para ferramentas CNC
De modo geral, PCBN, ferramentas de cerâmica, metal duro revestido e ferramentas de metal duro à base de TiCN são adequadas para processamento CNC de metais ferrosos, como aço; enquanto as ferramentas de PCD são adequadas para materiais metálicos não ferrosos, como Al, Mg, Cu e suas ligas e processamento de materiais não metálicos. A tabela abaixo lista alguns dos materiais da peça que os materiais da ferramenta acima são adequados para processamento.
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Horário da postagem: 01 de novembro de 2023
