1. Narzędzie powinno posiadać podstawowe funkcje
Wybór narzędzi skrawających ma ogromny wpływ na trwałość narzędzia, moc obróbki, jakość obróbki i koszt obróbki. Podczas cięcia narzędzie jest narażone na działanie wysokiego ciśnienia, wysokiej temperatury, tarcia, wstrząsów i wibracji. Dlatego narzędzie powinno posiadać następujące podstawowe funkcje:
(1) Twardość i odporność na zużycie. Twardość narzędzia musi być wyższa niż twardość materiału obrabianego, ogólnie wymagana jest powyżej 60 HRC. Im twardsze narzędzie, tym lepsza odporność na zużycie.
(2) Siła i trwałość. Narzędzie powinno charakteryzować się dużą wytrzymałością i ciągliwością, aby wytrzymać siłę skrawania, wstrząsy i wibracje oraz zapobiegać kruchemu pękaniu i odpryskiwaniu narzędzia.
(3) Odporność na ciepło. Odporność na ciepło narzędzia jest lepsza, może wytrzymać wysoką temperaturę skrawania i ma dobrą odporność na utlenianie.
(4) Funkcja i ekonomia procesu. Narzędzie tnące powinno mieć dobrą funkcję odlewania, funkcję obróbki cieplnej, funkcję spawania; funkcja przetwarzania szlifowania itp. i powinna dążyć do wysokiego stosunku ceny do funkcji.
2. Rodzaje, funkcje, właściwości i zastosowanie narzędzi
1. Narzędzie ceramiczne
Narzędzia ceramiczne charakteryzują się wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie, doskonałą odpornością na ciepło i stabilnością chemiczną i nie są łatwe do wiązania z metalem. Narzędzia ceramiczne zajmują bardzo ważne miejsce w obróbce CNC. Narzędzia ceramiczne stały się jednymi z najważniejszych narzędzi do szybkiego cięcia materiałów trudnych w obróbce. Ceramiczne narzędzia skrawające są szeroko stosowane w cięciu z dużą prędkością, cięciu na sucho, cięciu twardym i cięciu materiałów trudnych w obróbce. Noże ceramiczne mogą wydajnie przetwarzać materiały o wysokiej twardości, których tradycyjne noże w ogóle nie są w stanie przetworzyć, realizując „zastąpienie szlifowania samochodem”; optymalna prędkość cięcia noży ceramicznych może być od 2 do 10 razy większa niż w przypadku noży z węglików spiekanych, co znacznie poprawia wydajność produkcji obróbki skrawaniem Głównym surowcem wykorzystywanym do produkcji noży ceramicznych jest najbardziej rozpowszechniony pierwiastek w skorupie ziemskiej. Dlatego popularyzacja i zastosowanie noży ceramicznych ma ogromne znaczenie dla poprawy produktywności, obniżenia kosztów obróbki i oszczędności strategicznych metali szlachetnych, a także znacznie przyczyni się do rozwoju technologii cięcia.
⑴ Rodzaje narzędzi ceramicznych
Odmiany narzędzi ceramicznych można ogólnie podzielić na trzy kategorie: ceramika na bazie tlenku glinu, ceramika na bazie azotku krzemu i ceramika kompozytowa na bazie azotku krzemu i tlenku glinu. Wśród nich najczęściej stosowane są narzędzia ceramiczne na bazie tlenku glinu i azotku krzemu. Funkcja ceramiki na bazie azotku krzemu jest lepsza niż ceramiki na bazie tlenku glinu.
⑵ Funkcje i cechy narzędzi ceramicznych
① Wysoka twardość i dobra odporność na zużycie: Chociaż twardość narzędzi ceramicznych nie jest tak wysoka jak w przypadku PCD i PCBN, jest znacznie wyższa niż w przypadku narzędzi z węglika spiekanego i narzędzi ze stali szybkotnącej, osiągając 93-95 HRA. Narzędzia ceramiczne mogą przetwarzać materiały o wysokiej twardości, które są trudne do obróbki tradycyjnymi narzędziami i nadają się do cięcia z dużą prędkością i twardego cięcia.
② Odporność na wysoką temperaturę i dobra odporność na ciepło: narzędzia ceramiczne mogą nadal ciąć w wysokich temperaturach powyżej 1200 stopni. Noże ceramiczne mają dobre właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach, a noże ceramiczne A12O3 mają szczególnie dobre właściwości przeciwutleniające. Nawet jeśli krawędź tnąca jest rozpalona do czerwoności, można jej używać w sposób ciągły. Dlatego narzędzia ceramiczne mogą wykonywać cięcie na sucho, a chłodziwo można wtedy pominąć.
③ Dobra stabilność chemiczna: Noże ceramiczne nie są łatwe do wiązania z metalem, są odporne na korozję i stabilne chemicznie, co może zmniejszyć zużycie wiązania narzędzia.
④ Niski współczynnik tarcia: powinowactwo między ceramicznymi narzędziami skrawającymi a metalem jest niewielkie, a współczynnik tarcia jest niski, co może zmniejszyć siłę skrawania i temperaturę skrawania.
⑶ Stosowane są narzędzia ceramiczne
Ceramika jest jednym z materiałów narzędziowych stosowanych głównie do obróbki wykańczającej i półwykańczającej z dużą prędkością. Ceramiczne narzędzia skrawające nadają się do cięcia wszelkiego rodzaju żeliwa (żeliwo szare, sferoidalne, żeliwo ciągliwe, żeliwo utwardzone, żeliwo wysokostopowe trudnościeralne) oraz stali (stal konstrukcyjna węglowa, stal konstrukcyjna stopowa, stal o wysokiej wytrzymałości , stal wysokomanganowa, stal hartowana itp.), może być również używana do cięcia stopów miedzi, grafitu, tworzyw konstrukcyjnych i materiałów kompozytowych.
Ceramiczne narzędzia tnące mają problemy z niską wytrzymałością na zginanie i słabą odpornością na uderzenia i nie nadają się do cięcia z małą prędkością i obciążeniem udarowym.
2. Narzędzie diamentowe
Diament jest odmianą alotropową węgla i jest najtwardszym materiałem występującym w przyrodzie. Narzędzia diamentowe mają wysoką twardość, wysoką odporność na zużycie i wysoką przewodność cieplną i są szeroko stosowane w obróbce metali nieżelaznych i niemetalowych. Zwłaszcza w przypadku szybkiego skrawania aluminium i stopów krzemowo-aluminiowych narzędzia diamentowe są głównym rodzajem narzędzi skrawających, które są trudne do zastąpienia. Narzędzia diamentowe, które mogą osiągnąć dużą moc, wysoką stabilność i długą żywotność obróbki, są niezbędnymi i ważnymi narzędziami w nowoczesnej obróbce CNC.
⑴ Rodzaje narzędzi diamentowych
① Narzędzie z naturalnego diamentu: naturalny diament był używany jako narzędzie tnące od setek lat. Narzędzie z naturalnego monokrystalicznego diamentu zostało drobno oszlifowane, a krawędź tnąca może być bardzo ostro szlifowana. Promień krawędzi skrawającej może osiągnąć 0,002 μm, co umożliwia wykonanie ultracienkiego cięcia i może być uznanym, idealnym i niezastąpionym narzędziem do obróbki ultradokładnej do obróbki niezwykle wysokiej precyzji przedmiotu obrabianego i wyjątkowo niskiej chropowatości powierzchni.
② Narzędzie diamentowe PCD: naturalny diament jest drogi, a diament polikrystaliczny (PCD) jest szeroko stosowany w cięciu. Po sukcesie narzędzia z naturalnego diamentu były wielokrotnie zastępowane sztucznym diamentem polikrystalicznym. PCD jest bogaty w surowce, a jego cena to zaledwie kilka dziesiątych do jednej dziesiątej diamentów naturalnych. Narzędzia PCD nie mogą być szlifowane do bardzo ostrych krawędzi skrawających, jakość powierzchni obrabianego przedmiotu nie jest tak dobra jak naturalny diament, a wytwarzanie ostrzy PCD z łamaczami wiórów w przemyśle nie jest wygodne. Dlatego PCD może być używany tylko do precyzyjnego cięcia metali nieżelaznych i niemetali, co jest trudne do osiągnięcia Super dokładne cięcie lustrzane.
③ Narzędzia diamentowe CVD: Od późnych lat 70-tych do wczesnych 80-tych technologia diamentowa CVD pojawiła się w Japonii. Diament CVD odnosi się do zastosowania chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) w celu utworzenia warstwy diamentu na niejednorodnym podłożu (takim jak węglik spiekany, ceramika itp.). Diament CVD ma dokładnie taką samą strukturę i właściwości jak diament naturalny. Wydajność diamentu CVD jest bardzo zbliżona do wydajności diamentu naturalnego. Ma zalety naturalnego diamentu monokrystalicznego i diamentu polikrystalicznego (PCD) i do pewnego stopnia przezwycięża ich wady.
⑵ Cechy narzędzi diamentowych
① Niezwykle wysoka twardość i odporność na zużycie: Naturalny diament jest najtwardszą substancją występującą w przyrodzie. Diament ma wyjątkowo wysoką odporność na zużycie. Podczas obróbki materiałów o wysokiej twardości żywotność narzędzi diamentowych jest od 10 do 100 razy większa niż narzędzi z węglików spiekanych, a nawet setki razy.
② Bardzo niski współczynnik tarcia: współczynnik tarcia między diamentem a niektórymi metalami nieżelaznymi jest niższy niż w przypadku innych narzędzi, współczynnik tarcia jest niski, odkształcenie jest niewielkie podczas obróbki, a siłę skrawania można zmniejszyć.
③ Krawędź tnąca jest bardzo ostra: krawędź tnąca narzędzia diamentowego może być ostrzona, a narzędzie z naturalnego monokrystalicznego diamentu może mieć wysokość nawet 0.002-0.008μm, co może wykonywać ultra- cienkie cięcie i bardzo dokładne przetwarzanie.
④ Wysoka przewodność cieplna: diament ma wysoką przewodność cieplną i dyfuzyjność cieplną, ciepło skrawania jest łatwo rozpraszane, a temperatura części tnącej narzędzia jest niska.
⑤ Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej: Współczynnik rozszerzalności cieplnej diamentu jest kilkakrotnie mniejszy niż w przypadku węglika spiekanego, a zmiana rozmiaru narzędzia spowodowana ciepłem skrawania jest bardzo mała, co jest szczególnie ważne w przypadku precyzyjnej i bardzo dokładnej obróbki, która wymaga dużej dokładność wymiarowa.
⑶ Stosowanie narzędzi diamentowych
Narzędzia diamentowe są najczęściej używane do precyzyjnego cięcia i wytaczania metali nieżelaznych i niemetali z dużą prędkością. Nadaje się do obróbki różnych odpornych na zużycie niemetali, takich jak półfabrykaty z metalurgii proszków FRP, ceramika itp .; różne odporne na zużycie metale nieżelazne, takie jak różne stopy krzemowo-aluminiowe; i wykańczającej obróbki różnych metali nieżelaznych.
Wadą narzędzi diamentowych jest ich słaba stabilność termiczna. Gdy temperatura cięcia przekroczy 700 stopni C ~ 800 stopni C, całkowicie straci swoją twardość; ponadto nie nadaje się do cięcia metali żelaznych, ponieważ diament (węgiel) łatwo wchodzi w kontakt z żelazem w wysokich temperaturach. Efekt atomowy przekształca atomy węgla w strukturę grafitu, a noże łatwo ulegają uszkodzeniu.