Kombinacija napredne opreme za obradu i CNC alata za rezanje visokih performansi može u potpunosti iskoristiti svoju dužnu učinkovitost i postići dobre ekonomske koristi. S brzim razvojem materijala alata za rezanje, razne nove vrste materijala alata za rezanje uvelike su poboljšale svoje fizičke, mehaničke i rezne performanse, a opseg njihove primjene također se stalno širi.
1. Osnovna svojstva koja trebaju posjedovati materijali reznih alata
Odabir materijala alata ima značajan utjecaj na vijek trajanja alata, učinkovitost obrade, kvalitetu obrade i troškove obrade. Rezni alat mora izdržati visoki pritisak, visoku temperaturu, trenje, udarce i vibracije tijekom rezanja. Stoga alatni materijali trebaju imati sljedeća osnovna svojstva:
(1) Tvrdoća i otpornost na trošenje. Tvrdoća materijala alata mora biti veća od tvrdoće materijala obratka, općenito zahtijevajući tvrdoću veću od 60HRC. Što je veća tvrdoća materijala alata, to je njegova otpornost na habanje bolja.
(2) Snaga i žilavost. Materijal alata treba imati visoku čvrstoću i žilavost kako bi izdržao sile rezanja, udarce i vibracije te spriječio krti lom i urušavanje ruba alata.
(3) Otpornost na toplinu. Materijal alata ima dobru otpornost na toplinu, može izdržati visoke temperature rezanja i ima dobru otpornost na oksidaciju.
(4) Performanse i ekonomičnost procesa. Materijal alata treba imati dobre performanse kovanja, toplinske obrade i performanse zavarivanja; Učinkovitost obrade mljevenja i težnja za visokim omjerom učinka i cijene.
2. Vrste, svojstva, karakteristike i primjena materijala reznih alata
a. Vrste, svojstva, karakteristike i alatna primjena dijamantnih alatnih materijala
Dijamant je alotrop ugljika i najtvrđi je materijal pronađen u prirodi. Dijamantni alati za rezanje imaju visoku tvrdoću, otpornost na habanje i toplinsku vodljivost te se široko koriste u obradi obojenih i nemetalnih materijala. Osobito u brzom rezanju aluminija i silicij aluminijskih legura, dijamantni alati su glavne vrste alata za rezanje koje je teško zamijeniti. Dijamantni rezni alati koji mogu postići visoku učinkovitost, visoku stabilnost i dug životni vijek su nezamjenjivi i važni alati u modernoj CNC obradi.
2. Vrste, svojstva, karakteristike i alatna primjena alatnih materijala kubnog bor nitrida
Druga vrsta supertvrdog materijala, kubični bor nitrid (CBN), sintetiziran metodom sličnom metodi proizvodnje dijamanta, drugi je nakon dijamanta po tvrdoći i toplinskoj vodljivosti. Ima izvrsnu toplinsku stabilnost i ne oksidira kada se zagrije na 10000 stupnjeva u atmosferi. CBN
ima izuzetno stabilna kemijska svojstva za željezne metale i može se široko koristiti u obradi proizvoda od čelika.
3. Vrsta, učinak i karakteristike keramičkih alatnih materijala i primjena alata
Keramičke alate za rezanje karakterizira visoka tvrdoća, dobra otpornost na habanje, izvrsna otpornost na toplinu i kemijsku stabilnost te ih nije lako spojiti s metalom. Keramički alati imaju vrlo važnu ulogu u NC obradi. Keramički alati postali su jedan od glavnih alata za brzo rezanje i obradu teških materijala. Keramički alati naširoko se koriste za brzo rezanje, suho rezanje, tvrdo rezanje i teško rezati materijale. Keramički alati mogu učinkovito obraditi visoko tvrde materijale koji se ne mogu obraditi tradicionalnim alatima, ostvarujući "okretanje umjesto brušenja"; Optimalna brzina rezanja keramičkih alata može biti 2~10 puta veća od brzine alata od cementnog karbida, čime se uvelike poboljšava proizvodna učinkovitost rezanja; Glavne sirovine koje se koriste za materijale za keramičke alate su najzastupljeniji elementi u kori. Stoga je promicanje i primjena keramičkih alata od velike važnosti za poboljšanje produktivnosti, smanjenje troškova obrade i uštedu strateških plemenitih metala, a također će uvelike promicati napredak tehnologije rezanja.
4. Djelotvornost i karakteristike presvučenih alatnih materijala i primjena alata
Premazivanje alata jedan je od važnih načina poboljšanja njegove učinkovitosti. Pojava presvučenih alata za rezanje napravila je značajan napredak u njihovoj reznoj učinkovitosti. Obloženi alati za rezanje obloženi su s jednim ili više slojeva vatrostalnih spojeva s dobrom otpornošću na trošenje na tijelu alata s dobrom žilavošću. Oni kombiniraju matricu alata s tvrdim premazom, čime se uvelike poboljšava izvedba alata. Rezni alati s premazom mogu poboljšati učinkovitost obrade, poboljšati točnost obrade, produžiti vijek trajanja alata i smanjiti troškove obrade.
Oko 80 posto alata za rezanje koji se koriste u novim CNC alatnim strojevima koriste presvučene alate. Alati s premazom će u budućnosti biti najvažnija vrsta alata u području CNC obrade.
5. Vrste, svojstva, značajke i primjena materijala reznih alata od tvrdih legura
Alati za rezanje od tvrde legure, posebno alati za rezanje od tvrde legure koji se mogu indeksirati, vodeći su proizvodi CNC alata za obradu. Od 1980-ih, razne vrste integriranih i indeksiranih alata za rezanje od tvrde legure ili oštrica proširile su se na različita polja alata za rezanje. Među njima, izmjenjivi alati za rezanje od tvrde legure proširili su se od jednostavnih alata za tokarenje i površinsko glodanje do raznih preciznih, složenih i oblikovanih polja alata.
Vrste reznih alata od tvrdih legura
Prema glavnom kemijskom sastavu, tvrde legure se mogu podijeliti na tvrde legure na bazi volframovog karbida i tvrde legure na bazi titanovog karbida (TiC (N).
Cementirani karbidi na bazi volfram karbida uključuju volfram kobalt (YG), volfram kobalt titan (YT) i dodani rijetki karbid (YW). Oni imaju svoje prednosti i nedostatke. Glavne komponente su volframov karbid (WC), titanov karbid (TiC), tantalov karbid (TaC), niobijev karbid (NbC) itd. Uobičajena metalna faza vezivanja je Co.
Tvrde legure na bazi ugljika (dušika) i titana tvrde su legure s TiC kao glavnom komponentom (nekima s dodanim drugim karbidima ili nitridima), a najčešće korištene metalne spojne faze su Mo i Ni.
ISO (Međunarodna organizacija za standardizaciju) dijeli rezanje tvrdih legura u tri kategorije:
Klasa K, uključujući Kl0-K40, ekvivalentna je klasi YG u Kini (uglavnom se sastoji od WC Co).
Klasa P, uključujući P01 do P50, ekvivalentna je klasi YT u Kini (uglavnom se sastoji od WC TiC Co).
Klasa M, uključujući M10 do M40, ekvivalentna je klasi YW u Kini (uglavnom se sastoji od WC TiC TaC (NbC) Co).
Svaka marka predstavlja niz legura u rasponu od visoke tvrdoće do maksimalne žilavosti s brojevima između 01 i 50.
6. Vrste, karakteristike i primjena reznih alata od brzoreznog čelika
Brzorezni čelik (HSS) vrsta je visokolegiranog alatnog čelika koji sadrži veliku količinu legirajućih elemenata kao što su W, Mo, Cr i V. Alati za rezanje brzoreznog čelika imaju izvrsnu sveobuhvatnu izvedbu u smislu čvrstoće, žilavosti i obradivost. U složenim alatima za rezanje, posebno za izradu alata za obradu rupa, alata za glodanje, alata za rezanje navoja, broševa, alata za rezanje zupčanika i drugih alata za rezanje složenih rubova, brzorezni čelik još uvijek zauzima glavno mjesto. Alati od brzoreznog čelika lako se bruse oštre oštrice.
Prema različitim namjenama, brzorezni čelik može se podijeliti na općenamjenski brzorezni čelik i visokoučinkoviti brzorezni čelik.
(1) Univerzalni alati za rezanje brzoreznog čelika
Univerzalni brzorezni čelik. Općenito, može se podijeliti u dvije kategorije: volfram čelik i volfram molibden čelik. Ova vrsta brzoreznog čelika sadrži (C) u rasponu od 0.7 posto do 0.9 posto. Prema različitom sadržaju volframa u čeliku, može se podijeliti na volfram čelik koji sadrži 12 posto ili 18 posto W, volfram molibden čelik koji sadrži 6 posto ili 8 posto W i molibden čelik koji sadrži 2 posto ili nimalo W. Univerzalni brzorezni čelik ima određeni stupanj tvrdoće (63-66HRC) i otpornosti na habanje, visoku čvrstoću i žilavost, dobru plastičnost i sposobnost obrade, te se široko koristi u proizvodnji raznih složenih alata za rezanje.
① Volfram čelik: Tipična klasa univerzalnog brzoreznog čelika volfram čelika je W18Cr4V, (u daljem tekstu W18), koji ima dobra sveobuhvatna svojstva i visokotemperaturnu tvrdoću od 48,5HRC na 6000 stupnjeva. Može se koristiti za izradu raznih složenih alata za rezanje. Ima prednosti kao što su dobra sposobnost mljevenja i niska osjetljivost na dekarburizaciju, ali zbog visokog sadržaja karbida, neravnomjerne raspodjele, većih čestica te male čvrstoće i žilavosti.
② Volfram molibden čelik: odnosi se na brzorezni čelik dobiven zamjenom dijela volframa u volfram čeliku molibdenom. Tipična klasa volfram molibden čelika je W6Mo5Cr4V2 ili skraćeno M2. Čestice karbida M2 su fine i ujednačene, s boljom čvrstoćom, žilavošću i plastičnošću na visokim temperaturama od W18Cr4V. Druga vrsta volfram molibden čelika je W9Mo3Cr4V (skraćeno kao W9), koji ima malo veću toplinsku stabilnost od M2 čelika, bolju čvrstoću na savijanje i žilavost od W6M05Cr4V2, i ima dobru obradivost.
(2) Alati za rezanje brzoreznog čelika visokih performansi
Brzorezni čelik visokih performansi odnosi se na novu vrstu čelika koji dodaje dio ugljika, sadržaj vanadija i elemente legure kao što su Co i Al u sastav brzoreznog čelika opće namjene, čime se poboljšava njegova otpornost na toplinu i otpornost na trošenje . Postoje uglavnom sljedeće kategorije:
① Brzorezni čelik s visokim udjelom ugljika. Brzorezni čelik s visokim udjelom ugljika (kao što je 95W18Cr4V) ima visoku tvrdoću na sobnoj i visokim temperaturama, što ga čini prikladnim za proizvodnju i obradu običnog čelika i lijevanog željeza, svrdla, razvrtala, nareznica i glodala s visokim zahtjevima otpornosti na trošenje, ili rezni alati za obradu tvrđih materijala. Nije prikladno izdržati velike udarce.
② Brzorezni čelik s visokim udjelom vanadija. Tipične vrste, kao što je W12Cr4V4Mo (skraćeno EV4), s udjelom V povećanom na 3 posto ~ 5 posto, imaju dobru otpornost na habanje i prikladne su za rezanje materijala s velikim trošenjem alata, kao što su vlakna, tvrda guma, plastika, itd., a također se može koristiti za obradu nehrđajućeg čelika, čelika visoke čvrstoće, visokotemperaturnih legura i drugih materijala.
③ Kobaltni brzorezni čelik. To je supertvrdi brzorezni čelik koji sadrži kobalt s tipičnim stupnjem, kao što je W2Mo9Cr4VCo8 (navodi se kao M42), koji ima visoku tvrdoću do 69~70HRC. Prikladan je za obradu materijala koji se teško obrađuju kao što su čelik visoke čvrstoće otporan na toplinu, legure za visoke temperature, legure titana itd. M42 ima dobru sposobnost brušenja i prikladan je za izradu preciznih i složenih alata za rezanje, ali nije prikladan za rad pod uvjetima rezanja udarom.
④ Aluminijski brzorezni čelik. To je supertvrdi brzorezni čelik koji sadrži aluminij tipičnog razreda, kao što je W6Mo5Cr4V2Al (skraćeno 501). Tvrdoća na visokim temperaturama na 6000 stupnjeva također doseže 54HRC, a učinak rezanja je ekvivalentan M42. Pogodan je za proizvodnju glodala, svrdla, razvrtala, glodala za zupčanike, broševa itd., a koristi se za obradu materijala kao što su legirani čelik, nehrđajući čelik, čelik visoke čvrstoće i legure za visoke temperature.
⑤ Dušični supertvrdi brzorezni čelik. Tipična kvaliteta, kao što je W12M03Cr4V3N, skraćeno (V3N), supertvrdi je brzorezni čelik koji sadrži dušik s tvrdoćom, čvrstoćom i žilavošću usporedivom s M42. Može se koristiti kao zamjena za brzorezni čelik koji sadrži kobalt za rezanje pri maloj brzini teško obradivih materijala i visokopreciznu obradu pri maloj brzini.
(3) Taljenje brzoreznog čelika i brzoreznog čelika za metalurgiju praha
Prema različitim procesima proizvodnje, brzorezni čelik može se podijeliti na rastaljeni brzorezni čelik i brzorezni čelik dobiven metalurgijom praha.
① Taljenje brzoreznog čelika: I obični brzorezni čelik i visokoučinkoviti brzorezni čelik proizvode se metodom taljenja. Izrađuju se u alate za rezanje kroz procese kao što su taljenje, lijevanje ingota te oplata i valjanje. Ozbiljan problem koji se može pojaviti kod taljenja brzoreznog čelika je segregacija karbida. Tvrdi i lomljivi karbidi neravnomjerno su raspoređeni u brzoreznom čeliku, a veličina zrna je gruba (do nekoliko desetaka mikrometara), što negativno utječe na otpornost na habanje, žilavost i učinak rezanja alata od brzoreznog čelika.
② Brzorezni čelik iz metalurgije praha (PM HSS): Brzorezni čelik iz metalurgije praha (PM HSS) tekući je čelik otopljen u visokofrekventnoj indukcijskoj peći. Raspršuje se argonom pod visokim tlakom ili čistim plinom dušikom, a zatim se gasi kako bi se dobila fina i jednolika kristalna struktura (prah brzoreznog čelika). Dobiveni prah se zatim preša u neobrađeni alat na visokoj temperaturi i tlaku ili se najprije izrađuje u čeličnu gredicu, a zatim kuje i valja u oblik alata. U usporedbi s brzoreznim čelikom proizvedenim metodom taljenja, PM HSS ima prednosti finih i ujednačenih karbidnih zrna, značajno poboljšanu čvrstoću, žilavost i otpornost na trošenje u usporedbi s rastaljenim brzoreznim čelikom. PM HSS tools će se dalje razvijati i zauzimati važno mjesto u području složenih CNC alata. Tipične kvalitete, kao što su F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, itd., mogu se koristiti za proizvodnju alata za rezanje velikih dimenzija, otpornih na teške uvjete rada i otpornih na udarce, kao i alata za precizno rezanje.
