Типи, продуктивність, характеристики та досвід застосування 6 типів різальних інструментів з ЧПК

Поєднання сучасного обладнання для обробки та високопродуктивних ріжучих інструментів з ЧПК є необхідним для повної ефективності та досягнення хороших економічних вигод. Зі швидким розвитком інструментальних матеріалів різноманітні нові типи інструментальних матеріалів значно покращили свої фізичні, механічні та ріжучі характеристики, а сфера їх застосування також постійно розширюється.
1 Інструментальний матеріал повинен мати основні властивості
Вибір інструментальних матеріалів має значний вплив на термін служби інструменту, ефективність обробки, якість обробки та вартість обробки. Під час різання ріжучі інструменти повинні витримувати високий тиск, високу температуру, тертя, удари та вібрацію. Отже, інструментальні матеріали повинні мати такі основні властивості:
(1) Твердість і зносостійкість. Твердість матеріалу інструменту має бути вищою, ніж матеріал заготовки, зазвичай вимагається твердість 60HRC або вище. Чим вище твердість матеріалу інструменту, тим краще його зносостійкість.
(2) Міцність і міцність. Матеріал інструменту повинен мати високу міцність і в'язкість, щоб протистояти силам різання, ударам і вібрації, а також запобігати крихкому руйнуванню і зруйнуванню краю інструмента.
(3) Термостійкість. Інструментальний матеріал має гарну термостійкість, витримує високі температури різання та має гарну стійкість до окислення.
(4) Продуктивність та економічність процесу. Інструментальний матеріал повинен мати хороші характеристики кування, термообробки та зварювання; Продуктивність шліфування та прагнення до високого співвідношення вартості.
2. Види, властивості, характеристики та застосування матеріалів ріжучого інструменту
1. Види, властивості, характеристики та інструментальне застосування матеріалів алмазного різального інструменту
Алмаз є алотропом вуглецю, і це найтвердіший матеріал, знайдений у природі. Алмазний різальний інструмент має високу твердість, зносостійкість і теплопровідність, широко використовується в обробці кольорових і неметалевих матеріалів. Особливо при високошвидкісному різанні алюмінієвих і кремнієвих алюмінієвих сплавів, алмазні ріжучі інструменти є основним типом ріжучих інструментів, які важко замінити. Алмазні різальні інструменти, які можуть досягти високої ефективності, високої стабільності та тривалого терміну служби, є незамінними та важливими інструментами в сучасній обробці з ЧПК.

⑴ Види алмазного різального інструменту
① Ріжучі інструменти з природного алмазу: історія використання природного алмазу в якості ріжучого інструменту налічує понад сто років. Після тонкого шліфування ріжучі інструменти з натурального монокристалічного алмазу можуть мати надзвичайно гострі краї з радіусом різання до 0,002 мкм. Будучи здатним досягати надтонкого різання та досягати надзвичайно високої точності заготовки та низької шорсткості поверхні, він є визнаним, ідеальним та незамінним інструментом для надточної обробки.
② Алмазні ріжучі інструменти PCD: природний алмаз дорогий, а полікристалічний алмаз (PCD) все ще широко використовується при різанні. З початку 1970-х років, після успішної розробки дисків з полікристалічного алмазу (PCD), виготовлених за технологією синтезу при високій температурі та високому тиску, ріжучі інструменти з природних алмазів у багатьох ситуаціях були замінені штучними полікристалічними алмазами. Сировини PCD є у великій кількості, і її ціни лише в десятки чи десятки разів дорожчі за природні алмази.
Інструменти PCD не можуть шліфувати надзвичайно гострі краї, а якість поверхні обробленої заготовки не така висока, як у натурального алмазу. Зараз у промисловості незручно виготовляти леза PCD з канавками для стружки. Тому PCD можна використовувати лише для точного різання кольорових металів і неметалів, що ускладнює досягнення надточного дзеркального різання.
③ Алмазні ріжучі інструменти CVD: з кінця 1970-х до початку 1980-х років алмазна технологія CVD з’явилася в Японії. CVD-алмаз відноситься до синтезу алмазних плівок на неоднорідних підкладках (таких як тверді сплави, кераміка тощо) за допомогою хімічного осадження з газової фази (CVD). Алмаз CVD має таку саму структуру та характеристики, що й природний алмаз.
Ефективність CVD-алмазу дуже подібна до природного алмазу, і він поєднує в собі переваги природного монокристалічного алмазу та полікристалічного алмазу (PCD), що певною мірою усуває їхні недоліки.
⑵ Експлуатаційні характеристики алмазного різального інструменту
① Надзвичайно висока твердість і зносостійкість: природний алмаз є найтвердішою речовиною, знайденою в природі. Алмаз має надзвичайно високу зносостійкість. Під час обробки матеріалів високої твердості термін служби алмазних ріжучих інструментів у 10-100 разів перевищує термін служби різальних інструментів із твердих сплавів і навіть у сотні разів довше.
② Має дуже низький коефіцієнт тертя: коефіцієнт тертя між алмазом і деякими кольоровими металами нижчий, ніж інші ріжучі інструменти, з низьким коефіцієнтом тертя та невеликою деформацією під час обробки, що може зменшити силу різання.
③ Ріжуча кромка дуже гостра: ріжуча кромка алмазних інструментів може бути дуже гострою, а природні монокристалічні алмазні інструменти можуть досягати висоти 0.002-0.008 мкм. Можливість ультратонкого різання та надточної обробки.
④ Має високу теплопровідність: алмаз має високу теплопровідність і швидкість теплодифузії, а тепло від різання легко розсіюється. Температура різання інструменту низька.
⑤ Маючи нижчий коефіцієнт теплового розширення: коефіцієнт теплового розширення алмазу в кілька разів менший, ніж у твердого сплаву, і зміна розміру інструменту, спричинена нагріванням різання, дуже мала, що особливо важливо для точної та надточної обробки з високі вимоги до точності розмірів.
Застосування алмазного різального інструменту
Алмазні різальні інструменти зазвичай використовуються для тонкого різання та розточування кольорових і неметалевих матеріалів на високих швидкостях. Підходить для обробки різних зносостійких неметалевих матеріалів, таких як заготовки порошкової металургії зі скловолокна, керамічні матеріали тощо; Різні зносостійкі кольорові метали, наприклад різні кремнієві алюмінієві сплави; Різні процеси обробки кольорових металів.
Недоліком алмазного різального інструменту є його низька термічна стійкість. Коли температура різання перевищує 700 градусів до 800 градусів, їх твердість буде повністю втрачена; Крім того, він не підходить для різання чорних металів, оскільки алмаз (вуглець) легко взаємодіє з атомами заліза при високих температурах, перетворюючи атоми вуглецю в графітові структури, що робить інструмент надзвичайно сприйнятливим до пошкоджень.
2. Види, властивості, характеристики та застосування інструментальних матеріалів із кубічного нітриду бору
Другий надтвердий матеріал, кубічний нітрид бору (CBN), синтезований методом, подібним до виробництва алмазу, поступається лише алмазу за твердістю та теплопровідністю. Має відмінну термічну стабільність і не окислюється при нагріванні до 10000C в атмосфері. CBN має надзвичайно стабільні хімічні властивості для чорних металів і може широко використовуватися в обробці сталевих виробів.

Види ріжучого інструменту з кубічного нітриду бору
Кубічний нітрид бору (CBN) — речовина, яка не існує в природі, і її можна розділити на монокристал і полікристал, а саме монокристал CBN і полікристалічний кубічний нітрид бору (PCBN). CBN є одним із ізомерів нітриду бору (BN) зі структурою, подібною до алмазу.
PCBN (полікристалічний кубічний нітрид бору) — це полікристалічний матеріал, який спікає дрібні CBN матеріали разом через зв’язувальні фази (TiC, TiN, Al, Ti тощо) під високою температурою та тиском. В даний час це другий за твердістю інструментальний матеріал, синтезований штучно, і разом з алмазом його називають надтвердим інструментальним матеріалом. PCBN в основному використовується для виготовлення ріжучих інструментів або інших інструментів.
Ріжучі інструменти з PCBN можна розділити на інтегральні леза PCBN і композитні леза PCBN, спечені з твердосплавними композитами.
Композитні леза PCBN виготовляються шляхом спікання шару PCBN товщиною O.{0}}.0 мм на твердому сплаві з хорошою міцністю та міцністю. Його продуктивність поєднує в собі гарну міцність, високу твердість і зносостійкість, вирішуючи проблеми низької міцності на вигин і труднощі зварювання лез CBN.
Основні властивості та характеристики кубічного нітриду бору
Хоча твердість кубічного нітриду бору трохи нижча, ніж у алмазу, вона набагато вища, ніж у інших високотвердих матеріалів. Визначною перевагою CBN є те, що його термічна стабільність набагато вища, ніж у алмазу, досягаючи понад 1200 градусів (700-800 градусів для алмазу), а ще однією видатною перевагою є його висока хімічна інертність, яка не реагує з елементами заліза. на 1200-1300 ступені. Основні експлуатаційні характеристики кубічного нітриду бору наступні.
① Висока твердість і зносостійкість: кристалічна структура CBN схожа на алмаз, з аналогічною твердістю та міцністю, як у алмазу. PCBN особливо підходить для обробки матеріалів високої твердості, які раніше можна було тільки шліфувати, і може досягти кращої якості поверхні заготовок.
② Він має високу термічну стабільність: термостійкість CBN може досягати 1400-1500 градусів, що майже в 1 раз вище, ніж термостійкість алмазу (700-800 градусів). Інструменти PCBN можуть різати високотемпературні сплави та загартовану сталь зі швидкістю в 3-5 разів вищою, ніж інструменти з твердих сплавів.
③ Чудова хімічна стабільність: він не вступає в хімічну реакцію з матеріалами на основі заліза навіть за температури від 1200-1300 градусів і не зношується різко, як алмаз. У цей час він все ще може підтримувати твердість твердих сплавів; Ріжучі інструменти PCBN підходять для різання загартованих сталевих деталей і холодного твердого чавуну і можуть широко використовуватися для високошвидкісного різання чавуну.
④ Має хорошу теплопровідність: хоча теплопровідність CBN не може зрівнятися з алмазом, теплопровідність PCBN є другою після алмазу в різних інструментальних матеріалах, набагато вищою, ніж у швидкорізальної сталі та твердих сплавів.
⑤ Низький коефіцієнт тертя: нижчий коефіцієнт тертя може призвести до зменшення сили різання, зниження температури різання та покращення якості поверхні під час обробки.
Застосування ріжучого інструменту з кубічного нітриду бору
Кубічний нітрид бору підходить для точної обробки різних матеріалів, які важко різати, таких як загартована сталь, твердий чавун, високотемпературні сплави, тверді сплави та матеріали для напилення поверхні. Точність обробки може досягати IT5 (отвір IT6), а значення шорсткості поверхні може бути таким низьким, як Ra1.25-0.20 мкМ.
В'язкість і міцність на вигин кубічного нітриду бору ріжучих матеріалів є поганими. Тому токарні інструменти з кубічного нітриду бору непридатні для грубої обробки на низьких швидкостях і з великими ударними навантаженнями; Він не підходить для різання матеріалів з високою пластичністю, таких як алюмінієві сплави, сплави міді, сплави на основі нікелю та сталь з високою пластичністю, оскільки різання цих металів призведе до серйозних відкладень стружки, які погіршать поверхню обробки.
3. Види, властивості, характеристики та інструментальне застосування керамічних інструментальних матеріалів
Керамічні ріжучі інструменти мають такі характеристики, як висока твердість, хороша зносостійкість, чудова термостійкість і хімічна стабільність, і їх нелегко склеювати з металами. Керамічні ріжучі інструменти відіграють дуже важливу роль в обробці з ЧПК і стали одними з основних ріжучих інструментів для високошвидкісного різання та складних для обробки матеріалів. Керамічні ріжучі інструменти широко використовуються для високошвидкісного різання, сухого різання, жорсткого різання та різання важкооброблюваних матеріалів. Керамічні ріжучі інструменти можуть ефективно обробляти матеріали високої твердості, які не можуть бути оброблені традиційними ріжучими інструментами, досягаючи «точіння замість шліфування»; Оптимальна швидкість різання керамічних ріжучих інструментів може бути в 2-10 разів вищою, ніж у твердосплавних ріжучих інструментів, що значно підвищує ефективність виробництва різання; Основною сировиною для керамічних ріжучих інструментів є найпоширеніші елементи в земній корі. Тому просування та застосування керамічних ріжучих інструментів має велике значення для підвищення продуктивності, зниження витрат на обробку та збереження стратегічних дорогоцінних металів. Це також значно сприятиме прогресу технології різання.

⑴ Види керамічних інструментальних матеріалів
Типи матеріалів для керамічних інструментів загалом можна розділити на три категорії: кераміка на основі оксиду алюмінію, кераміка на основі нітриду кремнію та композитна кераміка на основі нітриду кремнію на основі оксиду алюмінію. Серед них найбільш широко використовуються інструментальні керамічні матеріали на основі оксиду алюмінію та нітриду кремнію. Ефективність кераміки на основі нітриду кремнію краща, ніж у кераміки на основі оксиду алюмінію.
⑵ Продуктивність і характеристики керамічних ріжучих інструментів
Експлуатаційні характеристики керамічних ріжучих інструментів наступні:
① Висока твердість і хороша зносостійкість: хоча твердість керамічних ріжучих інструментів не така висока, як PCD і PCBN, вона значно вища, ніж у твердих сплавів і ріжучих інструментів із швидкорізальної сталі, досягаючи 93-95HRA. Керамічні ріжучі інструменти можуть обробляти високотверді матеріали, які важко обробляти традиційними інструментами, що робить їх придатними для високошвидкісного та жорсткого різання.
② Стійкість до високих температур і хороша термостійкість: керамічні ріжучі інструменти можуть різати при високих температурах понад 1200 градусів. Керамічні ріжучі інструменти мають відмінні високотемпературні механічні властивості, а стійкість до окислення керамічних ріжучих інструментів A12O3 особливо висока. Навіть коли ріжуча кромка знаходиться в розпеченому стані, її можна використовувати постійно. Таким чином, керамічні ріжучі інструменти можуть досягати сухого різання, тим самим економлячи ріжучу рідину.
③ Хороша хімічна стабільність: Керамічні ріжучі інструменти важко з’єднати з металами, вони стійкі до корозії з хорошою хімічною стабільністю, що може зменшити адгезійне зношування ріжучих інструментів.
④ Низький коефіцієнт тертя: керамічні ріжучі інструменти мають низьку спорідненість з металами, що призводить до низького коефіцієнта тертя, що може зменшити силу різання та температуру різання.
⑶ Керамічні ножі мають застосування
Кераміка є одним із інструментальних матеріалів, які в основному використовуються для високошвидкісної точної обробки та напівточної обробки. Керамічні ріжучі інструменти підходять для різання різного чавуну (сірого чавуну, ковкого чавуну, ковкого чавуну, холодного твердого чавуну, високолегованого зносостійкого чавуну) і сталі (вуглецевої конструкційної сталі, легованої конструкційної сталі, високоміцної сталі). , сталь з високим вмістом марганцю, загартована сталь тощо), а також може використовуватися для різання мідних сплавів, графіту, конструкційних пластмас і композитних матеріалів.
Керамічні інструментальні матеріали мають проблеми з низькою міцністю на вигин і низькою ударною в'язкістю, що робить їх непридатними для різання на низьких швидкостях і під ударними навантаженнями.
4. Експлуатаційні властивості та характеристики покритих інструментальних матеріалів та застосування інструментів
Нанесення покриття на ріжучі інструменти є одним із важливих способів покращення їх продуктивності. Поява ріжучих інструментів з покриттям зробила значні прориви в їх продуктивності різання. Ріжучі інструменти з покриттям - це ті, які покриті одним або декількома шарами вогнетривкої суміші з хорошою зносостійкістю на корпусі інструмента з хорошою в'язкістю. Вони поєднують матрицю інструменту з твердим покриттям, що значно покращує продуктивність інструменту. Ріжучі інструменти з покриттям можуть покращити ефективність обробки, підвищити точність обробки, подовжити термін служби інструменту та зменшити витрати на обробку.
Близько 80% ріжучих інструментів, які використовуються в нових верстатах з ЧПК, використовують інструменти з покриттям. Ріжучі інструменти з покриттям стануть найважливішим різновидом інструментів у сфері обробки з ЧПК у майбутньому.

⑴ Типи ріжучих інструментів з покриттям
Відповідно до різних методів покриття, інструменти з покриттям можна розділити на інструменти з покриттям хімічним осадженням з парової фази (CVD) і інструменти з покриттям фізичного осадження з парової фази (PVD). Ріжучі інструменти з твердого сплаву з покриттям зазвичай використовують метод хімічного осадження з парової фази з температурою осадження близько 1000 градусів. Різальні інструменти з високошвидкісної сталі з покриттям зазвичай використовують метод фізичного осадження з парової фази з температурою осадження близько 500 градусів;
Відповідно до різних матеріалів підкладки інструментів з покриттям, інструменти з покриттям можна розділити на інструменти з покриттям із твердого сплаву, інструменти з покриттям із швидкорізальної сталі та інструменти з покриттям на кераміці та надтвердих матеріалах (алмаз і кубічний нітрид бору).
Відповідно до властивостей матеріалів покриття інструменти з покриттям можна розділити на дві категорії, а саме інструменти з «твердим» покриттям та інструменти з «м’яким» покриттям. Основна мета, яку переслідують ріжучі інструменти з «твердим» покриттям, - висока твердість і зносостійкість, головними перевагами яких є висока твердість і хороша зносостійкість, типовими для яких є покриття TiC і TiN. Метою, яку переслідують інструменти з «м'яким» покриттям, є низький коефіцієнт тертя, також відомі як самозмащувальні інструменти. Його коефіцієнт тертя з матеріалом заготовки дуже низький, лише близько 0.1, що може зменшити адгезію, зменшити тертя та знизити силу різання та температуру різання.
Останнім часом були розроблені інструменти для нанопокриття. Цей інструмент із покриттям може використовувати різні комбінації матеріалів покриття (наприклад, метал/метал, метал/кераміка, кераміка/кераміка тощо), щоб відповідати різним функціональним вимогам і вимогам до продуктивності. Добре розроблене нанопокриття може надати інструментальним матеріалам чудові антифрикційні, протизносні та самозмащувальні властивості, що робить їх придатними для високошвидкісного сухого різання.
Характеристика різальних інструментів з покриттям
Експлуатаційні характеристики різальних інструментів з покриттям наступні:
① Хороші механічні характеристики та характеристики різання: ріжучі інструменти з покриттям поєднують чудові властивості підкладки та матеріалів покриття, зберігаючи добру в’язкість і високу міцність підкладки, а також високу твердість, зносостійкість і низький коефіцієнт тертя покриття. Таким чином, швидкість різання інструментів з покриттям може бути збільшена більш ніж вдвічі порівняно з інструментами без покриття, і допускаються вищі швидкості подачі. Термін служби ріжучих інструментів із покриттям також був покращений.
② Висока універсальність: інструменти з покриттям мають широкий спектр універсальності та значно розширюють діапазон обробки. Один інструмент із покриттям може замінити декілька інструментів без покриття.
③ Товщина покриття: зі збільшенням товщини покриття ресурс інструменту також збільшується, але коли товщина покриття досягає насичення, термін служби інструменту значно не збільшується. Коли покриття занадто товсте, легко викликати відшарування; Коли покриття занадто тонке, зносостійкість погана.
④ Можливість повторного шліфування: Леза з покриттям мають низьку здатність до повторного шліфування, складне обладнання для нанесення покриття, високі вимоги до процесу та тривалий час нанесення покриття.
⑤ Матеріали покриття: Ріжучі інструменти з різними матеріалами покриття мають різну ефективність різання. Наприклад, при низькошвидкісному різанні перевагу має покриття TiC; TiN більше підходить для високошвидкісного різання.
Застосування різальних інструментів з покриттям
Ріжучі інструменти з покриттям мають великий потенціал у сфері обробки з ЧПК і будуть найважливішим різновидом інструментів у майбутньому. Технологія покриття була застосована до кінцевих фрез, розгорток, свердл, інструментів для обробки композитних отворів, зубофрезерних фрез, зубофрезерних фрез, зубофрезерних фрез, формувальних протяжок і різноманітних змінних вставок для машинних затискачів, що відповідає потребам високошвидкісного різання різні матеріали, такі як сталь і чавун, жароміцні сплави, кольорові метали.
5. Види, властивості, характеристики та застосування твердосплавних матеріалів ріжучого інструменту

Ріжучі інструменти з твердого сплаву, особливо змінні інструменти з твердого сплаву, є провідними продуктами інструментів для обробки з ЧПК. Починаючи з 1980-х років, різні типи інтегральних і змінних твердосплавних ріжучих інструментів або лез поширилися на різні області ріжучих інструментів. Серед них змінні ріжучі інструменти з твердих сплавів розширилися від простих токарних інструментів і торцевих фрез до різноманітних точних, складних і фасонних інструментів.
⑴ Види твердосплавного різального інструменту
За основним хімічним складом тверді сплави можна розділити на тверді сплави на основі карбіду вольфраму і тверді сплави на основі карбіду титану (TiC (N)).
Тверді сплави на основі карбіду вольфраму включають три типи: вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-кобальт-титан (YT) і рідкісні карбіди з додаванням (YW), кожен з яких має свої переваги та недоліки. Основними компонентами є карбід вольфраму (WC), карбід титану (TiC), карбід танталу (TaC), карбід ніобію (NbC) тощо. Зазвичай використовуваною фазою зв’язування металу є Co.
Твердий сплав на основі вуглецю (азоту) на основі титану — це твердий сплав, що складається в основному з TiC (деякі з додаванням інших карбідів або нітридів), а зазвичай використовуваними фазами металевого зв’язку є Mo та Ni.
ISO (Міжнародна організація стандартизації) поділяє різання твердих сплавів на три категорії:
K-клас, включаючи Kl0-K40, еквівалентний класу YG у Китаї (в основному складається з WC. Co).
P-клас, включаючи P01-P50, еквівалентний класу YT у Китаї (в основному складається з WC. TiC. Co).
Клас M, включаючи M10~M40, еквівалентний класу YW у Китаї (в основному складається з WC TiC TaC (NbC) - Co).
Ряд сплавів від високої твердості до максимальної ударної в'язкості представлений номерами від 01 до 50 для кожного сорту.
⑵ Експлуатаційні характеристики твердосплавних різальних інструментів
Експлуатаційні характеристики твердосплавного різального інструменту наступні:
① Висока твердість: ріжучі інструменти з твердих сплавів виготовляються методом порошкової металургії з карбідів (так звані тверді фази) і металевих зв’язуючих (так звані зв’язувальні фази) з високою твердістю та температурою плавлення. Їхня твердість досягає 89-93HRA, що набагато вище, ніж у швидкорізальної сталі. При 5400C їхня твердість може досягати 82-87HRA, що дорівнює твердості швидкорізальної сталі за кімнатної температури (83-86HRA). Значення твердості твердих сплавів змінюється залежно від властивостей, кількості, розміру частинок і вмісту металевих зв'язуючих фаз карбідів і, як правило, зменшується зі збільшенням вмісту зв'язуючих металевих фаз. При однаковому вмісті адгезивної фази твердість сплавів типу YT вища, ніж у сплавів типу YG, а сплави з додаванням TaC (NbC) мають вищу високотемпературну твердість.
② Міцність на вигин і міцність: міцність на згин часто використовуваних твердих сплавів коливається від 900 до 1500 МПа. Чим вищий вміст металевої сполучної фази, тим вище міцність на вигин. Коли вміст адгезиву однаковий, міцність сплаву типу YG (WC Co) вища, ніж у сплаву типу YT (WC TiC Co), і міцність зменшується зі збільшенням вмісту TiC. Твердий сплав є крихким матеріалом, і його ударна в’язкість за кімнатної температури становить лише 1/30-1/8 в’язкості швидкорізальної сталі.
Застосування широко використовуваних твердосплавних різальних інструментів
Сплави типу YG в основному використовуються для обробки чавуну, кольорових металів і неметалевих матеріалів. Дрібнозернисті тверді сплави (такі як YG3X, YG6X) мають вищу твердість і зносостійкість, ніж середньозернисті тверді сплави, якщо вміст кобальту в них однаковий. Вони придатні для обробки спеціального твердого чавуну, аустенітної нержавіючої сталі, жароміцних сплавів, титанових сплавів, твердої бронзи, зносостійких ізоляційних матеріалів.
Видатними перевагами твердих сплавів типу YT є висока твердість, хороша термостійкість, більш висока твердість і міцність на стиск при високих температурах порівняно з типом YG, а також хороша стійкість до окислення. Тому, коли необхідно, щоб ніж мав високу термостійкість і зносостійкість, слід вибирати марку з більш високим вмістом TiC. Сплави типу YT підходять для обробки пластикових матеріалів, таких як сталь, але не підходять для обробки титанових сплавів або кремнієвих алюмінієвих сплавів.
Сплави типу YW володіють властивостями типів YG і YT сплавів, з хорошими комплексними характеристиками. Їх можна використовувати для обробки сталевих матеріалів, а також для обробки чавуну і кольорових металів. Якщо відповідним чином збільшити вміст кобальту, цей тип сплаву може мати високу міцність і його можна використовувати для грубої обробки та періодичного різання різних важкооброблюваних матеріалів.
6. Види, характеристики та застосування різального інструменту зі швидкорізальної сталі
Швидкорізальна сталь (HSS) — це тип високолегованої інструментальної сталі, яка містить значну кількість легуючих елементів, таких як W, Mo, Cr і V. Різальні інструменти зі швидкорізальної сталі мають чудові повні характеристики з точки зору міцності, в’язкості та технологічність. У складних різальних інструментах, особливо у виробництві інструментів для обробки отворів, фрез, різьбонарізних інструментів, волочильних різців, зуборізних інструментів та інших складних різальних інструментів за формою кромок, швидкорізальна сталь все ще займає основне місце. Різальні інструменти зі швидкорізальної сталі легко шліфують гострі ріжучі кромки.
Відповідно до різних застосувань, швидкорізальну сталь можна розділити на швидкорізальну сталь загального призначення та високоефективну швидкорізальну сталь.

⑴ Універсальний інструмент для різання швидкорізальної сталі
Універсальна швидкорізальна сталь. Загалом його можна розділити на дві категорії: вольфрамова сталь і вольфрамомолібденова сталь. Цей тип швидкорізальної сталі містить (C) від 0.7% до 0.9%. Відповідно до різного вмісту вольфраму в сталі її можна розділити на вольфрамову сталь із вмістом W 12% або 18%, вольфрамомолібденову сталь із вмістом W 6% або 8% і молібденову сталь із вмістом W 2 % або немає Вт. Універсальна швидкорізальна сталь має певну твердість (63-66HRC) і зносостійкість, високу міцність і ударну в'язкість, добру пластичність і оброблюваність і широко використовується у виробництві різноманітних складних ріжучих інструментів.
① Вольфрамова сталь. Типовою маркою вольфрамової сталі для швидкорізальної сталі загального призначення є W18Cr4V (відома як W18), яка має хороші комплексні властивості та високотемпературну твердість 48,5HRC при 6000C. З нього можна виготовляти різні складні різальні інструменти. Він має такі переваги, як хороша шліфувальність і низька чутливість до зневуглецювання, але через високий вміст карбідів, нерівномірний розподіл, більші частки, а також низьку міцність і в'язкість.
② Вольфрамомолібденова сталь: відноситься до швидкорізальної сталі, отриманої шляхом заміни частини вольфраму у вольфрамовій сталі молібденом. Типова марка вольфрам-молібденової сталі W6Mo5Cr4V2, скорочено M2. Частинки карбіду M2 дрібні й однорідні, мають кращу міцність, в’язкість і високотемпературну пластичність, ніж W18Cr4V. Іншим типом вольфрам-молібденової сталі є W9Mo3Cr4V (скорочено W9), яка має дещо вищу термічну стабільність, ніж сталь M2, кращу міцність на вигин і міцність, ніж W6M05Cr4V2, і має хорошу оброблюваність.
⑵ Високопродуктивні інструменти для різання швидкорізальної сталі
Високоефективна швидкорізальна сталь відноситься до нового типу сталі, яка додає деякий вміст вуглецю та ванадію, а також елементи сплаву, такі як Co та Al, до складу швидкорізальної сталі загального призначення, щоб покращити її теплоту. стійкість і зносостійкість. В основному є такі категорії:
① Високовуглецева швидкорізальна сталь. Високовуглецева швидкорізальна сталь (така як 95W18Cr4V) має високу твердість при кімнатній і високій температурі, що робить її придатною для виробництва та обробки звичайної сталі та чавуну, свердл, розгорток, мітчиків і фрез з високими вимогами до зносостійкості, або ріжучі інструменти для обробки більш твердих матеріалів. Він не підходить для того, щоб витримувати сильні удари.
② Швидкорізальна сталь з високим вмістом ванадію. Типові марки, такі як W12Cr4V4Mo (відомі як EV4), підвищують вміст V до 3% -5%, мають гарну зносостійкість і підходять для різання матеріалів, які спричиняють значний знос інструменту, таких як волокна, тверда гума , пластмаси тощо. Їх також можна використовувати для обробки таких матеріалів, як нержавіюча сталь, високоміцна сталь і жаростійкі сплави.
③ Кобальтова швидкорізальна сталь. Вона належить до надтвердої швидкорізальної сталі, що містить кобальт, із типовою маркою W2Mo9Cr4VCo8 (відома як M42), яка має високу твердість і може досягати 69-70HRC. Підходить для обробки високоміцної жароміцної сталі, жаростійких сплавів, титанових сплавів та інших важкооброблюваних матеріалів. M42 має хорошу шліфувальність і підходить для виготовлення точних і складних різальних інструментів, але не підходить для роботи в умовах ударного різання.
④ Алюмінієва швидкорізальна сталь. Він належить до надтвердої швидкорізальної сталі, що містить алюміній, із типовими марками, такими як W6Mo5Cr4V2Al (позначається як 501). Високотемпературна твердість при 6000C також досягає 54HRC, а продуктивність різання еквівалентна М42. Він підходить для виготовлення фрез, свердел, розгорток, зуборізних інструментів, протяжок тощо, а також для обробки легованої сталі, нержавіючої сталі, високоміцної сталі та жароміцних сплавів.
⑤ Надтверда азотна швидкорізальна сталь. Типова марка, така як W12M03Cr4V3N, скорочено V3N, являє собою надтверду швидкорізальну сталь, що містить азот, твердість, міцність і в’язкість якої можна порівняти з М42. Його можна використовувати як заміну кобальтовмісної швидкорізальної сталі для низькошвидкісного різання важкооброблюваних матеріалів і низькошвидкісної високоточної обробки.
⑶ Плавка швидкорізальної сталі та порошкової металургії швидкорізальної сталі
Відповідно до різних виробничих процесів, швидкорізальну сталь можна розділити на розплавлену швидкорізальну сталь і швидкорізальну сталь порошкової металургії.
① Плавлення швидкорізальної сталі: як звичайна швидкорізальна сталь, так і високоефективна швидкорізальна сталь виготовляються методом плавлення. З них виготовляють ріжучі інструменти за допомогою таких процесів, як плавка, лиття в зливки, а також покриття та прокатка. Серйозною проблемою, яка може виникнути під час плавлення швидкорізальної сталі, є сегрегація карбіду. Тверді та крихкі карбіди нерівномірно розподілені у швидкорізальній сталі, а розмір зерна є грубим (до десятків мікрометрів), що негативно впливає на зносостійкість, ударну в’язкість і продуктивність різання швидкорізальної сталі.
② Порошкова металургійна швидкорізальна сталь (PM HSS): Порошкова металургійна швидкорізальна сталь (PM HSS) — це рідка сталь, розплавлена ​​у високочастотній індукційній печі, яка розпилюється аргоном під високим тиском або чистим азотом, а потім швидко охолоджується. для отримання дрібної однорідної кристалічної структури (порошок швидкорізальної сталі). Отриманий порошок потім пресують у заготовку ріжучого інструменту при високій температурі та тиску або спочатку виготовляють із нього сталеву заготовку, а потім кують і прокатують у форму ріжучого інструменту. Порівняно зі швидкорізальною сталлю, виготовленою методом плавлення, PM HSS має переваги дрібних і однорідних зерен карбіду, значно покращену міцність, ударну в’язкість і зносостійкість порівняно з розплавленою швидкорізальною сталлю. Інструменти PM HSS будуть розвиватися й надалі та займатимуть важливе місце в галузі складних інструментів з ЧПК. Типові марки, такі як F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN та ін., можуть бути використані для виготовлення великогабаритного, надміцного, ударостійкого ріжучого інструменту, а також прецизійного ріжучого інструменту.
III Принципи вибору інструментальних матеріалів для ЧПК
Широко використовувані матеріали для інструментів для ЧПК в даний час включають алмазні інструменти, інструменти з кубічного нітриду бору, інструменти з кераміки, інструменти з покриттям, інструменти з твердих сплавів і інструменти зі швидкорізальної сталі. Існує багато загальних сортів матеріалів для ріжучого інструменту, і їх продуктивність сильно відрізняється. Основні експлуатаційні показники різних інструментальних матеріалів наведені в таблиці нижче.

Вибір матеріалів ріжучого інструменту для обробки з ЧПК повинен базуватися на заготовці, що обробляється, і властивостях обробки. Вибір інструментальних матеріалів повинен відповідати об’єкту обробки. Узгодження матеріалів ріжучого інструменту з об’єктом обробки в основному стосується узгодження їх механічних, фізичних і хімічних властивостей, щоб досягти найдовшого терміну служби інструменту та максимальної продуктивності різання.
1. Відповідність механічних властивостей матеріалів ріжучого інструменту та об’єктів обробки
Проблема узгодження механічних характеристик між ріжучими інструментами та об’єктами обробки в основному стосується узгодження параметрів механічних характеристик, таких як міцність, в’язкість і твердість між інструментами та матеріалами заготовки. Матеріали ріжучого інструменту з різними механічними властивостями підходять для обробки різних матеріалів заготовки.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>швидкорізальна сталь.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>інструменти з алмазу та кубічного нітриду бору.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>інструменти з кубічного нітриду бору, алмазні та керамічні.
Матеріали заготовки з високою твердістю необхідно обробляти ріжучими інструментами з більшою твердістю, а твердість матеріалу ріжучого інструменту має бути вищою, ніж матеріал заготовки, як правило, вимагається твердість 60HRC або вище. Чим вище твердість матеріалу інструменту, тим краще його зносостійкість. Наприклад, із збільшенням вмісту кобальту в твердих сплавах підвищується їх міцність і в'язкість, а твердість зменшується, що робить їх придатними для грубої механічної обробки; Коли вміст кобальту зменшується, його твердість і зносостійкість зростають, що робить його придатним для точної обробки.
Інструменти з чудовими високотемпературними механічними властивостями особливо підходять для високошвидкісного різання. Чудові високотемпературні характеристики керамічних різальних інструментів дозволяють їм різати з високою швидкістю, а допустиму швидкість різання можна збільшити в 2-10 разів порівняно з твердими сплавами.
2. Узгодження фізичних властивостей матеріалів ріжучого інструменту та об’єктів обробки
Інструменти з різними фізичними властивостями, такі як інструменти зі швидкорізальної сталі з високою теплопровідністю та низькою температурою плавлення, керамічні інструменти з високою температурою плавлення та низьким температурним розширенням та алмазні інструменти з високою теплопровідністю та низьким тепловим розширенням, підходять для обробки різних заготовки матеріалів. При обробці заготовок з поганою теплопровідністю слід використовувати інструментальні матеріали з хорошою теплопровідністю для швидкої передачі тепла різання і зниження температури різання. Алмаз, завдяки своїй високій теплопровідності та швидкості термодифузії, схильний до розсіювання тепла різання та не викликає значної термічної деформації, що особливо важливо для інструментів для точної обробки, які вимагають високої точності розмірів.
① Температура термостійкості різних матеріалів для ріжучих інструментів: 700-8000C для алмазних ріжучих інструментів, 13000-15000C для ріжучих інструментів з PCBN, 1100-12000C для керамічних ріжучих інструментів, 900-11000C для твердих сплавів на основі TiC (N), 800-9000C для наддрібнозернистих твердих сплавів на основі WC і 600-7000C для HSS.
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>Кераміка на основі A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>Кераміка на основі A1203.
3. Відповідність хімічних властивостей матеріалів ріжучого інструменту та об’єктів обробки
Проблема узгодження хімічних характеристик між матеріалами ріжучого інструменту та об’єктами обробки в основному стосується узгодження параметрів хімічних характеристик, таких як хімічна спорідненість, хімічна реакція, дифузія та розчинення між матеріалами інструменту та матеріалами заготовки. Ріжучі інструменти з різних матеріалів підходять для обробки різних матеріалів заготовки.
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS.
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>діамант.
4. Розумний вибір матеріалів інструменту ЧПК
Загалом, PCBN, керамічні ріжучі інструменти, тверді сплави з покриттям і ріжучі інструменти з твердих сплавів на основі TiCN підходять для обробки з ЧПУ чорних металів, таких як сталь; Інструменти PCD підходять для обробки матеріалів кольорових металів, таких як Al, Mg, Cu, а також їх сплавів і неметалічних матеріалів. У таблиці 3-3-2 наведено деякі матеріали заготовки, придатні для обробки за допомогою вищезгаданих інструментальних матеріалів.
У наступній таблиці перераховані деякі матеріали заготовок, які придатні для обробки різними інструментальними матеріалами.