Sự kết hợp giữa thiết bị xử lý tiên tiến và công cụ cắt CNC hiệu suất cao có thể phát huy hết hiệu suất của nó và đạt được lợi ích kinh tế tốt. Với sự phát triển nhanh chóng của vật liệu dụng cụ cắt, nhiều loại vật liệu dụng cụ cắt mới đã cải thiện đáng kể các tính chất vật lý, cơ học và hiệu suất cắt của chúng, đồng thời phạm vi ứng dụng của chúng cũng tiếp tục được mở rộng.
hình ảnh
1. Vật liệu dụng cụ phải có các đặc tính cơ bản
các
Việc lựa chọn vật liệu dụng cụ có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của dụng cụ, hiệu quả xử lý, chất lượng xử lý và chi phí xử lý. Khi dụng cụ cắt, nó phải chịu tác động của áp suất cao, nhiệt độ cao, ma sát, sốc và rung. Do đó, vật liệu công cụ phải có các thuộc tính cơ bản sau:
(1) Độ cứng và khả năng chống mài mòn. Độ cứng của vật liệu dụng cụ phải cao hơn độ cứng của vật liệu phôi, thường trên 60HRC. Vật liệu dụng cụ càng cứng thì khả năng chống mài mòn càng tốt.
(2) Sức mạnh và sự dẻo dai. Vật liệu dụng cụ phải có độ bền và độ dẻo dai cao để chịu được lực cắt, chấn động và rung động, đồng thời ngăn ngừa gãy và mẻ dụng cụ.
(3) Khả năng chịu nhiệt. Khả năng chịu nhiệt của vật liệu dụng cụ tốt hơn, nó có thể chịu được nhiệt độ cắt cao và khả năng chống oxy hóa tốt.
(4) Hiệu suất và tính kinh tế của quy trình. Vật liệu dụng cụ phải có hiệu suất rèn tốt, hiệu suất xử lý nhiệt, hiệu suất hàn, hiệu suất mài, v.v., và nên theo đuổi tỷ lệ hiệu suất-giá cao.
2. Chủng loại, tính chất, đặc điểm và ứng dụng của vật liệu dụng cụ
1. Các loại, tính chất và đặc điểm của vật liệu dụng cụ kim cương và ứng dụng dụng cụ
Kim cương là một thù hình của carbon, và nó là vật liệu cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Dụng cụ kim cương có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn cao và tính dẫn nhiệt cao, được sử dụng rộng rãi trong gia công kim loại màu và vật liệu phi kim loại. Đặc biệt là trong quá trình cắt nhôm và hợp kim nhôm-silicon tốc độ cao, dụng cụ kim cương là loại dụng cụ cắt chính khó thay thế. Các công cụ kim cương có thể đạt được hiệu quả cao, độ ổn định cao và tuổi thọ gia công lâu dài là những công cụ quan trọng và không thể thiếu trong gia công CNC hiện đại.
hình ảnh
⑴ Các loại công cụ kim cương
① Công cụ kim cương tự nhiên: Kim cương tự nhiên đã được sử dụng làm công cụ cắt hàng trăm năm. Dụng cụ kim cương đơn tinh thể tự nhiên đã được mài mịn và lưỡi cắt có thể được mài cực kỳ sắc bén. Bán kính lưỡi cắt có thể đạt tới 0.002μm, có thể thực hiện cắt siêu mỏng và có thể. Nó là một công cụ gia công siêu chính xác được công nhận, lý tưởng và không thể thay thế để xử lý phôi có độ chính xác cực cao và độ nhám bề mặt cực thấp.
② Dụng cụ kim cương PCD: Kim cương tự nhiên đắt tiền và kim cương đa tinh thể (PCD) được sử dụng rộng rãi trong cắt gọt. Kể từ đầu những năm 1970, kim cương đa tinh thể (Polycrystauine diamond, viết tắt là PCD) đã được phát triển. Sau khi thành công, các công cụ kim cương tự nhiên đã được thay thế bằng kim cương đa tinh thể nhân tạo trong nhiều trường hợp. Nguyên liệu thô của PCD rất phong phú về nguồn và giá của nó chỉ bằng vài phần mười đến một phần mười so với kim cương tự nhiên.
Các công cụ PCD không thể mài các cạnh cực sắc và chất lượng bề mặt của các phôi được xử lý không tốt bằng kim cương tự nhiên. Không thuận tiện để sản xuất hạt dao PCD với bộ phận bẻ phoi trong công nghiệp. Do đó, PCD chỉ có thể được sử dụng để cắt mịn kim loại màu và phi kim loại, và rất khó để đạt được độ chính xác siêu cao của gương cắt.
③ Công cụ kim cương CVD: Từ cuối những năm 1970 đến đầu những năm 1980, công nghệ kim cương CVD đã xuất hiện ở Nhật Bản. Kim cương CVD đề cập đến quá trình tổng hợp màng kim cương trên các chất nền không đồng nhất (chẳng hạn như cacbua xi măng, gốm sứ, v.v.) bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD). Kim cương CVD có cấu trúc và đặc tính hoàn toàn giống với kim cương tự nhiên.
Hiệu suất của kim cương CVD rất gần với hiệu suất của kim cương tự nhiên, và nó có những ưu điểm của kim cương đơn tinh thể tự nhiên và kim cương đa tinh thể (PCD), đồng thời khắc phục những thiếu sót của chúng ở một mức độ nhất định.
⑵ Đặc tính hiệu suất của dụng cụ kim cương
① Độ cứng và khả năng chống mài mòn cực cao: Kim cương tự nhiên là chất cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Kim cương có khả năng chống mài mòn cực cao. Khi xử lý vật liệu có độ cứng cao, tuổi thọ của dụng cụ kim cương gấp 10 đến 100 lần so với dụng cụ cacbua xi măng, thậm chí hàng trăm lần.
② Nó có hệ số ma sát rất thấp: hệ số ma sát giữa kim cương và một số kim loại màu thấp hơn so với các dụng cụ cắt khác, hệ số ma sát thấp, biến dạng trong quá trình gia công nhỏ và lực cắt có thể được giảm.
③ Lưỡi cắt rất sắc: lưỡi cắt của dụng cụ kim cương có thể được mài sắc hơn và dụng cụ kim cương đơn tinh thể tự nhiên có thể cao tới 0.002-0.008μm, có thể được sử dụng cho cực -cắt mỏng và gia công siêu chính xác.
④ Có tính dẫn nhiệt cao: kim cương có tính dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt cao, nhiệt cắt dễ bị tiêu tán và nhiệt độ của phần cắt của dụng cụ thấp.
⑤ Hệ số giãn nở nhiệt thấp: Hệ số giãn nở nhiệt của kim cương nhỏ hơn nhiều lần so với cacbua xi măng và sự thay đổi kích thước dụng cụ do nhiệt cắt gây ra là rất nhỏ, điều này đặc biệt quan trọng đối với gia công chính xác và siêu chính xác đòi hỏi cao độ chính xác kích thước.
⑶ Ứng dụng của công cụ kim cương
Dụng cụ kim cương chủ yếu được sử dụng để cắt tinh và doa kim loại màu và vật liệu phi kim loại ở tốc độ cao. Nó phù hợp để xử lý các loại phi kim loại chịu mài mòn khác nhau, chẳng hạn như phôi luyện kim bột FRP, vật liệu gốm, v.v.; các kim loại màu chịu mài mòn khác nhau, chẳng hạn như các hợp kim nhôm-silic khác nhau; xử lý hoàn thiện kim loại màu khác nhau.
Nhược điểm của dụng cụ kim cương là chúng có độ ổn định nhiệt kém. Khi nhiệt độ cắt vượt quá 700 độ đến 800 độ, nó sẽ mất hoàn toàn độ cứng; Ngoài ra, nó không thích hợp để cắt kim loại đen, vì kim cương (cacbon) dễ liên kết với sắt ở nhiệt độ cao. Tác động nguyên tử chuyển đổi các nguyên tử carbon thành cấu trúc than chì và dụng cụ này dễ bị hỏng.
2. Các loại, tính chất và đặc điểm của vật liệu dụng cụ boron nitrit lập phương và ứng dụng dụng cụ
Nitrua boron khối (CBN), vật liệu siêu cứng thứ hai được tổng hợp bằng phương pháp tương tự như phương pháp của kim cương, chỉ đứng sau kim cương về độ cứng và độ dẫn nhiệt. Nó có độ ổn định nhiệt tuyệt vời và có thể được làm nóng đến 10,000 độ trong khí quyển. Quá trình oxy hóa không xảy ra. CBN có tính chất hóa học cực kỳ ổn định đối với kim loại đen và có thể được sử dụng rộng rãi trong quá trình gia công các sản phẩm thép.
hình ảnh
⑴ Các loại dụng cụ cắt boron nitride hình khối
Cubic boron nitride (CBN) là một chất không tồn tại trong tự nhiên. Nó có thể được chia thành đơn tinh thể và đa tinh thể, nghĩa là CBN đơn tinh thể và nitrua boron khối đa tinh thể (Nitrua sinh khối đa tinh thể, được gọi là PCBN). CBN là một trong những đồng phân của boron nitride (BN), và cấu trúc của nó tương tự như cấu trúc của kim cương.
PCBN (nitrit boron khối đa tinh thể) là vật liệu đa tinh thể thiêu kết các vật liệu CBN mịn thông qua giai đoạn liên kết (TiC, TiN, Al, Ti, v.v.) dưới nhiệt độ cao và áp suất cao. Vật liệu dụng cụ kim cương, nó và kim cương được gọi chung là vật liệu dụng cụ siêu cứng. PCBN được sử dụng chủ yếu để làm dao hoặc các dụng cụ khác.
Dụng cụ PCBN có thể được chia thành hạt dao PCBN tích hợp và hạt dao hỗn hợp PCBN thiêu kết bằng cacbua xi măng.
Hạt dao hỗn hợp PCBN được tạo ra bằng cách thiêu kết một lớp PCBN có độ dày từ {{0}}.5 đến 1.0mm trên cacbua xi măng có độ bền và độ dẻo dai tốt. Hiệu suất của nó có cả độ dẻo dai tốt, độ cứng cao và khả năng chống mài mòn. Các vấn đề về cường độ uốn thấp và khó hàn của hạt dao CBN đã được giải quyết.
⑵ Tính chất và đặc điểm chính của nitrua boron khối
Mặc dù độ cứng của nitrua boron khối kém hơn một chút so với kim cương, nhưng nó cao hơn nhiều so với các vật liệu có độ cứng cao khác. Ưu điểm nổi bật của CBN là độ ổn định nhiệt cao hơn nhiều so với kim cương, có thể đạt trên 1200 độ (700-800 độ đối với kim cương). sự phản ứng lại. Các đặc tính hiệu suất chính của nitrua boron khối như sau.
① Độ cứng và khả năng chống mài mòn cao: Cấu trúc tinh thể của CBN tương tự như cấu trúc của kim cương, có độ cứng và độ bền tương tự như kim cương. PCBN đặc biệt thích hợp để xử lý các vật liệu có độ cứng cao mà trước đây chỉ có thể được mài và có thể thu được chất lượng bề mặt phôi tốt hơn.
② Độ ổn định nhiệt cao: Khả năng chịu nhiệt của CBN có thể đạt tới 1400-1500 độ , cao hơn gần 1 lần so với kim cương (700-800 độ ). Dụng cụ PCBN có thể cắt hợp kim nhiệt độ cao và thép cứng với tốc độ cao gấp 3 đến 5 lần so với dụng cụ cacbua xi măng.
③Tính ổn định hóa học tuyệt vời: Nó không có tương tác hóa học với vật liệu gốc sắt ở 1200-1300 độ, và nó sẽ không bị mài mòn mạnh như kim cương, và nó vẫn có thể duy trì độ cứng của cacbua kết dính vào thời điểm này; Các công cụ PCBN phù hợp để cắt các bộ phận bằng thép cứng và gang nguội, có thể được sử dụng rộng rãi trong việc cắt gang tốc độ cao.
④ Độ dẫn nhiệt tốt: Mặc dù độ dẫn nhiệt của CBN không tốt bằng kim cương, nhưng độ dẫn nhiệt của PCBN chỉ đứng sau kim cương trong số các vật liệu dụng cụ khác nhau và cao hơn nhiều so với thép tốc độ cao và cacbua xi măng.
⑤ Hệ số ma sát thấp: Hệ số ma sát thấp có thể làm giảm lực cắt trong quá trình cắt, giảm nhiệt độ cắt và cải thiện chất lượng bề mặt gia công.
⑶ Ứng dụng công cụ nitrua boron khối
Nitrua boron khối phù hợp để hoàn thiện các vật liệu khó cắt khác nhau như thép cứng, gang cứng, hợp kim nhiệt độ cao, hợp kim cứng và vật liệu phun bề mặt. Độ chính xác gia công có thể đạt tới IT5 (lỗ là IT6) và độ nhám bề mặt có thể nhỏ tới Ra1.25-0.20μm.
Vật liệu công cụ boron nitride khối có độ bền và độ bền uốn kém. Do đó, các công cụ tiện boron nitride khối không phù hợp để gia công thô với tốc độ thấp và tải trọng tác động cao; Cạnh tích tụ nghiêm trọng sẽ xảy ra trong trường hợp kim loại, điều này sẽ làm xấu đi bề mặt gia công.
3. Các loại, tính chất và đặc điểm của vật liệu dụng cụ gốm và ứng dụng dụng cụ
Dụng cụ cắt gốm có đặc điểm là độ cứng cao, chống mài mòn tốt, khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và ổn định hóa học, không dễ kết dính với kim loại. Dụng cụ cắt gốm chiếm một vị trí rất quan trọng trong gia công CNC. Dụng cụ cắt gốm đã trở thành một trong những dụng cụ cắt chính để cắt tốc độ cao và xử lý các vật liệu khó gia công. Dụng cụ cắt gốm được sử dụng rộng rãi trong cắt tốc độ cao, cắt khô, cắt cứng và cắt các vật liệu khó gia công. Dao gốm có thể xử lý hiệu quả các vật liệu có độ cứng cao mà dao truyền thống hoàn toàn không thể xử lý và nhận ra "thay thế mài bằng ô tô"; tốc độ cắt tối ưu của dao gốm có thể cao hơn từ 2 đến 10 lần so với dao cacbua xi măng, do đó cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất của quá trình cắt. Nguyên liệu thô chính được sử dụng trong vật liệu dụng cụ gốm là nguyên tố dồi dào nhất trong vỏ trái đất. Do đó, việc phổ biến và ứng dụng các công cụ gốm có ý nghĩa to lớn để nâng cao năng suất, giảm chi phí xử lý và tiết kiệm kim loại quý chiến lược, đồng thời cũng sẽ thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của công nghệ cắt. tiến triển.
hình ảnh
⑴ Các loại vật liệu dụng cụ gốm
Các loại vật liệu công cụ gốm nói chung có thể được chia thành ba loại: gốm dựa trên alumina, gốm dựa trên silicon nitride và gốm dựa trên silicon nitride-alumin tổng hợp. Trong số đó, vật liệu dụng cụ gốm dựa trên alumina và silicon nitride được sử dụng rộng rãi nhất. Hiệu suất của gốm dựa trên silicon nitride vượt trội so với gốm dựa trên alumina.
⑵ Hiệu suất và đặc điểm của dụng cụ cắt gốm
Các đặc tính hiệu suất của dụng cụ cắt gốm như sau:
① Độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt: Mặc dù độ cứng của dụng cụ gốm không cao bằng PCD và PCBN, nhưng nó cao hơn nhiều so với độ cứng của dụng cụ bằng cacbua xi măng và thép tốc độ cao, đạt 93-95HRA. Các công cụ gốm có thể xử lý các vật liệu có độ cứng cao khó xử lý bằng các công cụ truyền thống và phù hợp để cắt tốc độ cao và cắt cứng.
② Khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chịu nhiệt tốt: Dụng cụ bằng sứ vẫn có thể cắt ở nhiệt độ cao trên 1200 độ. Dao gốm có tính chất cơ học ở nhiệt độ cao tốt và khả năng chống oxy hóa của dao gốm A12O3 đặc biệt tốt. Ngay cả khi lưỡi cắt ở trạng thái nóng đỏ, nó vẫn có thể được sử dụng liên tục. Do đó, các dụng cụ gốm có thể cắt khô, tiết kiệm chất lỏng cắt.
③ Tính ổn định hóa học tốt: dụng cụ cắt gốm không dễ kết dính với kim loại, đồng thời có khả năng chống ăn mòn và ổn định về mặt hóa học, có thể làm giảm sự mài mòn liên kết của dụng cụ cắt.
④ Hệ số ma sát thấp: Ái lực giữa dụng cụ cắt gốm và kim loại nhỏ, hệ số ma sát thấp, có thể làm giảm lực cắt và nhiệt độ cắt.
⑶ Ứng dụng của dao sứ
Gốm sứ là một trong những vật liệu công cụ chủ yếu được sử dụng để hoàn thiện tốc độ cao và bán hoàn thiện. Dụng cụ cắt gốm phù hợp để cắt tất cả các loại gang (gang xám, gang dẻo, gang dẻo, gang nguội, gang chịu mài mòn hợp kim cao) và thép (thép kết cấu carbon, thép kết cấu hợp kim, thép cường độ cao) , thép mangan cao, thép tôi, v.v.), cũng có thể được sử dụng để cắt hợp kim đồng, than chì, nhựa kỹ thuật và vật liệu composite.
Có vấn đề về độ bền uốn thấp và độ bền va đập kém trong hiệu suất của vật liệu dụng cụ bằng gốm, không phù hợp để cắt ở tốc độ thấp và tải trọng va đập.
hình ảnh
4. Tính chất và Đặc điểm của Vật liệu Dụng cụ Cắt được Phủ và Ứng dụng của Dụng cụ Cắt
Phủ bóng cho dụng cụ là một trong những cách quan trọng để cải thiện hiệu suất của dụng cụ. Sự xuất hiện của các công cụ cắt được phủ đã tạo ra một bước đột phá lớn trong hiệu suất cắt của các công cụ cắt. Công cụ được phủ được phủ một hoặc nhiều lớp hợp chất chịu lửa có khả năng chống mài mòn tốt trên thân công cụ cứng hơn, kết hợp đế công cụ với lớp phủ cứng, nhờ đó hiệu suất của công cụ được cải thiện đáng kể. Các công cụ cắt được phủ có thể cải thiện hiệu quả xử lý, cải thiện độ chính xác của quá trình, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ và giảm chi phí xử lý.
Khoảng 80 phần trăm dụng cụ cắt được sử dụng trong máy công cụ CNC mới sử dụng dụng cụ có lớp phủ. Dụng cụ cắt có lớp phủ sẽ là loại dụng cụ quan trọng nhất trong lĩnh vực gia công CNC trong tương lai.
hình ảnh
⑴ Các loại dụng cụ phủ
Theo các phương pháp phủ khác nhau, dụng cụ tráng có thể được chia thành dụng cụ tráng lắng đọng hơi hóa học (CVD) và dụng cụ tráng lắng đọng hơi vật lý (PVD). Các công cụ cacbua phủ thường sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học và nhiệt độ lắng đọng là khoảng 1000 độ. Các công cụ thép tốc độ cao được phủ thường sử dụng phương pháp lắng đọng hơi vật lý và nhiệt độ lắng đọng là khoảng 500 độ;
Theo các vật liệu nền khác nhau của các công cụ được phủ, các công cụ được phủ có thể được chia thành các công cụ được phủ cacbua, các công cụ được phủ bằng thép tốc độ cao và các công cụ được phủ trên gốm và vật liệu siêu cứng (nitrit boron và kim cương).
Theo bản chất của vật liệu phủ, dụng cụ tráng có thể được chia thành hai loại, đó là dụng cụ tráng "cứng" và dụng cụ tráng "mềm". Các mục tiêu chính mà các công cụ được phủ "cứng" theo đuổi là độ cứng cao và khả năng chống mài mòn. Ưu điểm chính của nó là độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt, điển hình là lớp phủ TiC và TiN. Mục tiêu mà các công cụ phủ "mềm" theo đuổi là hệ số ma sát thấp, còn được gọi là công cụ tự bôi trơn và hệ số ma sát của nó với vật liệu phôi rất thấp, chỉ khoảng 0.1, có thể làm giảm liên kết, giảm ma sát, giảm lực cắt và nhiệt độ cắt.
Gần đây đã phát triển một công cụ phủ nano (Nanoeoating). Công cụ được phủ này có thể sử dụng các kết hợp khác nhau của các vật liệu phủ khác nhau (chẳng hạn như kim loại/kim loại, kim loại/gốm, gốm/gốm, v.v.) để đáp ứng các yêu cầu về chức năng và hiệu suất khác nhau. Lớp phủ nano được thiết kế phù hợp có thể làm cho vật liệu dụng cụ có chức năng chống ma sát và chống mài mòn tuyệt vời cũng như đặc tính tự bôi trơn, phù hợp cho việc cắt khô tốc độ cao.
⑵ Đặc điểm của dụng cụ phủ
Các đặc tính hiệu suất của các công cụ được phủ như sau:
① Hiệu suất cắt và cơ học tốt: Các công cụ được phủ kết hợp các đặc tính tuyệt vời của vật liệu cơ bản và vật liệu phủ, không chỉ duy trì độ bền tốt và độ bền cao của cơ sở
Sự kết hợp giữa thiết bị xử lý tiên tiến và công cụ cắt CNC hiệu suất cao có thể phát huy hết hiệu suất của nó và đạt được lợi ích kinh tế tốt. Với sự phát triển nhanh chóng của vật liệu dụng cụ cắt, nhiều loại vật liệu dụng cụ cắt mới đã cải thiện đáng kể các tính chất vật lý, cơ học và hiệu suất cắt của chúng, đồng thời phạm vi ứng dụng của chúng cũng tiếp tục được mở rộng.
hình ảnh
1. Vật liệu dụng cụ phải có các đặc tính cơ bản
các
Việc lựa chọn vật liệu dụng cụ có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của dụng cụ, hiệu quả xử lý, chất lượng xử lý và chi phí xử lý. Khi dụng cụ cắt, nó phải chịu tác động của áp suất cao, nhiệt độ cao, ma sát, sốc và rung. Do đó, vật liệu công cụ phải có các thuộc tính cơ bản sau:
(1) Độ cứng và khả năng chống mài mòn. Độ cứng của vật liệu dụng cụ phải cao hơn độ cứng của vật liệu phôi, thường trên 60HRC. Vật liệu dụng cụ càng cứng thì khả năng chống mài mòn càng tốt.
(2) Sức mạnh và sự dẻo dai. Vật liệu dụng cụ phải có độ bền và độ dẻo dai cao để chịu được lực cắt, chấn động và rung động, đồng thời ngăn ngừa gãy và mẻ dụng cụ.
(3) Khả năng chịu nhiệt. Khả năng chịu nhiệt của vật liệu dụng cụ tốt hơn, nó có thể chịu được nhiệt độ cắt cao và khả năng chống oxy hóa tốt.
(4) Hiệu suất và tính kinh tế của quy trình. Vật liệu dụng cụ phải có hiệu suất rèn tốt, hiệu suất xử lý nhiệt, hiệu suất hàn, hiệu suất mài, v.v., và nên theo đuổi tỷ lệ hiệu suất-giá cao.
2. Chủng loại, tính chất, đặc điểm và ứng dụng của vật liệu dụng cụ
1. Các loại, tính chất và đặc điểm của vật liệu dụng cụ kim cương và ứng dụng dụng cụ
Kim cương là một thù hình của carbon, và nó là vật liệu cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Dụng cụ kim cương có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn cao và tính dẫn nhiệt cao, được sử dụng rộng rãi trong gia công kim loại màu và vật liệu phi kim loại. Đặc biệt là trong quá trình cắt nhôm và hợp kim nhôm-silicon tốc độ cao, dụng cụ kim cương là loại dụng cụ cắt chính khó thay thế. Các công cụ kim cương có thể đạt được hiệu quả cao, độ ổn định cao và tuổi thọ gia công lâu dài là những công cụ quan trọng và không thể thiếu trong gia công CNC hiện đại.
hình ảnh
⑴ Các loại công cụ kim cương
① Công cụ kim cương tự nhiên: Kim cương tự nhiên đã được sử dụng làm công cụ cắt hàng trăm năm. Dụng cụ kim cương đơn tinh thể tự nhiên đã được mài mịn và lưỡi cắt có thể được mài cực kỳ sắc bén. Bán kính lưỡi cắt có thể đạt tới 0.002μm, có thể thực hiện cắt siêu mỏng và có thể. Nó là một công cụ gia công siêu chính xác được công nhận, lý tưởng và không thể thay thế để xử lý phôi có độ chính xác cực cao và độ nhám bề mặt cực thấp.
② Dụng cụ kim cương PCD: Kim cương tự nhiên đắt tiền và kim cương đa tinh thể (PCD) được sử dụng rộng rãi trong cắt gọt. Kể từ đầu những năm 1970, kim cương đa tinh thể (Polycrystauine diamond, viết tắt là PCD) đã được phát triển. Sau khi thành công, các công cụ kim cương tự nhiên đã được thay thế bằng kim cương đa tinh thể nhân tạo trong nhiều trường hợp. Nguyên liệu thô của PCD rất phong phú về nguồn và giá của nó chỉ bằng vài phần mười đến một phần mười so với kim cương tự nhiên.
Các công cụ PCD không thể mài các cạnh cực sắc và chất lượng bề mặt của các phôi được xử lý không tốt bằng kim cương tự nhiên. Không thuận tiện để sản xuất hạt dao PCD với bộ phận bẻ phoi trong công nghiệp. Do đó, PCD chỉ có thể được sử dụng để cắt mịn kim loại màu và phi kim loại, và rất khó để đạt được độ chính xác siêu cao của gương cắt.
③ Công cụ kim cương CVD: Từ cuối những năm 1970 đến đầu những năm 1980, công nghệ kim cương CVD đã xuất hiện ở Nhật Bản. Kim cương CVD đề cập đến quá trình tổng hợp màng kim cương trên các chất nền không đồng nhất (chẳng hạn như cacbua xi măng, gốm sứ, v.v.) bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD). Kim cương CVD có cấu trúc và đặc tính hoàn toàn giống với kim cương tự nhiên.
Hiệu suất của kim cương CVD rất gần với hiệu suất của kim cương tự nhiên, và nó có những ưu điểm của kim cương đơn tinh thể tự nhiên và kim cương đa tinh thể (PCD), đồng thời khắc phục những thiếu sót của chúng ở một mức độ nhất định.
⑵ Đặc tính hiệu suất của dụng cụ kim cương
① Độ cứng và khả năng chống mài mòn cực cao: Kim cương tự nhiên là chất cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Kim cương có khả năng chống mài mòn cực cao. Khi xử lý vật liệu có độ cứng cao, tuổi thọ của dụng cụ kim cương gấp 10 đến 100 lần so với dụng cụ cacbua xi măng, thậm chí hàng trăm lần.
② Nó có hệ số ma sát rất thấp: hệ số ma sát giữa kim cương và một số kim loại màu thấp hơn so với các dụng cụ cắt khác, hệ số ma sát thấp, biến dạng trong quá trình gia công nhỏ và lực cắt có thể được giảm.
③ Lưỡi cắt rất sắc: lưỡi cắt của dụng cụ kim cương có thể được mài sắc hơn và dụng cụ kim cương đơn tinh thể tự nhiên có thể cao tới 0.002-0.008μm, có thể được sử dụng cho cực -cắt mỏng và gia công siêu chính xác.
④ Có tính dẫn nhiệt cao: kim cương có tính dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt cao, nhiệt cắt dễ bị tiêu tán và nhiệt độ của phần cắt của dụng cụ thấp.
⑤ Hệ số giãn nở nhiệt thấp: Hệ số giãn nở nhiệt của kim cương nhỏ hơn nhiều lần so với cacbua xi măng và sự thay đổi kích thước dụng cụ do nhiệt cắt gây ra là rất nhỏ, điều này đặc biệt quan trọng đối với gia công chính xác và siêu chính xác đòi hỏi cao độ chính xác kích thước.
⑶ Ứng dụng của công cụ kim cương
Dụng cụ kim cương chủ yếu được sử dụng để cắt tinh và doa kim loại màu và vật liệu phi kim loại ở tốc độ cao. Nó phù hợp để xử lý các loại phi kim loại chịu mài mòn khác nhau, chẳng hạn như phôi luyện kim bột FRP, vật liệu gốm, v.v.; các kim loại màu chịu mài mòn khác nhau, chẳng hạn như các hợp kim nhôm-silic khác nhau; xử lý hoàn thiện kim loại màu khác nhau.
Nhược điểm của dụng cụ kim cương là chúng có độ ổn định nhiệt kém. Khi nhiệt độ cắt vượt quá 700 độ đến 800 độ, nó sẽ mất hoàn toàn độ cứng; Ngoài ra, nó không thích hợp để cắt kim loại đen, vì kim cương (cacbon) dễ liên kết với sắt ở nhiệt độ cao. Tác động nguyên tử chuyển đổi các nguyên tử carbon thành cấu trúc than chì và dụng cụ này dễ bị hỏng.
2. Các loại, tính chất và đặc điểm của vật liệu dụng cụ boron nitrit lập phương và ứng dụng dụng cụ
Nitrua boron khối (CBN), vật liệu siêu cứng thứ hai được tổng hợp bằng phương pháp tương tự như phương pháp của kim cương, chỉ đứng sau kim cương về độ cứng và độ dẫn nhiệt. Nó có độ ổn định nhiệt tuyệt vời và có thể được làm nóng đến 10,000 độ trong khí quyển. Quá trình oxy hóa không xảy ra. CBN có tính chất hóa học cực kỳ ổn định đối với kim loại đen và có thể được sử dụng rộng rãi trong quá trình gia công các sản phẩm thép.
hình ảnh
⑴ Các loại dụng cụ cắt boron nitride hình khối
Cubic boron nitride (CBN) là một chất không tồn tại trong tự nhiên. Nó có thể được chia thành đơn tinh thể và đa tinh thể, nghĩa là CBN đơn tinh thể và nitrua boron khối đa tinh thể (Nitrua sinh khối đa tinh thể, được gọi là PCBN). CBN là một trong những đồng phân của boron nitride (BN), và cấu trúc của nó tương tự như cấu trúc của kim cương.
PCBN (nitrit boron khối đa tinh thể) là vật liệu đa tinh thể thiêu kết các vật liệu CBN mịn thông qua giai đoạn liên kết (TiC, TiN, Al, Ti, v.v.) dưới nhiệt độ cao và áp suất cao. Vật liệu dụng cụ kim cương, nó và kim cương được gọi chung là vật liệu dụng cụ siêu cứng. PCBN được sử dụng chủ yếu để làm dao hoặc các dụng cụ khác.
Dụng cụ PCBN có thể được chia thành hạt dao PCBN tích hợp và hạt dao hỗn hợp PCBN thiêu kết bằng cacbua xi măng.
Hạt dao hỗn hợp PCBN được tạo ra bằng cách thiêu kết một lớp PCBN có độ dày từ {{0}}.5 đến 1.0mm trên cacbua xi măng có độ bền và độ dẻo dai tốt. Hiệu suất của nó có cả độ dẻo dai tốt, độ cứng cao và khả năng chống mài mòn. Các vấn đề về cường độ uốn thấp và khó hàn của hạt dao CBN đã được giải quyết.
⑵ Tính chất và đặc điểm chính của nitrua boron khối
Mặc dù độ cứng của nitrua boron khối kém hơn một chút so với kim cương, nhưng nó cao hơn nhiều so với các vật liệu có độ cứng cao khác. Ưu điểm nổi bật của CBN là độ ổn định nhiệt cao hơn nhiều so với kim cương, có thể đạt trên 1200 độ (700-800 độ đối với kim cương). sự phản ứng lại. Các đặc tính hiệu suất chính của nitrua boron khối như sau.
① Độ cứng và khả năng chống mài mòn cao: Cấu trúc tinh thể của CBN tương tự như cấu trúc của kim cương, có độ cứng và độ bền tương tự như kim cương. PCBN đặc biệt thích hợp để xử lý các vật liệu có độ cứng cao mà trước đây chỉ có thể được mài và có thể thu được chất lượng bề mặt phôi tốt hơn.
② Độ ổn định nhiệt cao: Khả năng chịu nhiệt của CBN có thể đạt tới 1400-1500 độ , cao hơn gần 1 lần so với kim cương (700-800 độ ). Dụng cụ PCBN có thể cắt hợp kim nhiệt độ cao và thép cứng với tốc độ cao gấp 3 đến 5 lần so với dụng cụ cacbua xi măng.
③Tính ổn định hóa học tuyệt vời: Nó không có tương tác hóa học với vật liệu gốc sắt ở 1200-1300 độ, và nó sẽ không bị mài mòn mạnh như kim cương, và nó vẫn có thể duy trì độ cứng của cacbua kết dính vào thời điểm này; Các công cụ PCBN phù hợp để cắt các bộ phận bằng thép cứng và gang nguội, có thể được sử dụng rộng rãi trong việc cắt gang tốc độ cao.
④ Độ dẫn nhiệt tốt: Mặc dù độ dẫn nhiệt của CBN không tốt bằng kim cương, nhưng độ dẫn nhiệt của PCBN chỉ đứng sau kim cương trong số các vật liệu dụng cụ khác nhau và cao hơn nhiều so với thép tốc độ cao và cacbua xi măng.
⑤ Hệ số ma sát thấp: Hệ số ma sát thấp có thể làm giảm lực cắt trong quá trình cắt, giảm nhiệt độ cắt và cải thiện chất lượng bề mặt gia công.
⑶ Ứng dụng công cụ nitrua boron khối
Nitrua boron khối phù hợp để hoàn thiện các vật liệu khó cắt khác nhau như thép cứng, gang cứng, hợp kim nhiệt độ cao, hợp kim cứng và vật liệu phun bề mặt. Độ chính xác gia công có thể đạt tới IT5 (lỗ là IT6) và độ nhám bề mặt có thể nhỏ tới Ra1.25-0.20μm.
Vật liệu công cụ boron nitride khối có độ bền và độ bền uốn kém. Do đó, các công cụ tiện boron nitride khối không phù hợp để gia công thô với tốc độ thấp và tải trọng tác động cao; Cạnh tích tụ nghiêm trọng sẽ xảy ra trong trường hợp kim loại, điều này sẽ làm xấu đi bề mặt gia công.
3. Các loại, tính chất và đặc điểm của vật liệu dụng cụ gốm và ứng dụng dụng cụ
Dụng cụ cắt gốm có đặc điểm là độ cứng cao, chống mài mòn tốt, khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và ổn định hóa học, không dễ kết dính với kim loại. Dụng cụ cắt gốm chiếm một vị trí rất quan trọng trong gia công CNC. Dụng cụ cắt gốm đã trở thành một trong những dụng cụ cắt chính để cắt tốc độ cao và xử lý các vật liệu khó gia công. Dụng cụ cắt gốm được sử dụng rộng rãi trong cắt tốc độ cao, cắt khô, cắt cứng và cắt các vật liệu khó gia công. Dao gốm có thể xử lý hiệu quả các vật liệu có độ cứng cao mà dao truyền thống hoàn toàn không thể xử lý và nhận ra "thay thế mài bằng ô tô"; tốc độ cắt tối ưu của dao gốm có thể cao hơn từ 2 đến 10 lần so với dao cacbua xi măng, do đó cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất của quá trình cắt. Nguyên liệu thô chính được sử dụng trong vật liệu dụng cụ gốm là nguyên tố dồi dào nhất trong vỏ trái đất. Do đó, việc phổ biến và ứng dụng các công cụ gốm có ý nghĩa to lớn để nâng cao năng suất, giảm chi phí xử lý và tiết kiệm kim loại quý chiến lược, đồng thời cũng sẽ thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của công nghệ cắt. tiến triển.
hình ảnh
⑴ Các loại vật liệu dụng cụ gốm
Các loại vật liệu công cụ gốm nói chung có thể được chia thành ba loại: gốm dựa trên alumina, gốm dựa trên silicon nitride và gốm dựa trên silicon nitride-alumin tổng hợp. Trong số đó, vật liệu dụng cụ gốm dựa trên alumina và silicon nitride được sử dụng rộng rãi nhất. Hiệu suất của gốm dựa trên silicon nitride vượt trội so với gốm dựa trên alumina.
⑵ Hiệu suất và đặc điểm của dụng cụ cắt gốm
Các đặc tính hiệu suất của dụng cụ cắt gốm như sau:
① Độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt: Mặc dù độ cứng của dụng cụ gốm không cao bằng PCD và PCBN, nhưng nó cao hơn nhiều so với độ cứng của dụng cụ bằng cacbua xi măng và thép tốc độ cao, đạt 93-95HRA. Các công cụ gốm có thể xử lý các vật liệu có độ cứng cao khó xử lý bằng các công cụ truyền thống và phù hợp để cắt tốc độ cao và cắt cứng.
② Khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chịu nhiệt tốt: Dụng cụ bằng sứ vẫn có thể cắt ở nhiệt độ cao trên 1200 độ. Dao gốm có tính chất cơ học ở nhiệt độ cao tốt và khả năng chống oxy hóa của dao gốm A12O3 đặc biệt tốt. Ngay cả khi lưỡi cắt ở trạng thái nóng đỏ, nó vẫn có thể được sử dụng liên tục. Do đó, các dụng cụ gốm có thể cắt khô, tiết kiệm chất lỏng cắt.
③ Tính ổn định hóa học tốt: dụng cụ cắt gốm không dễ kết dính với kim loại, đồng thời có khả năng chống ăn mòn và ổn định về mặt hóa học, có thể làm giảm sự mài mòn liên kết của dụng cụ cắt.
④ Hệ số ma sát thấp: Ái lực giữa dụng cụ cắt gốm và kim loại nhỏ, hệ số ma sát thấp, có thể làm giảm lực cắt và nhiệt độ cắt.
⑶ Ứng dụng của dao sứ
Gốm sứ là một trong những vật liệu công cụ chủ yếu được sử dụng để hoàn thiện tốc độ cao và bán hoàn thiện. Dụng cụ cắt gốm phù hợp để cắt tất cả các loại gang (gang xám, gang dẻo, gang dẻo, gang nguội, gang chịu mài mòn hợp kim cao) và thép (thép kết cấu carbon, thép kết cấu hợp kim, thép cường độ cao) , thép mangan cao, thép tôi, v.v.), cũng có thể được sử dụng để cắt hợp kim đồng, than chì, nhựa kỹ thuật và vật liệu composite.
Có vấn đề về độ bền uốn thấp và độ bền va đập kém trong hiệu suất của vật liệu dụng cụ bằng gốm, không phù hợp để cắt ở tốc độ thấp và tải trọng va đập.
hình ảnh
4. Tính chất và Đặc điểm của Vật liệu Dụng cụ Cắt được Phủ và Ứng dụng của Dụng cụ Cắt
Phủ bóng cho dụng cụ là một trong những cách quan trọng để cải thiện hiệu suất của dụng cụ. Sự xuất hiện của các công cụ cắt được phủ đã tạo ra một bước đột phá lớn trong hiệu suất cắt của các công cụ cắt. Công cụ được phủ được phủ một hoặc nhiều lớp hợp chất chịu lửa có khả năng chống mài mòn tốt trên thân công cụ cứng hơn, kết hợp đế công cụ với lớp phủ cứng, nhờ đó hiệu suất của công cụ được cải thiện đáng kể. Các công cụ cắt được phủ có thể cải thiện hiệu quả xử lý, cải thiện độ chính xác của quá trình, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ và giảm chi phí xử lý.
Khoảng 80 phần trăm dụng cụ cắt được sử dụng trong máy công cụ CNC mới sử dụng dụng cụ có lớp phủ. Dụng cụ cắt có lớp phủ sẽ là loại dụng cụ quan trọng nhất trong lĩnh vực gia công CNC trong tương lai.
hình ảnh
⑴ Các loại dụng cụ phủ
Theo các phương pháp phủ khác nhau, dụng cụ tráng có thể được chia thành dụng cụ tráng lắng đọng hơi hóa học (CVD) và dụng cụ tráng lắng đọng hơi vật lý (PVD). Các công cụ cacbua phủ thường sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học và nhiệt độ lắng đọng là khoảng 1000 độ. Các công cụ thép tốc độ cao được phủ thường sử dụng phương pháp lắng đọng hơi vật lý và nhiệt độ lắng đọng là khoảng 500 độ;
Theo các vật liệu nền khác nhau của các công cụ được phủ, các công cụ được phủ có thể được chia thành các công cụ được phủ cacbua, các công cụ được phủ bằng thép tốc độ cao và các công cụ được phủ trên gốm và vật liệu siêu cứng (nitrit boron và kim cương).
Theo bản chất của vật liệu phủ, dụng cụ tráng có thể được chia thành hai loại, đó là dụng cụ tráng "cứng" và dụng cụ tráng "mềm". Các mục tiêu chính mà các công cụ được phủ "cứng" theo đuổi là độ cứng cao và khả năng chống mài mòn. Ưu điểm chính của nó là độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt, điển hình là lớp phủ TiC và TiN. Mục tiêu mà các công cụ phủ "mềm" theo đuổi là hệ số ma sát thấp, còn được gọi là công cụ tự bôi trơn và hệ số ma sát của nó với vật liệu phôi rất thấp, chỉ khoảng 0.1, có thể làm giảm liên kết, giảm ma sát, giảm lực cắt và nhiệt độ cắt.
Gần đây đã phát triển một công cụ phủ nano (Nanoeoating). Công cụ được phủ này có thể sử dụng các kết hợp khác nhau của các vật liệu phủ khác nhau (chẳng hạn như kim loại/kim loại, kim loại/gốm, gốm/gốm, v.v.) để đáp ứng các yêu cầu về chức năng và hiệu suất khác nhau. Lớp phủ nano được thiết kế phù hợp có thể làm cho vật liệu dụng cụ có chức năng chống ma sát và chống mài mòn tuyệt vời cũng như đặc tính tự bôi trơn, phù hợp cho việc cắt khô tốc độ cao.
⑵ Đặc điểm của dụng cụ phủ
Các đặc tính hiệu suất của các công cụ được phủ như sau:
① Hiệu suất cắt và cơ học tốt: Các công cụ được phủ kết hợp các đặc tính tuyệt vời của vật liệu cơ bản và vật liệu phủ, không chỉ duy trì độ bền tốt và độ bền cao của cơ sở
