Kombinacija napredne obdelovalne opreme in visoko zmogljivih CNC rezalnih orodij lahko v celoti izkoristi ustrezno učinkovitost in doseže dobre gospodarske koristi. S hitrim razvojem materialov rezalnih orodij so različne nove vrste materialov rezalnih orodij močno izboljšale svoje fizične, mehanske in rezalne lastnosti, njihov obseg uporabe pa se prav tako nenehno širi.
1. Osnovne lastnosti, ki naj bi jih imeli materiali rezilnega orodja
Izbira orodnih materialov pomembno vpliva na življenjsko dobo orodja, učinkovitost obdelave, kakovost obdelave in stroške obdelave. Rezilno orodje mora vzdržati visok pritisk, visoko temperaturo, trenje, udarce in vibracije med rezanjem. Zato morajo imeti orodni materiali naslednje osnovne lastnosti:
(1) Trdota in odpornost proti obrabi. Trdota materiala orodja mora biti višja od trdote materiala obdelovanca, na splošno zahteva trdoto nad 60HRC. Večja kot je trdota materiala orodja, boljša je njegova odpornost proti obrabi.
(2) Trdnost in žilavost. Material orodja mora imeti visoko trdnost in žilavost, da prenese rezalne sile, udarce in vibracije ter prepreči krhke zlome in zlom robov orodja.
(3) Toplotna odpornost. Material orodja ima dobro toplotno odpornost, lahko prenese visoke temperature rezanja in ima dobro odpornost proti oksidaciji.
(4) Učinkovitost in gospodarnost procesa. Material orodja mora imeti dobro zmogljivost kovanja, toplotne obdelave in učinkovitost varjenja; Zmogljivost obdelave brušenja in prizadevanje za visoko razmerje med zmogljivostjo in ceno.
2. Vrste, lastnosti, značilnosti in uporaba materialov za rezalna orodja
a. Vrste, lastnosti, značilnosti in orodja za uporabo diamantnih orodnih materialov
Diamant je alotrop ogljika in je najtrši material v naravi. Diamantna rezalna orodja imajo visoko trdoto, odpornost proti obrabi in toplotno prevodnost ter se pogosto uporabljajo pri obdelavi neželeznih in nekovinskih materialov. Zlasti pri hitrem rezanju aluminija in silicijevih aluminijevih zlitin so diamantna orodja glavne vrste rezalnih orodij, ki jih je težko zamenjati. Diamantna rezalna orodja, ki lahko dosežejo visoko učinkovitost, visoko stabilnost in dolgo življenjsko dobo obdelave, so nepogrešljiva in pomembna orodja pri sodobni CNC obdelavi.
2. Vrste, lastnosti, značilnosti in uporaba orodij iz kubičnega borovega nitrida
Druga vrsta supertrdnega materiala, kubični borov nitrid (CBN), sintetiziran po metodi, podobni metodi izdelave diamanta, je po trdoti in toplotni prevodnosti takoj za diamantom. Ima odlično toplotno stabilnost in ne oksidira pri segrevanju na 10000 stopinj v atmosferi. CBN
ima izjemno stabilne kemične lastnosti za železne kovine in se lahko široko uporablja pri predelavi jeklenih izdelkov.
3. Vrsta, zmogljivost in značilnosti keramičnih orodnih materialov in uporaba orodij
Za keramična rezalna orodja je značilna visoka trdota, dobra odpornost proti obrabi, odlična toplotna odpornost in kemična stabilnost ter jih ni enostavno spojiti s kovino. Keramična orodja igrajo zelo pomembno vlogo pri NC obdelavi. Keramična orodja so postala eno glavnih orodij za hitro rezanje in obdelavo zahtevnih materialov. Keramična orodja se pogosto uporabljajo pri hitrem rezanju, suhem rezanju, trdem rezanju in težko rezalnih materialih. Keramična orodja lahko učinkovito obdelujejo visoko trde materiale, ki jih ni mogoče obdelati s tradicionalnimi orodji, pri čemer se izvede "struženje namesto brušenja"; Optimalna rezalna hitrost keramičnih orodij je lahko 2-10-krat večja kot pri orodjih iz karbidne trdine, kar močno izboljša proizvodno učinkovitost rezanja; Glavne surovine, ki se uporabljajo za materiale za keramična orodja, so najpogostejši elementi v skorji. Zato sta promocija in uporaba keramičnih orodij velikega pomena za izboljšanje produktivnosti, zmanjšanje stroškov obdelave in varčevanje s strateškimi plemenitimi kovinami, prav tako pa bo močno spodbujala napredek tehnologije rezanja.
4. Delovanje in lastnosti prevlečenih orodnih materialov in uporaba orodij
Premazovanje orodja je eden od pomembnih načinov za izboljšanje njegove učinkovitosti. Pojav prevlečenih rezalnih orodij je naredil pomemben preboj v njihovi rezalni učinkovitosti. Prevlečena rezalna orodja so prevlečena z eno ali več plastmi ognjevzdržnih spojin z dobro odpornostjo proti obrabi na telesu orodja z dobro žilavostjo. Kombinirajo matrico orodja s trdim premazom, s čimer močno izboljšajo učinkovitost orodja. Prevlečena rezalna orodja lahko izboljšajo učinkovitost obdelave, izboljšajo natančnost obdelave, podaljšajo življenjsko dobo orodja in zmanjšajo stroške obdelave.
Približno 80 odstotkov rezalnih orodij, ki se uporabljajo v novih CNC obdelovalnih strojih, uporablja orodja s premazom. Orodja s premazom bodo v prihodnosti najpomembnejša sorta orodij na področju CNC obdelave.
5. Vrste, lastnosti, lastnosti in uporaba materialov rezilnih orodij iz trdih zlitin
Rezalna orodja iz trdih zlitin, zlasti rezalna orodja iz trdih zlitin z indeksiranjem, so vodilni izdelki CNC obdelovalnih orodij. Od osemdesetih let prejšnjega stoletja so se različne vrste integriranih rezalnih orodij ali rezil iz trde zlitine, ki jih je mogoče indeksirati, razširile na različna področja rezalnih orodij. Med njimi so se menjalna rezalna orodja iz trdih zlitin razširila s preprostih orodij za struženje in površinsko rezkanje na različna precizna, zapletena in oblikovana orodja.
Vrste rezalnih orodij iz trdih zlitin
Glede na glavno kemično sestavo lahko trde zlitine razdelimo na trde zlitine na osnovi volframovega karbida in trde zlitine na osnovi titanovega karbida (TiC (N).
Cementirani karbidi na osnovi volframovega karbida vključujejo volframov kobalt (YG), volframov kobalt titan (YT) in dodani redki karbid (YW). Imajo svoje prednosti in slabosti. Glavne komponente so volframov karbid (WC), titanov karbid (TiC), tantalov karbid (TaC), niobijev karbid (NbC) itd. Običajna kovinska vezna faza je Co.
Trde zlitine na osnovi ogljika (dušika) na osnovi titana so trde zlitine s TiC kot glavno komponento (nekatere z dodanimi drugimi karbidi ali nitridi), običajno uporabljeni kovinski vezni fazi pa sta Mo in Ni.
ISO (Mednarodna organizacija za standardizacijo) deli rezanje trdih zlitin v tri kategorije:
Razred K, vključno s Kl0-K40, je enakovreden razredu YG na Kitajskem (v glavnem sestavljen iz WC Co).
Razred P, vključno s P01 do P50, je enakovreden razredu YT na Kitajskem (v glavnem sestavljen iz WC TiC Co).
Razred M, vključno z M10 do M40, je enakovreden razredu YW na Kitajskem (v glavnem sestavljen iz WC TiC TaC (NbC) Co).
Vsaka znamka predstavlja niz zlitin, ki segajo od visoke trdote do največje žilavosti s številkami med 01 in 50.
6. Vrste, značilnosti in uporaba rezalnih orodij za hitrorezno jeklo
Hitrorezno jeklo (HSS) je vrsta visoko legiranega orodnega jekla, ki vsebuje veliko količino legirnih elementov, kot so W, Mo, Cr in V. Rezalna orodja za hitrorezno jeklo imajo odlično celovito zmogljivost v smislu trdnosti, žilavosti in predelovalnost. Pri zapletenih rezalnih orodjih, zlasti za izdelavo orodij za obdelavo lukenj, rezkalnih orodij, orodij za rezanje navojev, broš, orodij za rezanje zobnikov in drugih orodij za rezanje kompleksnih robov, je hitrorezno jeklo še vedno glavno mesto. Orodja za hitrorezno jeklo zlahka brusijo ostre rezalne robove.
Glede na različne namene lahko hitrorezno jeklo razdelimo na hitrorezno jeklo za splošno uporabo in visoko zmogljivo hitrorezno jeklo.
(1) Univerzalna orodja za rezanje hitroreznega jekla
Univerzalno hitrorezno jeklo. Na splošno ga lahko razdelimo v dve kategoriji: volframovo jeklo in volframovo molibdenovo jeklo. Ta vrsta hitroreznega jekla vsebuje (C) v razponu od 0,7 odstotkov do 0,9 odstotkov. Glede na različno vsebnost volframa v jeklu ga lahko razdelimo na volframovo jeklo, ki vsebuje 12 ali 18 odstotkov W, volframovo molibdenovo jeklo, ki vsebuje 6 ali 8 odstotkov W, in molibdenovo jeklo, ki vsebuje 2 odstotka ali nič W. Univerzalno hitrorezno jeklo ima določeno stopnjo trdote (63-66HRC) in odpornost proti obrabi, visoko trdnost in žilavost, dobro plastičnost in sposobnost obdelave ter se pogosto uporablja pri izdelavi različnih kompleksnih rezalnih orodij.
① Volframovo jeklo: tipičen razred univerzalnega hitroreznega jekla je volframovo jeklo W18Cr4V (imenovano W18), ki ima dobre celovite lastnosti in visokotemperaturno trdoto 48,5 HRC pri 6000 stopinjah. Uporablja se lahko za izdelavo različnih kompleksnih rezalnih orodij. Ima prednosti, kot so dobra brusljivost in nizka občutljivost za razogljičenje, vendar zaradi visoke vsebnosti karbidov, neenakomerne porazdelitve, večjih delcev ter nizke trdnosti in žilavosti.
② Volframovo molibdenovo jeklo: nanaša se na hitrorezno jeklo, pridobljeno z zamenjavo dela volframa v volframovem jeklu z molibdenom. Tipičen razred volframovega molibdenovega jekla je W6Mo5Cr4V2 ali na kratko M2. Delci karbida M2 so fini in enotni, z boljšo trdnostjo, žilavostjo in visokotemperaturno plastičnostjo kot W18Cr4V. Druga vrsta volframovega molibdenovega jekla je W9Mo3Cr4V (skrajšano W9), ki ima nekoliko višjo toplotno stabilnost kot jeklo M2, boljšo upogibno trdnost in žilavost kot W6M05Cr4V2 in ima dobro obdelovalnost.
(2) Visoko zmogljiva rezalna orodja za hitrorezno jeklo
Visoko zmogljivo hitrorezno jeklo se nanaša na novo vrsto jekla, ki sestavi splošnega hitroreznega jekla doda nekaj vsebnosti ogljika, vsebnosti vanadija in legiranih elementov, kot sta Co in Al, s čimer se izboljša njegova toplotna odpornost in odpornost proti obrabi . Obstajajo predvsem naslednje kategorije:
① Visokoogljično hitrorezno jeklo. Visokoogljično hitrorezno jeklo (kot je 95W18Cr4V) ima visoko trdoto pri sobnih in visokih temperaturah, zaradi česar je primerno za proizvodnjo in obdelavo navadnega jekla in litega železa, svedrov, povrtal, navojev in rezkarjev z visokimi zahtevami glede odpornosti proti obrabi ali rezilna orodja za obdelavo trših materialov. Ni primeren za prenašanje velikih udarcev.
② Hitrorezno jeklo z visoko vsebnostjo vanadija. Tipični razredi, kot je W12Cr4V4Mo, (na kratko EV4), z vsebnostjo V, povečano na 3 do 5 odstotkov, imajo dobro odpornost proti obrabi in so primerni za rezanje materialov z veliko obrabo orodja, kot so vlakna, trda guma, plastika, itd., in se lahko uporablja tudi za obdelavo nerjavnega jekla, jekla visoke trdnosti, visokotemperaturnih zlitin in drugih materialov.
③ Kobaltno hitrorezno jeklo. To je supertrdo hitrorezno jeklo, ki vsebuje kobalt, s tipično stopnjo, kot je W2Mo9Cr4VCo8 (imenovano M42), ki ima visoko trdoto do 69~70HRC. Primeren je za obdelavo materialov, ki jih je težko obdelati, kot so jeklo visoke trdnosti, odporno na vročino, visokotemperaturne zlitine, titanove zlitine itd. M42 ima dobro brusljivost in je primeren za izdelavo natančnih in kompleksnih rezalnih orodij, ni pa primeren za delo v pogojih udarnega rezanja.
④ Hitrorezno jeklo iz aluminija. To je aluminij, ki vsebuje supertrdo hitrorezno jeklo s tipično stopnjo, kot je W6Mo5Cr4V2Al (skrajšano kot 501). Visokotemperaturna trdota pri 6000 stopinjah doseže tudi 54HRC, rezalna zmogljivost pa je enakovredna M42. Primeren je za izdelavo rezkarjev, svedrov, povrtal, zobnikov, broš itd., uporablja pa se za obdelavo materialov, kot so legirano jeklo, nerjaveče jeklo, jeklo visoke trdnosti in visokotemperaturne zlitine.
⑤ Dušikovo supertrdo hitrorezno jeklo. Tipična kakovost, kot je W12M03Cr4V3N, skrajšano kot (V3N), je supertrdo hitrorezno jeklo, ki vsebuje dušik s trdoto, trdnostjo in žilavostjo, primerljivo z M42. Lahko se uporablja kot nadomestek za hitrorezno jeklo, ki vsebuje kobalt, za nizkohitrostno rezanje težko obdelovalnih materialov in nizkohitrostno visoko natančno obdelavo.
(3) Taljenje hitroreznega jekla in hitroreznega jekla iz prašne metalurgije
Glede na različne proizvodne procese lahko hitrorezno jeklo razdelimo na staljeno hitrorezno jeklo in hitrorezno jeklo iz praškaste metalurgije.
① Taljenje hitroreznega jekla: Tako navadno hitrorezno jeklo kot visokozmogljivo hitrorezno jeklo se izdelujeta po metodi taljenja. Izdelujejo se v rezalna orodja s postopki, kot so taljenje, ulivanje ingotov ter prevleka in valjanje. Resna težava, ki se lahko pojavi pri taljenju hitroreznega jekla, je segregacija karbida. Trdi in krhki karbidi so v hitroreznem jeklu neenakomerno porazdeljeni, velikost zrn pa je groba (do desetine mikrometrov), kar negativno vpliva na odpornost proti obrabi, žilavost in rezalno zmogljivost orodij za hitrorezno jeklo.
② Hitrorezno jeklo iz praškaste metalurgije (PM HSS): Hitrorezno jeklo iz praškaste metalurgije (PM HSS) je tekočina iz jekla, topljena v visokofrekvenčni indukcijski peči. Razprši se z visokotlačnim argonom ali čistim dušikovim plinom in nato pogasi, da dobimo fino in enakomerno kristalno strukturo (prah hitroreznega jekla). Nastali prah se nato stisne v surovec orodja pri visoki temperaturi in tlaku ali pa se najprej izdela v jekleno gredico in nato kuje in valja v obliko orodja. V primerjavi s hitroreznim jeklom, izdelanim po metodi taljenja, ima PM HSS prednosti finih in enotnih karbidnih zrn, znatno izboljšano trdnost, žilavost in odpornost proti obrabi v primerjavi s staljenim hitroreznim jeklom. PM HSS tools se bo še naprej razvijala in zasedla pomembno mesto na področju kompleksnih CNC orodij. Tipične stopnje, kot so F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN itd., se lahko uporabljajo za izdelavo rezalnih orodij velikih dimenzij, težkih in na udarce odpornih, pa tudi natančnih rezalnih orodij.
