Typen, prestaties, kenmerken en toepassingsexpertise van 6 soorten CNC-snijgereedschappen

De combinatie van geavanceerde verwerkingsapparatuur en hoogwaardige CNC-snijgereedschappen is noodzakelijk om de nodige efficiëntie volledig te kunnen uitoefenen en goede economische voordelen te behalen. Met de snelle ontwikkeling van gereedschapsmaterialen hebben verschillende nieuwe soorten gereedschapsmaterialen hun fysieke, mechanische en snijprestaties aanzienlijk verbeterd, en hun toepassingsbereik breidt zich ook voortdurend uit.
1 Het gereedschapsmateriaal moet basiseigenschappen hebben
De selectie van gereedschapsmaterialen heeft een aanzienlijke invloed op de standtijd, verwerkingsefficiëntie, verwerkingskwaliteit en verwerkingskosten. Snijgereedschappen moeten tijdens het snijden bestand zijn tegen hoge druk, hoge temperaturen, wrijving, stoten en trillingen. Daarom moeten gereedschapsmaterialen de volgende basiseigenschappen hebben:
(1) Hardheid en slijtvastheid. De hardheid van het gereedschapsmateriaal moet hoger zijn dan die van het werkstukmateriaal, waarbij doorgaans een hardheid van 60 HRC of hoger vereist is. Hoe hoger de hardheid van het gereedschapsmateriaal, hoe beter de slijtvastheid.
(2) Sterkte en taaiheid. Het gereedschapsmateriaal moet een hoge sterkte en taaiheid hebben om snijkrachten, stoten en trillingen te kunnen weerstaan, en om brosse breuk en het inzakken van de rand van het gereedschap te voorkomen.
(3) Hittebestendigheid. Het gereedschapsmateriaal heeft een goede hittebestendigheid, is bestand tegen hoge snijtemperaturen en heeft een goede oxidatieweerstand.
(4) Procesprestaties en economie. Het gereedschapsmateriaal moet goede smeedprestaties, warmtebehandelingsprestaties en lasprestaties hebben; Slijpprestaties en het nastreven van een hoge kosten-prestatieverhouding.
2, Typen, eigenschappen, kenmerken en toepassingen van snijgereedschapmaterialen
1. Typen, eigenschappen, kenmerken en gereedschapstoepassingen van materialen voor diamantslijpgereedschappen
Diamant is een allotroop van koolstof en het hardste materiaal dat in de natuur voorkomt. Diamantsnijgereedschappen hebben een hoge hardheid, slijtvastheid en thermische geleidbaarheid en worden veel gebruikt bij de verwerking van non-ferro en niet-metalen materialen. Vooral bij het hogesnelheidssnijden van aluminium en siliciumaluminiumlegeringen zijn diamantsnijgereedschappen het belangrijkste type snijgereedschap dat moeilijk te vervangen is. Diamantsnijgereedschappen die een hoog rendement, hoge stabiliteit en een lange levensduur kunnen bereiken, zijn onmisbare en belangrijke gereedschappen in de moderne CNC-bewerking.

⑴ Soorten diamantsnijgereedschappen
① Snijgereedschappen voor natuurlijke diamant: Natuurlijke diamant heeft een geschiedenis van meer dan honderd jaar als snijgereedschap. Na fijn slijpen kunnen natuurlijke diamantsnijgereedschappen met één kristal extreem scherpe randen hebben, met een snijradius tot 0,002 μm. Omdat het ultradun snijden kan bereiken en een extreem hoge werkstuknauwkeurigheid en lage oppervlakteruwheid kan bereiken, is het een erkend, ideaal en onvervangbaar ultraprecies bewerkingsgereedschap.
② PCD-diamantensnijgereedschappen: Natuurlijke diamant is duur en polykristallijne diamant (PCD) wordt nog steeds veel gebruikt bij de snijverwerking. Sinds het begin van de jaren zeventig, na de succesvolle ontwikkeling van polykristallijne diamantbladen (PCD), vervaardigd met behulp van hogetemperatuur- en hogedruksynthesetechnologie, zijn natuurlijke diamantslijpgereedschappen in veel situaties vervangen door kunstmatige polykristallijne diamant. PCD-grondstoffen zijn er in overvloed, en hun prijzen zijn slechts tientallen tot tientallen keren hoger dan die van natuurlijke diamant.
PCD-gereedschappen kunnen geen extreem scherpe randen slijpen en de oppervlaktekwaliteit van het bewerkte werkstuk is niet zo goed als die van natuurlijke diamant. Momenteel is het niet handig om PCD-bladen met chipgroeven in de industrie te vervaardigen. Daarom kan PCD alleen worden gebruikt voor het nauwkeurig snijden van non-ferrometalen en niet-metalen, waardoor het moeilijk wordt om uiterst nauwkeurig spiegelsnijden te bereiken.
③ CVD-diamantsnijgereedschappen: Sinds eind jaren zeventig tot begin jaren tachtig is CVD-diamanttechnologie in Japan opgekomen. CVD-diamant verwijst naar de synthese van diamantfilms op heterogene substraten (zoals harde legeringen, keramiek, enz.) met behulp van chemische dampdepositie (CVD). CVD-diamant heeft dezelfde structuur en kenmerken als natuurlijke diamant.
De prestaties van CVD-diamant lijken sterk op die van natuurlijke diamant en combineren de voordelen van natuurlijke monokristallijne diamant en polykristallijne diamant (PCD), waardoor de tekortkomingen tot op zekere hoogte worden overwonnen.
⑵ Prestatiekenmerken van diamantsnijgereedschappen
① Extreem hoge hardheid en slijtvastheid: Natuurlijke diamant is de hardste stof die in de natuur voorkomt. Diamant heeft een extreem hoge slijtvastheid. Bij het verwerken van materialen met een hoge hardheid is de levensduur van diamantsnijgereedschappen 10-100 keer zo lang als die van snijgereedschappen van harde legeringen, en zelfs honderden keren langer.
② Heeft een zeer lage wrijvingscoëfficiënt: de wrijvingscoëfficiënt tussen diamant en sommige non-ferrometalen is lager dan bij andere snijgereedschappen, met een lage wrijvingscoëfficiënt en kleine vervorming tijdens de bewerking, wat de snijkracht kan verminderen.
③ De snijkant is zeer scherp: de snijkant van diamantgereedschappen kan zeer scherp worden geslepen, en natuurlijke diamantgereedschappen met één kristal kunnen een hoogte bereiken van 0.002-0.008 μm. Geschikt voor ultradun snijden en ultraprecieze bewerking.
④ Heeft een hoge thermische geleidbaarheid: Diamond heeft een hoge thermische geleidbaarheid en thermische diffusiesnelheid, en de snijwarmte wordt gemakkelijk afgevoerd. De snijtemperatuur van het gereedschap is laag.
⑤ Een lagere thermische uitzettingscoëfficiënt hebben: de thermische uitzettingscoëfficiënt van diamant is meerdere malen kleiner dan die van harde legering, en de verandering in gereedschapsgrootte veroorzaakt door snijwarmte is zeer klein, wat vooral belangrijk is voor precisie- en ultraprecieze bewerking met hoge maatnauwkeurigheidseisen.
Toepassing van diamantslijpgereedschappen
Diamantsnijgereedschappen worden vaak gebruikt voor het fijn snijden en kotteren van non-ferro en niet-metalen materialen bij hoge snelheden. Geschikt voor het verwerken van verschillende slijtvaste niet-metalen materialen, zoals glasvezelpoedermetallurgieblanks, keramische materialen, enz.; Diverse slijtvaste non-ferrometalen, zoals diverse silicium-aluminiumlegeringen; Diverse non-ferro metaalbewerkingsprocessen.
Het nadeel van diamantslijpgereedschappen is hun slechte thermische stabiliteit. Wanneer de snijtemperatuur 700 graden tot 800 graden overschrijdt, gaat hun hardheid volledig verloren; Bovendien is het niet geschikt voor het snijden van zwarte metalen, omdat diamant (koolstof) bij hoge temperaturen gemakkelijk interageert met ijzeratomen, waardoor koolstofatomen worden omgezet in grafietstructuren, waardoor het gereedschap extreem gevoelig is voor beschadigingen.
2. Typen, eigenschappen, kenmerken en gereedschapstoepassingen van gereedschapsmaterialen van kubisch boornitride
Het tweede superharde materiaal, kubisch boornitride (CBN), gesynthetiseerd met behulp van een methode die vergelijkbaar is met de productie van diamant, staat qua hardheid en thermische geleidbaarheid op de tweede plaats na diamant. Het heeft een uitstekende thermische stabiliteit en oxideert niet bij verhitting tot 10.000 °C in de atmosfeer. CBN heeft uiterst stabiele chemische eigenschappen voor zwarte metalen en kan breed worden toegepast bij de verwerking van staalproducten.

Soorten snijgereedschappen voor kubisch boornitride
Kubisch boornitride (CBN) is een stof die in de natuur niet voorkomt en kan worden onderverdeeld in monokristallijn en polykristallijn, namelijk CBN monokristallijn en polykristallijn kubisch boornitride (PCBN). CBN is een van de isomeren van boornitride (BN), met een structuur die lijkt op diamant.
PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) is een polykristallijn materiaal dat fijne CBN-materialen aan elkaar sintert via bindingsfasen (TiC, TiN, Al, Ti, enz.) onder hoge temperatuur en druk. Het is momenteel het op een na moeilijkste gereedschapsmateriaal dat kunstmatig wordt gesynthetiseerd, en samen met diamant wordt het superhard gereedschapsmateriaal genoemd. PCBN wordt voornamelijk gebruikt voor het maken van snijgereedschappen of ander gereedschap.
PCBN-snijgereedschappen kunnen worden onderverdeeld in integrale PCBN-messen en PCBN-composietmessen gesinterd met composieten van harde legeringen.
PCBN-composietbladen worden gemaakt door een laag PCBN van 0,{0}} 0,0 mm dik te sinteren op een harde legering met goede sterkte en taaiheid. De prestaties combineren goede taaiheid, hoge hardheid en slijtvastheid, waardoor de problemen van lage buigsterkte en lasproblemen van CBN-bladen worden opgelost.
De belangrijkste eigenschappen en kenmerken van kubisch boornitride
Hoewel de hardheid van kubisch boornitride iets lager is dan die van diamant, is deze veel hoger dan die van andere materialen met een hoge hardheid. Het opmerkelijke voordeel van CBN is dat de thermische stabiliteit ervan veel hoger is dan die van diamant, en meer dan 1200 graden bereikt (700-800 graad voor diamant), en een ander opmerkelijk voordeel is de hoge chemische inertheid, die niet reageert met ijzeren elementen. op 1200-1300 graad . De belangrijkste prestatiekenmerken van kubisch boornitride zijn als volgt.
① Hoge hardheid en slijtvastheid: CBN-kristalstructuur is vergelijkbaar met diamant, met vergelijkbare hardheid en sterkte als diamant. PCBN is bijzonder geschikt voor het verwerken van materialen met een hoge hardheid die voorheen alleen konden worden geslepen, en kan een betere oppervlaktekwaliteit van werkstukken bereiken.
② Het heeft een hoge thermische stabiliteit: de hittebestendigheid van CBN kan 1400-1500 graad bereiken, wat bijna 1 keer hoger is dan de hittebestendigheid van diamant (700-800 graad). PCBN-gereedschappen kunnen legeringen op hoge temperatuur en gehard staal snijden met een snelheid die 3-5 keer hoger is dan gereedschappen van harde legeringen.
③ Uitstekende chemische stabiliteit: het reageert niet chemisch met materialen op ijzerbasis, zelfs niet bij temperaturen tussen 1200-1300 graden, en slijt niet zo scherp als diamant. Op dit moment kan het nog steeds de hardheid van harde legeringen behouden; PCBN-snijgereedschappen zijn geschikt voor het snijden van geharde stalen onderdelen en koud hard gietijzer, en kunnen op grote schaal worden gebruikt voor het hogesnelheidssnijden van gietijzer.
④ Goede thermische geleidbaarheid hebben: Hoewel de thermische geleidbaarheid van CBN die van diamant niet kan inhalen, komt de thermische geleidbaarheid van PCBN in verschillende gereedschapsmaterialen op de tweede plaats na diamant, veel hoger dan die van snelstaal en harde legeringen.
⑤ Een lagere wrijvingscoëfficiënt hebben: een lagere wrijvingscoëfficiënt kan leiden tot een afname van de snijkracht, een afname van de snijtemperatuur en een verbetering van de oppervlaktekwaliteit tijdens het bewerken.
Toepassing van snijgereedschappen van kubisch boornitride
Kubisch boornitride is geschikt voor de precisiebewerking van verschillende moeilijk te snijden materialen, zoals gehard staal, hard gietijzer, hogetemperatuurlegeringen, harde legeringen en oppervlaktespuitmaterialen. De bewerkingsnauwkeurigheid kan IT5 bereiken (gat IT6) en de waarde van de oppervlakteruwheid kan zo laag zijn als Ra1.25-0.20 μM.
De taaiheid en buigsterkte van snijgereedschapsmaterialen van kubisch boornitride zijn slecht. Daarom zijn kubieke boornitride-draaigereedschappen niet geschikt voor voorbewerkingen bij lage snelheden en met hoge schokbelastingen; Het is niet geschikt voor het snijden van materialen met een hoge plasticiteit, zoals aluminiumlegeringen, koperlegeringen, legeringen op nikkelbasis en staal met een hoge plasticiteit, omdat het snijden van deze metalen ernstige spanenafzettingen zal veroorzaken, die het bewerkingsoppervlak zullen aantasten.
3. Typen, eigenschappen, kenmerken en gereedschapstoepassingen van keramische gereedschapsmaterialen
Keramische snijgereedschappen hebben de kenmerken van hoge hardheid, goede slijtvastheid, uitstekende hittebestendigheid en chemische stabiliteit, en zijn niet gemakkelijk te verbinden met metalen. Keramische snijgereedschappen spelen een zeer belangrijke rol bij CNC-bewerkingen en zijn een van de belangrijkste snijgereedschappen geworden voor snijden op hoge snelheid en moeilijk te bewerken materialen. Keramische snijgereedschappen worden veel gebruikt bij het snijden op hoge snelheid, droog zagen, hard snijden en snijden van moeilijk te bewerken materialen. Keramische snijgereedschappen kunnen op efficiënte wijze materialen met een hoge hardheid verwerken die niet kunnen worden verwerkt door traditionele snijgereedschappen, waardoor "draaien in plaats van slijpen" wordt bereikt; De optimale snijsnelheid van keramische snijgereedschappen kan 2 tot 10 keer hoger zijn dan die van snijgereedschappen van harde legeringen, waardoor de productie-efficiëntie van het snijden aanzienlijk wordt verbeterd; De belangrijkste grondstoffen die worden gebruikt voor keramische snijgereedschappen zijn de meest voorkomende elementen in de aardkorst. Daarom is de promotie en toepassing van keramische snijgereedschappen van groot belang voor het verbeteren van de productiviteit, het verlagen van de verwerkingskosten en het besparen van strategische edele metalen. Het zal ook de vooruitgang van de snijtechnologie enorm bevorderen.

⑴ Soorten keramische gereedschapsmaterialen
De soorten keramische gereedschapsmaterialen kunnen over het algemeen in drie categorieën worden verdeeld: op aluminiumoxide gebaseerd keramiek, op siliciumnitride gebaseerd keramiek en composiet op siliciumnitride-aluminiumoxide gebaseerd keramiek. Hiervan worden op aluminiumoxide en siliciumnitride gebaseerde keramische gereedschapsmaterialen het meest gebruikt. De prestaties van keramiek op basis van siliciumnitride zijn superieur aan die van keramiek op basis van aluminiumoxide.
⑵ Prestaties en kenmerken van keramische snijgereedschappen
De prestatiekenmerken van keramische snijgereedschappen zijn als volgt:
① Hoge hardheid en goede slijtvastheid: hoewel de hardheid van keramische snijgereedschappen niet zo hoog is als die van PCD en PCBN, is deze aanzienlijk hoger dan die van snijgereedschappen van harde legeringen en snelstaal, en bereikt ze 93-95HRA. Keramische snijgereedschappen kunnen zeer harde materialen verwerken die moeilijk te bewerken zijn met traditioneel gereedschap, waardoor ze geschikt zijn voor snijden op hoge snelheid en hard snijden.
② Hoge temperatuurbestendigheid en goede hittebestendigheid: keramische snijgereedschappen kunnen nog steeds snijden bij hoge temperaturen boven 1200 graden. Keramische snijgereedschappen hebben uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen en de oxidatieweerstand van A12O3 keramische snijgereedschappen is bijzonder goed. Zelfs als de snijkant roodgloeiend is, kan deze continu worden gebruikt. Daarom kunnen keramische snijgereedschappen droog snijden bereiken, waardoor snijvloeistof wordt bespaard.
③ Goede chemische stabiliteit: keramische snijgereedschappen zijn niet gemakkelijk te verbinden met metalen en zijn corrosiebestendig met een goede chemische stabiliteit, wat de lijmslijtage van snijgereedschappen kan verminderen.
④ Lage wrijvingscoëfficiënt: keramische snijgereedschappen hebben een lage affiniteit met metalen, wat resulteert in een lage wrijvingscoëfficiënt die de snijkracht en snijtemperatuur kan verminderen.
⑶ Keramische messen hebben toepassingen
Keramiek is een van de gereedschapsmaterialen die voornamelijk worden gebruikt voor precisiebewerking met hoge snelheid en semi-precisiebewerking. Keramische snijgereedschappen zijn geschikt voor het snijden van diverse soorten gietijzer (grijs gietijzer, nodulair gietijzer, smeedbaar gietijzer, koudhard gietijzer, hooggelegeerd slijtvast gietijzer) en staal (koolstofconstructiestaal, gelegeerd constructiestaal, hoogwaardig staal , hoog mangaanstaal, gehard staal, enz.) en kan ook worden gebruikt voor het snijden van koperlegeringen, grafiet, technische kunststoffen en composietmaterialen.
Keramische gereedschapsmaterialen hebben problemen met een lage buigsterkte en een slechte slagvastheid, waardoor ze ongeschikt zijn voor snijden bij lage snelheden en onder schokbelastingen.
4. Prestaties en kenmerken van gecoate gereedschapsmaterialen en toepassing van gereedschappen
Het coaten van de snijgereedschappen is een van de belangrijke manieren om hun prestaties te verbeteren. De opkomst van gecoate snijgereedschappen heeft voor aanzienlijke doorbraken gezorgd in hun snijprestaties. Gecoate snijgereedschappen zijn gereedschappen die zijn gecoat met een of meer lagen vuurvaste verbindingen met een goede slijtvastheid op het gereedschapslichaam en een goede taaiheid. Ze combineren de gereedschapsmatrix met een harde coating, waardoor de gereedschapsprestaties aanzienlijk worden verbeterd. Gecoate snijgereedschappen kunnen de bewerkingsefficiëntie verbeteren, de bewerkingsnauwkeurigheid verbeteren, de standtijd verlengen en de bewerkingskosten verlagen.
Ongeveer 80% van de snijgereedschappen die in nieuwe CNC-bewerkingsmachines worden gebruikt, maken gebruik van gecoate gereedschappen. Gecoate snijgereedschappen zullen in de toekomst de belangrijkste gereedschapsvariant op het gebied van CNC-bewerking zijn.

⑴ Soorten gecoate snijgereedschappen
Volgens verschillende coatingmethoden kunnen gecoate gereedschappen worden onderverdeeld in met chemische dampafzetting (CVD) gecoate gereedschappen en met fysische dampdepositie (PVD) gecoate gereedschappen. Gecoate snijgereedschappen van harde legeringen maken over het algemeen gebruik van de chemische dampafzettingsmethode, met een afzettingstemperatuur van ongeveer 1000 graden. Gecoate snijgereedschappen voor snel staal maken over het algemeen gebruik van de fysieke dampafzettingsmethode, met een afzettingstemperatuur van ongeveer 500 graden;
Afhankelijk van de verschillende substraatmaterialen van gecoat gereedschap, kunnen gecoate gereedschappen worden onderverdeeld in gecoate gereedschappen met harde legeringen, met snelstaal gecoate gereedschappen en gecoate gereedschappen op keramiek en superharde materialen (diamant en kubisch boornitride).
Afhankelijk van de eigenschappen van coatingmaterialen kunnen gecoate gereedschappen worden onderverdeeld in twee categorieën, namelijk "hard" gecoate gereedschappen en "zacht" gecoate gereedschappen. Het hoofddoel van snijgereedschappen met "harde" coating is een hoge hardheid en slijtvastheid, met als belangrijkste voordelen een hoge hardheid en goede slijtvastheid, typisch voor TiC- en TiN-coatings. Het doel van "zachte" gecoate gereedschappen is een lage wrijvingscoëfficiënt, ook wel zelfsmerende gereedschappen genoemd. De wrijvingscoëfficiënt met het werkstukmateriaal is zeer laag, slechts ongeveer 0.1, wat de adhesie kan verminderen, de wrijving kan verminderen en de snijkracht en snijtemperatuur kan verlagen.
Onlangs zijn er nano-coatingtools ontwikkeld. Dit gecoate gereedschap kan verschillende combinaties van coatingmaterialen gebruiken (zoals metaal/metaal, metaal/keramiek, keramiek/keramiek, enz.) om aan verschillende functionele en prestatie-eisen te voldoen. Een goed ontworpen nanocoating kan gereedschapsmaterialen voorzien van uitstekende antiwrijvings-, anti-slijtage-eigenschappen en zelfsmerende eigenschappen, waardoor ze geschikt zijn voor droog zagen op hoge snelheid.
Kenmerken van gecoate snijgereedschappen
De prestatiekenmerken van gecoate snijgereedschappen zijn als volgt:
① Goede mechanische en snijprestaties: gecoate snijgereedschappen combineren de uitstekende eigenschappen van het substraat en coatingmaterialen, waardoor een goede taaiheid en hoge sterkte van het substraat behouden blijft, evenals een hoge hardheid, slijtvastheid en lage wrijvingscoëfficiënt van de coating. Daarom kan de snijsnelheid van gecoate gereedschappen meer dan twee keer worden verhoogd in vergelijking met ongecoate gereedschappen, en zijn hogere voedingen toegestaan. Ook de levensduur van gecoate snijgereedschappen is verbeterd.
② Sterke veelzijdigheid: gecoate gereedschappen hebben een breed scala aan veelzijdigheid en breiden het verwerkingsbereik aanzienlijk uit. Eén gecoat gereedschap kan meerdere niet-gecoate gereedschappen vervangen.
③ Coatingdikte: Naarmate de coatingdikte toeneemt, neemt de standtijd ook toe, maar wanneer de coatingdikte verzadiging bereikt, neemt de standtijd niet langer significant toe. Als de coating te dik is, kan deze gemakkelijk loslaten; Wanneer de coating te dun is, is de slijtvastheid slecht.
④ Herslijpbaarheid: gecoate messen hebben een slechte herslijpbaarheid, complexe coatingapparatuur, hoge procesvereisten en een lange coatingtijd.
⑤ Coatingmaterialen: snijgereedschappen met verschillende coatingmaterialen hebben verschillende snijprestaties. Bij snijden op lage snelheid heeft TiC-coating bijvoorbeeld een voordeel; TiN is meer geschikt voor snijden op hoge snelheid.
Toepassing van gecoate snijgereedschappen
Gecoate snijgereedschappen hebben een groot potentieel op het gebied van CNC-bewerking en zullen in de toekomst de belangrijkste gereedschapsvariant zijn. Coatingtechnologie is toegepast op vingerfrezen, ruimers, boren, gereedschappen voor het bewerken van composietgaten, tandwielfrezen, tandwielfrezen, tandwielscheerfrezen, vormbroches en verschillende wisselplaten voor machinale klemmen, die voldoen aan de behoeften van het hogesnelheidssnijden van verschillende materialen zoals staal en gietijzer, hittebestendige legeringen en non-ferrometalen.
5. Typen, eigenschappen, kenmerken en toepassingen van snijgereedschapsmaterialen van harde legeringen

Snijgereedschappen van harde legeringen, vooral snijgereedschappen van harde legeringen, zijn de toonaangevende producten van CNC-bewerkingsgereedschappen. Sinds de jaren tachtig zijn verschillende soorten integrale en indexeerbare snijgereedschappen of bladen van harde legeringen uitgebreid naar verschillende snijgereedschapsvelden. Onder hen zijn de wisselplaatbare snijgereedschappen van harde legeringen uitgebreid van eenvoudige draaigereedschappen en vlakfrezen tot verschillende precisie-, complexe en gevormde gereedschapsvelden.
⑴ Soorten snijgereedschappen van harde legeringen
Volgens de belangrijkste chemische samenstelling kunnen harde legeringen worden onderverdeeld in harde legeringen op basis van wolfraamcarbide en harde legeringen op basis van titaniumcarbide (TiC (N)).
Harde legeringen op basis van wolfraamcarbide omvatten drie typen: wolfraamkobalt (YG), wolfraamkobalt-titanium (YT) en toegevoegde zeldzame carbiden (YW), elk met zijn eigen voor- en nadelen. De belangrijkste componenten zijn wolfraamcarbide (WC), titaniumcarbide (TiC), tantaalcarbide (TaC), niobiumcarbide (NbC), enz. De meest gebruikte metaalbindingsfase is Co.
Op koolstof (stikstof) titanium gebaseerde harde legering is een harde legering die voornamelijk bestaat uit TiC (sommige met toevoeging van andere carbiden of nitriden), en de algemeen gebruikte metaalbindingsfasen zijn Mo en Ni.
ISO (International Organization for Standardization) verdeelt het snijden van harde legeringen in drie categorieën:
K-klasse, inclusief Kl0-K40, is gelijk aan de YG-klasse in China (voornamelijk samengesteld uit WC. Co).
De P-klasse, inclusief P01-P50, is gelijk aan de YT-klasse in China (voornamelijk samengesteld uit WC. TiC. Co).
De M-klasse, inclusief M10 ~ M40, is gelijk aan de YW-klasse in China (voornamelijk samengesteld uit WC TiC TaC (NbC) - Co).
Een reeks legeringen variërend van hoge hardheid tot maximale taaiheid wordt voor elke kwaliteit weergegeven met getallen tussen 01 en 50.
⑵ Prestatiekenmerken van snijgereedschappen van harde legeringen
De prestatiekenmerken van snijgereedschappen van harde legeringen zijn als volgt:
① Hoge hardheid: snijgereedschappen van harde legeringen worden gemaakt door poedermetallurgie van carbiden (harde fasen genoemd) en metaalbindmiddelen (bindingsfasen genoemd) met een hoge hardheid en smeltpunt. Hun hardheid bereikt 89-93HRA, wat veel hoger is dan die van snelstaal. Bij 5400C kan hun hardheid nog steeds 82-87HRA bereiken, wat hetzelfde is als die van snelstaal bij kamertemperatuur (83-86HRA). De hardheidswaarde van harde legeringen varieert met de eigenschappen, hoeveelheid, deeltjesgrootte en inhoud van metaalbindende fasen van carbiden, en neemt in het algemeen af ​​met een toename van het gehalte aan bindende metaalfasen. Wanneer het gehalte aan lijmfase hetzelfde is, is de hardheid van legeringen van het YT-type hoger dan die van legeringen van het YG-type, en hebben legeringen met toegevoegd TaC (NbC) een hogere hardheid bij hoge temperaturen.
② Buigsterkte en taaiheid: de buigsterkte van veelgebruikte harde legeringen varieert van 900 tot 1500 MPa. Hoe hoger het gehalte aan metaalbindingsfase, hoe hoger de buigsterkte. Wanneer het lijmgehalte hetzelfde is, is de sterkte van de YG-type (WC Co) legering hoger dan die van het YT-type (WC TiC Co) legering, en neemt de sterkte af met de toename van het TiC-gehalte. Een harde legering is een bros materiaal en de slagvastheid bij kamertemperatuur bedraagt ​​slechts 1/30-1/8 van die van snelstaal.
Toepassing van veelgebruikte snijgereedschappen van harde legeringen
Legeringen van het YG-type worden voornamelijk gebruikt voor de verwerking van gietijzer, non-ferrometalen en niet-metalen materialen. Fijnkorrelige harde legeringen (zoals YG3X, YG6X) hebben een hogere hardheid en slijtvastheid dan mediumkorrelige harde legeringen wanneer hun kobaltgehalte hetzelfde is. Ze zijn geschikt voor de verwerking van speciaal hard gietijzer, austenitisch roestvast staal, hittebestendige legeringen, titaniumlegeringen, hard brons en slijtvaste isolatiematerialen.
De opmerkelijke voordelen van harde legeringen van het YT-type zijn hoge hardheid, goede hittebestendigheid, hogere hardheid en druksterkte bij hoge temperaturen vergeleken met het YG-type, en goede oxidatieweerstand. Als het mes een hoge hitte- en slijtvastheid nodig heeft, moet daarom een ​​kwaliteit met een hoger TiC-gehalte worden gekozen. Legeringen van het YT-type zijn geschikt voor de verwerking van kunststoffen zoals staal, maar zijn niet geschikt voor de verwerking van titaniumlegeringen of siliciumaluminiumlegeringen.
YW-type legeringen bezitten de eigenschappen van YG- en YT-legeringen, met goede uitgebreide prestaties. Ze kunnen worden gebruikt voor de verwerking van staalmaterialen, maar ook voor de verwerking van gietijzer en non-ferrometalen. Als het kobaltgehalte op passende wijze wordt verhoogd, kan dit type legering een hoge sterkte hebben en kan het worden gebruikt voor het ruw bewerken en intermitterend snijden van verschillende moeilijk te bewerken materialen.
6. Typen, kenmerken en toepassingen van snijgereedschappen voor hogesnelheidsstaal
High Speed ​​Steel (HSS) is een type hooggelegeerd gereedschapsstaal dat een aanzienlijke hoeveelheid legeringselementen bevat, zoals W, Mo, Cr en V. Snijgereedschappen voor snelstaal hebben uitstekende uitgebreide prestaties op het gebied van sterkte, taaiheid en verwerkbaarheid. Bij complexe snijgereedschappen, vooral bij de productie van gatbewerkingsgereedschappen, frezen, draadsnijgereedschappen, trekfrezen, tandwielsnijgereedschappen en andere complexe randvormige snijgereedschappen, neemt snelstaal nog steeds de hoofdpositie in. Snijgereedschappen van snel staal zijn gemakkelijk om scherpe snijkanten te slijpen.
Volgens verschillende toepassingen kan hogesnelheidsstaal worden onderverdeeld in hogesnelheidsstaal voor algemeen gebruik en hogesnelheidsstaal.

⑴ Universele snijgereedschappen voor hogesnelheidsstaal
Universeel snelstaal. Over het algemeen kan het in twee categorieën worden verdeeld: wolfraamstaal en wolfraam-molybdeenstaal. Dit type hogesnelheidsstaal bevat (C) variërend van 0,7% tot 0,9%. Afhankelijk van het verschillende wolfraamgehalte in staal, kan het worden onderverdeeld in wolfraamstaal met een W-gehalte van 12% of 18%, wolfraammolybdeenstaal met een W-gehalte van 6% of 8%, en molybdeenstaal met een W-gehalte van 2%. % of geen W. Universeel snelstaal heeft een bepaalde hardheid (63-66HRC) en slijtvastheid, hoge sterkte en taaiheid, goede plasticiteit en verwerkbaarheid, en wordt veel gebruikt bij de vervaardiging van verschillende complexe snijgereedschappen.
① Wolfraamstaal: De typische kwaliteit van wolfraamstaal met hoge snelheid voor algemeen gebruik is W18Cr4V (ook wel W18 genoemd), dat goede uitgebreide eigenschappen heeft en een hoge temperatuurhardheid van 48,5 HRC bij 6000 ° C. Het kan worden gebruikt om verschillende complexe snijgereedschappen te vervaardigen. Het heeft voordelen zoals goede slijpbaarheid en lage ontkolingsgevoeligheid, maar vanwege het hoge gehalte aan carbiden, ongelijkmatige verdeling, grotere deeltjes en lage sterkte en taaiheid.
② Wolfraam-molybdeenstaal: verwijst naar een hogesnelheidsstaal dat wordt verkregen door een deel van wolfraam in wolfraamstaal te vervangen door molybdeen. De typische kwaliteit wolfraam-molybdeenstaal is W6Mo5Cr4V2, afgekort als M2. De carbidedeeltjes van M2 zijn klein en uniform, met een betere sterkte, taaiheid en plasticiteit bij hoge temperaturen dan W18Cr4V. Een ander type wolfraam-molybdeenstaal is W9Mo3Cr4V (afgekort als W9), dat een iets hogere thermische stabiliteit heeft dan M2-staal, een betere buigsterkte en taaiheid dan W6M05Cr4V2, en een goede bewerkbaarheid heeft.
⑵ Hoogwaardige snijgereedschappen voor hogesnelheidsstaal
Hoogwaardig snelstaal verwijst naar een nieuw type staal dat een bepaald koolstof- en vanadiumgehalte, evenals legeringselementen zoals Co en Al, toevoegt aan de samenstelling van snelstaal voor algemeen gebruik, om de hitte ervan te verbeteren. weerstand en slijtvastheid. Er zijn voornamelijk de volgende categorieën:
① Snelstaal met hoog koolstofgehalte. Snelstaal met een hoog koolstofgehalte (zoals 95W18Cr4V) heeft een hoge hardheid bij kamertemperatuur en hoge temperaturen, waardoor het geschikt is voor de productie en verwerking van gewoon staal en gietijzer, boren, ruimers, tappen en frezen met hoge eisen op het gebied van slijtvastheid, of snijgereedschappen voor het bewerken van hardere materialen. Het is niet geschikt om grote schokken te weerstaan.
② Hoog-vanadium-snelstaal. Typische soorten, zoals W12Cr4V4Mo (ook wel EV4 genoemd), verhogen het V-gehalte tot 3% -5%, hebben een goede slijtvastheid en zijn geschikt voor het snijden van materialen die aanzienlijke gereedschapsslijtage veroorzaken, zoals vezels en hard rubber , kunststoffen, enz. Ze kunnen ook worden gebruikt voor de verwerking van materialen zoals roestvrij staal, hogesterktestaal en hogetemperatuurlegeringen.
③ Kobaltsnelstaal. Het behoort tot kobalthoudend superhard snelstaal, met een typische kwaliteit zoals W2Mo9Cr4VCo8 (ook wel M42 genoemd), dat een hoge hardheid heeft en 69-70HRC kan bereiken. Het is geschikt voor de verwerking van hittebestendig staal met hoge sterkte, hogetemperatuurlegeringen, titaniumlegeringen en andere moeilijk te bewerken materialen. M42 heeft een goede slijpbaarheid en is geschikt voor het maken van precisie- en complexe snijgereedschappen, maar is niet geschikt voor het werken onder slagsnijomstandigheden.
④ Aluminium snelstaal. Het behoort tot aluminium dat superhard snelstaal bevat, met typische kwaliteiten zoals W6Mo5Cr4V2Al (ook wel 501 genoemd). De hardheid bij hoge temperaturen bij 6000C bereikt ook 54HRC en de snijprestaties zijn gelijk aan die van M42. Het is geschikt voor de productie van frezen, boren, ruimers, tandwielsnijgereedschappen, broches, enz., en wordt gebruikt voor de verwerking van gelegeerd staal, roestvrij staal, hoogwaardig staal en legeringen voor hoge temperaturen.
⑤ Stikstof superhard snelstaal. Een typische kwaliteit, zoals W12M03Cr4V3N, afgekort als V3N, is een stikstofhoudend superhard snelstaal met een hardheid, sterkte en taaiheid vergelijkbaar met M42. Het kan worden gebruikt als vervanging voor kobalthoudend snelstaal voor het bij lage snelheid snijden van moeilijk te bewerken materialen en bij lage snelheid voor zeer nauwkeurige bewerking.
⑶ Smeltend snelstaal en poedermetallurgisch snelstaal
Volgens verschillende productieprocessen kan hogesnelheidsstaal worden onderverdeeld in gesmolten hogesnelheidsstaal en hogesnelheidsstaal uit de poedermetallurgie.
① Smelten van snelstaal: Zowel gewoon snelstaal als hoogwaardig snelstaal worden vervaardigd met behulp van de smeltmethode. Er worden snijgereedschappen van gemaakt door middel van processen zoals smelten, gieten van blokken en plateren en walsen. Het ernstige probleem dat zich kan voordoen tijdens het smelten van hogesnelheidsstaal is de segregatie van carbiden. Harde en brosse carbiden zijn ongelijk verdeeld in snelstaal en de korrelgrootte is grof (tot tientallen micrometers), wat nadelige gevolgen heeft voor de slijtvastheid, taaiheid en snijprestaties van snijgereedschappen voor snelstaal.
② Poedermetallurgisch hogesnelheidsstaal (PM HSS): Poedermetallurgisch hogesnelheidsstaal (PM HSS) is een staalvloeistof die wordt gesmolten in een hoogfrequente inductieoven, die wordt verneveld met hogedrukargon of puur stikstofgas en vervolgens snel wordt gekoeld om een ​​kleine en uniforme kristallijne structuur te verkrijgen (snelstaalpoeder). Het resulterende poeder wordt vervolgens bij hoge temperatuur en druk in een onbewerkt snijgereedschap geperst, of eerst tot een stalen knuppel gemaakt en vervolgens gesmeed en in de vorm van een snijgereedschap gerold. Vergeleken met snelstaal vervaardigd via de smeltmethode, heeft PM HSS de voordelen van kleine en uniforme carbidekorrels, aanzienlijk verbeterde sterkte, taaiheid en slijtvastheid in vergelijking met gesmolten snelstaal. PM HSS Tools zal zich verder ontwikkelen en een belangrijke positie innemen op het gebied van complexe CNC-gereedschappen. Typische kwaliteiten, zoals F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, enz., kunnen worden gebruikt voor de vervaardiging van grote, robuuste en slagvaste snijgereedschappen, evenals precisiesnijgereedschappen.
III De selectieprincipes van CNC-gereedschapsmaterialen
De veelgebruikte CNC-gereedschapsmaterialen omvatten momenteel diamantgereedschappen, kubisch boornitridegereedschap, keramisch gereedschap, gecoat gereedschap, gereedschap van harde legeringen en gereedschappen van hogesnelheidsstaal. Er zijn veel algemene kwaliteiten snijgereedschapsmaterialen, en hun prestaties variëren enorm. De belangrijkste prestatie-indicatoren van verschillende gereedschapsmaterialen worden weergegeven in de onderstaande tabel.

De selectie van snijgereedschapsmaterialen voor CNC-bewerking moet gebaseerd zijn op het te bewerken werkstuk en de bewerkingseigenschappen. De selectie van gereedschapsmaterialen moet redelijkerwijs worden afgestemd op het bewerkingsobject. Het afstemmen van snijgereedschapsmaterialen op het bewerkingsobject heeft voornamelijk betrekking op het afstemmen van hun mechanische, fysische en chemische eigenschappen, om de langste standtijd en maximale snijproductiviteit te bereiken.
1. Afstemming van mechanische eigenschappen tussen snijgereedschapmaterialen en bewerkingsobjecten
Het mechanische prestatiematchingsprobleem tussen snijgereedschappen en bewerkingsobjecten heeft voornamelijk betrekking op de afstemming van mechanische prestatieparameters zoals sterkte, taaiheid en hardheid tussen de gereedschappen en werkstukmaterialen. De snijgereedschapsmaterialen met verschillende mechanische eigenschappen zijn geschikt voor de bewerking van verschillende werkstukmaterialen.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>snelstaal.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>gereedschappen voor diamant en kubisch boornitride.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>kubisch boornitride, diamant en keramisch gereedschap.
Werkstukmaterialen met een hoge hardheid moeten worden verwerkt met snijgereedschappen met een hogere hardheid, en de hardheid van het snijgereedschapsmateriaal moet hoger zijn dan die van het werkstukmateriaal, waarbij doorgaans een hardheid van 60HRC of hoger vereist is. Hoe hoger de hardheid van het gereedschapsmateriaal, hoe beter de slijtvastheid. Naarmate het kobaltgehalte in harde legeringen bijvoorbeeld toeneemt, nemen hun sterkte en taaiheid toe, terwijl de hardheid afneemt, waardoor ze geschikt worden voor ruwe bewerking; Wanneer het kobaltgehalte afneemt, nemen de hardheid en slijtvastheid toe, waardoor het geschikt wordt voor precisiebewerking.
Gereedschappen met uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen zijn bijzonder geschikt voor snijden op hoge snelheid. Dankzij de uitstekende prestaties bij hoge temperaturen van keramische snijgereedschappen kunnen ze met hoge snelheid snijden, en de toegestane snijsnelheid kan met 2-10 keer worden verhoogd in vergelijking met harde legeringen.
2. Het afstemmen van de fysieke eigenschappen van snijgereedschapsmaterialen en bewerkingsobjecten
Gereedschappen met verschillende fysieke eigenschappen, zoals snelstaalgereedschappen met hoge thermische geleidbaarheid en laag smeltpunt, keramische gereedschappen met hoog smeltpunt en lage thermische uitzetting, en diamantgereedschappen met hoge thermische geleidbaarheid en lage thermische uitzetting, zijn geschikt voor het verwerken van verschillende materialen van het werkstuk. Bij het bewerken van werkstukken met een slechte thermische geleidbaarheid moeten gereedschapsmaterialen met een goede thermische geleidbaarheid worden gebruikt om de snijwarmte snel over te dragen en de snijtemperatuur te verlagen. Diamant is vanwege zijn hoge thermische geleidbaarheid en thermische diffusiesnelheid gevoelig voor het afvoeren van snijwarmte en veroorzaakt geen significante thermische vervorming, wat vooral belangrijk is voor precisiebewerkingsgereedschappen die een hoge maatnauwkeurigheid vereisen.
① De hittebestendigheidstemperatuur van verschillende snijgereedschapsmaterialen: 700-8000C voor diamantsnijgereedschappen, 13000-15000C voor PCBN-snijgereedschappen, 1100-12000C voor keramische snijgereedschappen, 900-11000C voor harde legeringen op TiC (N), 800-9000C voor harde legeringen op basis van WC met ultrafijne korrels, en 600-7000C voor 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>Keramiek op A1203-basis.
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>Keramiek op A1203-basis.
3. Matching van chemische eigenschappen tussen snijgereedschapmaterialen en bewerkingsobjecten
Het probleem met de aanpassing van de chemische prestaties tussen snijgereedschapsmaterialen en bewerkingsobjecten heeft voornamelijk betrekking op de afstemming van chemische prestatieparameters zoals chemische affiniteit, chemische reactie, diffusie en oplossing tussen gereedschapsmaterialen en werkstukmaterialen. De snijgereedschappen met verschillende materialen zijn geschikt voor het bewerken van verschillende werkstukmaterialen.
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>diamant.
4. Redelijke selectie van CNC-gereedschapsmaterialen
Over het algemeen zijn PCBN, keramische snijgereedschappen, gecoate harde legeringen en snijgereedschappen op basis van TiCN geschikt voor CNC-bewerking van zwarte metalen zoals staal; PCD-gereedschappen zijn geschikt voor de verwerking van non-ferrometalen zoals Al, Mg, Cu, evenals hun legeringen en niet-metalen materialen. Tabel 3-3-2 vermeldt enkele werkstukmaterialen die geschikt zijn voor bewerking met de bovengenoemde gereedschapsmaterialen.
In de volgende tabel staan ​​enkele werkstukmaterialen vermeld die geschikt zijn voor bewerking met verschillende gereedschapsmaterialen.