S rozvojem moderní vědy a techniky se stále více používá strojírenských materiálů s vysokou tvrdostí, zatímco tradiční technologie soustružení není kompetentní nebo nemůže dosáhnout zpracování některých materiálů s vysokou tvrdostí vůbec.Povlakovaný karbid, keramika, PCBN a další supertvrdé nástrojové materiály mají vysokou tvrdost při vysokých teplotách, odolnost proti opotřebení a termochemickou stabilitu, které poskytují nejzákladnější předpoklad pro řezání materiálů s vysokou tvrdostí a dosáhly významných výhod ve výrobě.Materiál používaný supertvrdým nástrojem a jeho struktura nástroje a geometrické parametry jsou základními prvky pro realizaci tvrdého soustružení.Proto, jak vybrat supertvrdý nástrojový materiál a navrhnout rozumnou strukturu nástroje a geometrické parametry, je rozhodující pro dosažení stabilního tvrdého soustružení!
(1) Povlakovaný slinutý karbid
Naneste jednu nebo více vrstev TiN, TiCN, TiAlN a Al3O2 s dobrou odolností proti opotřebení na nástroje ze slinutého karbidu s dobrou houževnatostí a tloušťka povlaku je 2-18 μm.Povlak má obvykle mnohem nižší tepelnou vodivost než substrát nástroje a materiál obrobku, což oslabuje tepelný účinek substrátu nástroje;Na druhou stranu může účinně zlepšit tření a adhezi v procesu řezání a snížit tvorbu řezného tepla.
Ačkoli PVD povlak vykazuje mnoho výhod, některé povlaky, jako je Al2O3 a diamant, mají tendenci používat technologii CVD povlaků.Al2O3 je druh povlaku se silnou tepelnou odolností a odolností proti oxidaci, který dokáže oddělit teplo generované řezáním od konkrétního nástroje.Technologie CVD povlakování může také integrovat výhody různých povlaků pro dosažení nejlepšího řezného efektu a splnění potřeb řezání.
Ve srovnání s nástroji ze slinutého karbidu mají nástroje ze slinutého karbidu s povlakem výrazně lepší pevnost, tvrdost a odolnost proti opotřebení.Při soustružení obrobku s tvrdostí HRC45~55 může levný slinutý karbid s povlakem realizovat vysokorychlostní soustružení.V posledních letech někteří výrobci zlepšili výkonnost povlakovaných nástrojů zlepšením povlakovacích materiálů a dalších metod.Například někteří výrobci ve Spojených státech a Japonsku používají švýcarský povlakový materiál AlTiN a novou patentovanou technologii povlakování k výrobě povlakovaných čepelí s tvrdostí až HV4500~4900, které mohou řezat ocel HRC47~58 rychlostí 498,56 m/min. .Když je teplota soustružení do 1500~1600 °C, tvrdost stále neklesá a neoxiduje.Životnost čepele je čtyřikrát delší než u čepele s obecným povlakem, zatímco cena je pouze 30% a přilnavost je dobrá.
(2) Keramický materiál
Díky neustálému zlepšování složení, struktury a procesu lisování, zejména rozvojem nanotechnologií, umožňují keramické nástrojové materiály kalit keramické nástroje.V blízké budoucnosti může keramika způsobit třetí revoluci v řezání po rychlořezné oceli a slinutém karbidu.Keramické nástroje mají výhody vysoké tvrdosti (HRA91~95), vysoké pevnosti (pevnost v ohybu 750~1000MPa), dobré odolnosti proti opotřebení, dobré chemické stability, dobré adhezní odolnosti, nízkého koeficientu tření a nízké ceny.Nejen to, keramické nástroje mají také vysokou tvrdost při vysokých teplotách, která dosahuje HRA80 při 1200 °C.
Při běžném řezání má keramický nástroj velmi vysokou životnost a jeho řezná rychlost může být 2~5krát vyšší než u slinutého karbidu.Je vhodný zejména pro obrábění materiálů s vysokou tvrdostí, dokončování a vysokorychlostní obrábění.Může řezat různé kalené oceli a kalené litiny s tvrdostí až HRC65.Běžně se používá keramika na bázi oxidu hlinitého, keramika na bázi nitridu křemíku, cermety a keramika tvrzená whiskerem.
Keramické nástroje na bázi oxidu hlinitého mají vyšší tvrdost do červena než slinutý karbid.Řezná hrana obecně nevyvolává plastickou deformaci za podmínek vysokorychlostního řezání, ale její pevnost a houževnatost jsou velmi nízké.Pro zlepšení houževnatosti a rázové houževnatosti lze přidat směs ZrO nebo TiC a TiN.Další metodou je přidání vousů z čistého kovu nebo karbidu křemíku.Kromě vysoké červené tvrdosti má keramika na bázi nitridu křemíku také dobrou houževnatost.Ve srovnání s keramikou na bázi oxidu hlinitého je její nevýhodou to, že při obrábění oceli lze snadno vytvářet vysokoteplotní difúzi, což zhoršuje opotřebení nástroje.Keramika na bázi nitridu křemíku se používá hlavně pro přerušované soustružení a frézování šedé litiny.
Cermet je druh materiálu na bázi karbidu, ve kterém je hlavní tvrdou fází TiC (0,5-2 μm) Jsou kombinovány s pojivy Co nebo Ti a jsou podobné nástrojům ze slinutého karbidu, ale mají nízkou afinitu, dobré tření a dobré odolnost proti opotřebení.Snese vyšší řeznou teplotu než konvenční slinutý karbid, ale postrádá rázovou houževnatost slinutého karbidu, houževnatost při těžkém řezání a pevnost při nízké rychlosti a velkém posuvu.
(3) Kubický nitrid boru (CBN)
CBN je na druhém místě za diamantem v tvrdosti a odolnosti proti opotřebení a má vynikající tvrdost při vysokých teplotách.Ve srovnání s keramikou je její tepelná odolnost a chemická stabilita mírně špatná, ale její rázová houževnatost a odolnost proti rozdrcení jsou lepší.Je široce použitelný pro řezání kalené oceli (HRC ≥ 50), perlitické šedé litiny, chlazené litiny a superslitiny.Ve srovnání s nástroji ze slinutého karbidu lze jeho řeznou rychlost zvýšit o jeden řád.
Kompozitní nástroj z polykrystalického kubického nitridu boru (PCBN) s vysokým obsahem CBN má vysokou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení, vysokou pevnost v tlaku a dobrou rázovou houževnatost.Jeho nevýhodou je špatná tepelná stabilita a nízká chemická inertnost.Je vhodný pro řezání žáruvzdorných slitin, litiny a slinutých kovů na bázi železa.Obsah CBN částic v PCBN nástrojích je nízký a tvrdost PCBN nástrojů používajících keramiku jako pojivo je nízká, ale kompenzuje špatnou tepelnou stabilitu a nízkou chemickou setrvačnost prvního materiálu a je vhodná pro řezání kalené oceli.
Při řezání šedé litiny a kalené oceli lze zvolit keramický nástroj nebo CBN nástroj.Z tohoto důvodu by měla být provedena analýza nákladů a přínosů a kvalita zpracování, aby bylo možné určit, který z nich zvolit.Když je tvrdost řezu nižší než HRC60 a je použit malý posuv, je keramický nástroj lepší volbou.PCBN nástroje jsou vhodné pro řezání obrobků s tvrdostí vyšší než HRC60, zejména pro automatické obrábění a vysoce přesné obrábění.Kromě toho je zbytkové napětí na povrchu obrobku po řezání nástrojem PCBN také relativně stabilní než u keramického nástroje za podmínek stejného opotřebení hřbetu.
Při použití nástroje PCBN pro suché řezání kalené oceli by měly být také dodrženy následující zásady: volte pokud možno velkou hloubku řezu za podmínky, že to tuhost obráběcího stroje umožňuje, aby teplo generované v oblasti řezu mohlo měknout kov v přední části hrany lokálně, což může účinně snížit opotřebení nástroje PCBN.Kromě toho, při použití malé hloubky řezu je třeba také vzít v úvahu, že špatná tepelná vodivost nástroje PCBN může způsobit, že teplo v oblasti řezu příliš pozdě difunduje a oblast smyku může také způsobit zjevný účinek změkčení kovu. opotřebení břitu.
2. Struktura čepele a geometrické parametry supertvrdých nástrojů
Rozumné určení tvaru a geometrických parametrů nástroje je velmi důležité, aby byl řezný výkon nástroje plně využit.Pokud jde o sílu nástroje, síla hrotu nástroje různých tvarů čepele od vysoké po nízkou je: kulatý, 100 ° kosočtverec, čtverec, 80 ° kosočtverec, trojúhelník, 55 ° kosočtverec, 35 ° kosočtverec.Po výběru materiálu čepele se vybere tvar čepele s nejvyšší pevností.Tvrdé soustružnické kotouče by měly být také vybrány co největší a hrubé obrábění by mělo být prováděno kotouči s kruhovým a velkým poloměrem oblouku špičky.Poloměr oblouku hrotu je asi 0,8 při dokončování μ Asi m.
Kalené ocelové třísky jsou červené a měkké stuhy, s velkou křehkostí, snadno se lámou a nevážou.Řezný povrch z kalené oceli je vysoce kvalitní a obecně nevytváří hromadění třísek, ale řezná síla je velká, zejména radiální řezná síla je větší než hlavní řezná síla.Proto by měl nástroj používat záporný přední úhel (go ≥ - 5°) a velký zadní úhel (ao=10°~15°).Hlavní úhel vychýlení závisí na tuhosti obráběcího stroje, obecně 45 °~60 °, aby se snížilo chvění obrobku a nástroje.
Čas odeslání: 24. února 2023