Un buen caballo necesita una buena silla y utiliza equipos de mecanizado CNC avanzados. ¡Si se utilizan las herramientas incorrectas, será inútil! La selección del material de herramienta adecuado tiene un gran impacto en la vida útil de la herramienta, la eficiencia del procesamiento, la calidad del procesamiento y el costo del procesamiento. Este artículo proporciona información útil sobre el conocimiento de los cuchillos, recopile y envíela, aprendamos juntos.
Los materiales de las herramientas deben tener propiedades básicas.
La selección de materiales de herramientas tiene un gran impacto en la vida útil de la herramienta, la eficiencia del procesamiento, la calidad del procesamiento y el costo del procesamiento. Las herramientas deben soportar alta presión, alta temperatura, fricción, impacto y vibración al cortar. Por tanto, los materiales para herramientas deben tener las siguientes propiedades básicas:
(1) Dureza y resistencia al desgaste. La dureza del material de la herramienta debe ser mayor que la dureza del material de la pieza de trabajo, que generalmente se requiere que sea superior a 60 HRC. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será la resistencia al desgaste.
(2) Fuerza y tenacidad. Los materiales de las herramientas deben tener alta resistencia y tenacidad para soportar fuerzas de corte, impactos y vibraciones, y evitar fracturas frágiles y astillamiento de la herramienta.
(3) Resistencia al calor. El material de la herramienta tiene buena resistencia al calor, puede soportar altas temperaturas de corte y tiene buena resistencia a la oxidación.
(4) Rendimiento y economía del proceso. Los materiales de las herramientas deben tener un buen rendimiento en forjado, tratamiento térmico y soldadura; rendimiento de molienda, etc., y debe perseguir una alta relación rendimiento-precio.
Tipos, propiedades, características y aplicaciones de materiales para herramientas.
1. Materiales de herramientas de diamante
El diamante es un alótropo del carbono y es el material más duro que se encuentra en la naturaleza. Las herramientas de corte de diamante tienen alta dureza, alta resistencia al desgaste y alta conductividad térmica, y se usan ampliamente en el procesamiento de metales no ferrosos y materiales no metálicos. Especialmente en el corte a alta velocidad de aluminio y aleaciones de silicio-aluminio, las herramientas de diamante son el principal tipo de herramientas de corte que son difíciles de reemplazar. Las herramientas de diamante que pueden lograr alta eficiencia, alta estabilidad y larga vida útil son herramientas indispensables e importantes en el mecanizado CNC moderno.
⑴ Tipos de herramientas diamantadas
① Herramientas de diamante natural: los diamantes naturales se han utilizado como herramientas de corte durante cientos de años. Las herramientas de diamante natural de un solo cristal han sido finamente rectificadas para que el filo sea extremadamente afilado. El radio del filo puede alcanzar 0,002 μm, lo que puede lograr un corte ultrafino. Puede procesar piezas de trabajo con una precisión extremadamente alta y una rugosidad superficial extremadamente baja. Es una herramienta de mecanizado de ultraprecisión reconocida, ideal e irreemplazable.
② Herramientas de corte de diamante PCD: los diamantes naturales son caros. El diamante más utilizado en el procesamiento de corte es el diamante policristalino (PCD). Desde principios de la década de 1970, se ha desarrollado diamante policristalino (diamante policristalino, conocido como hojas de PCD) preparado mediante tecnología de síntesis de alta temperatura y alta presión. Tras su éxito, las herramientas de corte de diamante natural han sido sustituidas en muchas ocasiones por diamante policristalino artificial. Las materias primas de PCD son ricas en fuentes y su precio es sólo de unas pocas a una décima parte del del diamante natural. Las herramientas de corte de PCD no se pueden rectificar para producir herramientas de corte extremadamente afiladas. La calidad de la superficie del filo y de la pieza procesada no es tan buena como la del diamante natural. Todavía no es conveniente fabricar palas de PCD con rompevirutas en la industria. Por lo tanto, el PCD solo se puede utilizar para cortes de precisión de metales no ferrosos y no metales, y es difícil lograr un corte de precisión ultraalta. Corte de espejo de precisión.
③ Herramientas de corte de diamante CVD: desde finales de la década de 1970 hasta principios de la de 1980, la tecnología de diamante CVD apareció en Japón. El diamante CVD se refiere al uso de deposición química de vapor (CVD) para sintetizar una película de diamante en una matriz heterogénea (como carburo cementado, cerámica, etc.). El diamante CVD tiene exactamente la misma estructura y características que el diamante natural. El rendimiento del diamante CVD es muy parecido al del diamante natural. Tiene las ventajas del diamante monocristalino natural y del diamante policristalino (PCD) y supera sus deficiencias hasta cierto punto.
⑵ Características de rendimiento de las herramientas diamantadas.
① Dureza y resistencia al desgaste extremadamente altas: el diamante natural es la sustancia más dura que se encuentra en la naturaleza. El diamante tiene una resistencia al desgaste extremadamente alta. Al procesar materiales de alta dureza, la vida útil de las herramientas de diamante es de 10 a 100 veces mayor que la de las herramientas de carburo, o incluso cientos de veces.
② Tiene un coeficiente de fricción muy bajo: el coeficiente de fricción entre el diamante y algunos metales no ferrosos es menor que el de otras herramientas de corte. El coeficiente de fricción es bajo, la deformación durante el procesamiento es pequeña y se puede reducir la fuerza de corte.
③ El filo es muy afilado: el filo de la herramienta de diamante se puede afilar de forma muy afilada. La herramienta de diamante de cristal único natural puede tener una altura de hasta 0,002 ~ 0,008 μm, lo que puede realizar cortes ultrafinos y procesamientos de ultraprecisión.
④ Alta conductividad térmica: el diamante tiene una alta conductividad térmica y difusividad térmica, por lo que el calor de corte se disipa fácilmente y la temperatura de la parte cortante de la herramienta es baja.
⑤ Tiene un coeficiente de expansión térmica más bajo: el coeficiente de expansión térmica del diamante es varias veces menor que el del carburo cementado y el cambio en el tamaño de la herramienta causado por el calor de corte es muy pequeño, lo cual es particularmente importante para el mecanizado de precisión y ultraprecisión que requiere una alta precisión dimensional.
⑶ Aplicación de herramientas diamantadas.
Las herramientas de diamante se utilizan principalmente para corte fino y taladrado de metales no ferrosos y materiales no metálicos a altas velocidades. Adecuado para procesar diversos no metales resistentes al desgaste, como piezas en bruto de metalurgia de polvos de fibra de vidrio, materiales cerámicos, etc.; diversos metales no ferrosos resistentes al desgaste, como diversas aleaciones de silicio y aluminio; y procesamiento de acabado de diversos metales no ferrosos.
La desventaja de las herramientas de diamante es que tienen poca estabilidad térmica. Cuando la temperatura de corte supera los 700 ℃ ~ 800 ℃, perderán completamente su dureza. Además, no son adecuados para cortar metales ferrosos porque el diamante (carbono) reacciona fácilmente con el hierro a altas temperaturas. La acción atómica convierte los átomos de carbono en una estructura de grafito y la herramienta se daña fácilmente.
2. Material de herramienta de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico (CBN), el segundo material superduro sintetizado mediante un método similar a la fabricación de diamantes, ocupa el segundo lugar después del diamante en términos de dureza y conductividad térmica. Tiene una excelente estabilidad térmica y puede calentarse hasta 10.000 °C en la atmósfera. No se produce oxidación. El CBN tiene propiedades químicas extremadamente estables para los metales ferrosos y puede utilizarse ampliamente en el procesamiento de productos de acero.
⑴ Tipos de herramientas de corte de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico (CBN) es una sustancia que no existe en la naturaleza. Se divide en monocristal y policristalino, a saber, monocristal CBN y nitruro de boro cúbico policristalino (bornnitruro cúbico policristalino, PCBN para abreviar). El CBN es uno de los alótropos del nitruro de boro (BN) y tiene una estructura similar a la del diamante.
PCBN (nitruro de boro cúbico policristalino) es un material policristalino en el que los materiales finos de CBN se sinterizan juntos a través de fases de unión (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) a alta temperatura y presión. Actualmente es el segundo material sintetizado artificialmente más duro. El material de herramienta de diamante, junto con el diamante, se denomina colectivamente material de herramienta superduro. PCBN se utiliza principalmente para fabricar cuchillos u otras herramientas.
Las herramientas de corte PCBN se pueden dividir en hojas PCBN sólidas y hojas compuestas PCBN sinterizadas con carburo.
Las hojas compuestas de PCBN se fabrican sinterizando una capa de PCBN con un espesor de 0,5 a 1,0 mm sobre un carburo cementado con buena resistencia y tenacidad. Su rendimiento combina buena tenacidad con alta dureza y resistencia al desgaste. Resuelve los problemas de baja resistencia a la flexión y difícil soldadura de las hojas de CBN.
⑵ Principales propiedades y características del nitruro de boro cúbico.
Aunque la dureza del nitruro de boro cúbico es ligeramente menor que la del diamante, es mucho mayor que la de otros materiales de alta dureza. La ventaja destacada del CBN es que su estabilidad térmica es mucho mayor que la del diamante, alcanzando temperaturas superiores a 1200°C (el diamante es de 700-800°C). Otra ventaja destacada es que es químicamente inerte y no reacciona con el hierro a 1200-1300°C. reacción. Las principales características de rendimiento del nitruro de boro cúbico son las siguientes.
① Alta dureza y resistencia al desgaste: la estructura cristalina de CBN es similar al diamante y tiene una dureza y resistencia similares al diamante. PCBN es particularmente adecuado para procesar materiales de alta dureza que antes solo podían rectificarse y puede obtener una mejor calidad de la superficie de la pieza de trabajo.
② Alta estabilidad térmica: La resistencia al calor del CBN puede alcanzar 1400~1500℃, que es casi 1 veces mayor que la resistencia al calor del diamante (700~800℃). Las herramientas PCBN pueden cortar aleaciones de alta temperatura y acero endurecido a altas velocidades de 3 a 5 veces más que las herramientas de carburo.
③ Excelente estabilidad química: no tiene interacción química con materiales a base de hierro hasta 1200-1300 °C y no se desgasta tan bruscamente como el diamante. En este momento, todavía puede mantener la dureza del carburo cementado; Las herramientas PCBN son adecuadas para cortar piezas de acero templado y hierro fundido enfriado y pueden usarse ampliamente en el corte de hierro fundido a alta velocidad.
④ Buena conductividad térmica: aunque la conductividad térmica del CBN no puede seguir el ritmo del diamante, la conductividad térmica del PCBN entre varios materiales de herramientas es superada solo por el diamante y mucho más alta que la del acero de alta velocidad y el carburo cementado.
⑤ Tiene un coeficiente de fricción más bajo: un coeficiente de fricción bajo puede provocar una reducción de la fuerza de corte durante el corte, una reducción de la temperatura de corte y una mejora en la calidad de la superficie mecanizada.
⑶ Aplicación de herramientas de corte de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico es adecuado para el acabado de diversos materiales difíciles de cortar, como acero templado, hierro fundido duro, aleaciones de alta temperatura, carburo cementado y materiales de pulverización superficial. La precisión del procesamiento puede alcanzar IT5 (el orificio es IT6) y el valor de rugosidad de la superficie puede ser tan pequeño como Ra1,25~0,20μm.
El material de la herramienta de nitruro de boro cúbico tiene poca tenacidad y resistencia a la flexión. Por lo tanto, las herramientas de torneado de nitruro de boro cúbico no son adecuadas para el mecanizado en desbaste a bajas velocidades y cargas de alto impacto; al mismo tiempo, no son adecuados para cortar materiales con alta plasticidad (como aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones a base de níquel, aceros con alta plasticidad, etc.), porque al cortar estos se producirán graves acumulaciones de bordes al trabajar. con metal, deteriorando la superficie mecanizada.
3. materiales cerámicos para herramientas
Las herramientas de corte de cerámica tienen las características de alta dureza, buena resistencia al desgaste, excelente resistencia al calor y estabilidad química, y no son fáciles de unir con metal. Las herramientas cerámicas juegan un papel muy importante en el mecanizado CNC. Las herramientas cerámicas se han convertido en una de las principales herramientas para el corte y procesamiento a alta velocidad de materiales difíciles de mecanizar. Las herramientas de corte de cerámica se utilizan ampliamente en cortes de alta velocidad, cortes en seco, cortes duros y cortes de materiales difíciles de mecanizar. Las herramientas cerámicas pueden procesar de manera eficiente materiales muy duros que las herramientas tradicionales no pueden procesar en absoluto, logrando "girar en lugar de rectificar"; La velocidad de corte óptima de las herramientas cerámicas puede ser de 2 a 10 veces mayor que la de las herramientas de carburo, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la producción de corte. ; Las principales materias primas utilizadas en los materiales de herramientas cerámicas son los elementos más abundantes en la corteza terrestre. Por tanto, la promoción y aplicación de herramientas cerámicas son de gran importancia para mejorar la productividad, reducir los costos de procesamiento y ahorrar metales preciosos estratégicos. También promoverá en gran medida el desarrollo de la tecnología de corte. progreso.
⑴ Tipos de materiales para herramientas cerámicas
Los tipos de materiales cerámicos para herramientas generalmente se pueden dividir en tres categorías: cerámicas a base de alúmina, cerámicas a base de nitruro de silicio y cerámicas compuestas a base de nitruro de silicio-alúmina. Entre ellos, los materiales cerámicos para herramientas a base de alúmina y nitruro de silicio son los más utilizados. El rendimiento de las cerámicas a base de nitruro de silicio es superior al de las cerámicas a base de alúmina.
⑵ Rendimiento y características de las herramientas de corte cerámico.
① Alta dureza y buena resistencia al desgaste: aunque la dureza de las herramientas de corte de cerámica no es tan alta como la de PCD y PCBN, es mucho mayor que la de las herramientas de corte de carburo y acero de alta velocidad, alcanzando 93-95HRA. Las herramientas de corte de cerámica pueden procesar materiales muy duros que son difíciles de procesar con herramientas de corte tradicionales y son adecuadas para cortes duros y de alta velocidad.
② Resistencia a altas temperaturas y buena resistencia al calor: las herramientas de corte de cerámica aún pueden cortar a altas temperaturas superiores a 1200 °C. Las herramientas de corte cerámicas tienen buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas. Las herramientas de corte de cerámica A12O3 tienen una resistencia a la oxidación especialmente buena. Incluso si el filo está al rojo vivo, se puede utilizar de forma continua. Por lo tanto, las herramientas cerámicas pueden lograr un corte en seco, eliminando así la necesidad de fluido de corte.
③ Buena estabilidad química: las herramientas de corte de cerámica no son fáciles de unir con metal, son resistentes a la corrosión y tienen buena estabilidad química, lo que puede reducir el desgaste de unión de las herramientas de corte.
④ Bajo coeficiente de fricción: la afinidad entre las herramientas cerámicas y el metal es pequeña y el coeficiente de fricción es bajo, lo que puede reducir la fuerza y la temperatura de corte.
⑶ Los cuchillos de cerámica tienen aplicaciones.
La cerámica es uno de los materiales de herramientas que se utilizan principalmente para acabados y semiacabados de alta velocidad. Las herramientas de corte de cerámica son adecuadas para cortar diversos hierros fundidos (fundición gris, hierro dúctil, hierro fundido maleable, hierro fundido enfriado, hierro fundido de alta aleación resistente al desgaste) y materiales de acero (acero estructural al carbono, acero estructural aleado, acero de alta resistencia, acero con alto contenido de manganeso, acero templado, etc.), también se pueden utilizar para cortar aleaciones de cobre, grafito, plásticos de ingeniería y materiales compuestos.
Las propiedades de los materiales de las herramientas de corte cerámicas tienen el problema de una baja resistencia a la flexión y una escasa tenacidad al impacto, lo que las hace inadecuadas para cortar a bajas velocidades y bajo cargas de impacto.
4. Materiales de herramientas recubiertos
Recubrir herramientas de corte es una de las formas importantes de mejorar el rendimiento de la herramienta. La aparición de herramientas recubiertas ha supuesto un gran avance en el rendimiento de corte de las herramientas de corte. Las herramientas recubiertas están recubiertas con una o más capas de compuestos refractarios con buena resistencia al desgaste en el cuerpo de la herramienta con buena tenacidad. Combina la matriz de la herramienta con el recubrimiento duro, mejorando así en gran medida el rendimiento de la herramienta. Las herramientas recubiertas pueden mejorar la eficiencia del procesamiento, mejorar la precisión del procesamiento, extender la vida útil de la herramienta y reducir los costos de procesamiento.
Aproximadamente el 80% de las herramientas de corte utilizadas en las nuevas máquinas herramienta CNC utilizan herramientas recubiertas. Las herramientas recubiertas serán en el futuro el tipo de herramienta más importante en el campo del mecanizado CNC.
⑴ Tipos de herramientas recubiertas
Según los diferentes métodos de recubrimiento, las herramientas recubiertas se pueden dividir en herramientas recubiertas por deposición química de vapor (CVD) y herramientas recubiertas por deposición física de vapor (PVD). Las herramientas de corte de carburo recubiertas generalmente utilizan el método de deposición química de vapor y la temperatura de deposición es de alrededor de 1000 °C. Las herramientas de corte de acero recubiertas de alta velocidad generalmente utilizan el método de deposición física de vapor y la temperatura de deposición es de alrededor de 500 °C;
Según los diferentes materiales del sustrato de las herramientas recubiertas, las herramientas recubiertas se pueden dividir en herramientas recubiertas de carburo, herramientas recubiertas de acero de alta velocidad y herramientas recubiertas de cerámica y materiales superduros (diamante y nitruro de boro cúbico).
Según las propiedades del material de recubrimiento, las herramientas recubiertas se pueden dividir en dos categorías: herramientas con recubrimiento "duro" y herramientas con recubrimiento "blando". Los principales objetivos que persiguen las herramientas con recubrimiento "duro" son una alta dureza y resistencia al desgaste. Sus principales ventajas son una alta dureza y una buena resistencia al desgaste, normalmente los recubrimientos TiC y TiN. El objetivo que persiguen las herramientas de recubrimiento "blando" es un coeficiente de fricción bajo, también conocido como herramientas autolubricantes, cuyo coeficiente de fricción con el material de la pieza es muy bajo, solo alrededor de 0,1, lo que puede reducir la adherencia, reducir la fricción y reducir el corte. Fuerza y temperatura de corte.
Recientemente se han desarrollado herramientas de corte con nanorecubrimiento (Nanoeoating). Dichas herramientas recubiertas pueden usar diferentes combinaciones de materiales de recubrimiento (tales como metal/metal, metal/cerámica, cerámica/cerámica, etc.) para cumplir diferentes requisitos funcionales y de rendimiento. Los nanorrecubrimientos correctamente diseñados pueden hacer que los materiales de las herramientas tengan excelentes funciones reductoras de la fricción y antidesgaste, además de propiedades autolubricantes, lo que los hace adecuados para el corte en seco a alta velocidad.
⑵ Características de las herramientas de corte recubiertas
① Buen rendimiento mecánico y de corte: las herramientas recubiertas combinan las excelentes propiedades del material base y del material de recubrimiento. No sólo mantienen la buena tenacidad y la alta resistencia del material base, sino que también tienen alta dureza, alta resistencia al desgaste y bajo coeficiente de fricción. Por lo tanto, la velocidad de corte de las herramientas recubiertas se puede aumentar más de 2 veces que la de las herramientas no recubiertas, y se permiten velocidades de avance más altas. También se mejora la vida útil de las herramientas recubiertas.
② Gran versatilidad: las herramientas recubiertas tienen una amplia versatilidad y amplían significativamente el rango de procesamiento. Una herramienta recubierta puede reemplazar varias herramientas no recubiertas.
③ Espesor del recubrimiento: a medida que aumenta el espesor del recubrimiento, la vida útil de la herramienta también aumentará, pero cuando el espesor del recubrimiento alcanza la saturación, la vida útil de la herramienta ya no aumentará significativamente. Cuando la capa es demasiado espesa, se pelará fácilmente; cuando el recubrimiento es demasiado fino, la resistencia al desgaste será deficiente.
④ Reafilabilidad: Las hojas recubiertas tienen poca capacidad de reafilado, equipos de recubrimiento complejos, altos requisitos de proceso y tiempos de recubrimiento prolongados.
⑤ Material de revestimiento: las herramientas con diferentes materiales de revestimiento tienen diferentes rendimientos de corte. Por ejemplo: al cortar a baja velocidad, el recubrimiento de TiC tiene ventajas; al cortar a alta velocidad, el TiN es más adecuado.
⑶Aplicación de herramientas de corte recubiertas.
Las herramientas recubiertas tienen un gran potencial en el campo del mecanizado CNC y serán la variedad de herramientas más importante en el campo del mecanizado CNC en el futuro. La tecnología de recubrimiento se ha aplicado a fresas escariadoras, escariadores, brocas, herramientas de procesamiento de orificios compuestos, fresas dentadas, cortadoras perfiladoras de engranajes, cortadoras de afeitado de engranajes, brochas de formación y diversas plaquitas indexables sujetas a máquina para cumplir con diversos requisitos del procesamiento de corte de alta velocidad. Las necesidades de materiales como el acero y el hierro fundido, aleaciones resistentes al calor y metales no ferrosos.
5. Materiales de herramientas de carburo
Las herramientas de corte de carburo, especialmente las herramientas de corte de carburo indexables, son los productos líderes de las herramientas de mecanizado CNC. Desde la década de 1980, las variedades de diversas herramientas o insertos de corte de carburo integrales e indexables se han ampliado a varios tipos. Una variedad de campos de herramientas de corte, en los que las herramientas de carburo indexables se han expandido desde simples herramientas de torneado y fresas planeadoras hasta diversos campos de herramientas de precisión, complejas y de conformado.
⑴ Tipos de herramientas de corte de carburo
Según la composición química principal, el carburo cementado se puede dividir en carburo cementado a base de carburo de tungsteno y carburo cementado a base de carbono (nitruro) de titanio (TiC (N)).
El carburo cementado a base de carburo de tungsteno incluye tres tipos: tungsteno cobalto (YG), tungsteno cobalto titanio (YT) y carburo raro añadido (YW). Cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas. Los componentes principales son carburo de tungsteno (WC) y carburo de titanio. (TiC), carburo de tantalio (TaC), carburo de niobio (NbC), etc. La fase de unión de metales comúnmente utilizada es Co.
El carburo cementado a base de carbono (nitruro) de titanio es un carburo cementado con TiC como componente principal (algunos añaden otros carburos o nitruros). Las fases de unión de metales comúnmente utilizadas son Mo y Ni.
ISO (Organización Internacional de Normalización) divide el carburo de corte en tres categorías:
La clase K, incluida Kl0 ~ K40, es equivalente a la clase YG de mi país (el componente principal es WC.Co).
La categoría P, incluida P01 ~ P50, es equivalente a la categoría YT de mi país (el componente principal es WC.TiC.Co).
La clase M, incluidas M10~M40, es equivalente a la clase YW de mi país (el componente principal es WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Cada grado representa una serie de aleaciones que van desde la alta dureza hasta la máxima tenacidad con un número entre 01 y 50.
⑵ Características de rendimiento de las herramientas de corte de carburo.
① Alta dureza: las herramientas de corte de carburo están hechas de carburos con alta dureza y punto de fusión (llamado fase dura) y aglutinantes metálicos (llamados fase de unión) mediante pulvimetalurgia, con una dureza de 89 a 93HRA. , mucho más alto que el acero de alta velocidad. A 5400°C, la dureza aún puede alcanzar 82~87HRA, que es la misma que la dureza del acero rápido a temperatura ambiente (83~86HRA). El valor de dureza del carburo cementado cambia con la naturaleza, cantidad, tamaño de partícula de los carburos y el contenido de la fase de unión del metal, y generalmente disminuye con el aumento en el contenido de la fase de unión del metal. Cuando el contenido de fase aglutinante es el mismo, la dureza de las aleaciones YT es mayor que la de las aleaciones YG, y las aleaciones agregadas con TaC (NbC) tienen mayor dureza a altas temperaturas.
② Resistencia a la flexión y tenacidad: La resistencia a la flexión del carburo cementado de uso común está en el rango de 900 a 1500 MPa. Cuanto mayor sea el contenido de fase aglutinante metálica, mayor será la resistencia a la flexión. Cuando el contenido de aglutinante es el mismo, la resistencia de la aleación tipo YG (WC-Co) es mayor que la de la aleación tipo YT (WC-TiC-Co) y, a medida que aumenta el contenido de TiC, la resistencia disminuye. El carburo cementado es un material frágil y su tenacidad al impacto a temperatura ambiente es sólo de 1/30 a 1/8 de la del acero rápido.
⑶ Aplicación de herramientas de corte de carburo de uso común
Las aleaciones YG se utilizan principalmente para procesar hierro fundido, metales no ferrosos y materiales no metálicos. El carburo cementado de grano fino (como YG3X, YG6X) tiene mayor dureza y resistencia al desgaste que el carburo de grano medio con el mismo contenido de cobalto. Es adecuado para procesar hierro fundido duro especial, acero inoxidable austenítico, aleaciones resistentes al calor, aleaciones de titanio, bronce duro y materiales aislantes resistentes al desgaste, etc.
Las ventajas sobresalientes del carburo cementado tipo YT son su alta dureza, buena resistencia al calor, mayor dureza y resistencia a la compresión a altas temperaturas que el tipo YG y buena resistencia a la oxidación. Por lo tanto, cuando se requiere que el cuchillo tenga mayor resistencia al calor y al desgaste, se debe seleccionar un grado con un mayor contenido de TiC. Las aleaciones YT son adecuadas para procesar materiales plásticos como el acero, pero no son adecuadas para procesar aleaciones de titanio y aleaciones de silicio-aluminio.
La aleación YW tiene las propiedades de las aleaciones YG e YT y tiene buenas propiedades integrales. Puede utilizarse para procesar acero, hierro fundido y metales no ferrosos. Si el contenido de cobalto de este tipo de aleación se aumenta adecuadamente, la resistencia puede ser muy alta y puede usarse para mecanizado en desbaste y corte interrumpido de diversos materiales difíciles de mecanizar.
6． Herramientas de corte de acero de alta velocidad.
El acero de alta velocidad (HSS) es un acero para herramientas de alta aleación que agrega más elementos de aleación como W, Mo, Cr y V. Las herramientas de corte de acero de alta velocidad tienen un rendimiento integral excelente en términos de resistencia, tenacidad y procesabilidad. En herramientas de corte complejas, especialmente aquellas con formas de hoja complejas, como herramientas de procesamiento de orificios, fresas, herramientas de roscado, herramientas de brochado, herramientas de corte de engranajes, etc., todavía se utiliza acero de alta velocidad. ocupar una posición dominante. Los cuchillos de acero rápido son fáciles de afilar para producir bordes cortantes afilados.
Según los diferentes usos, el acero rápido se puede dividir en acero rápido de uso general y acero rápido de alto rendimiento.
⑴ Herramientas de corte de acero de alta velocidad de uso general
Acero rápido de uso general. Generalmente, se puede dividir en dos categorías: acero de tungsteno y acero de tungsteno-molibdeno. Este tipo de acero rápido contiene entre 0,7% y 0,9% (C). Según el diferente contenido de tungsteno en el acero, se puede dividir en acero de tungsteno con un contenido de W del 12% o 18%, acero de tungsteno-molibdeno con un contenido de W del 6% u 8% y acero de molibdeno con un contenido de W. del 2% o ningún W. . El acero rápido de uso general tiene cierta dureza (63-66HRC) y resistencia al desgaste, alta resistencia y tenacidad, buena plasticidad y tecnología de procesamiento, por lo que se usa ampliamente en la fabricación de diversas herramientas complejas.
① Acero de tungsteno: el grado típico de acero de tungsteno de uso general de alta velocidad es W18Cr4V (denominado W18). Tiene un buen rendimiento general. La dureza a alta temperatura a 6000C es 48,5HRC y se puede utilizar para fabricar diversas herramientas complejas. Tiene las ventajas de una buena capacidad de molienda y una baja sensibilidad a la descarburación, pero debido a su alto contenido de carburo, distribución desigual, partículas grandes y baja resistencia y tenacidad.
② Acero de tungsteno-molibdeno: se refiere a un acero de alta velocidad obtenido reemplazando parte del tungsteno en el acero de tungsteno por molibdeno. El grado típico de acero de tungsteno-molibdeno es W6Mo5Cr4V2 (denominado M2). Las partículas de carburo de M2 son finas y uniformes, y su resistencia, tenacidad y plasticidad a alta temperatura son mejores que las de W18Cr4V. Otro tipo de acero de tungsteno-molibdeno es el W9Mo3Cr4V (W9 para abreviar). Su estabilidad térmica es ligeramente mayor que la del acero M2, su resistencia a la flexión y tenacidad son mejores que las del W6M05Cr4V2 y tiene buena procesabilidad.
⑵ Herramientas de corte de acero de alta velocidad y alto rendimiento
El acero rápido de alto rendimiento se refiere a un nuevo tipo de acero que agrega algo de contenido de carbono, contenido de vanadio y elementos de aleación como Co y Al a la composición del acero rápido de uso general, mejorando así su resistencia al calor y al desgaste. . Existen principalmente las siguientes categorías:
① Acero de alta velocidad con alto contenido de carbono. El acero rápido con alto contenido de carbono (como 95W18Cr4V) tiene una alta dureza a temperatura ambiente y alta temperatura. Es adecuado para fabricar y procesar acero común y hierro fundido, brocas, escariadores, machos de roscar y fresas con altos requisitos de resistencia al desgaste, o herramientas para procesar materiales más duros. No es apto para soportar grandes impactos.
② Acero de alta velocidad con alto contenido de vanadio. Los grados típicos, como W12Cr4V4Mo (conocido como EV4), tienen un contenido de V aumentado del 3% al 5%, tienen buena resistencia al desgaste y son adecuados para cortar materiales que causan un gran desgaste de la herramienta, como fibras, caucho duro y plásticos. , etc., y también se puede utilizar para procesar materiales como acero inoxidable, acero de alta resistencia y aleaciones de alta temperatura.
③ Acero rápido de cobalto. Es un acero rápido superduro que contiene cobalto. Los grados típicos, como W2Mo9Cr4VCo8 (conocido como M42), tienen una dureza muy alta. Su dureza puede alcanzar 69-70HRC. Es adecuado para procesar aceros resistentes al calor de alta resistencia, aleaciones de alta temperatura, aleaciones de titanio, etc., difíciles de usar. Materiales de procesamiento: M42 tiene buena capacidad de rectificado y es adecuado para fabricar herramientas complejas y de precisión, pero no es adecuado para trabajar bajo condiciones de corte por impacto.
④ Acero de aluminio de alta velocidad. Es un acero de alta velocidad superduro que contiene aluminio. Los grados típicos son, por ejemplo, W6Mo5Cr4V2Al (denominado 501). La dureza a alta temperatura a 6000C también alcanza los 54HRC. El rendimiento de corte es equivalente a M42. Es adecuado para la fabricación de fresas, brocas, escariadores, fresas de engranajes y brochas. etc., utilizados para procesar materiales como acero aleado, acero inoxidable, acero de alta resistencia y aleaciones de alta temperatura.
⑤ Acero de alta velocidad superduro con nitrógeno. Los grados típicos, como W12M03Cr4V3N, denominado (V3N), son aceros rápidos superduros que contienen nitrógeno. La dureza, resistencia y tenacidad son equivalentes a M42. Se pueden utilizar como sustituto de los aceros rápidos que contienen cobalto y se utilizan para el corte a baja velocidad de materiales difíciles de mecanizar y aceros de alta precisión y baja velocidad. tratamiento.
⑶ Fundición de acero de alta velocidad y acero de alta velocidad por pulvimetalurgia.
Según los diferentes procesos de fabricación, el acero de alta velocidad se puede dividir en acero de alta velocidad de fundición y acero de alta velocidad de pulvimetalurgia.
① Fundición de acero de alta velocidad: tanto el acero de alta velocidad ordinario como el acero de alta velocidad de alto rendimiento se fabrican mediante métodos de fundición. Se convierten en cuchillos mediante procesos como fundición, fundición de lingotes y enchapado y laminado. Un problema grave que ocurre fácilmente al fundir acero de alta velocidad es la segregación de carburos. Los carburos duros y quebradizos se distribuyen de manera desigual en el acero de alta velocidad y los granos son gruesos (hasta decenas de micrones), lo que afecta la resistencia al desgaste y la tenacidad de las herramientas de acero de alta velocidad. y afectar negativamente el rendimiento de corte.
② Acero pulvimetalúrgico de alta velocidad (PM HSS): El acero pulvimetalúrgico de alta velocidad (PM HSS) es un acero líquido fundido en un horno de inducción de alta frecuencia, atomizado con argón a alta presión o nitrógeno puro y luego templado para obtener Cristales finos y uniformes. Estructura (polvo de acero de alta velocidad) y luego presione el polvo resultante en una pieza en bruto de cuchillo a alta temperatura y alta presión, o primero haga un tocho de acero y luego forje y enrolle en forma de cuchillo. En comparación con el acero de alta velocidad fabricado mediante el método de fusión, el PM HSS tiene las ventajas de que los granos de carburo son finos y uniformes, y la resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste son mucho mejores en comparación con el acero de alta velocidad fundido. En el campo de las herramientas CNC complejas, las herramientas PM HSS seguirán desarrollándose y ocuparán una posición importante. Los grados típicos, como F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., se pueden utilizar para fabricar herramientas de corte de gran tamaño, cargas pesadas y alto impacto, así como herramientas de corte de precisión.
Principios para la selección de materiales de herramientas CNC
Actualmente, los materiales de herramientas CNC más utilizados incluyen principalmente herramientas de diamante, herramientas de nitruro de boro cúbico, herramientas de cerámica, herramientas recubiertas, herramientas de carburo, herramientas de acero de alta velocidad, etc. Existen muchos grados de materiales para herramientas y sus propiedades varían mucho. La siguiente tabla muestra los principales indicadores de rendimiento de varios materiales de herramientas.
Los materiales de las herramientas para el mecanizado CNC deben seleccionarse de acuerdo con la pieza a procesar y la naturaleza del procesamiento. La selección de los materiales de las herramientas debe coincidir razonablemente con el objeto a procesar. La combinación de materiales de herramientas de corte y objetos de procesamiento se refiere principalmente a combinar las propiedades mecánicas, físicas y químicas de los dos para obtener la mayor vida útil de la herramienta y la máxima productividad de corte.
1. Emparejar las propiedades mecánicas de los materiales de las herramientas de corte y los objetos de procesamiento.
El problema de hacer coincidir las propiedades mecánicas de la herramienta de corte y el objeto de procesamiento se refiere principalmente a la coincidencia de parámetros de propiedades mecánicas como la resistencia, tenacidad y dureza de la herramienta y el material de la pieza de trabajo. Los materiales de herramientas con diferentes propiedades mecánicas son adecuados para procesar piezas de diferentes materiales.
① El orden de dureza del material de la herramienta es: herramienta de diamante>herramienta de nitruro de boro cúbico>herramienta de cerámica>carburo de tungsteno>acero de alta velocidad.
② El orden de resistencia a la flexión de los materiales de las herramientas es: acero de alta velocidad > carburo cementado > herramientas cerámicas > herramientas de diamante y nitruro de boro cúbico.
③ El orden de tenacidad de los materiales de las herramientas es: acero de alta velocidad>carburo de tungsteno>nitruro de boro cúbico, herramientas de diamante y cerámica.
Los materiales de piezas de alta dureza deben procesarse con herramientas de mayor dureza. La dureza del material de la herramienta debe ser mayor que la dureza del material de la pieza de trabajo, que generalmente se requiere que sea superior a 60 HRC. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será su resistencia al desgaste. Por ejemplo, cuando aumenta el contenido de cobalto en el carburo cementado, su resistencia y tenacidad aumentan y su dureza disminuye, lo que lo hace adecuado para el mecanizado en desbaste; cuando disminuye el contenido de cobalto, aumenta su dureza y resistencia al desgaste, haciéndolo apto para acabados.
Las herramientas con excelentes propiedades mecánicas a alta temperatura son especialmente adecuadas para cortes a alta velocidad. El excelente rendimiento a altas temperaturas de las herramientas de corte cerámicas les permite cortar a altas velocidades, y la velocidad de corte permitida puede ser de 2 a 10 veces mayor que la del carburo cementado.
2. Hacer coincidir las propiedades físicas del material de la herramienta de corte con el objeto mecanizado
Las herramientas con diferentes propiedades físicas, como herramientas de acero rápido con alta conductividad térmica y bajo punto de fusión, herramientas cerámicas con alto punto de fusión y baja expansión térmica, herramientas de diamante con alta conductividad térmica y baja expansión térmica, etc., son adecuadas para Procesamiento de diferentes materiales de piezas de trabajo. Al procesar piezas de trabajo con mala conductividad térmica, se deben utilizar materiales de herramienta con mejor conductividad térmica para que el calor de corte pueda transferirse rápidamente y reducir la temperatura de corte. Debido a su alta conductividad térmica y difusividad térmica, el diamante puede disipar fácilmente el calor de corte sin causar una gran deformación térmica, lo cual es particularmente importante para herramientas de mecanizado de precisión que requieren una alta precisión dimensional.
① La temperatura de resistencia al calor de varios materiales de herramientas: las herramientas de diamante son 700~8000C, las herramientas PCBN son 13000~15000C, las herramientas cerámicas son 1100~12000C, el carburo cementado a base de TiC(N) es 900~11000C, el ultrafino a base de WC El carburo de granos es de 800 ~ 9000 C, el HSS es de 600 ~ 7000 C.
② El orden de conductividad térmica de varios materiales de herramientas: PCD>PCBN>carburo cementado a base de WC>carburo cementado a base de TiC(N)>HSS>cerámica a base de Si3N4>cerámica a base de A1203.
③ El orden de los coeficientes de expansión térmica de varios materiales de herramientas es: HSS>carburo cementado a base de WC>TiC(N)>cerámica a base de A1203>PCBN>cerámica a base de Si3N4>PCD.
④ El orden de resistencia al choque térmico de varios materiales de herramientas es: HSS>carburo cementado a base de WC>cerámica a base de Si3N4>PCBN>PCD>carburo cementado a base de TiC(N)>cerámica a base de A1203.
3. Hacer coincidir las propiedades químicas del material de la herramienta de corte con el objeto mecanizado
El problema de hacer coincidir las propiedades químicas de los materiales de las herramientas de corte y los objetos de procesamiento se refiere principalmente a la coincidencia de parámetros de rendimiento químicos como la afinidad química, la reacción química, la difusión y disolución de los materiales de las herramientas y los materiales de las piezas de trabajo. Para mecanizar piezas de diferentes materiales son adecuadas herramientas de distintos materiales.
① La resistencia a la temperatura de unión de varios materiales de herramientas (con acero) es: PCBN>cerámica>carburo de tungsteno>HSS.
② La temperatura de resistencia a la oxidación de varios materiales de herramientas es: cerámica>PCBN>carburo de tungsteno>diamante>HSS.
③ La resistencia a la difusión de los materiales de la herramienta (para acero) es: diamante>cerámica a base de Si3N4>PCBN>cerámica a base de A1203. La intensidad de difusión (para titanio) es: cerámica a base de A1203>PCBN>SiC>Si3N4>diamante.
4. Selección razonable de materiales para herramientas CNC.
En términos generales, PCBN, herramientas cerámicas, carburo revestido y herramientas de carburo a base de TiCN son adecuadas para el procesamiento CNC de metales ferrosos como el acero; mientras que las herramientas PCD son adecuadas para materiales metálicos no ferrosos como Al, Mg, Cu y sus aleaciones y procesamiento de materiales no metálicos. La siguiente tabla enumera algunos de los materiales de piezas de trabajo que los materiales de herramientas anteriores son adecuados para procesar.
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Hora de publicación: 01-nov-2023
