Attīstoties mūsdienu zinātnei un tehnoloģijām, arvien vairāk tiek izmantoti inženiertehniskie materiāli ar augstu cietību, savukārt tradicionālā virpošanas tehnoloģija nav kompetenta vai vispār nevar sasniegt dažu augstas cietības materiālu apstrādi.Pārklātam karbīdam, keramikai, PCBN un citiem īpaši cietajiem instrumentu materiāliem ir augsta augstas temperatūras cietība, nodilumizturība un termoķīmiskā stabilitāte, kas nodrošina visvienkāršāko priekšnoteikumu augstas cietības materiālu griešanai un ir sasnieguši ievērojamus ieguvumus ražošanā.Materiāls, ko izmanto supercietais instruments, un tā instrumenta struktūra un ģeometriskie parametri ir pamatelementi, lai realizētu cieto virpošanu.Tāpēc, lai panāktu stabilu cieto virpošanu, ļoti svarīgi ir izvēlēties īpaši cieta instrumenta materiālu un izveidot saprātīgu instrumenta struktūru un ģeometriskos parametrus!
(1) Pārklāts cementēts karbīds
Uzklājiet vienu vai vairākus TiN, TiCN, TiAlN un Al3O2 slāņus ar labu nodilumizturību uz cementēta karbīda instrumentiem ar labu stingrību, un pārklājuma biezums ir 2–18 μm.Pārklājumam parasti ir daudz zemāka siltumvadītspēja nekā instrumenta pamatnei un sagataves materiālam, kas vājina instrumenta pamatnes termisko efektu;No otras puses, tas var efektīvi uzlabot berzi un saķeri griešanas procesā un samazināt griešanas siltuma veidošanos.
Lai gan PVD pārklājumam ir daudz priekšrocību, daži pārklājumi, piemēram, Al2O3 un dimants, mēdz izmantot CVD pārklājuma tehnoloģiju.Al2O3 ir sava veida pārklājums ar spēcīgu karstumizturību un oksidācijas izturību, kas var atdalīt griešanas radīto siltumu no konkrētā instrumenta.CVD pārklājuma tehnoloģija var arī integrēt dažādu pārklājumu priekšrocības, lai sasniegtu vislabāko griešanas efektu un apmierinātu griešanas vajadzības.
Salīdzinot ar cementēta karbīda instrumentiem, pārklātiem cementēta karbīda instrumentiem ir ievērojami uzlabojusies izturība, cietība un nodilumizturība.Griežot apstrādājamo detaļu ar cietību HRC45 ~ 55, zemu izmaksu pārklājuma cementēts karbīds var realizēt liela ātruma virpošanu.Pēdējos gados daži ražotāji ir uzlabojuši pārklājumu instrumentu veiktspēju, uzlabojot pārklājuma materiālus un citas metodes.Piemēram, daži ražotāji ASV un Japānā izmanto Šveices AlTiN pārklājuma materiālu un jaunu pārklājuma patentētu tehnoloģiju, lai ražotu pārklātus asmeņus ar cietību līdz HV4500 ~ 4900, kas var griezt HRC47 ~ 58 prestēraudu ar ātrumu 498,56 m/min. .Kad pagriešanas temperatūra ir līdz 1500 ~ 1600 ° C, cietība joprojām nesamazinās un neoksidējas.Asmens kalpošanas laiks ir četras reizes lielāks nekā parasti pārklātajam asmenim, savukārt izmaksas ir tikai 30%, un saķere ir laba.
(2) Keramikas materiāls
Nepārtraukti uzlabojot tā sastāvu, struktūru un presēšanas procesu, īpaši attīstoties nanotehnoloģijām, keramikas instrumentu materiāli dod iespēju rūdīt keramikas instrumentus.Tuvākajā nākotnē keramika var izraisīt trešo revolūciju griešanas jomā pēc ātrgaitas tērauda un cementēta karbīda.Keramikas instrumentu priekšrocības ir augsta cietība (HRA91 ~ 95), augsta izturība (lieces izturība 750 ~ 1000 MPa), laba nodilumizturība, laba ķīmiskā stabilitāte, laba adhēzijas izturība, zems berzes koeficients un zema cena.Ne tikai tas, ka keramikas instrumentiem ir arī augstas temperatūras cietība, kas sasniedz HRA80 pie 1200 ° C.
Normālas griešanas laikā keramikas instrumentam ir ļoti augsta izturība, un tā griešanas ātrums var būt 2–5 reizes lielāks nekā cementēta karbīda ātrums.Tas ir īpaši piemērots augstas cietības materiālu apstrādei, apdarei un ātrgaitas apstrādei.Ar to var griezt dažādus rūdītus tēraudus un rūdītus čugunus ar cietību līdz HRC65.Parasti tiek izmantota keramika uz alumīnija oksīda bāzes, keramika uz silīcija nitrīda bāzes, metālkeramika un rūdīta keramika.
Keramikas instrumentiem uz alumīnija oksīda bāzes ir augstāka sarkanā cietība nekā cementētam karbīdam.Parasti griešanas mala neradīs plastisku deformāciju ātrgaitas griešanas apstākļos, taču tās izturība un stingrība ir ļoti zema.Lai uzlabotu tā stingrību un triecienizturību, var pievienot ZrO vai TiC un TiN maisījumu.Vēl viena metode ir pievienot tīra metāla vai silīcija karbīda ūsas.Papildus augstajai sarkanajai cietībai uz silīcija nitrīda bāzes izgatavotai keramikai ir arī laba izturība.Salīdzinot ar keramiku uz alumīnija oksīda bāzes, tās trūkums ir tāds, ka tērauda apstrādē ir viegli radīt augstas temperatūras difūziju, kas pastiprina instrumentu nodilumu.Keramika uz silīcija nitrīda bāzes galvenokārt tiek izmantota pelēkā čuguna periodiskai virpošanai un frēzēšanai.
Kermets ir sava veida materiāls uz karbīda bāzes, kurā TiC ir galvenā cietā fāze (0,5-2 μm) Tie ir apvienoti ar Co vai Ti saistvielām un ir līdzīgi cementēta karbīda instrumentiem, taču tiem ir zema afinitāte, laba berze un laba nodilumizturība.Tas var izturēt augstāku griešanas temperatūru nekā parastais cementētais karbīds, taču tam trūkst cementēta karbīda triecienizturības, stingrības smagas griešanas laikā un izturības pie maza ātruma un lielas padeves.
(3) Kubiskais bora nitrīds (CBN)
CBN ir otrais pēc dimanta cietības un nodilumizturības ziņā, un tam ir lieliska cietība augstā temperatūrā.Salīdzinot ar keramiku, tā karstumizturība un ķīmiskā stabilitāte ir nedaudz slikta, bet triecienizturība un pretspiešanas veiktspēja ir labāka.To plaši izmanto rūdīta tērauda (HRC ≥ 50), perlīta pelēkā čuguna, atdzesēta čuguna un supersakausējuma griešanai.Salīdzinot ar cementēta karbīda instrumentiem, tā griešanas ātrumu var palielināt par vienu kārtu.
Kompozītmateriāla polikristāliskā kubiskā bora nitrīda (PCBN) instrumentam ar augstu CBN saturu ir augsta cietība, laba nodilumizturība, augsta spiedes izturība un laba triecienizturība.Tās trūkumi ir slikta termiskā stabilitāte un zemā ķīmiskā inerce.Tas ir piemērots karstumizturīgu sakausējumu, čuguna un dzelzs bāzes saķepinātu metālu griešanai.CBN daļiņu saturs PCBN instrumentos ir zems, un PCBN instrumentu cietība, kurā kā saistviela tiek izmantota keramika, ir zema, taču tas kompensē iepriekšējā materiāla slikto termisko stabilitāti un zemo ķīmisko inerci, un ir piemērots rūdīta tērauda griešanai.
Griežot pelēko čugunu un rūdītu tēraudu, var izvēlēties keramikas instrumentu vai CBN instrumentu.Šī iemesla dēļ ir jāveic izmaksu un ieguvumu un apstrādes kvalitātes analīze, lai noteiktu, kuru izvēlēties.Ja griešanas cietība ir zemāka par HRC60 un tiek izmantots neliels padeves ātrums, keramikas instruments ir labāka izvēle.PCBN instrumenti ir piemēroti tādu sagatavju griešanai, kuru cietība ir augstāka par HRC60, īpaši automātiskai apstrādei un augstas precizitātes apstrādei.Turklāt atlikušais spriegums uz sagataves virsmas pēc griešanas ar PCBN instrumentu arī ir relatīvi stabils nekā ar keramikas instrumentu tā paša sānu nodiluma apstākļos.
Izmantojot PCBN instrumentu rūdīta tērauda žāvēšanai, jāievēro arī šādi principi: pēc iespējas izvēlieties lielu griešanas dziļumu ar nosacījumu, ka darbgalda stingrība to atļauj, lai griešanas zonā radītais siltums varētu mīkstināt. metāls malas priekšpusē lokāli, kas var efektīvi samazināt PCBN instrumenta nodilumu.Turklāt, izmantojot nelielu griešanas dziļumu, jāņem vērā arī tas, ka PCBN instrumenta sliktā siltumvadītspēja var padarīt siltumu griešanas zonā pārāk vēlu, lai izkliedētu, un bīdes laukums var radīt arī acīmredzamu metālu mīkstinošu efektu. griešanas malas nodilums.
2. Supercieto instrumentu asmeņu uzbūve un ģeometriskie parametri
Instrumenta formas un ģeometrisko parametru saprātīga noteikšana ir ļoti svarīga, lai instrumenta griešanas veiktspēja būtu pilnīga.Runājot par instrumenta izturību, dažādu asmeņu formu instrumenta uzgaļu izturība no augstas līdz zemai ir: apaļa, 100 ° dimants, kvadrāts, 80 ° dimants, trīsstūris, 55 ° dimants, 35 ° dimants.Pēc asmens materiāla izvēles jāizvēlas asmeņa forma ar vislielāko izturību.Cietie virpošanas asmeņi arī jāizvēlas pēc iespējas lielāki, un neapstrādāta apstrāde jāveic ar apļveida un liela gala loka rādiusa asmeņiem.Gala loka rādiuss ir aptuveni 0,8 apdares laikā μ Aptuveni m.
Rūdīta tērauda šķembas ir sarkanas un mīkstas lentes, ar lielu trauslumu, viegli salaužamas un nesaistošas.Rūdīta tērauda griešanas virsma ir augstas kvalitātes un parasti nerada skaidu uzkrāšanos, bet griešanas spēks ir liels, jo īpaši radiālais griešanas spēks ir lielāks par galveno griešanas spēku.Tāpēc instrumentam jāizmanto negatīvs priekšējais leņķis (novirziet ≥ - 5°) un liels aizmugures leņķis (ao=10°~15°).Galvenais novirzes leņķis ir atkarīgs no darbgalda stingrības, parasti 45 ° ~ 60 °, lai samazinātu sagataves un instrumenta pļāpāšanu.
Izlikšanas laiks: 2023. gada 24. februāris