يمكن أن يؤدي الجمع بين معدات المعالجة المتقدمة وأدوات القطع CNC عالية الأداء إلى إفساح المجال الكامل لأدائها المناسب وتحقيق فوائد اقتصادية جيدة. مع التطور السريع لمواد أدوات القطع ، قامت العديد من مواد أدوات القطع الجديدة بتحسين خصائصها الفيزيائية والميكانيكية وأداء القطع بشكل كبير ، كما استمر نطاق تطبيقاتها في التوسع.
1. يجب أن تحتوي مواد الأدوات على الخصائص الأساسية
اختيار مادة الأداة له تأثير كبير على عمر الأداة ، وكفاءة المعالجة ، وجودة المعالجة وتكلفة المعالجة. عند قطع الأداة ، يجب أن تتحمل آثار الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية والاحتكاك والصدمات والاهتزاز. لذلك ، يجب أن تحتوي مادة الأداة على الخصائص الأساسية التالية:
(1) صلابة ومقاومة التآكل. يجب أن تكون صلابة مادة الأداة أعلى من صلابة مادة قطعة العمل ، بشكل عام أعلى من 60HRC. كلما زادت صلابة مادة الأداة ، كانت مقاومة التآكل أفضل.
(2) القوة والمتانة. يجب أن تتمتع مواد الأدوات بقوة وصلابة عالية لتحمل قوى القطع والصدمات والاهتزازات ومنع الكسر الهش وتقطيع الأدوات.
(3) مقاومة الحرارة. مقاومة الحرارة لمادة الأداة أفضل ، يمكنها تحمل درجة حرارة القطع العالية ، ولديها مقاومة أكسدة جيدة.
(4) أداء العملية والاقتصاد. يجب أن تتمتع مواد الأدوات بأداء جيد للتشكيل ، وأداء المعالجة الحرارية ، وأداء اللحام ، وأداء الطحن ، وما إلى ذلك ، ويجب أن تسعى إلى تحقيق نسبة أداء وسعر عالية.
2. أنواع وخصائص وخصائص وتطبيقات مواد الأداة
1. أنواع وخصائص وخصائص مواد الأدوات الماسية وتطبيقات الأدوات
الماس هو تآصل من الكربون ، وهو أصعب مادة موجودة في الطبيعة. تتميز أدوات الماس بصلابة عالية ومقاومة عالية للتآكل وموصلية حرارية عالية ، وتستخدم على نطاق واسع في معالجة المعادن غير الحديدية والمواد غير المعدنية. تعتبر أدوات الماس هي الأنواع الرئيسية لأدوات القطع التي يصعب استبدالها ، خاصة في عمليات القطع عالية السرعة للألمنيوم وسبائك الألومنيوم والسيليكون. إن الأدوات الماسية التي يمكن أن تحقق كفاءة عالية وثباتًا عاليًا وعمرًا طويلاً للآلات هي أدوات لا غنى عنها وهامة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الحديث.
⑴ أنواع الأدوات الماسية
① أداة الماس الطبيعي: تم استخدام الماس الطبيعي كأداة قطع لمئات السنين. لقد تم طحن أداة الماس البلورية الأحادية الطبيعية بدقة ، ويمكن أن تكون حافة القطع حادة للغاية. يمكن أن يصل نصف قطر حافة القطع إلى {{0}. 002μm ، والتي يمكن أن تحقق قطعًا رقيقًا للغاية ويمكنها أن تكون أداة معالجة فائقة الدقة معترف بها ومثالية ولا يمكن الاستغناء عنها لمعالجة دقة قطع العمل العالية للغاية وخشونة السطح المنخفضة للغاية.
② أداة الماس PCD: الماس الطبيعي غالي الثمن ، ويستخدم الماس متعدد الكريستالات (PCD) على نطاق واسع في القطع. منذ أوائل السبعينيات ، تم تطوير الماس متعدد الكريستالات (الماس متعدد الكريستالات ، PCD للاختصار) بعد النجاح ، تم استبدال أدوات الماس الطبيعي بألماس متعدد الكريستالات الصناعي في العديد من المناسبات. المواد الخام PCD غنية بالمصادر ، وسعرها لا يتجاوز بضعة أعشار إلى عُشر الماس الطبيعي.
لا يمكن لأدوات PCD طحن الحواف الحادة للغاية ، كما أن جودة سطح قطع العمل المعالجة ليست بنفس جودة الماس الطبيعي. ليس من المناسب تصنيع إدخالات PCD مع قواطع الرقائق في الصناعة. لذلك ، يمكن استخدام PCD فقط للقطع الدقيق للمعادن غير الحديدية وغير المعدنية ، ومن الصعب تحقيق قطع المرايا بدقة فائقة.
③ أدوات الماس CVD: من أواخر السبعينيات إلى أوائل الثمانينيات ، ظهرت تقنية الماس CVD في اليابان. يشير الماس CVD إلى تخليق فيلم الماس على ركائز غير متجانسة (مثل كربيد الأسمنت والسيراميك وما إلى ذلك) عن طريق ترسيب البخار الكيميائي (CVD). الماس CVD له نفس بنية وخصائص الماس الطبيعي.
أداء الماس CVD قريب جدًا من أداء الماس الطبيعي ، وله مزايا الماس الأحادي الطبيعي والماس متعدد الكريستالات (PCD) ، ويتغلب على عيوبها إلى حد معين.
خصائص أداء أدوات الماس
① صلابة عالية للغاية ومقاومة للتآكل: الماس الطبيعي هو أقسى مادة موجودة في الطبيعة. الماس لديه مقاومة تآكل عالية للغاية. عند معالجة المواد عالية الصلابة ، فإن عمر أدوات الماس يكون من 10 إلى 100 مرة من أدوات الكربيد الأسمنتية ، أو حتى مئات المرات.
② لها معامل احتكاك منخفض للغاية: معامل الاحتكاك بين الماس وبعض المعادن غير الحديدية أقل من معامل الاحتكاك الأخرى ، ومعامل الاحتكاك منخفض ، والتشوه أثناء المعالجة صغير ، وقوة القطع يمكن يتم تخفيض.
③ حافة القطع حادة جدًا: يمكن شحذ حافة القطع للأدوات الماسية ، ويمكن أن تصل أداة الماس البلوري الأحادي الطبيعي إلى ارتفاع يصل إلى 0. 002-0. 008 ميكرومتر ، والتي يمكن استخدامها لأعمال فائقة - قطع رقيق وتصنيع دقيق للغاية.
④ لديه موصلية حرارية عالية: الماس لديه موصلية حرارية عالية وانتشار حراري ، وتشتت حرارة القطع بسهولة ، ودرجة حرارة جزء القطع من الأداة منخفضة.
معامل التمدد الحراري المنخفض: معامل التمدد الحراري للماس أصغر بعدة مرات من معامل الكربيد الأسمنتي ، والتغير في حجم الأداة الناتج عن قطع الحرارة صغير جدًا ، وهو أمر مهم بشكل خاص للقطع الدقيقة والدقة الفائقة التي تتطلب عالية دقة الأبعاد.
⑶ تطبيق أدوات الماس
تستخدم الأدوات الماسية في الغالب للقطع الدقيق والممل للمعادن غير الحديدية والمواد غير المعدنية بسرعة عالية. إنها مناسبة لمعالجة العديد من المعادن غير المقاومة للاهتراء ، مثل فراغات مسحوق المعادن FRP ، مواد السيراميك ، إلخ ؛ العديد من المعادن غير الحديدية المقاومة للاهتراء ، مثل سبائك السيليكون والألومنيوم المختلفة ؛ معالجة تشطيب المعادن غير الحديدية المختلفة.
عيب الأدوات الماسية هو أنها ذات ثبات حراري ضعيف. عندما تتجاوز درجة حرارة القطع 700 درجة إلى 800 درجة ، ستفقد صلابتها تمامًا ؛ بالإضافة إلى ذلك ، فهي غير مناسبة لقطع المعادن الحديدية ، لأن الماس (الكربون) سهل الارتباط بالحديد في درجات الحرارة العالية. يعمل الفعل الذري على تحويل ذرات الكربون إلى بنية جرافيت ، وتتلف الأداة بسهولة.
2. أنواع وخصائص وخصائص مواد أداة نيتريد البورون المكعبة وتطبيقات الأدوات
نيتريد البورون المكعب (CBN) ، ثاني مادة فائقة الصلابة يتم تصنيعها بطريقة مشابهة لتلك الخاصة بالماس ، تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس من حيث الصلابة والتوصيل الحراري. يتمتع باستقرار حراري ممتاز ويمكن تسخينه إلى 10 درجات 000 في الغلاف الجوي. لا يحدث الأكسدة. تتمتع CBN بخصائص كيميائية مستقرة للغاية للمعادن الحديدية ويمكن استخدامها على نطاق واسع في معالجة منتجات الصلب.
صورة
⑴ أنواع أدوات القطع المكعبة من نيتريد البورون
نيتريد البورون المكعب (CBN) مادة غير موجودة في الطبيعة. يمكن تقسيمها إلى بلورة أحادية ومتعددة الكريستالات ، أي بلورة أحادية CBN و نيتريد بورون مكعب متعدد الكريستالات (متعدد البلورات مكعبة بورننيتريد ، يشار إليها باسم PCBN). CBN هو أحد أيزومرات نيتريد البورون (BN) ، وهيكله مشابه لبنية الماس.
PCBN (نيتريد البورون المكعب متعدد الكريستالات) عبارة عن مادة متعددة البلورات تفرز مواد CBN الدقيقة من خلال مرحلة الترابط (TiC ، TiN ، Al ، Ti ، إلخ) تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع. مادة أداة الماس ، يشار إليها مجتمعة بمواد الأدوات فائقة الصلابة. يستخدم PCBN بشكل أساسي لصنع السكاكين أو الأدوات الأخرى.
يمكن تقسيم أدوات PCBN إلى إدخالات PCBN متكاملة وإدخالات مركبة PCBN متكلسة بكربيد الأسمنت.
يتم تصنيع إدخالات PCBN المركبة عن طريق تلبيد طبقة من PCBN بسمك {0}. 5 إلى 1.0 مم على كربيد مثبت بقوة وصلابة جيدين. يتميز أدائها بالصلابة الجيدة والصلابة العالية ومقاومة التآكل. تم حل مشاكل قوة الانحناء المنخفضة وصعوبات اللحام لإدراج CBN.
الخصائص والخصائص الرئيسية لمكعب نيتريد البورون
على الرغم من أن صلابة نيتريد البورون المكعب أقل قليلاً من الماس ، إلا أنها أعلى بكثير من المواد الأخرى عالية الصلابة. الميزة البارزة لـ CBN هي أن ثباتها الحراري أعلى بكثير من ثبات الألماس ، والذي يمكن أن يصل إلى 1200 درجة (700-800 درجة للماس). رد فعل. فيما يلي خصائص الأداء الرئيسية لنتريد البورون المكعب.
① صلابة عالية ومقاومة للتآكل: يشبه الهيكل البلوري لـ CBN هيكل الماس ، وله صلابة وقوة مماثلة للماس. يعد PCBN مناسبًا بشكل خاص لمعالجة المواد عالية الصلابة التي لا يمكن طحنها إلا من قبل ، ويمكنها الحصول على جودة سطح أفضل لقطع العمل.
② ثبات حراري مرتفع: يمكن أن تصل المقاومة الحرارية لـ CBN إلى درجة 1400-1500 ، وهي أعلى بمرتين تقريبًا من مقاومة الماس (700-800 درجة). يمكن لأدوات PCBN أن تقطع السبائك عالية الحرارة والفولاذ المقوى بسرعة تزيد من 3 إلى 5 مرات عن سرعة أدوات كربيد الأسمنت.
③ ثبات كيميائي ممتاز: ليس له تفاعل كيميائي مع المواد التي أساسها الحديد عند درجة 1200-1300 ، ولن يتلف بشكل حاد مثل الماس ، ولا يزال بإمكانه الحفاظ على صلابة كربيد الأسمنت في هذا الوقت ؛ أدوات PCBN مناسبة لقطع الأجزاء الفولاذية الصلبة والحديد الزهر المبرد ، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في القطع عالي السرعة للحديد الزهر.
④ الموصلية الحرارية الجيدة: على الرغم من أن الموصلية الحرارية لـ CBN ليست جيدة مثل الماس ، فإن الموصلية الحرارية لـ PCBN تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس بين مواد الأدوات المختلفة ، وهي أعلى بكثير من تلك الخاصة بالفولاذ عالي السرعة وكربيد الأسمنت.
⑤ معامل احتكاك منخفض: يمكن أن يقلل معامل الاحتكاك المنخفض من قوة القطع أثناء القطع ، ويقلل من درجة حرارة القطع ، ويحسن جودة السطح المشكل.
⑶ تطبيق أداة مكعب نيتريد البورون
نيتريد البورون المكعب مناسب لإنهاء العديد من المواد التي يصعب قطعها مثل الفولاذ المقوى ، والحديد الزهر الصلب ، والسبائك عالية الحرارة ، والسبائك الصلبة ، ومواد رش السطح. يمكن أن تصل دقة المعالجة إلى IT5 (الثقب هو IT6) ، ويمكن أن تكون خشونة السطح صغيرة مثل Ra1. 25-0. 20μm.
مادة أداة نيتريد البورون المكعبة لها صلابة ضعيفة وقوة الانحناء. لذلك ، فإن أدوات الخراطة المكعبة من نيتريد البورون ليست مناسبة للمعالجة الخشنة بسرعة منخفضة وحمل عالي التأثير ؛ تحدث حافة تراكمية شديدة في حالة المعدن ، مما يؤدي إلى تدهور سطح الماكينة.
3. أنواع وخصائص وخصائص مواد الأدوات الخزفية وتطبيقات الأدوات
تتميز أدوات القطع الخزفية بخصائص الصلابة العالية ، ومقاومة التآكل الجيدة ، ومقاومة الحرارة الممتازة والاستقرار الكيميائي ، وليس من السهل ربطها بالمعدن. تحتل أدوات القطع الخزفية موقعًا مهمًا جدًا في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. أصبحت أدوات القطع الخزفية واحدة من أدوات القطع الرئيسية للقطع عالي السرعة ومعالجة المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة. تستخدم أدوات القطع الخزفية على نطاق واسع في القطع عالي السرعة والقطع الجاف والقطع الصعب وقطع المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة. يمكن لسكاكين السيراميك معالجة المواد عالية الصلابة بكفاءة والتي لا تستطيع السكاكين التقليدية معالجتها على الإطلاق ، وتحقيق "استبدال الطحن بسيارة" ؛ يمكن أن تكون سرعة القطع المثلى لسكاكين السيراميك أعلى من 2 إلى 10 مرات من سكاكين كربيد الأسمنت ، وبالتالي تحسن بشكل كبير من كفاءة الإنتاج في معالجة القطع.المواد الخام الرئيسية المستخدمة في مواد الأدوات الخزفية هي العنصر الأكثر وفرة في قشرة الأرض. لذلك ، فإن تعميم وتطبيق أدوات السيراميك له أهمية كبيرة لتحسين الإنتاجية ، وتقليل تكاليف المعالجة ، وحفظ المعادن الثمينة الاستراتيجية ، كما أنه سيعزز بشكل كبير تطوير تكنولوجيا القطع. تقدم.
⑴ أنواع مواد الأدوات الخزفية
يمكن تقسيم أنواع مواد الأدوات الخزفية عمومًا إلى ثلاث فئات: السيراميك القائم على الألومينا ، والسيراميك القائم على نيتريد السيليكون ، والسيراميك المركب القائم على نيتريد السيليكون والألومينا. من بينها ، مواد الأدوات الخزفية القائمة على الألومينا والسيليكون هي الأكثر استخدامًا. يتفوق أداء السيراميك القائم على نيتريد السيليكون على أداء السيراميك القائم على الألومينا.
أداء وخصائص أدوات قطع السيراميك
خصائص أداء أدوات قطع السيراميك هي كما يلي:
① صلابة عالية ومقاومة جيدة للتآكل: على الرغم من أن صلابة أدوات السيراميك ليست عالية مثل صلابة PCD و PCBN ، إلا أنها أعلى بكثير من صلابة كربيد الأسمنت والأدوات الفولاذية عالية السرعة ، حيث تصل إلى 93-95 HRA. يمكن لأدوات السيراميك معالجة المواد عالية الصلابة التي يصعب معالجتها باستخدام الأدوات التقليدية ، وهي مناسبة للقطع عالي السرعة والقطع الصعب.
② مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة جيدة للحرارة: لا يزال بإمكان أدوات السيراميك القطع عند درجات حرارة عالية تزيد عن 1200 درجة. تتمتع سكاكين السيراميك بخصائص ميكانيكية جيدة لدرجات الحرارة العالية ، ومقاومة الأكسدة لسكاكين السيراميك A12O3 جيدة بشكل خاص. حتى إذا كانت حافة القطع في حالة احمرار ، فيمكن استخدامها باستمرار. لذلك ، يمكن لأدوات السيراميك تحقيق القطع الجاف ، مما يوفر سوائل القطع.
③ استقرار كيميائي جيد: ليس من السهل ربط أدوات القطع الخزفية بالمعدن ، كما أنها مقاومة للتآكل ومستقرة كيميائيًا ، مما يقلل من تآكل الترابط لأدوات القطع.
معامل الاحتكاك المنخفض: التقارب بين أدوات القطع الخزفية والمعدن صغير ، ومعامل الاحتكاك منخفض ، مما يقلل من قوة القطع ودرجة حرارة القطع.
⑶ تطبيق سكاكين سيراميك
السيراميك هو أحد مواد الأدوات المستخدمة بشكل أساسي في التشطيب عالي السرعة ونصف التشطيب. أدوات القطع الخزفية مناسبة لقطع جميع أنواع الحديد الزهر (الحديد الزهر الرمادي ، وحديد الدكتايل ، والحديد الزهر القابل للطرق ، والحديد الزهر المبرد ، والحديد الزهر عالي المقاومة للتآكل) والفولاذ (الفولاذ الهيكلي الكربوني ، والصلب الهيكلي السبائكي ، والفولاذ عالي القوة ، فولاذ المنغنيز العالي ، الفولاذ المسقى وما إلى ذلك) ، يمكن استخدامها أيضًا لقطع سبائك النحاس والجرافيت والبلاستيك الهندسي والمواد المركبة.
توجد مشاكل تتعلق بقوة الانحناء المنخفضة وصلابة الصدمات الضعيفة في أداء مواد الأدوات الخزفية ، وهي غير مناسبة للقطع تحت سرعة منخفضة وحمل تأثير.
4. خصائص وخصائص مواد أدوات القطع المطلية وتطبيق أدوات القطع
يعد طلاء الأداة أحد الطرق المهمة لتحسين أداء الأداة. لقد أدى ظهور أدوات القطع المطلية إلى تقدم كبير في أداء القطع لأدوات القطع. الأداة المطلية مطلية بطبقة واحدة أو أكثر من مركب حراري مع مقاومة جيدة للتآكل على جسم الأداة الأكثر صرامة ، والذي يجمع بين ركيزة الأداة والطلاء الصلب ، بحيث يتم تحسين أداء الأداة بشكل كبير. يمكن لأدوات القطع المطلية تحسين كفاءة المعالجة وتحسين دقة المعالجة وإطالة عمر الأداة وتقليل تكاليف المعالجة.
حوالي 80 بالمائة من أدوات القطع المستخدمة في أدوات ماكينات CNC الجديدة تستخدم أدوات مطلية. ستكون أدوات القطع المطلية أهم أنواع الأدوات في مجال التصنيع باستخدام الحاسب الآلي في المستقبل.
⑴ أنواع الأدوات المطلية
وفقًا لطرق الطلاء المختلفة ، يمكن تقسيم الأدوات المطلية إلى أدوات مطلية بترسيب البخار الكيميائي (CVD) وأدوات مطلية بترسيب البخار الفيزيائي (PVD). تستخدم أدوات الكربيد المطلية عمومًا ترسيب البخار الكيميائي ، ودرجة حرارة الترسيب حوالي 1000 درجة. تستخدم الأدوات الفولاذية عالية السرعة المطلية عمومًا ترسيب البخار الفيزيائي ، ودرجة حرارة الترسيب حوالي 500 درجة ؛
وفقًا لمواد الركيزة المختلفة للأدوات المطلية ، يمكن تقسيم الأدوات المطلية إلى أدوات مغلفة بالكربيد ، وأدوات مطلية بالفولاذ عالي السرعة ، وأدوات مطلية على السيراميك والمواد فائقة الصلابة (الماس ونيتريد البورون المكعب).
وفقًا لطبيعة مادة الطلاء ، يمكن تقسيم الأدوات المطلية إلى فئتين ، وهما الأدوات المطلية "الصلبة" والأدوات المطلية "الناعمة". تتمثل الأهداف الرئيسية التي تسعى إليها الأدوات المطلية "الصلبة" في الصلابة العالية ومقاومة التآكل ، وتتمثل مزاياها الرئيسية في الصلابة العالية ومقاومة التآكل الجيدة ، وعادةً ما تكون الطلاءات TiC و TiN. الهدف الذي تسعى إليه أدوات الطلاء "الناعمة" هو معامل الاحتكاك المنخفض ، والمعروف أيضًا باسم أدوات التشحيم الذاتي ، واحتكاكها مع مادة قطعة العمل. المعامل منخفض جدًا ، فقط حوالي 0. 1 ، والذي يمكن أن يقلل الترابط وتقليل الاحتكاك وتقليل قوة القطع ودرجة حرارة القطع.
تم تطوير أداة طلاء نانو (Nanoeoating) مؤخرًا. يمكن أن تستخدم هذه الأداة المطلية مجموعات مختلفة من مواد الطلاء المختلفة (مثل المعدن / المعدن ، المعدن / السيراميك ، السيراميك / السيراميك ، إلخ) لتلبية المتطلبات الوظيفية والأداء المختلفة. يمكن لطلاء النانو المصمم بشكل صحيح أن يجعل مادة الأداة تتمتع بوظائف ممتازة في مقاومة الاحتكاك والتآكل وخصائص التشحيم الذاتي ، وهي مناسبة للقطع الجاف عالي السرعة.
خصائص الأدوات المطلية
خصائص أداء الأدوات المطلية هي كما يلي:
خصائص ميكانيكية وقطعية جيدة: الأدوات المطلية تجمع بين الخصائص الممتازة للمادة الأساسية ومواد الطلاء
إنه لا يحافظ فقط على المتانة الجيدة والقوة العالية للمصفوفة ، ولكنه يتمتع أيضًا بالصلابة العالية ومقاومة التآكل العالية ومعامل الاحتكاك المنخفض للطلاء. لذلك ، يمكن زيادة سرعة القطع للأداة المطلية بأكثر من ضعف سرعة الأداة غير المطلية ، ويسمح بمعدل تغذية أعلى. يتم أيضًا زيادة عمر الأداة المطلية.
② تنوع قوي: الأدوات المطلية لها براعة واسعة ، وقد تم توسيع نطاق المعالجة بشكل كبير. يمكن لأداة واحدة مطلية أن تحل محل عدة أدوات غير مطلية.
③ سماكة الطلاء: مع زيادة سماكة الطلاء ، سيزداد عمر الأداة أيضًا ، ولكن عندما يصل سمك الطلاء إلى التشبع ، لن يزداد عمر الأداة بشكل ملحوظ. عندما يكون الطلاء سميكًا جدًا ، فمن السهل أن يتسبب في تقشير ؛ عندما يكون الطلاء رقيقًا جدًا ، تكون مقاومة التآكل ضعيفة.
④ قابلية إعادة التجليخ: الشفرات المطلية لها قابلية تقشر ضعيفة ، ومعدات طلاء معقدة ، ومتطلبات عملية عالية ، ووقت طلاء طويل.
⑤ مواد الطلاء: الأدوات التي تحتوي على مواد طلاء مختلفة لها أداء قطع مختلف. على سبيل المثال: عند القطع بسرعة منخفضة ، يتميز طلاء TiC بميزة ؛ عند القطع بسرعة عالية ، يكون TiN أكثر ملاءمة.
⑶ تطبيق الأدوات المطلية
تتمتع أدوات القطع المطلية بإمكانيات كبيرة في مجال التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ، وستكون أهم مجموعة متنوعة من الأدوات في مجال التصنيع باستخدام الحاسب الآلي في المستقبل. تم تطبيق تقنية الطلاء على المطاحن الطرفية ، موسعات الثقوب ، المثاقب ، أدوات معالجة الفتحات المركبة ، مواقد التروس ، قواطع تشكيل التروس ، قواطع الحلاقة ، تشكيل دبابيس ومختلف إدراجات قابلة للفهرسة لربط الماكينة لتلبية متطلبات القطع عالية السرعة للصلب والحديد الزهر والسبائك المقاومة للحرارة والمعادن غير الحديدية والمواد الأخرى.
5. أنواع وخصائص وخصائص وتطبيقات مواد أداة كربيد الأسمنت
أدوات القطع بالكربيد ، خاصة أدوات القطع بالكربيد القابلة للفهرسة ، هي المنتجات الرائدة لأدوات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. منذ الثمانينيات من القرن الماضي ، تم توسيع أدوات أو شفرات قطع كربيد متكاملة وقابلة للفهرسة لتشمل العديد من أدوات القطع المختلفة ، وقد توسعت أدوات الكربيد القابلة للفهرسة من أدوات الخراطة البسيطة وقواطع طحن الوجه إلى مجالات أدوات متنوعة ومعقدة وتشكيل.
⑴ أنواع أدوات كربيد الأسمنت
وفقًا للتركيب الكيميائي الرئيسي ، يمكن تقسيم كربيد الأسمنت إلى كربيد الأسمنت القائم على كربيد التنجستن وكربون التيتانيوم (نيتريد) (TiC (N)) - كربيد الأسمنت القائم.
يشمل كربيد التنجستن المعتمد على كربيد التنجستن ثلاثة أنواع: التنغستن الكوبالت (YG) ، التنغستن - الكوبالت - التيتانيوم (YT) ، والكربيدات النادرة (YW) ، ولكل منها مزاياها وعيوبها. المكونات الرئيسية هي كربيد التنجستن (WC) ، وكربيد التيتانيوم (TiC) ، وكربيد التنتالوم (TaC) ، وكربيد النيوبيوم (NbC) ، وما إلى ذلك ، ومرحلة رابطة المعادن الشائعة الاستخدام هي Co.
كربيد الكربون (نيتريد) الأسمنت القائم على التيتانيوم عبارة عن كربيد أسمنتي مع TiC كمكون رئيسي (تتم إضافة بعض الكربيدات أو النتريدات الأخرى) ، ومراحل الربط المعدني الشائعة الاستخدام هي Mo و Ni.
تقسم ISO (المنظمة الدولية للتوحيد القياسي) كربيد الأسمنت للتقطيع إلى ثلاث فئات:
الفئة K ، بما في ذلك Kl 0 ~ K40 ، تعادل فئة YG في بلدي (المكون الرئيسي هو WC.Co).
الفئة P ، بما في ذلك P01 ~ P50 ، تعادل فئة YT في بلدي (تتألف أساسًا من WC.TiC.Co).
الفئة M ، بما في ذلك M10 ~ M40 ، تعادل فئة YW في بلدي (المكون الرئيسي هو WC-TiC-TaC (NbC) -Co).
تمثل كل درجة سلسلة من السبائك من صلابة عالية إلى أقصى صلابة بأرقام بين 01 و 50.
خصائص أداء أدوات القطع المصنوعة من الكربيد الأسمنتي
خصائص أداء أدوات القطع المصنوعة من الكربيد الأسمنتي هي كما يلي:
① صلابة عالية: أدوات القطع المصنوعة من كربيد الأسمنت مصنوعة من كربيد ذو صلابة عالية ونقطة انصهار (تسمى المرحلة الصلبة) والموثق المعدني (يسمى مرحلة الترابط) بطريقة المسحوق ، وتصل صلابته إلى 89-93 HRA ، أعلى بكثير من الصلب عالي السرعة ، عند 5400 درجة مئوية ، يمكن أن تصل الصلابة إلى 82-87 HRA ، وهي نفس صلابة الفولاذ عالي السرعة في درجة حرارة الغرفة (83-86 HRA). تختلف قيمة صلابة كربيد الأسمنت باختلاف طبيعة وكمية وحجم الجسيمات ومحتوى مرحلة الترابط المعدني للكربيد ، وتتناقص بشكل عام مع زيادة محتوى المرحلة المعدنية الرابطة. عندما يكون محتوى طور الرابط هو نفسه ، تكون صلابة سبائك YT أعلى من صلابة سبائك YG ، والسبائك المضافة مع TaC (NbC) لها صلابة أعلى في درجات الحرارة العالية.
② قوة الانحناء والمتانة: تقع مقاومة الانحناء للكربيد الأسمنتي الشائع الاستخدام في نطاق 900-1500 ميجا باسكال. كلما زاد محتوى طور رابط المعدن ، زادت قوة الانحناء. عندما يكون محتوى الرابط هو نفسه ، تكون قوة سبيكة من النوع YG (WC-Co) أعلى من سبيكة YT من النوع (WC-TiC-Co) ، وتقل القوة مع زيادة محتوى TiC. كربيد الأسمنت مادة هشة ، وصلابة تأثيرها في درجة حرارة الغرفة هي 1/30 إلى 1/8 فقط من الفولاذ عالي السرعة.
استخدام أدوات القطع المصنوعة من الكربيد بشكل شائع
تستخدم سبائك YG بشكل أساسي لمعالجة الحديد الزهر والمعادن غير الحديدية والمواد غير المعدنية. تتميز السبائك الصلبة ذات الحبيبات الدقيقة (مثل YG3X و YG6X) بصلابة ومقاومة تآكل أعلى من السبائك الصلبة متوسطة الحبيبات عندما يكون محتوى الكوبالت هو نفسه ، وهي مناسبة لمعالجة بعض الحديد الزهر الصلب الخاص والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والمقاوم للحرارة السبائك وسبائك التيتانيوم والبرونز الصلب والمواد العازلة المقاومة للاهتراء ، إلخ.
المزايا البارزة لكربيد YT المعزز هي الصلابة العالية ، المقاومة الجيدة للحرارة ، الصلابة العالية وقوة الانضغاط في درجات الحرارة العالية من كربيد YG ، ومقاومة الأكسدة الجيدة. لذلك ، عندما يُطلب من السكين أن تتمتع بمقاومة أعلى للحرارة ومقاومة للتآكل ، يجب اختيار الدرجة ذات المحتوى العالي من TiC. سبائك YT مناسبة لمعالجة المواد البلاستيكية مثل الفولاذ ، ولكنها غير مناسبة لمعالجة سبائك التيتانيوم وسبائك السيليكون والألمنيوم.
سبائك YW لها خصائص سبائك YG و YT ، ولها أداء شامل جيد. يمكن استخدامه ليس فقط لمعالجة المواد الفولاذية ، ولكن أيضًا لمعالجة الحديد الزهر والمعادن غير الحديدية. إذا تم زيادة محتوى الكوبالت بشكل مناسب ، يمكن أن تكون قوة هذا النوع من السبائك عالية جدًا ، ويمكن استخدامها في المعالجة الخشنة والقطع المتقطع للمواد المختلفة التي يصعب تصنيعها بالماكينة.
6. أنواع وخصائص وتطبيقات أدوات قطع الفولاذ عالية السرعة
الصلب عالي السرعة (HSS للاختصار) عبارة عن فولاذ أداة عالي السبيكة مع المزيد من عناصر السبائك مثل W و Mo و Cr و V. تتميز أدوات القطع الفولاذية عالية السرعة بأداء شامل ممتاز من حيث القوة والمتانة وقابلية التصنيع. في أدوات القطع المعقدة ، لا سيما في تصنيع أدوات معالجة الثقب ، وقواطع الطحن ، وأدوات الخيوط ، والدبابيس ، وأدوات قطع التروس وغيرها من أدوات القطع المعقدة ، لا يزال الفولاذ عالي السرعة يحتل موقعًا مهيمنًا. السكاكين الفولاذية عالية السرعة سهلة في شحذ حواف القطع.
وفقًا للاستخدامات المختلفة ، يمكن تقسيم الفولاذ عالي السرعة إلى فولاذ عالي السرعة للأغراض العامة وفولاذ عالي السرعة عالي الأداء.
⑴ أدوات القطع الفولاذية عالية السرعة للأغراض العامة
فولاذ عالي السرعة للأغراض العامة. بشكل عام ، يمكن تقسيمها إلى نوعين: فولاذ التنغستن و فولاذ التنغستن الموليبدينوم. يحتوي هذا النوع من الفولاذ عالي السرعة على مادة مضافة (C) من 0. 7 بالمائة إلى 0. 9 بالمائة. وفقًا لمحتوى التنجستن المختلف في الفولاذ ، يمكن تقسيمه إلى فولاذ التنجستن بنسبة 12 بالمائة أو 18 بالمائة W ، وفولاذ التنجستن - الموليبدينوم بنسبة 6 بالمائة أو 8 بالمائة W ، وفولاذ الموليبدينوم بنسبة 2 بالمائة أو بدون W. يتميز الفولاذ عالي السرعة للأغراض العامة بصلابة معينة (63-66 HRC) ومقاومة التآكل ، وقوة وصلابة عالية ، ودونة جيدة وتكنولوجيا معالجة ، لذا فهو مستخدم على نطاق واسع في تصنيع الأدوات المعقدة المتنوعة.
① فولاذ التنغستن: الدرجة النموذجية لصلب التنغستن الفولاذي عالي السرعة للأغراض العامة هي W18Cr4V ، (W18 للاختصار) ، والتي تتمتع بأداء شامل جيد. تصل صلابة درجات الحرارة العالية عند 6000 درجة مئوية إلى 48.5HRC ، ويمكن استخدامها لتصنيع أدوات معقدة متنوعة. تتميز بمزايا قابلية الطحن الجيدة وحساسية إزالة الكربنة المنخفضة ، ولكن نظرًا للمحتوى العالي من الكربيدات ، فإن التوزيع غير متساوٍ نسبيًا ، والجسيمات كبيرة ، والقوة والمتانة ليست عالية.
② فولاذ التنجستن - الموليبدينوم: يشير إلى فولاذ عالي السرعة يتم الحصول عليه عن طريق استبدال جزء من التنغستن في فولاذ التنجستن بالموليبدينوم. الدرجة النموذجية لصلب التنغستن الموليبدينوم هي W6Mo5Cr4V2 ، (M2 للاختصار). جزيئات كربيد M2 دقيقة وموحدة ، وقوتها وصلابة ودرجة حرارة عالية أفضل من تلك الموجودة في W18Cr4V. نوع آخر من فولاذ التنغستن الموليبدينوم هو W9Mo3Cr4V (W9 اختصارًا) ، ثباته الحراري أعلى قليلاً من الفولاذ M2 ، وقوة الانحناء والمتانة أفضل من W6M05Cr4V2 ، ولديه قدرة ميكانيكية جيدة.
⑵ أدوات قطع فولاذية عالية الأداء وعالية السرعة
يشير الفولاذ عالي السرعة عالي الأداء إلى نوع جديد من الفولاذ يضيف بعض محتوى الكربون ومحتوى الفاناديوم وعناصر صناعة السبائك مثل Co و Al إلى تركيبة الفولاذ عالية السرعة للأغراض العامة ، وذلك لتحسين مقاومته للحرارة و ارتداء المقاومة. هناك الفئات التالية بشكل أساسي:
① فولاذ عالي السرعة عالي الكربون. الفولاذ عالي السرعة عالي الكربون (مثل 95W18Cr4V) ، مع صلابة عالية في درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة عالية ، مناسب لتصنيع ومعالجة الفولاذ العادي والحديد الزهر ، المثاقب ، موسعات الثقوب ، الصنابير وقواطع الطحن بمتطلبات مقاومة التآكل العالية ، أو أدوات لمعالجة المواد الصلبة. إنه غير مناسب لتحمل التأثيرات الكبيرة.
② فولاذ عالي السرعة من الفاناديوم. الدرجات النموذجية ، مثل W12Cr4V4Mo ، (يشار إليها باسم EV4) ، التي تحتوي على V زادت إلى 3 في المائة إلى 5 في المائة ، ومقاومة تآكل جيدة ، ومناسبة لقطع المواد ذات التآكل الكبير للأدوات ، مثل الألياف ، والمطاط الصلب ، والبلاستيك ، وما إلى ذلك ، يمكن تستخدم أيضًا في معالجة المواد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ عالي القوة والسبائك عالية الحرارة.
③ فولاذ كوبالت عالي السرعة. إنه فولاذ عالي السرعة يحتوي على الكوبالت ، وهو درجة نموذجية ، مثل W2Mo9Cr4VCo8 ، (M42 للاختصار) ، وله صلابة عالية ، ويمكن أن تصل صلابته إلى 69-70 HRC. إنها مناسبة لمعالجة الفولاذ المقاوم للحرارة عالي القوة ، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية ، وسبائك التيتانيوم ، وما إلى ذلك. تتميز مادة المعالجة ، M42 بقدرة طحن جيدة ومناسبة لصنع أدوات دقيقة ومعقدة ، ولكنها غير مناسبة للعمل تحت تأثير القطع. شروط.
④ ألومنيوم فولاذ عالي السرعة. إنه ينتمي إلى فولاذ فائق السرعة يحتوي على الألومنيوم ، ودرجات نموذجية ، مثل W6Mo5Cr4V2Al ، (مختصرة كـ 501) ، تصل صلابة درجات الحرارة العالية إلى 54HRC عند 6000 درجة مئوية ، وأداء القطع يعادل M42. إنها مناسبة لتصنيع قواطع الطحن ، المثاقب ، موسعات الثقوب ، قواطع التروس ، والدبابيس. إلخ ، تستخدم لمعالجة المواد مثل سبائك الصلب والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ عالي القوة والسبائك الفائقة.
⑤ النيتروجين فولاذ عالي السرعة. الدرجات النموذجية ، مثل W12M03Cr4V3N ، والمشار إليها باسم (V3N) ، عبارة عن فولاذ عالي السرعة يحتوي على النيتروجين. الصلابة والقوة والمتانة تعادل M42. يعالج.
(3) ذوبان الفولاذ عالي السرعة والصلب المسحوق عالي السرعة
وفقًا لعمليات التصنيع المختلفة ، يمكن تقسيم الفولاذ عالي السرعة إلى فولاذ صهر عالي السرعة ومسحوق فولاذ عالي السرعة.
① صهر الفولاذ عالي السرعة: يتم تصنيع كل من الفولاذ العادي عالي السرعة والفولاذ عالي السرعة عن طريق الصهر. يتم تصنيعها في سكاكين من خلال عمليات مثل الصهر وصب السبائك والطلاء والدرفلة. المشكلة الخطيرة التي من المحتمل أن تحدث في صهر الفولاذ عالي السرعة هي فصل الكربيد. يتم توزيع الكربيدات الصلبة والهشة بشكل غير متساوٍ في الفولاذ عالي السرعة ، وتكون الحبوب خشنة (تصل إلى عشرات الميكرونات). والآثار السلبية على أداء القطع.
② مسحوق تعدين الصلب عالي السرعة (PM HSS): مسحوق تعدين الصلب عالي السرعة (PM HSS) عبارة عن فولاذ مصهور مصهور في فرن حثي عالي التردد ، مذوب بأرجون عالي الضغط أو نيتروجين نقي ، ثم يخمد للحصول على غرامة والبلورات المنتظمة المجهرية (مسحوق فولاذي عالي السرعة) ، ثم اضغط على المسحوق الذي تم الحصول عليه في سكين فارغ تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع ، أو قم أولاً بعمل قضيب فولاذي ثم صقله ولفه في شكل سكين. بالمقارنة مع الفولاذ عالي السرعة الذي يتم إنتاجه عن طريق الصهر ، فإن PM HSS لها المزايا التالية: حبيبات الكربيد دقيقة وموحدة ، والقوة والمتانة ومقاومة التآكل قد تحسنت كثيرًا مقارنة بالفولاذ عالي السرعة الناتج عن الذوبان. في مجال أدوات CNC المعقدة ، ستعمل أدوات PM HSS على تطوير وتلعب دورًا مهمًا. يمكن استخدام الدرجات النموذجية ، مثل F15 ، و FR71 ، و GFl ، و GF2 ، و GF3 ، و PT1 ، و PVN ، وما إلى ذلك ، لتصنيع سكاكين كبيرة الحجم ، وشديدة التحمل ، وعالية التأثير ، ويمكن أيضًا استخدامها لتصنيع سكاكين دقيقة.
3. مبادئ اختيار مواد أدوات القطع CNC
ال
في الوقت الحاضر ، تشتمل مواد أدوات CNC المستخدمة على نطاق واسع بشكل أساسي على أدوات الماس وأدوات نيتريد البورون المكعبة وأدوات السيراميك والأدوات المطلية وأدوات الكربيد وأدوات الصلب عالية السرعة. هناك العديد من درجات مواد أدوات القطع ، ويتفاوت أدائها بشكل كبير. يتم عرض مؤشرات الأداء الرئيسية لمواد الأدوات المختلفة في الجدول التالي.
صورة
يجب اختيار مادة الأداة الخاصة بمعالجة NC وفقًا لقطعة العمل المراد تشكيلها وطبيعة المعالجة. يجب أن يكون اختيار مادة الأداة متطابقًا بشكل معقول مع كائن المعالجة. تشير مطابقة مادة أداة القطع وكائن المعالجة بشكل أساسي إلى مطابقة الخواص الميكانيكية والخصائص الفيزيائية والخواص الكيميائية للاثنين للحصول على أطول عمر للأداة وأقصى إنتاجية للقطع.
1. تتطابق مادة أداة القطع مع الخصائص الميكانيكية للأداة المُشكلة
تشير مطابقة الخصائص الميكانيكية لأداة القطع وكائن المعالجة بشكل أساسي إلى مطابقة معلمات الخواص الميكانيكية مثل القوة والمتانة والصلابة لأداة القطع ومواد قطعة العمل. مواد الأدوات ذات الخصائص الميكانيكية المختلفة مناسبة لمواد قطع العمل المختلفة.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>حديدعالى السرعه.
② ترتيب قوة الانحناء لمواد الأداة هو: الفولاذ عالي السرعة> كربيد الأسمنت> أدوات السيراميك> أدوات الماس ونيتريد البورون المكعبة.
③ ترتيب متانة مواد أداة القطع هو: الفولاذ عالي السرعة> كربيد الأسمنت> نيتريد البورون المكعب وأدوات القطع الماسية والسيراميك.
يجب معالجة مادة قطعة العمل ذات الصلابة العالية باستخدام أداة ذات صلابة أعلى. يجب أن تكون صلابة مادة الأداة أعلى من صلابة مادة قطعة العمل ، والتي تتطلب عمومًا أن تكون أعلى من 60HRC. كلما زادت صلابة مادة الأداة ، كانت مقاومة التآكل أفضل. على سبيل المثال ، عندما تزداد كمية الكوبالت في كربيد الأسمنت ، تزداد قوتها وصلابتها ، وتقل صلابتها ، وهو أمر مناسب للمعالجة الخشنة ؛ عندما تنخفض كمية الكوبالت ، تزداد صلابته ومقاومته للتآكل ، مما يجعله مناسبًا للتشطيب.
الأدوات ذات الخصائص الميكانيكية الممتازة ذات درجة الحرارة العالية مناسبة بشكل خاص للقطع عالي السرعة. يتيح الأداء الممتاز لدرجات الحرارة العالية لأدوات السيراميك إمكانية القطع بسرعات عالية ، ويمكن زيادة سرعة القطع المسموح بها بمقدار 2 إلى 10 مرات مقارنة بالكربيد الأسمنتي.
2. مطابقة مادة أداة القطع مع الخصائص الفيزيائية للكائن المشكل
الأدوات ذات الخصائص الفيزيائية المختلفة ، مثل الأدوات الفولاذية عالية السرعة ذات الموصلية الحرارية العالية ونقطة الانصهار المنخفضة ، والأدوات الخزفية ذات نقطة الانصهار العالية والتمدد الحراري المنخفض ، والأدوات الماسية ذات الموصلية الحرارية العالية والتمدد الحراري المنخفض ، وما إلى ذلك ، مناسبة لـ مواد الشغل المختلفة. عند معالجة قطع العمل ذات الموصلية الحرارية السيئة ، يجب استخدام مواد الأدوات ذات الموصلية الحرارية الأفضل بحيث يمكن نقل حرارة القطع بسرعة ويمكن تقليل درجة حرارة القطع. نظرًا للتوصيل الحراري العالي والانتشار الحراري للماس ، فإن حرارة القطع سهلة التبديد ولن تسبب تشوهًا حراريًا كبيرًا ، وهو أمر مهم بشكل خاص لأدوات المعالجة الدقيقة التي تتطلب دقة أبعاد عالية.
① درجة حرارة مقاومة للحرارة للعديد من مواد الأدوات: 700-8000 درجة مئوية للأدوات الماسية ، 13000-15000 درجة حرارة لأدوات PCBN ، 1100-12000 درجة مئوية لأدوات السيراميك ، 900-11000 درجة مئوية لأدوات TiC (N ) كربيد الأسمنت القائم على أساس ، و 900-11000 C للحبوب متناهية الصغر القائمة على WC كربيد الأسمنت 800 ~ 9000 درجة مئوية ، HSS هو 600 ~ 7000 درجة مئوية.
② The order of thermal conductivity of various tool materials: PCD>PCBN>WC-based cemented carbide>TiC(N)-based cemented carbide>HSS>Si3N4-based ceramics>1203- سيراميك.
③ The order of thermal expansion coefficient of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC(N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC(N)-based cemented carbide>1203- سيراميك.
3. مطابقة مادة أداة القطع مع الخواص الكيميائية للكائن المشكل
تشير مطابقة الخواص الكيميائية بين مواد أداة القطع وكائنات المعالجة بشكل أساسي إلى مطابقة معلمات الأداء الكيميائي مثل التقارب الكيميائي والتفاعل الكيميائي والانتشار والانحلال بين مواد الأداة ومواد قطعة العمل. سكاكين من مواد مختلفة
