ترکیب تجهیزات پردازش پیشرفته و ابزارهای برش CNC با کارایی بالا می تواند کارایی لازم را به طور کامل اعمال کند و به مزایای اقتصادی خوبی دست یابد. با توسعه سریع مواد ابزار برش، انواع جدید مواد ابزار برش عملکرد فیزیکی، مکانیکی و برشی خود را بسیار بهبود بخشیده اند و دامنه کاربرد آنها نیز دائما در حال گسترش است.
1. Basic properties that cutting tool materials should possess
انتخاب مواد ابزار تاثیر بسزایی بر عمر ابزار، راندمان پردازش، کیفیت پردازش و هزینه های پردازش دارد. ابزار برش باید فشار بالا، دمای بالا، اصطکاک، ضربه و لرزش در طول برش را تحمل کند. بنابراین، مواد ابزار باید دارای ویژگی های اساسی زیر باشند:
(1) سختی و مقاومت در برابر سایش. سختی مواد ابزار باید بیشتر از سختی مواد قطعه کار باشد و معمولاً به سختی بیش از 60HRC نیاز دارد. هرچه سختی مواد ابزار بیشتر باشد، مقاومت در برابر سایش آن بهتر است.
(2) قدرت و استحکام. مواد ابزار باید استحکام و چقرمگی بالایی داشته باشد تا در برابر نیروهای برشی، ضربه ها و ارتعاشات مقاومت کند و از شکستگی شکننده و فروریختن لبه ابزار جلوگیری کند.
(3) مقاومت در برابر حرارت. مواد ابزار دارای مقاومت حرارتی خوبی است، می تواند دمای برش بالا را تحمل کند و مقاومت اکسیداسیون خوبی دارد.
(4) عملکرد و اقتصاد فرآیند. مواد ابزار باید عملکرد آهنگری خوب، عملکرد عملیات حرارتی و عملکرد جوشکاری داشته باشد. عملکرد پردازش سنگ زنی، و پیگیری نسبت عملکرد بالا به قیمت.
2. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربردهای مواد ابزار برش
آ. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربردهای ابزار مواد ابزار الماس
الماس آلوتروپ کربن است و سخت ترین ماده موجود در طبیعت است. ابزارهای برش الماس دارای سختی، مقاومت در برابر سایش و هدایت حرارتی بالا هستند و به طور گسترده در پردازش مواد غیر آهنی و غیر فلزی استفاده می شوند. به خصوص در برش با سرعت بالا آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم سیلیکون، ابزارهای الماسی انواع اصلی ابزار برشی هستند که جایگزینی آنها دشوار است. ابزارهای برش الماس که می توانند به راندمان بالا، پایداری بالا و ماشینکاری با عمر طولانی دست یابند، ابزارهای ضروری و مهم در ماشینکاری مدرن CNC هستند.
2. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربرد ابزار مواد ابزار نیترید بور مکعبی
دومین نوع ماده فوق سخت، نیترید بور مکعبی (CBN) که با روشی مشابه روش تولید الماس سنتز می شود، پس از الماس از نظر سختی و رسانایی حرارتی در رتبه دوم قرار دارد. پایداری حرارتی عالی دارد و با حرارت دهی تا 10000 درجه در جو اکسید نمی شود. CBN
دارای خواص شیمیایی بسیار پایدار برای فلزات آهنی است و می تواند به طور گسترده در فرآوری محصولات فولادی استفاده شود.
3. نوع، عملکرد و ویژگی های مواد ابزار سرامیکی و کاربرد ابزار
ابزارهای برش سرامیکی با سختی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، مقاومت عالی در برابر حرارت و پایداری شیمیایی مشخص می شوند و به راحتی با فلز متصل نمی شوند. ابزارهای سرامیکی نقش بسیار مهمی در ماشینکاری NC دارند. ابزار سرامیکی به یکی از ابزارهای اصلی برای برش با سرعت بالا و ماشینکاری مواد دشوار تبدیل شده است. ابزارهای سرامیکی به طور گسترده در برش با سرعت بالا، برش خشک، برش سخت و مواد برش سخت استفاده می شود. ابزارهای سرامیکی می توانند به طور کارآمد مواد سخت سختی را که با ابزارهای سنتی پردازش نمی شوند، پردازش کنند و متوجه «چرخش به جای سنگ زنی» شوند. سرعت برش بهینه ابزارهای سرامیکی می تواند 2 تا 10 برابر بیشتر از ابزارهای کاربید سیمانی باشد، بنابراین راندمان تولید برش را تا حد زیادی بهبود می بخشد. مواد اولیه اصلی مورد استفاده برای مواد ابزار سرامیکی فراوان ترین عناصر در پوسته هستند. بنابراین، ترویج و استفاده از ابزار سرامیکی برای بهبود بهره وری، کاهش هزینه های پردازش و صرفه جویی در فلزات گرانبها استراتژیک از اهمیت زیادی برخوردار است و همچنین پیشرفت تکنولوژی برش را تا حد زیادی ارتقا می دهد.
4. عملکرد و مشخصات مواد ابزار پوشش داده شده و کاربرد ابزار
پوشش ابزار یکی از راه های مهم برای بهبود عملکرد آن است. ظهور ابزارهای برش روکش دار پیشرفت قابل توجهی در عملکرد برش آنها ایجاد کرده است. ابزارهای برش پوشش دار با یک یا چند لایه از ترکیبات نسوز با مقاومت سایشی خوب روی بدنه ابزار با چقرمگی خوب پوشش داده می شوند. آنها ماتریس ابزار را با یک پوشش سخت ترکیب می کنند و در نتیجه عملکرد ابزار را تا حد زیادی بهبود می بخشند. ابزارهای برش روکش دار می توانند راندمان ماشینکاری را بهبود بخشند، دقت ماشینکاری را بهبود بخشند، عمر ابزار را افزایش دهند و هزینه های ماشینکاری را کاهش دهند.
حدود 80 درصد از ابزارهای برشی مورد استفاده در ماشین آلات جدید CNC از ابزارهای روکش دار استفاده می کنند. ابزارهای روکش دار مهم ترین تنوع ابزار در زمینه ماشینکاری CNC در آینده خواهند بود.
5. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربردهای مواد ابزار برش آلیاژی سخت
ابزارهای برش آلیاژ سخت، به ویژه ابزارهای برش آلیاژ سخت قابل نمایش، محصولات پیشرو در ابزارهای ماشینکاری CNC هستند. از دهه 1980، انواع مختلفی از ابزارها یا تیغه های برش آلیاژ سخت یکپارچه و قابل نمایه سازی در زمینه های مختلف ابزار برش گسترش یافته است. در میان آنها، ابزارهای برش آلیاژ سخت قابل نمایه سازی از ابزارهای تراشکاری ساده و فرز سطحی به زمینه های مختلف ابزار دقیق، پیچیده و شکل یافته گسترش یافته اند.
انواع ابزارهای برش آلیاژی سخت
با توجه به ترکیب شیمیایی اصلی، آلیاژهای سخت را می توان به آلیاژهای سخت مبتنی بر کاربید تنگستن و کاربید تیتانیوم (آلیاژهای سخت مبتنی بر TiC (N) تقسیم کرد.
کاربیدهای سیمانی مبتنی بر کاربید تنگستن شامل کبالت تنگستن (YG)، تنگستن کبالت تیتانیوم (YT) و کاربید کمیاب افزوده شده (YW) است. آنها مزایا و معایب خاص خود را دارند. اجزای اصلی عبارتند از کاربید تنگستن (WC)، کاربید تیتانیوم (TiC)، کاربید تانتالم (TaC)، کاربید نیوبیم (NbC) و غیره فاز رایج پیوند فلزی Co.
آلیاژهای سخت مبتنی بر کربن (نیتروژن) تیتانیوم آلیاژهای سخت با TiC به عنوان جزء اصلی هستند (برخی با سایر کاربیدها یا نیتریدها اضافه شده است) و فازهای پیوند فلزی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند Mo و Ni هستند.
ISO (سازمان بین المللی استاندارد) برش آلیاژهای سخت را به سه دسته تقسیم می کند:
کلاس K، از جمله Kl0-K40، معادل کلاس YG در چین است (عمدتاً از شرکت WC تشکیل شده است).
کلاس P، از جمله P01 تا P50، معادل کلاس YT در چین است (عمدتا از WC TiC Co تشکیل شده است).
کلاس M، از جمله M10 تا M40، معادل کلاس YW در چین است (عمدتا از شرکت WC TiC TaC (NbC) تشکیل شده است).
هر برند نشان دهنده مجموعه ای از آلیاژها از سختی بالا تا حداکثر چقرمگی با اعداد بین 01 تا 50 است.
6. انواع، ویژگی ها و کاربردهای ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا
فولاد با سرعت بالا (HSS) نوعی از فولاد ابزار پر آلیاژ است که حاوی مقادیر زیادی عناصر آلیاژی مانند W، Mo، Cr و V می باشد. پردازش پذیری در ابزارهای برش پیچیده، به ویژه برای ساخت ابزارهای پردازش سوراخ، ابزارهای فرز، ابزارهای برش نخ، سوهان، ابزارهای برش دنده و سایر ابزارهای برش لبه شکل پیچیده، فولاد پرسرعت همچنان جایگاه اصلی را اشغال می کند. ابزارهای فولادی با سرعت بالا به راحتی می توانند لبه های برش تیز را آسیاب کنند.
با توجه به اهداف مختلف، فولاد پرسرعت را می توان به فولاد پرسرعت همه منظوره و فولاد پرسرعت با کارایی بالا تقسیم کرد.
(1) ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا
فولاد پرسرعت جهانی. به طور کلی می توان آن را به دو دسته تقسیم کرد: فولاد تنگستن و فولاد مولیبدن تنگستن. این نوع فولاد پرسرعت حاوی (C) از 0.7 درصد تا 0.9 درصد است. با توجه به محتوای تنگستن مختلف در فولاد، می توان آن را به فولاد تنگستن حاوی 12 درصد یا 18 درصد وات، فولاد مولیبدن تنگستن حاوی 6 درصد یا 8 درصد وات، و فولاد مولیبدن حاوی 2 درصد یا بدون W تقسیم کرد. فولاد پرسرعت جهانی. دارای درجه خاصی از سختی ({12}}HRC) و مقاومت در برابر سایش، استحکام و چقرمگی بالا، انعطاف پذیری خوب و توانایی پردازش است و به طور گسترده در ساخت انواع ابزارهای برش پیچیده استفاده می شود.
① فولاد تنگستن: درجه معمولی فولاد تنگستن فولادی پرسرعت جهانی W18Cr4V، (به عنوان W18 نامیده می شود)، که دارای خواص جامع خوب و سختی دمای بالای 48.5HRC در 6000 درجه است. می توان از آن برای ساخت انواع ابزارهای برش پیچیده استفاده کرد. مزایایی مانند آسیاب پذیری خوب و حساسیت کم کربن زدایی دارد، اما به دلیل محتوای بالای کاربید، توزیع ناهموار، ذرات بزرگتر و استحکام و چقرمگی کم.
② فولاد مولیبدن تنگستن: به فولادی با سرعت بالا اشاره دارد که با جایگزینی بخشی از تنگستن در فولاد تنگستن با مولیبدن به دست می آید. عیار معمولی فولاد مولیبدن تنگستن W6Mo5Cr4V2 یا به اختصار M2 است. ذرات کاربید M2 ریز و یکنواخت هستند و دارای استحکام، چقرمگی و انعطاف پذیری در دمای بالا نسبت به W18Cr4V هستند. نوع دیگری از فولاد مولیبدن تنگستن W9Mo3Cr4V (به اختصار W9) است که دارای پایداری حرارتی کمی بالاتر از فولاد M2، استحکام خمشی و چقرمگی بهتری نسبت به W6M05Cr4V2 است و قابلیت ماشین کاری خوبی دارد.
(2) ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا
فولاد پرسرعت با کارایی بالا به نوع جدیدی از فولاد اطلاق می شود که مقداری کربن، محتوای وانادیوم و عناصر آلیاژی مانند Co و Al را به ترکیب فولاد پرسرعت همه منظوره اضافه می کند و در نتیجه مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد. . به طور عمده دسته بندی های زیر وجود دارد:
① فولاد با کربن بالا. فولاد پرسرعت با کربن بالا (مانند 95W18Cr4V) دارای سختی بالا در اتاق و دماهای بالا است که آن را برای تولید و پردازش فولاد و چدن معمولی، متهها، ریمرها، شیرها و فرزها با نیازهای مقاومت به سایش بالا، یا مناسب میسازد. ابزارهای برش برای پردازش مواد سخت تر. برای تحمل ضربه های بزرگ مناسب نیست.
② فولاد با سرعت بالا وانادیوم بالا. نمرات معمولی مانند W12Cr4V4Mo، (به اختصار EV4)، با محتوای V به 3 درصد تا 5 درصد افزایش یافته است، مقاومت در برابر سایش خوبی دارند و برای برش مواد با سایش ابزار عالی، مانند الیاف، لاستیک سخت، پلاستیک، مناسب هستند. و غیره، و همچنین می تواند برای پردازش فولاد ضد زنگ، فولاد با مقاومت بالا، آلیاژ با دمای بالا و سایر مواد استفاده شود.
③ فولاد کبالت با سرعت بالا. این یک کبالت حاوی فولاد پرسرعت فوق سخت با عیار معمولی است، مانند W2Mo9Cr4VCo8 (معروف به M42)، که دارای سختی بالایی تا 69 تا 70HRC است. برای پردازش مواد سخت ماشین کاری مانند فولاد مقاوم در برابر حرارت بالا، آلیاژهای با دمای بالا، آلیاژهای تیتانیوم و غیره مناسب است. کار در شرایط برش ضربه ای
④ آلومینیوم فولادی با سرعت بالا. این یک آلومینیوم حاوی فولاد فوق سخت با سرعت بالا با درجه معمولی است، مانند W6Mo5Cr4V2Al (به اختصار 501). سختی دمای بالا در 6000 درجه نیز به 54HRC می رسد و عملکرد برش معادل M42 است. این برای ساخت فرز، متهها، ریمر، برش دنده، بروشک و غیره مناسب است و برای پردازش موادی مانند فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ، فولاد با مقاومت بالا و آلیاژهای با دمای بالا استفاده میشود.
⑤ فولاد فوق سخت نیتروژن با سرعت بالا. یک گرید معمولی، مانند W12M03Cr4V3N، که به اختصار (V3N) نامیده می شود، یک فولاد پرسرعت فوق سخت حاوی نیتروژن با سختی، استحکام و چقرمگی قابل مقایسه با M42 است. می توان آن را به عنوان جایگزینی برای کبالت حاوی فولاد پرسرعت برای برش کم سرعت مواد سخت و ماشینکاری با سرعت پایین و با دقت بالا استفاده کرد.
(3) ذوب فولاد با سرعت بالا و فولاد با سرعت بالا متالورژی پودر
با توجه به فرآیندهای مختلف تولید، فولاد پرسرعت را می توان به فولاد پرسرعت ذوب شده و فولاد با سرعت بالا متالورژی پودر تقسیم کرد.
① ذوب فولاد پرسرعت: هر دو فولاد پرسرعت معمولی و فولاد پرسرعت با کارایی بالا با استفاده از روش ذوب تولید می شوند. آنها از طریق فرآیندهایی مانند ذوب، ریخته گری شمش و آبکاری و نورد به ابزارهای برش تبدیل می شوند. مشکل جدی که در ذوب فولادهای پرسرعت رخ می دهد جداسازی کاربید است. کاربیدهای سخت و شکننده به طور نابرابر در فولاد پرسرعت توزیع می شوند و اندازه دانه درشت است (تا ده ها میکرومتر) که اثرات نامطلوبی بر مقاومت در برابر سایش، چقرمگی و عملکرد برش ابزارهای فولادی با سرعت بالا دارد.
② فولاد پرسرعت متالورژی پودر (PM HSS): فولاد متالورژی پودری با سرعت بالا (PM HSS) یک مایع فولادی است که در یک کوره القایی با فرکانس بالا ذوب می شود. با آرگون پرفشار یا گاز نیتروژن خالص اتمیزه می شود و سپس برای به دست آوردن ساختار کریستالی ظریف و یکنواخت (پودر فولاد پرسرعت) خاموش می شود. سپس پودر به دست آمده در دما و فشار بالا به داخل یک ابزار خالی فشرده می شود یا ابتدا به شکل شمش فولادی ساخته می شود و سپس آهنگری شده و به شکل ابزار در می آید. در مقایسه با فولاد پرسرعت تولید شده به روش ذوب، PM HSS دارای مزایای دانه های کاربید ریز و یکنواخت، استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش در مقایسه با فولاد با سرعت بالا ذوب شده است. ابزارهای PM HSS بیشتر توسعه خواهند یافت و جایگاه مهمی در زمینه ابزارهای پیچیده CNC خواهند داشت. از گریدهای معمولی مانند F15، FR71، GFl، GF2، GF3، PT1، PVN و غیره می توان برای ساخت ابزارهای برش با اندازه بزرگ، سنگین و مقاوم در برابر ضربه و همچنین ابزارهای برش دقیق استفاده کرد.
