Z razvojem sodobne znanosti in tehnologije se uporablja vedno več inženirskih materialov z visoko trdoto, medtem ko tradicionalna tehnologija struženja ni kompetentna ali sploh ne more doseči obdelave nekaterih visoko trdotnih materialov.Prevlečeni karbid, keramika, PCBN in drugi supertrdni orodni materiali imajo visoko temperaturno trdoto, odpornost proti obrabi in termokemično stabilnost, ki zagotavljajo najosnovnejši predpogoj za rezanje materialov z visoko trdoto in so dosegli pomembne prednosti v proizvodnji.Material, ki ga uporablja supertrdo orodje, njegova struktura orodja in geometrijski parametri so osnovni elementi za izvedbo trdega struženja.Zato je za dosego stabilnega trdega struženja ključnega pomena, kako izbrati supertrd material orodja in oblikovati razumno strukturo orodja ter geometrijske parametre!
(1) Prevlečeni cementni karbid
Nanesite eno ali več plasti TiN, TiCN, TiAlN in Al3O2 z dobro odpornostjo proti obrabi na orodja iz karbidne trdine z dobro žilavostjo, debelina nanosa pa je 2-18 μm.Prevleka ima običajno precej nižjo toplotno prevodnost kot podlaga orodja in material obdelovanca, kar oslabi toplotni učinek podlage orodja;Po drugi strani pa lahko učinkovito izboljša trenje in oprijem v procesu rezanja ter zmanjša nastajanje toplote pri rezanju.
Čeprav PVD prevleka kaže veliko prednosti, nekateri premazi, kot sta Al2O3 in diamant, običajno sprejmejo tehnologijo prevleke CVD.Al2O3 je nekakšen premaz z močno toplotno odpornostjo in odpornostjo proti oksidaciji, ki lahko loči toploto, ki nastane pri rezanju, od določenega orodja.Tehnologija CVD premazov lahko združuje tudi prednosti različnih premazov, da doseže najboljši učinek rezanja in zadovolji potrebe rezanja.
V primerjavi z orodji iz karbidne trdine so prevlečena orodja iz karbidne trdine močno izboljšala trdnost, trdoto in odpornost proti obrabi.Pri struženju obdelovanca s trdoto HRC45~55 lahko poceni prevlečeni cementni karbid izvede visokohitrostno struženje.V zadnjih letih so nekateri proizvajalci izboljšali učinkovitost premazanih orodij z izboljšanjem premaznih materialov in drugih metod.Na primer, nekateri proizvajalci v Združenih državah Amerike in na Japonskem uporabljajo švicarski material za prevleko AlTiN in novo patentirano tehnologijo prevleke za izdelavo prevlečenih rezil s trdoto do HV4500~4900, ki lahko reže jeklo HRC47~58 s hitrostjo 498,56 m/min. .Ko je temperatura struženja do 1500 ~ 1600 ° C, se trdota še vedno ne zmanjša in ne oksidira.Življenjska doba rezila je štirikrat daljša od običajnega prevlečenega rezila, medtem ko je strošek le 30 %, oprijem pa dober.
(2) Keramični material
Z nenehnim izboljševanjem sestave, strukture in postopka stiskanja, predvsem z razvojem nanotehnologije, keramični orodni materiali omogočajo kaljenje keramičnih orodij.V bližnji prihodnosti bo keramika lahko povzročila tretjo revolucijo pri rezanju po hitroreznem jeklu in karbidu.Prednosti keramičnih orodij so visoka trdota (HRA91~95), visoka trdnost (upogibna trdnost 750~1000MPa), dobra odpornost proti obrabi, dobra kemična stabilnost, dobra odpornost na oprijem, nizek koeficient trenja in nizka cena.Ne le to, keramična orodja imajo tudi visoko temperaturno trdoto, ki doseže HRA80 pri 1200 °C.
Med običajnim rezanjem ima keramično orodje zelo visoko vzdržljivost, njegova rezalna hitrost pa je lahko 2-5-krat večja kot pri cementnem karbidu.Posebej primeren je za obdelavo materialov z visoko trdoto, končno obdelavo in obdelavo pri visokih hitrostih.Reže lahko različno kaljeno jeklo in kaljeno lito železo s trdoto do HRC65.Običajno se uporabljajo keramika na osnovi aluminijevega oksida, keramika na osnovi silicijevega nitrida, kermeti in keramika, utrjena z lasmi.
Keramična orodja na osnovi aluminijevega oksida imajo višjo rdečo trdoto kot cementni karbid.Na splošno rezalni rob ne povzroči plastične deformacije pri rezalnih pogojih visoke hitrosti, vendar sta njegova trdnost in žilavost zelo nizki.Da bi izboljšali njegovo žilavost in odpornost proti udarcem, lahko dodamo mešanico ZrO ali TiC in TiN.Druga metoda je dodajanje brkov iz čiste kovine ali silicijevega karbida.Keramika na osnovi silicijevega nitrida ima poleg visoke rdeče trdote tudi dobro žilavost.V primerjavi s keramiko na osnovi aluminijevega oksida je njegova pomanjkljivost ta, da je pri obdelavi jekla enostavno povzročiti visokotemperaturno difuzijo, kar poslabša obrabo orodja.Keramika na osnovi silicijevega nitrida se uporablja predvsem za občasno struženje in rezkanje sive litine.
Kermet je nekakšen material na osnovi karbida, v katerem je TiC glavna trda faza (0,5-2 μm). Kombinirajo se z vezivi Co ali Ti in so podobni orodjem iz cementnega karbida, vendar imajo nizko afiniteto, dobro trenje in dobro odpornost proti obrabi.Lahko prenese višjo temperaturo rezanja kot običajni cementni karbid, vendar nima odpornosti na udarce cementnega karbida, žilavosti med težkim rezanjem in trdnosti pri nizki hitrosti in velikem podajanju.
(3) Kubični borov nitrid (CBN)
CBN je takoj za diamantom po trdoti in odpornosti proti obrabi ter ima odlično trdoto pri visokih temperaturah.V primerjavi s keramiko sta njegova toplotna odpornost in kemična stabilnost nekoliko slabši, vendar sta njegova udarna trdnost in učinkovitost proti zmečkanju boljši.Široko se uporablja za rezanje kaljenega jekla (HRC ≥ 50), perlitnega sivega litega železa, ohlajenega litega železa in superzlitin.V primerjavi z orodji iz karbidne trdine se lahko njegova rezalna hitrost poveča za en red velikosti.
Orodje iz kompozitnega polikristalnega kubičnega borovega nitrida (PCBN) z visoko vsebnostjo CBN ima visoko trdoto, dobro odpornost proti obrabi, visoko tlačno trdnost in dobro udarno žilavost.Njegove slabosti so slaba termična stabilnost in nizka kemična inertnost.Primeren je za rezanje toplotno odpornih zlitin, litega železa in sintranih kovin na osnovi železa.Vsebnost delcev CBN v orodjih PCBN je nizka, trdota orodij PCBN, ki uporabljajo keramiko kot vezivo, pa je nizka, vendar nadomešča slabo toplotno stabilnost in nizko kemijsko vztrajnost prejšnjega materiala ter je primerna za rezanje kaljenega jekla.
Pri rezanju sive litine in kaljenega jekla lahko izberete keramično orodje ali CBN orodje.Zaradi tega je treba izvesti analizo stroškov in koristi ter analizo kakovosti obdelave, da bi ugotovili, katero izbrati.Kadar je rezalna trdota nižja od HRC60 in je uporabljen majhen pomik, je keramično orodje boljša izbira.Orodja PCBN so primerna za rezanje obdelovancev s trdoto, višjo od HRC60, zlasti za avtomatsko obdelavo in visoko natančno obdelavo.Poleg tega je preostala napetost na površini obdelovanca po rezanju z orodjem PCBN prav tako relativno stabilna kot tista s keramičnim orodjem pod pogojem enake obrabe boka.
Pri uporabi orodja PCBN za suho rezanje kaljenega jekla je treba upoštevati tudi naslednja načela: izberite čim večjo globino reza pod pogojem, da togost obdelovalnega stroja to dopušča, tako da lahko toplota, ki nastane v območju rezanja, zmehča kovina na sprednjem delu roba lokalno, kar lahko učinkovito zmanjša obrabo orodja PCBN.Poleg tega je treba pri uporabi majhne globine reza upoštevati tudi, da lahko slaba toplotna prevodnost orodja PCBN povzroči, da se toplota v območju rezanja prepozno razprši, strižno območje pa lahko povzroči tudi očiten učinek mehčanja kovine, zmanjša obraba rezalnega roba.
2. Zgradba rezila in geometrijski parametri supertrdnih orodij
Razumna določitev oblike in geometrijskih parametrov orodja je zelo pomembna za polno delovanje rezalne zmogljivosti orodja.Kar zadeva trdnost orodja, je moč konice orodja različnih oblik rezila od visoke do nizke: okroglo, 100 ° romb, kvadrat, 80 ° romb, trikotnik, 55 ° romb, 35 ° romb.Po izbiri materiala rezila je treba izbrati obliko rezila z najvišjo trdnostjo.Rezila za trdo struženje je treba izbrati čim večja, grobo obdelavo pa je treba opraviti s krožnimi rezili z velikim polmerom konice.Polmer loka konice je približno 0,8 pri zaključku μ Približno m.
Ostružki iz kaljenega jekla so rdeči in mehki trakovi, zelo krhki, zlahka zlomljivi in nezavezujoči.Rezalna površina iz kaljenega jekla je visoke kakovosti in na splošno ne povzroča kopičenja odrezkov, vendar je rezalna sila velika, zlasti radialna rezalna sila je večja od glavne rezalne sile.Zato mora orodje uporabljati negativni sprednji kot (go ≥ - 5 °) in velik zadnji kot (ao=10°~15°).Glavni odklonski kot je odvisen od togosti obdelovalnega stroja, običajno 45 °~60 °, da se zmanjša tresenje obdelovanca in orodja.
Čas objave: 24. februarja 2023