La combinación de equipos de procesamiento avanzados y herramientas de corte CNC de alto rendimiento puede aprovechar al máximo su debido rendimiento y lograr buenos beneficios económicos. Con el rápido desarrollo de los materiales para herramientas de corte, varios materiales nuevos para herramientas de corte han mejorado enormemente sus propiedades físicas, mecánicas y rendimiento de corte, y su rango de aplicación también ha continuado expandiéndose.
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1. Los materiales de las herramientas deben tener propiedades básicas
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La elección del material de la herramienta tiene una gran influencia en la vida útil de la herramienta, la eficiencia del procesamiento, la calidad del procesamiento y el costo del procesamiento. Cuando la herramienta está cortando, debe soportar los efectos de alta presión, alta temperatura, fricción, golpes y vibraciones. Por lo tanto, el material de la herramienta debe tener las siguientes propiedades básicas:
(1) Dureza y resistencia al desgaste. La dureza del material de la herramienta debe ser superior a la del material de la pieza de trabajo, generalmente por encima de 60HRC. Cuanto más duro sea el material de la herramienta, mejor será la resistencia al desgaste.
(2) Fuerza y tenacidad. Los materiales de las herramientas deben tener una alta resistencia y tenacidad para soportar las fuerzas de corte, los golpes y las vibraciones, y evitar la fractura por fragilidad y el astillado de las herramientas.
(3) Resistencia al calor. La resistencia al calor del material de la herramienta es mejor, puede soportar altas temperaturas de corte y tiene buena resistencia a la oxidación.
(4) Rendimiento y economía del proceso. Los materiales de la herramienta deben tener un buen rendimiento de forja, rendimiento de tratamiento térmico, rendimiento de soldadura, rendimiento de rectificado, etc., y deben buscar una alta relación precio-rendimiento.
2. Tipos, propiedades, características y aplicaciones de los materiales para herramientas
1. Tipos, propiedades y características de los materiales de herramientas de diamante y aplicaciones de herramientas
El diamante es un alótropo del carbono y es el material más duro que se encuentra en la naturaleza. Las herramientas 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 de alta velocidad de aluminio y aleaciones de aluminio y silicio, las herramientas de diamante son los principales tipos de herramientas de corte que son difíciles de reemplazar. Las herramientas de diamante que pueden lograr una alta eficiencia, alta estabilidad y un mecanizado de larga duración son herramientas indispensables e importantes en el mecanizado CNC moderno.
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⑴ Tipos de herramientas de diamante
① Herramienta de diamante natural: el diamante natural se ha utilizado como herramienta de corte durante cientos de años. La herramienta de diamante de cristal único natural se ha rectificado finamente y el borde de corte se puede rectificar de forma extremadamente afilada. El radio del borde de corte puede alcanzar 0.002 μm, que puede realizar un corte ultrafino y puede Es una herramienta de mecanizado de ultra precisión reconocida, ideal e insustituible para procesar piezas de trabajo con una precisión extremadamente alta y una rugosidad superficial extremadamente baja.
② Herramienta de diamante PCD: el diamante natural es costoso y el diamante policristalino (PCD) se usa ampliamente en el corte. Desde principios de la década de 1970, se desarrolló el diamante policristalino (polycrystauine diamond, PCD para abreviar). Después del éxito, las herramientas de diamante natural han sido reemplazadas por diamantes policristalinos artificiales en muchas ocasiones. Las materias primas de PCD son ricas en fuentes y su precio es solo unas pocas décimas a una décima parte de los diamantes naturales.
Las herramientas de PCD no pueden rectificar bordes extremadamente afilados, y la calidad de la superficie de las piezas de trabajo procesadas no es tan buena como la del diamante natural. No es conveniente fabricar insertos de PCD con rompevirutas en la industria. Por lo tanto, PCD solo se puede usar para el corte fino de metales no ferrosos y no metales, y es difícil lograr un corte de espejo de ultra precisión.
③ Herramientas de diamante CVD: desde finales de la década de 1970 hasta principios de la década de 1980, apareció en Japón la tecnología de diamante CVD. El diamante CVD se refiere a la síntesis de una película de diamante sobre sustratos heterogéneos (como carburo cementado, cerámica, etc.) mediante deposición química de vapor (CVD). El diamante CVD tiene exactamente la misma estructura y características que el diamante natural.
El rendimiento del diamante CVD es muy similar al del diamante natural, y tiene las ventajas del diamante monocristalino natural y el diamante policristalino (PCD), y supera sus deficiencias hasta cierto punto.
⑵ Características de rendimiento de las herramientas de diamante
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. Cuando se procesan 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 cementado, 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 más bajo que el de otras herramientas de corte, el coeficiente de fricción es bajo, la deformación durante el procesamiento es pequeña y la fuerza de corte puede ser reducido.
③ El borde de corte es muy afilado: el borde de corte de las herramientas de diamante se puede afilar, y la herramienta de diamante de cristal único natural puede tener una altura de hasta 0.002-0.008 μm, que se puede usar para ultra -Corte fino y mecanizado de ultraprecisión.
④ Tiene alta conductividad térmica: el diamante tiene alta conductividad térmica y difusividad térmica, el calor de corte se disipa fácilmente y la temperatura de la parte de corte de la herramienta es baja.
⑤ Coeficiente de expansión térmica 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 que es especialmente importante para el mecanizado de precisión y ultraprecisión que requiere alta precisión dimensional.
⑶ Aplicación de herramientas diamantadas
Las herramientas de diamante se utilizan principalmente para el corte fino y el mandrinado de metales no ferrosos y materiales no metálicos a alta velocidad. Es adecuado para procesar varios no metales resistentes al desgaste, como piezas en blanco de pulvimetalurgia de FRP, materiales cerámicos, etc.; varios metales no ferrosos resistentes al desgaste, como varias aleaciones de silicio y aluminio; varios procesos de acabado de metales no ferrosos.
La desventaja de las herramientas de diamante es que tienen poca estabilidad térmica. Cuando la temperatura de corte supera los 700 a 800 grados, perderá completamente su dureza; además, no es adecuado para cortar metales ferrosos, porque el diamante (carbono) se une 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. Tipos, propiedades y características de los materiales de herramientas de nitruro de boro cúbico y aplicaciones de herramientas
El nitruro de boro cúbico (CBN), el segundo material superduro sintetizado por un método similar al del diamante, solo es superado por el diamante en términos de dureza y conductividad térmica. Tiene una excelente estabilidad térmica y se puede calentar a 10,000 grado en la atmósfera. No se produce oxidación. CBN tiene propiedades químicas extremadamente estables para metales ferrosos y puede usarse ampliamente en el procesamiento de productos de acero.
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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 puede dividir en cristal único y policristalino, es decir, cristal único CBN y nitruro de boro cúbico policristalino (nitruro de boro cúbico policristalino, denominado PCBN). El CBN es uno de los isómeros del nitruro de boro (BN) y su estructura es similar a la del diamante.
El PCBN (nitruro de boro cúbico policristalino) es un material policristalino que sinteriza materiales finos de CBN a través de una fase de unión (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) a alta temperatura y alta presión. Material de herramienta de diamante, este y el diamante se denominan colectivamente material de herramienta superduro. PCBN se utiliza principalmente para fabricar cuchillos u otras herramientas.
Las herramientas PCBN se pueden dividir en insertos PCBN integrales e insertos compuestos PCBN sinterizados con carburo cementado.
Los insertos compuestos de PCBN se fabrican sinterizando una capa de PCBN con un espesor de {{0}}.5 a 1.0 mm en un carburo cementado con buena resistencia y tenacidad. Su rendimiento tiene buena tenacidad y alta dureza y resistencia al desgaste. Se resuelven los problemas de baja resistencia a la flexión y dificultades de soldadura de los insertos de CBN.
⑵ Principales propiedades y características del nitruro de boro cúbico
Aunque la dureza del nitruro de boro cúbico es ligeramente inferior a la del diamante, es mucho mayor que la de otros materiales de alta dureza. La ventaja sobresaliente de CBN es que su estabilidad térmica es mucho mayor que la del diamante, que puede alcanzar más de 1200 grados (700-800 grados para el diamante). 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 a la del diamante y tiene una dureza y resistencia similares a las del diamante. PCBN es especialmente adecuado para procesar materiales de alta dureza que antes solo se podían moler y puede obtener una mejor calidad superficial de las piezas de trabajo.
② Alta estabilidad térmica: la resistencia al calor del CBN puede alcanzar los 1400-1500 grados, que es casi 1 veces mayor que la del diamante (700-800 grados). Las herramientas de PCBN pueden cortar aleaciones de alta temperatura y aceros templados a una velocidad de 3 a 5 veces superior a la de las herramientas de carburo cementado.
③Excelente estabilidad química: no tiene interacción química con materiales a base de hierro a 1200-1300 grados, y no se desgastará tan bruscamente como el diamante, y aún puede mantener la dureza del carburo cementado en este momento; Las herramientas PCBN son adecuadas para cortar piezas de acero endurecido y hierro fundido enfriado, se pueden usar ampliamente en el corte de hierro fundido a alta velocidad.
④ Buena conductividad térmica: aunque la conductividad térmica de CBN no es tan buena como la del diamante, la conductividad térmica de PCBN es superada solo por el diamante entre varios materiales para herramientas, y es mucho más alta que la del acero de alta velocidad y el carburo cementado.
⑤ Bajo coeficiente de fricción: un bajo coeficiente de fricción puede reducir la fuerza de corte durante el corte, reducir la temperatura de corte y mejorar la calidad de la superficie mecanizada.
⑶ Aplicación de herramientas de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico es adecuado para el acabado de varios materiales difíciles de cortar, como acero endurecido, hierro fundido duro, aleaciones de alta temperatura, aleaciones duras y materiales para pulverización de superficies. La precisión de mecanizado puede llegar a IT5 (el orificio es IT6), y la rugosidad de la superficie puede ser tan pequeña 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 de desbaste con baja velocidad y alta carga de impacto; En el caso del metal, se producirá un borde de acumulación grave, lo que deteriorará la superficie mecanizada.
3. Tipos, propiedades y características de los materiales cerámicos para herramientas y sus aplicaciones
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 el metal. Las herramientas de corte cerámicas ocupan un lugar muy importante en el mecanizado CNC. Las herramientas de corte de cerámica se han convertido en una de las principales herramientas de corte para el corte y procesamiento de alta velocidad de materiales difíciles de mecanizar. Las herramientas de corte de cerámica se utilizan ampliamente en el corte de alta velocidad, el corte en seco, el corte duro y el corte de materiales difíciles de mecanizar. Los cuchillos de cerámica pueden procesar de manera eficiente materiales muy duros que los cuchillos tradicionales no pueden procesar en absoluto, y realizar "reemplazar la molienda con un automóvil"; la velocidad de corte óptima de los cuchillos de cerámica puede ser de 2 a 10 veces mayor que la de los cuchillos de carburo cementado, lo que mejora en gran medida la eficiencia de producción del procesamiento de corte. La principal materia prima utilizada en los materiales de herramientas de cerámica es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Por lo tanto, la popularización y aplicación de herramientas cerámicas es de gran importancia para mejorar la productividad, reducir los costos de procesamiento y ahorrar metales preciosos estratégicos, y también promoverá en gran medida el desarrollo de la tecnología de corte. progreso.
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⑴ Tipos de materiales de 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 y 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 de cerámica
Las características de rendimiento de las herramientas de corte de cerámica son las siguientes:
① Alta dureza y buena resistencia al desgaste: aunque la dureza de las herramientas de cerámica no es tan alta como la de PCD y PCBN, es mucho más alta que la de las herramientas de carburo cementado y acero rápido, alcanzando 93-95HRA. Las herramientas de cerámica pueden procesar materiales de alta dureza que son difíciles de procesar con herramientas tradicionales y son adecuadas para cortes de alta velocidad y cortes duros.
② Resistencia a altas temperaturas y buena resistencia al calor: las herramientas de cerámica aún pueden cortar a altas temperaturas por encima de los 1200 grados. Los cuchillos de cerámica tienen buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas y la resistencia a la oxidación de los cuchillos de cerámica A12O3 es particularmente buena. Incluso si el borde de corte está al rojo vivo, se puede utilizar de forma continua. Por lo tanto, las herramientas de cerámica pueden lograr un corte en seco, lo que puede ahorrar fluido de corte.
③ Buena estabilidad química: las herramientas de corte de cerámica no son fáciles de unir con el metal y son resistentes a la corrosión y químicamente estables, lo que puede reducir el desgaste de la unión de las herramientas de corte.
④ Bajo coeficiente de fricción: la afinidad entre las herramientas de corte de cerámica y el metal es pequeña y el coeficiente de fricción es bajo, lo que puede reducir la fuerza de corte y la temperatura de corte.
⑶ Aplicación de cuchillos de cerámica.
La cerámica es uno de los materiales para herramientas que se utiliza principalmente para el acabado y el semiacabado de alta velocidad. Las herramientas de corte de cerámica son adecuadas para cortar todo tipo de hierro fundido (fundición gris, hierro dúctil, hierro fundido maleable, hierro fundido enfriado, hierro fundido de alta aleación resistente al desgaste) y acero (acero estructural al carbono, acero estructural aleado, acero de alta resistencia , acero con alto contenido de manganeso, acero templado, etc.), también se puede utilizar para cortar aleaciones de cobre, grafito, plásticos de ingeniería y materiales compuestos.
Hay problemas de baja resistencia a la flexión y mala resistencia al impacto en el rendimiento de los materiales cerámicos para herramientas, que no son adecuados para cortar a baja velocidad y carga de impacto.
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4. Propiedades y características de los materiales para herramientas de corte recubiertas y aplicación de las herramientas de corte
Recubrir la herramienta es una de las formas importantes de mejorar el rendimiento de la herramienta. La aparición de herramientas de corte recubiertas ha supuesto un gran avance en el rendimiento de corte de las herramientas de corte. La herramienta recubierta está recubierta con una o más capas de compuesto refractario con buena resistencia al desgaste en el cuerpo de la herramienta más duro, que combina el sustrato de la herramienta con el recubrimiento duro, de modo que el rendimiento de la herramienta mejora considerablemente. Las herramientas de corte recubiertas pueden mejorar la eficiencia del procesamiento, mejorar la precisión del procesamiento, prolongar la vida útil de la herramienta y reducir los costos de procesamiento.
Alrededor del 80 por ciento de las herramientas de corte utilizadas en las nuevas máquinas herramienta CNC utilizan herramientas recubiertas. Las herramientas de corte recubiertas serán la variedad de herramientas más importante en el campo del mecanizado CNC en el futuro.
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⑴ Tipos de herramientas recubiertas
De acuerdo con los diferentes métodos de recubrimiento, las herramientas recubiertas se pueden dividir en herramientas recubiertas de deposición química de vapor (CVD) y herramientas recubiertas de deposición física de vapor (PVD). Las herramientas de carburo recubiertas generalmente usan deposición de vapor químico, y la temperatura de deposición es de alrededor de 1000 grados. Las herramientas de acero de alta velocidad recubiertas generalmente usan deposición física de vapor, y la temperatura de deposición es de aproximadamente 500 grados;
De acuerdo con los diferentes materiales de 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 en cerámica y materiales superduros (diamante y nitruro de boro cúbico).
De acuerdo con la naturaleza del material de recubrimiento, las herramientas recubiertas se pueden dividir en dos categorías, a saber, herramientas con recubrimiento "duro" y herramientas con recubrimiento "blando". Los principales objetivos que persiguen las herramientas con recubrimiento "duro" son la alta dureza y la resistencia al desgaste. Sus principales ventajas son la alta dureza y la buena resistencia al desgaste, típicamente los recubrimientos TiC y TiN. El objetivo que persiguen las herramientas de recubrimiento "suave" es un bajo coeficiente de fricción, también conocidas como herramientas autolubricantes, y su fricción con el material de la pieza. El coeficiente es muy bajo, solo alrededor de 0.1, lo que puede reducir unión, reducir la fricción, reducir la fuerza de corte y la temperatura de corte.
Recientemente se desarrolló una herramienta de nano-recubrimiento (Nanoeoating). Esta herramienta recubierta puede usar diferentes combinaciones de varios materiales de recubrimiento (como metal/metal, metal/cerámica, cerámica/cerámica, etc.) para cumplir con diferentes requisitos funcionales y de rendimiento. Un nanorrevestimiento diseñado correctamente puede hacer que el material de la herramienta tenga excelentes funciones antifricción y antidesgaste y propiedades autolubricantes, lo que es adecuado para el corte en seco de alta velocidad.
⑵ Características de las herramientas recubiertas
Las características de rendimiento de las herramientas recubiertas son las siguientes:
① Buen rendimiento mecánico y de corte: las herramientas recubiertas combinan las excelentes propiedades del material base y el material de recubrimiento, lo que no solo mantiene la buena tenacidad y la alta resistencia de la base
La combinación de equipos de procesamiento avanzados y herramientas de corte CNC de alto rendimiento puede aprovechar al máximo su debido rendimiento y lograr buenos beneficios económicos. Con el rápido desarrollo de los materiales para herramientas de corte, varios materiales nuevos para herramientas de corte han mejorado enormemente sus propiedades físicas, mecánicas y rendimiento de corte, y su rango de aplicación también ha continuado expandiéndose.
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1. Los materiales de las herramientas deben tener propiedades básicas
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La elección del material de la herramienta tiene una gran influencia en la vida útil de la herramienta, la eficiencia del procesamiento, la calidad del procesamiento y el costo del procesamiento. Cuando la herramienta está cortando, debe soportar los efectos de alta presión, alta temperatura, fricción, golpes y vibraciones. Por lo tanto, el material de la herramienta debe tener las siguientes propiedades básicas:
(1) Dureza y resistencia al desgaste. La dureza del material de la herramienta debe ser superior a la del material de la pieza de trabajo, generalmente por encima de 60HRC. Cuanto más duro sea el material de la herramienta, mejor será la resistencia al desgaste.
(2) Fuerza y tenacidad. Los materiales de las herramientas deben tener una alta resistencia y tenacidad para soportar las fuerzas de corte, los golpes y las vibraciones, y evitar la fractura por fragilidad y el astillado de las herramientas.
(3) Resistencia al calor. La resistencia al calor del material de la herramienta es mejor, puede soportar altas temperaturas de corte y tiene buena resistencia a la oxidación.
(4) Rendimiento y economía del proceso. Los materiales de la herramienta deben tener un buen rendimiento de forja, rendimiento de tratamiento térmico, rendimiento de soldadura, rendimiento de rectificado, etc., y deben buscar una alta relación precio-rendimiento.
2. Tipos, propiedades, características y aplicaciones de los materiales para herramientas
1. Tipos, propiedades y características de los materiales de herramientas de diamante y aplicaciones de herramientas
El diamante es un alótropo del carbono y es el material más duro que se encuentra en la naturaleza. Las herramientas 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 de alta velocidad de aluminio y aleaciones de aluminio y silicio, las herramientas de diamante son los principales tipos de herramientas de corte que son difíciles de reemplazar. Las herramientas de diamante que pueden lograr una alta eficiencia, alta estabilidad y un mecanizado de larga duración son herramientas indispensables e importantes en el mecanizado CNC moderno.
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⑴ Tipos de herramientas de diamante
① Herramienta de diamante natural: el diamante natural se ha utilizado como herramienta de corte durante cientos de años. La herramienta de diamante de cristal único natural se ha rectificado finamente y el borde de corte se puede rectificar de forma extremadamente afilada. El radio del borde de corte puede alcanzar 0.002 μm, que puede realizar un corte ultrafino y puede Es una herramienta de mecanizado de ultra precisión reconocida, ideal e insustituible para procesar piezas de trabajo con una precisión extremadamente alta y una rugosidad superficial extremadamente baja.
② Herramienta de diamante PCD: el diamante natural es costoso y el diamante policristalino (PCD) se usa ampliamente en el corte. Desde principios de la década de 1970, se desarrolló el diamante policristalino (polycrystauine diamond, PCD para abreviar). Después del éxito, las herramientas de diamante natural han sido reemplazadas por diamantes policristalinos artificiales en muchas ocasiones. Las materias primas de PCD son ricas en fuentes y su precio es solo unas pocas décimas a una décima parte de los diamantes naturales.
Las herramientas de PCD no pueden rectificar bordes extremadamente afilados, y la calidad de la superficie de las piezas de trabajo procesadas no es tan buena como la del diamante natural. No es conveniente fabricar insertos de PCD con rompevirutas en la industria. Por lo tanto, PCD solo se puede usar para el corte fino de metales no ferrosos y no metales, y es difícil lograr un corte de espejo de ultra precisión.
③ Herramientas de diamante CVD: desde finales de la década de 1970 hasta principios de la década de 1980, apareció en Japón la tecnología de diamante CVD. El diamante CVD se refiere a la síntesis de una película de diamante sobre sustratos heterogéneos (como carburo cementado, cerámica, etc.) mediante deposición química de vapor (CVD). El diamante CVD tiene exactamente la misma estructura y características que el diamante natural.
El rendimiento del diamante CVD es muy similar al del diamante natural, y tiene las ventajas del diamante monocristalino natural y el diamante policristalino (PCD), y supera sus deficiencias hasta cierto punto.
⑵ Características de rendimiento de las herramientas de diamante
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. Cuando se procesan 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 cementado, 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 más bajo que el de otras herramientas de corte, el coeficiente de fricción es bajo, la deformación durante el procesamiento es pequeña y la fuerza de corte puede ser reducido.
③ El borde de corte es muy afilado: el borde de corte de las herramientas de diamante se puede afilar, y la herramienta de diamante de cristal único natural puede tener una altura de hasta 0.002-0.008 μm, que se puede usar para ultra -Corte fino y mecanizado de ultraprecisión.
④ Tiene alta conductividad térmica: el diamante tiene alta conductividad térmica y difusividad térmica, el calor de corte se disipa fácilmente y la temperatura de la parte de corte de la herramienta es baja.
⑤ Coeficiente de expansión térmica 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 que es especialmente importante para el mecanizado de precisión y ultraprecisión que requiere alta precisión dimensional.
⑶ Aplicación de herramientas diamantadas
Las herramientas de diamante se utilizan principalmente para el corte fino y el mandrinado de metales no ferrosos y materiales no metálicos a alta velocidad. Es adecuado para procesar varios no metales resistentes al desgaste, como piezas en blanco de pulvimetalurgia de FRP, materiales cerámicos, etc.; varios metales no ferrosos resistentes al desgaste, como varias aleaciones de silicio y aluminio; varios procesos de acabado de metales no ferrosos.
La desventaja de las herramientas de diamante es que tienen poca estabilidad térmica. Cuando la temperatura de corte supera los 700 a 800 grados, perderá completamente su dureza; además, no es adecuado para cortar metales ferrosos, porque el diamante (carbono) se une 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. Tipos, propiedades y características de los materiales de herramientas de nitruro de boro cúbico y aplicaciones de herramientas
El nitruro de boro cúbico (CBN), el segundo material superduro sintetizado por un método similar al del diamante, solo es superado por el diamante en términos de dureza y conductividad térmica. Tiene una excelente estabilidad térmica y se puede calentar a 10,000 grado en la atmósfera. No se produce oxidación. CBN tiene propiedades químicas extremadamente estables para metales ferrosos y puede usarse ampliamente en el procesamiento de productos de acero.
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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 puede dividir en cristal único y policristalino, es decir, cristal único CBN y nitruro de boro cúbico policristalino (nitruro de boro cúbico policristalino, denominado PCBN). El CBN es uno de los isómeros del nitruro de boro (BN) y su estructura es similar a la del diamante.
El PCBN (nitruro de boro cúbico policristalino) es un material policristalino que sinteriza materiales finos de CBN a través de una fase de unión (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) a alta temperatura y alta presión. Material de herramienta de diamante, este y el diamante se denominan colectivamente material de herramienta superduro. PCBN se utiliza principalmente para fabricar cuchillos u otras herramientas.
Las herramientas PCBN se pueden dividir en insertos PCBN integrales e insertos compuestos PCBN sinterizados con carburo cementado.
Los insertos compuestos de PCBN se fabrican sinterizando una capa de PCBN con un espesor de {{0}}.5 a 1.0 mm en un carburo cementado con buena resistencia y tenacidad. Su rendimiento tiene buena tenacidad y alta dureza y resistencia al desgaste. Se resuelven los problemas de baja resistencia a la flexión y dificultades de soldadura de los insertos de CBN.
⑵ Principales propiedades y características del nitruro de boro cúbico
Aunque la dureza del nitruro de boro cúbico es ligeramente inferior a la del diamante, es mucho mayor que la de otros materiales de alta dureza. La ventaja sobresaliente de CBN es que su estabilidad térmica es mucho mayor que la del diamante, que puede alcanzar más de 1200 grados (700-800 grados para el diamante). 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 a la del diamante y tiene una dureza y resistencia similares a las del diamante. PCBN es especialmente adecuado para procesar materiales de alta dureza que antes solo se podían moler y puede obtener una mejor calidad superficial de las piezas de trabajo.
② Alta estabilidad térmica: la resistencia al calor del CBN puede alcanzar los 1400-1500 grados, que es casi 1 veces mayor que la del diamante (700-800 grados). Las herramientas de PCBN pueden cortar aleaciones de alta temperatura y aceros templados a una velocidad de 3 a 5 veces superior a la de las herramientas de carburo cementado.
③Excelente estabilidad química: no tiene interacción química con materiales a base de hierro a 1200-1300 grados, y no se desgastará tan bruscamente como el diamante, y aún puede mantener la dureza del carburo cementado en este momento; Las herramientas PCBN son adecuadas para cortar piezas de acero endurecido y hierro fundido enfriado, se pueden usar ampliamente en el corte de hierro fundido a alta velocidad.
④ Buena conductividad térmica: aunque la conductividad térmica de CBN no es tan buena como la del diamante, la conductividad térmica de PCBN es superada solo por el diamante entre varios materiales para herramientas, y es mucho más alta que la del acero de alta velocidad y el carburo cementado.
⑤ Bajo coeficiente de fricción: un bajo coeficiente de fricción puede reducir la fuerza de corte durante el corte, reducir la temperatura de corte y mejorar la calidad de la superficie mecanizada.
⑶ Aplicación de herramientas de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico es adecuado para el acabado de varios materiales difíciles de cortar, como acero endurecido, hierro fundido duro, aleaciones de alta temperatura, aleaciones duras y materiales para pulverización de superficies. La precisión de mecanizado puede llegar a IT5 (el orificio es IT6), y la rugosidad de la superficie puede ser tan pequeña 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 de desbaste con baja velocidad y alta carga de impacto; En el caso del metal, se producirá un borde de acumulación grave, lo que deteriorará la superficie mecanizada.
3. Tipos, propiedades y características de los materiales cerámicos para herramientas y sus aplicaciones
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 el metal. Las herramientas de corte cerámicas ocupan un lugar muy importante en el mecanizado CNC. Las herramientas de corte de cerámica se han convertido en una de las principales herramientas de corte para el corte y procesamiento de alta velocidad de materiales difíciles de mecanizar. Las herramientas de corte de cerámica se utilizan ampliamente en el corte de alta velocidad, el corte en seco, el corte duro y el corte de materiales difíciles de mecanizar. Los cuchillos de cerámica pueden procesar de manera eficiente materiales muy duros que los cuchillos tradicionales no pueden procesar en absoluto, y realizar "reemplazar la molienda con un automóvil"; la velocidad de corte óptima de los cuchillos de cerámica puede ser de 2 a 10 veces mayor que la de los cuchillos de carburo cementado, lo que mejora en gran medida la eficiencia de producción del procesamiento de corte. La principal materia prima utilizada en los materiales de herramientas de cerámica es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Por lo tanto, la popularización y aplicación de herramientas cerámicas es de gran importancia para mejorar la productividad, reducir los costos de procesamiento y ahorrar metales preciosos estratégicos, y también promoverá en gran medida el desarrollo de la tecnología de corte. progreso.
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⑴ Tipos de materiales de 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 y 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 de cerámica
Las características de rendimiento de las herramientas de corte de cerámica son las siguientes:
① Alta dureza y buena resistencia al desgaste: aunque la dureza de las herramientas de cerámica no es tan alta como la de PCD y PCBN, es mucho más alta que la de las herramientas de carburo cementado y acero rápido, alcanzando 93-95HRA. Las herramientas de cerámica pueden procesar materiales de alta dureza que son difíciles de procesar con herramientas tradicionales y son adecuadas para cortes de alta velocidad y cortes duros.
② Resistencia a altas temperaturas y buena resistencia al calor: las herramientas de cerámica aún pueden cortar a altas temperaturas por encima de los 1200 grados. Los cuchillos de cerámica tienen buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas y la resistencia a la oxidación de los cuchillos de cerámica A12O3 es particularmente buena. Incluso si el borde de corte está al rojo vivo, se puede utilizar de forma continua. Por lo tanto, las herramientas de cerámica pueden lograr un corte en seco, lo que puede ahorrar fluido de corte.
③ Buena estabilidad química: las herramientas de corte de cerámica no son fáciles de unir con el metal y son resistentes a la corrosión y químicamente estables, lo que puede reducir el desgaste de la unión de las herramientas de corte.
④ Bajo coeficiente de fricción: la afinidad entre las herramientas de corte de cerámica y el metal es pequeña y el coeficiente de fricción es bajo, lo que puede reducir la fuerza de corte y la temperatura de corte.
⑶ Aplicación de cuchillos de cerámica.
La cerámica es uno de los materiales para herramientas que se utiliza principalmente para el acabado y el semiacabado de alta velocidad. Las herramientas de corte de cerámica son adecuadas para cortar todo tipo de hierro fundido (fundición gris, hierro dúctil, hierro fundido maleable, hierro fundido enfriado, hierro fundido de alta aleación resistente al desgaste) y acero (acero estructural al carbono, acero estructural aleado, acero de alta resistencia , acero con alto contenido de manganeso, acero templado, etc.), también se puede utilizar para cortar aleaciones de cobre, grafito, plásticos de ingeniería y materiales compuestos.
Hay problemas de baja resistencia a la flexión y mala resistencia al impacto en el rendimiento de los materiales cerámicos para herramientas, que no son adecuados para cortar a baja velocidad y carga de impacto.
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4. Propiedades y características de los materiales para herramientas de corte recubiertas y aplicación de las herramientas de corte
Recubrir la herramienta es una de las formas importantes de mejorar el rendimiento de la herramienta. La aparición de herramientas de corte recubiertas ha supuesto un gran avance en el rendimiento de corte de las herramientas de corte. La herramienta recubierta está recubierta con una o más capas de compuesto refractario con buena resistencia al desgaste en el cuerpo de la herramienta más duro, que combina el sustrato de la herramienta con el recubrimiento duro, de modo que el rendimiento de la herramienta mejora considerablemente. Las herramientas de corte recubiertas pueden mejorar la eficiencia del procesamiento, mejorar la precisión del procesamiento, prolongar la vida útil de la herramienta y reducir los costos de procesamiento.
Alrededor del 80 por ciento de las herramientas de corte utilizadas en las nuevas máquinas herramienta CNC utilizan herramientas recubiertas. Las herramientas de corte recubiertas serán la variedad de herramientas más importante en el campo del mecanizado CNC en el futuro.
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⑴ Tipos de herramientas recubiertas
De acuerdo con los diferentes métodos de recubrimiento, las herramientas recubiertas se pueden dividir en herramientas recubiertas de deposición química de vapor (CVD) y herramientas recubiertas de deposición física de vapor (PVD). Las herramientas de carburo recubiertas generalmente usan deposición de vapor químico, y la temperatura de deposición es de alrededor de 1000 grados. Las herramientas de acero de alta velocidad recubiertas generalmente usan deposición física de vapor, y la temperatura de deposición es de aproximadamente 500 grados;
De acuerdo con los diferentes materiales de 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 en cerámica y materiales superduros (diamante y nitruro de boro cúbico).
De acuerdo con la naturaleza del material de recubrimiento, las herramientas recubiertas se pueden dividir en dos categorías, a saber, herramientas con recubrimiento "duro" y herramientas con recubrimiento "blando". Los principales objetivos que persiguen las herramientas con recubrimiento "duro" son la alta dureza y la resistencia al desgaste. Sus principales ventajas son la alta dureza y la buena resistencia al desgaste, típicamente los recubrimientos TiC y TiN. El objetivo que persiguen las herramientas de recubrimiento "suave" es un bajo coeficiente de fricción, también conocidas como herramientas autolubricantes, y su fricción con el material de la pieza. El coeficiente es muy bajo, solo alrededor de 0.1, lo que puede reducir unión, reducir la fricción, reducir la fuerza de corte y la temperatura de corte.
Recientemente se desarrolló una herramienta de nano-recubrimiento (Nanoeoating). Esta herramienta recubierta puede usar diferentes combinaciones de varios materiales de recubrimiento (como metal/metal, metal/cerámica, cerámica/cerámica, etc.) para cumplir con diferentes requisitos funcionales y de rendimiento. Un nanorrevestimiento diseñado correctamente puede hacer que el material de la herramienta tenga excelentes funciones antifricción y antidesgaste y propiedades autolubricantes, lo que es adecuado para el corte en seco de alta velocidad.
⑵ Características de las herramientas recubiertas
Las características de rendimiento de las herramientas recubiertas son las siguientes:
① Buen rendimiento mecánico y de corte: las herramientas recubiertas combinan las excelentes propiedades del material base y el material de recubrimiento, lo que no solo mantiene la buena tenacidad y la alta resistencia de la base
