Heeft u zich ooit afgevraagd waarom uw bewerkingsgereedschap zo snel slijt? Dit artikel gaat in op de essentiële eigenschappen en soorten materialen voor snijgereedschap, en legt uit hoe vooruitgang in hardheid, taaiheid en hittebestendigheid de levensduur van het gereedschap en de bewerkingsefficiëntie kan verbeteren. Ontdek de eigenschappen en toepassingen van diamant-, kubusvormige boornitride-, keramische, gecoate, hardmetalen en hogesnelheidsstalen gereedschappen. Aan het eind zult u begrijpen hoe de keuze van het juiste materiaal uw verspanende bewerkingen aanzienlijk kan beïnvloeden.
Geavanceerde verwerkingsapparatuur en krachtige CNC gereedschappen kunnen hun prestaties volledig benutten en goede economische voordelen behalen.
Met de snelle ontwikkeling van gereedschapsmaterialen zijn de fysische, mechanische eigenschappen en snijprestaties van diverse nieuwe gereedschapsmaterialen sterk verbeterd en is het toepassingsgebied voortdurend uitgebreid.
De keuze van de materialen voor snijgereedschap heeft een grote invloed op de levensduur van het gereedschap, de bewerkingsefficiëntie, de kwaliteit en de kosten. Tijdens het snijden wordt gereedschap blootgesteld aan extreme omstandigheden zoals hoge druk, hoge temperaturen, wrijving, schokken en trillingen. Daarom moeten materialen voor snijgereedschap de volgende essentiële eigenschappen bezitten:
(1) Hardheid en slijtvastheid
De hardheid van het materiaal van het snijgereedschap moet hoger zijn dan die van het materiaal van het werkstuk, waarbij meestal een minimum van 60 HRC (Rockwell C schaal) vereist is. Over het algemeen correleert een hogere hardheid met een betere slijtvastheid. Het is echter cruciaal om de hardheid in balans te brengen met andere eigenschappen om broosheid te voorkomen.
(2) Kracht en taaiheid
Materialen voor snijgereedschap moeten sterk en taai zijn om snijkrachten, schokken en trillingen te weerstaan. Deze combinatie van eigenschappen helpt brosse breuk en afbrokkelen van de gereedschapskant te voorkomen, wat zorgt voor consistente prestaties en een langere levensduur van het gereedschap. De optimale balans tussen sterkte en taaiheid varieert afhankelijk van de specifieke bewerkingstoepassing.
(3) Hittebestendigheid
Een goede hittebestendigheid is essentieel voor materialen voor snijgereedschap om hun mechanische eigenschappen te behouden bij verhoogde temperaturen tijdens het bewerken. Dit omvat:
(4) Verwerkbaarheid en economische levensvatbaarheid
Het materiaal van het gereedschap moet gunstige eigenschappen bezitten voor fabricage en onderhoud, waaronder:
Bovendien moet het materiaal een hoge prestatie-prijsverhouding bieden, waarbij superieure snijeigenschappen worden afgewogen tegen kosteneffectiviteit voor de beoogde toepassing.
(5) Chemische stabiliteit
Het materiaal van het gereedschap moet bestand zijn tegen chemische reacties met het materiaal van het werkstuk en de snijvloeistoffen, waardoor vroegtijdige degradatie van het gereedschap wordt voorkomen en een constante bewerkingskwaliteit wordt gegarandeerd.
(6) Thermische geleidbaarheid
Voldoende warmtegeleiding helpt om warmte uit de snijzone af te voeren, waardoor de thermische spanning op het gereedschap en werkstuk afneemt en er mogelijk hogere snijsnelheden mogelijk zijn.
Diamant is een isomeer van koolstof, het hardste materiaal dat ooit in de natuur is gevonden.
Diamant snijgereedschappen hebben een hoge hardheid, hoge slijtvastheid en hoge thermische geleidbaarheid, en worden veel gebruikt bij de bewerking van non-ferrometalen en non-ferro metalen.metaalachtige materialen.
Gerelateerde lectuur: Ferro- vs Non-ferrometalen
Vooral bij het met hoge snelheid bewerken van aluminium en silicium-aluminiumlegeringen zijn diamantgereedschappen de belangrijkste soorten snijden gereedschappen die moeilijk te vervangen zijn. Diamantgereedschappen zijn zeer efficiënt, stabiel en hebben een lange levensduur en zijn onmisbaar in moderne CNC-bewerkingsprocessen.
Type diamantslijper
Natuurlijke diamantslijper
Natuurlijke diamanten worden al honderden jaren gebruikt als snijgereedschap. Het natuurlijke diamantgereedschap met één kristal is fijn geslepen en de rand kan scherp worden geslepen met een snijrandradius van 0,002 μm. Ultradun snijden maakt een extreem hoge nauwkeurigheid van het werkstuk mogelijk en een zeer lage oppervlakteruwheid. Het is een erkend, ideaal en onvervangbaar gereedschap voor ultraprecisiebewerking.
PCD diamantslijper
Natuurlijke diamanten zijn duur. De diamant die veel gebruikt wordt bij het snijden is polykristallijne diamant (PCD). Sinds het begin van de jaren 1970 is polykristallijne diamant (PCD) met succes ontwikkeld en wordt natuurlijk diamantgereedschap vervangen door synthetische polykristallijne diamant.
PCD grondstoffen zijn er in overvloed en de prijs is slechts een paar tienden tot een tiende van die van natuurlijke diamant. PCD-gereedschappen kunnen geen extreem scherpe randenen de oppervlaktekwaliteit van het bewerkte werkstuk is niet zo goed als natuurlijke diamant.
Momenteel is het in de industrie niet eenvoudig om PCD-bits met spaanbrekers te maken. Daarom kan PCD alleen worden gebruikt voor het fijn snijden van non-ferrometalen en niet-metalen en is het moeilijk om ultraprecies spiegelsnijden te bereiken.
CVD diamantslijper
Sinds het einde van de jaren 1970 tot het begin van de jaren 1980 verscheen de CVD-diamanttechnologie in Japan. CVD-diamant verwijst naar de synthese van een diamantfilm op een heterogeen substraat (zoals gecementeerd carbide) door chemische dampdepositie (CVD). CVD-diamant heeft precies dezelfde structuur en eigenschappen als natuurlijk diamant.
De prestaties van CVD-diamant liggen heel dicht bij die van natuurlijke diamant en het heeft de voordelen van natuurlijke eenkristallijne diamant en polykristallijne diamant (PCD) en overwint tot op zekere hoogte hun tekortkomingen.
Prestatiekenmerken van diamant snijgereedschap
Extreem hoge hardheid en slijtvastheid
Natuurlijke diamant is de hardste stof die in de natuur voorkomt. Diamant heeft een zeer hoge slijtvastheid. Bij het bewerken van materialen met een hoge hardheid is de levensduur van diamantgereedschap 10 tot 100 keer, of zelfs honderden keren, die van gecementeerd hardmetalen gereedschap.
Heeft een zeer lage wrijvingscoëfficiënt
De wrijvingscoëfficiënt tussen diamant en sommige non-ferrometalen is lager dan die van andere gereedschappen. De lage wrijvingscoëfficiënt resulteert in een kleinere vervorming tijdens het bewerken en een lagere snijkracht.
Snijkant is zeer scherp
De snijkant van het diamantgereedschap kan worden geslepen. Natuurlijk diamantgereedschap met één kristal kan een randscherpte bereiken van wel 0,002~0,008 μm voor ultradun snijden en ultraprecisiebewerking.
Hoge thermische geleidbaarheid
De thermische geleidbaarheid en thermische diffusie van diamant zijn hoog. Hierdoor kan de snijwarmte gemakkelijk worden afgevoerd, wat resulteert in een lagere snijtemperatuur van het gereedschap.
Heeft een lagere thermische uitzettingscoëfficiënt
Diamant heeft een thermische uitzettingscoëfficiënt die meerdere malen kleiner is dan die van gecementeerd hardmetaal. De kleine verandering in gereedschapgrootte veroorzaakt door de hitte van het snijden is vooral belangrijk voor precisie- en ultraprecisiebewerkingen, waarbij maatnauwkeurigheid cruciaal is.
Toepassing diamantgereedschap
Diamantgereedschappen worden voornamelijk gebruikt voor het fijn doorslijpen en kotteren van non-ferro en niet-metalen materialen bij hoge snelheden. Ze zijn geschikt voor het bewerken van diverse slijtvaste niet-metalen materialen, zoals FRP-poedermetallurgie blanks, keramische materialen, enz., evenals diverse slijtvaste non-ferrometalen, zoals diverse silicium-aluminiumlegeringen en non-ferrometaalafwerking.
Het nadeel van diamantgereedschappen is echter hun slechte thermische stabiliteit. Wanneer de snijtemperatuur 700°C tot 800°C overschrijdt, gaat de hardheid van de diamant volledig verloren. Bovendien zijn diamantgereedschappen niet geschikt voor het snijden van ferrometalen, omdat diamant (koolstof) bij hoge temperaturen gemakkelijk kan interageren met ijzeratomen, waarbij koolstofatomen worden omgezet in grafietstructuren, wat het gereedschap extreem kwetsbaar kan maken.
Het tweede superharde materiaal, kubisch boornitride (CBN), gesynthetiseerd door een methode vergelijkbaar met de diamant fabricagemethode, is alleen tweede na diamant in termen van hardheid en thermische geleidbaarheid.
Het heeft een uitstekende thermische stabiliteit en oxideert niet bij verhitting tot 10.000℃ in een atmosfeer.
CBN heeft uiterst stabiele chemische eigenschappen voor ferrometalen en kan op grote schaal worden gebruikt bij de verwerking van staalproducten.
Type kubisch boornitride gereedschap
Kubisch boornitride (CBN) is een stof die niet in de natuur voorkomt.
Er zijn twee soorten: enkel kristal en polykristallijn, namelijk CBN enkel kristal en polykristallijn kubisch boornitride (PCBN).
CBN is een van de isomeren van boornitride (BN) en heeft een structuur die lijkt op die van diamant.
PCBN (polykristallijn kubisch boornitride) is een polykristallijn materiaal waarin fijne CBN-materialen samengesinterd worden door een bindingsfase (TiC, TiN, Al, Ti, enz.) onder hoge temperatuur en hoge druk.
Het is momenteel een gereedschapmateriaal dat gebruik maakt van kunstmatig gesynthetiseerde hardheid naast diamant.
Het wordt ook wel superhard gereedschapmateriaal genoemd.
PCBN wordt voornamelijk gebruikt om gereedschap te maken.
PCBN gereedschappen kunnen worden onderverdeeld in integrale PCBN beitelplaatjes en PCBN composiet beitelplaatjes gesinterd met gecementeerd hardmetaal.
De PCBN composietschijf wordt gevormd door sinteren van een laag 0,5~1,0 mm dik PCBN op gecementeerd carbide met goede sterkte en taaiheid.
De eigenschappen combineren goede taaiheid, hoge hardheid en slijtvastheid.
Het lost de problemen op van lage buigsterkte en moeilijk lassen van CBN snijplaten.
Belangrijkste eigenschappen en kenmerken van kubisch boornitride
Hoewel de hardheid van kubisch boornitride iets lager is dan die van diamant, is deze veel hoger dan die van andere materialen met een hoge hardheid.
Het grote voordeel van CBN is dat de thermische stabiliteit veel hoger is dan die van diamant, tot 1200 °C (vergeleken met 700-800 °C bij diamant).
Een ander opmerkelijk voordeel is dat het chemisch inert is en niet chemisch reageert met ijzer bij 1200-1300 °C.
De belangrijkste prestatiekenmerken van kubisch boornitride zijn als volgt:
Hoge hardheid en slijtvastheid
De kristalstructuur van CBN lijkt op die van diamant en heeft een vergelijkbare hardheid en sterkte.
PCBN is bijzonder geschikt voor het bewerken van materialen met een hoge hardheid die alleen eerder geslepen kunnen worden, en het kan een superieure oppervlaktekwaliteit van het werkstuk bereiken.
Hoge thermische stabiliteit
De hittebestendigheid van CBN kan 1400 tot 1500℃ bereiken, wat bijna twee keer zo hoog is als de hittebestendigheid van diamant (700 tot 800℃).
PCBN gereedschappen kunnen superlegeringen en gehard staal snijden met snelheden die 3 tot 5 keer hoger liggen dan hardmetalen gereedschappen.
Uitstekende chemische stabiliteit
Het speelt geen chemische rol met materialen op ijzerbasis tot 1200-1300℃.
Het slijt niet zo scherp als diamant, maar behoudt toch de hardheid van het gecementeerde carbide.
PCBN gereedschappen zijn geschikt voor het snijden van geharde stalen onderdelen en gekoeld gietijzer, en kunnen op grote schaal gebruikt worden voor het met hoge snelheid snijden van gietijzer.
Heeft een goed warmtegeleidingsvermogen
Hoewel de thermische geleidbaarheid van CBN diamant niet kan evenaren, is de thermische geleidbaarheid van PCBN in diverse gereedschapsmaterialen na diamant veel hoger dan die van sneldraaistaal en diamant. harde legering.
Heeft een lagere wrijvingscoëfficiënt
Een lage wrijvingscoëfficiënt resulteert in lagere snijkrachten tijdens het snijden, lagere snijtemperaturen en een betere oppervlaktekwaliteit.
Toepassing van kubisch boornitride gereedschap
Kubisch boornitride is geschikt voor het afwerken van moeilijk te snijden materialen zoals gehard staal, hard gietijzer, superlegeringen, harde legeringen en oppervlaktespuitmaterialen.
De verwerkingsnauwkeurigheid kan IT5 bereiken (het gat is IT6) en de waarde van de oppervlakteruwheid kan zo klein zijn als Ra 1,25 tot 0,20 μm.
Het materiaal van kubisch boornitride gereedschap heeft een slechte taaiheid en buigsterkte. Daarom zijn boornitride draaigereedschappen niet geschikt voor voorbewerking met lage snelheid en grote schokbelasting. Bovendien zijn ze niet geschikt voor het snijden van plastic materialen (zoals aluminiumlegering, koperlegering, nikkellegering, staal met een hoge plasticiteit, enz.
Keramische messen hebben de kenmerken van hoge hardheid, goede slijtvastheid, uitstekende hittebestendigheid en chemische stabiliteit, en ze zijn niet gemakkelijk te verbinden met metalen.
Keramisch gereedschap speelt een belangrijke rol bij CNC-verspaning en is een van de belangrijkste gereedschappen geworden voor snijden met hoge snelheid en moeilijk te bewerken materialen.
Keramisch gereedschap wordt veel gebruikt voor snijden met hoge snelheid, droog snijden, hard snijden en het bewerken van moeilijk te bewerken materialen.
Keramische messen kunnen materialen met een hoge hardheid die traditionele messen helemaal niet kunnen verwerken, efficiënt verwerken en "frezen in plaats van slijpen" bereiken.
De optimale snijsnelheid van keramische gereedschappen kan 2 tot 10 keer hoger liggen dan die van gereedschappen van gecementeerd hardmetaal, waardoor de productie-efficiëntie bij het snijden sterk verbetert.
De belangrijkste grondstof voor keramisch gereedschap is het meest voorkomende element in de aardkorst. Daarom is de promotie en toepassing van keramisch gereedschap van groot belang voor het verbeteren van de productiviteit, het verlagen van de verwerkingskosten en het besparen van strategisch edelmetaal. Dit zal de vooruitgang van snijtechnologie sterk bevorderen.
Soorten keramische gereedschapsmaterialen
De soorten keramische gereedschapsmaterialen kunnen over het algemeen verdeeld worden in drie categorieën: keramiek op basis van aluminiumoxide, keramiek op basis van siliciumnitride en composiet keramiek op basis van siliciumnitride en aluminiumoxide.
Daarvan worden keramische gereedschapsmaterialen op basis van aluminiumoxide en siliciumnitride het meest gebruikt.
Keramiek op basis van siliciumnitride is superieur aan keramiek op basis van aluminiumoxide.
Prestaties en eigenschappen van keramisch gereedschap
Hoge hardheid en goede slijtvastheid
Hoewel de hardheid van keramische gereedschappen niet zo hoog is als die van PCD en PCBN, is deze veel hoger dan die van harde legeringen en gereedschappen van hogesnelheidsstaal, tot 93-95 HRA.
Keramische gereedschappen kunnen materialen met een hoge hardheid bewerken die moeilijk te bewerken zijn met traditionele gereedschappen en zijn geschikt voor hogesnelheidssnijden en hard snijden.
Bestand tegen hoge temperaturen en hittebestendigheid
Keramisch gereedschap kan nog steeds snijden bij temperaturen boven 1200°C.
Keramisch gereedschap heeft goede mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen.
Het Al2O3 keramische gereedschap heeft een uitstekende weerstand tegen oxidatie en de snijkant kan continu worden gebruikt, zelfs in gloeiend hete toestand.
Daarom kunnen keramische gereedschappen droog snijden, waardoor er geen snijvloeistof nodig is.
Goede chemische stabiliteit
Keramische messen hechten zich niet gemakkelijk aan metaal en hebben een goede corrosiebestendigheid en chemische stabiliteit, wat de slijtage van het gereedschap kan verminderen.
Lage wrijvingscoëfficiënt
Keramische messen hebben een lage affiniteit met metalen en een lage wrijvingscoëfficiënt, waardoor de snijkrachten en snijtemperaturen afnemen.
Keramisch gereedschap
Keramiek is een van de gereedschapsmaterialen die voornamelijk gebruikt worden voor hogesnelheidsafwerking en semi-afwerking.
Keramische frezen zijn geschikt voor het snijden van alle soorten gietijzer (grijs gietijzer, nodulair gietijzer, smeedbaar gietijzer, gekoeld gietijzer, hooggelegeerd slijtvast gietijzer) en staal (koolstof constructiestaal, gelegeerd constructiestaal, hoogsterkte staal, hoog mangaanstaal, gehard staal, enz.) Ze kunnen ook gebruikt worden om koperlegeringen, grafiet, technische kunststoffen en composieten te snijden.
Keramische gereedschapsmaterialen hebben een lage buigsterkte en een slechte slagvastheid en zijn niet geschikt om te snijden bij lage snelheden en schokbelasting.
Het coaten van het gereedschap is een van de belangrijkste manieren om de prestaties van gereedschap te verbeteren.
De opkomst van gecoat gereedschap heeft een belangrijke doorbraak bereikt in de snijprestaties van gereedschap.
Een gecoat gereedschap is gecoat met een of meer lagen van een vuurvaste samenstelling met een goede slijtvastheid op een taaier gereedschaplichaam. Dit combineert de basis van het gereedschap met een harde coating om de prestaties van het gereedschap te maximaliseren.
Gecoat gereedschap kan de bewerkingsefficiëntie verhogen, de bewerkingsnauwkeurigheid verbeteren, de standtijd verlengen en de bewerkingskosten verlagen.
Ongeveer 80% van de snijgereedschappen gebruikt in nieuwe CNC-machine gereedschappen gecoat gereedschap gebruiken.
Gecoat gereedschap zal in de toekomst het belangrijkste gereedschap worden op het gebied van CNC-verspaning.
Type gecoat gereedschap
Volgens de coatingmethode:
Gecoate gereedschappen kunnen worden onderverdeeld in gereedschappen met een chemische dampdepositie (CVD) coating en gereedschappen met een fysische dampdepositie (PVD) coating.
Gereedschappen van gecoat gecementeerd hardmetaal worden over het algemeen gecoat met behulp van chemische dampdepositie met een depositietemperatuur van rond de 1000 °C.
Gereedschappen van gecoat hogesnelheidsstaal maken over het algemeen gebruik van de fysische dampdepositiemethode en de depositietemperatuur is ongeveer 500°C.
Volgens het verschil van het basismateriaal van het coatinggereedschap:
Gecoate gereedschappen kunnen onderverdeeld worden in gecoate hardmetalen gereedschappen, gecoate hogesnelheidsstalen gereedschappen en gecoate gereedschappen op keramische en superharde materialen (diamant en kubusboriumnitride).
Afhankelijk van de aard van het coatingmateriaal:
Gecoate gereedschappen kunnen verdeeld worden in twee grote categorieën, namelijk "harde" gecoate gereedschappen en "zachte" gecoate gereedschappen.
Het belangrijkste doel van "harde" gecoate gereedschappen is een hoge hardheid en slijtvastheid. Hun belangrijkste voordelen zijn een hoge hardheid en een goede slijtvastheid, meestal TiC en TiN coatings.
Het doel van "zachte" gecoate gereedschappen is een lage wrijvingscoëfficiënt, ook wel zelfsmerende gereedschappen genoemd. Hun wrijvingscoëfficiënt met het werkstukmateriaal is zeer laag, slechts ongeveer 0,1, wat de hechting, wrijving, snijkracht en snijtemperatuur kan verminderen.
Onlangs zijn er nanoeetgereedschappen ontwikkeld.
Dit gecoate gereedschap kan gebruikt worden in verschillende combinaties van coatingmaterialen (zoals metaal/metaal, metaal/keramiek, keramiek/keramiek, etc.) om te voldoen aan verschillende functionele en prestatievereisten.
De goed ontworpen nanocoating zorgt ervoor dat het gereedschapmateriaal uitstekende wrijvings- en slijtagewerende eigenschappen heeft, waardoor het geschikt is voor droog snijden met hoge snelheid.
Kenmerken van coatinggereedschap
Goede mechanica en snijprestaties
Het gecoate gereedschap combineert de uitstekende eigenschappen van het basismateriaal en het coatingmateriaal om de goede taaiheid en hoge sterkte van het substraat te behouden, evenals de hoge hardheid, hoge slijtvastheid en lage wrijvingscoëfficiënt van de coating.
Daardoor kunnen gecoate gereedschappen meer dan twee keer zo snel snijden als ongecoate gereedschappen en zijn hogere voedingssnelheden mogelijk.
De levensduur van gecoat gereedschap is ook verbeterd.
Sterke veelzijdigheid
Gecoate gereedschappen zijn zeer veelzijdig en kunnen veel verschillende bewerkingen uitvoeren, en een gecoat gereedschap kan worden gebruikt in plaats van verschillende niet-gecoate gereedschappen.
Laagdikte
De standtijd neemt toe naarmate de dikte van de coating toeneemt.
Als de laagdikte verzadigd is, neemt de standtijd echter niet meer significant toe.
Als de coating te dik is, kan deze gemakkelijk afschilferen en als de coating te dun is, is de slijtvastheid slecht.
Regrind
Het gecoate blad heeft een slechte naslijping, gecompliceerde coatingapparatuur, hoge procesvereisten en een lange coatingtijd.
Coatingmateriaal
Snijgereedschappen met verschillende coatingmaterialen hebben verschillende snijprestaties.
TiC coatings hebben bijvoorbeeld een voordeel bij het snijden op lage snelheden en TiN is geschikt voor het snijden op hoge snelheid.
Toepassing van gecoat gereedschap
Gecoat gereedschap heeft een groot potentieel op het gebied van CNC-verspaning en zal in de toekomst het belangrijkste gereedschap op het gebied van CNC-verspaning worden.
Coatingtechnologie is toegepast op frezen, ruimers, boren en gereedschappen voor het bewerken van samengestelde gaten, tandwiel kookplaten, rondsnijders, schaafsnijders, vormbeitels en verschillende indexeerbare inzetstukken voor machine-inzetstukken.
Hij voldoet aan de vereisten voor het met hoge snelheid bewerken van diverse staalsoorten en gietijzer, hittebestendige legeringen en non-ferrometalen.
Hardmetalen gereedschappen, vooral indexeerbare hardmetalen gereedschappen, zijn de belangrijkste producten voor CNC-bewerkingsgereedschappen.
Sinds de jaren 1980 zijn verschillende soorten integrale en indexeerbare hardmetalen gereedschappen of wisselplaten op verschillende gebieden van snijgereedschap toegepast.
Onder hen zijn indexeerbare hardmetalen gereedschappen uitgebreid van eenvoudige draaigereedschappen en gezicht frezen frezen tot diverse precisie-, complexe en vormgereedschappen.
Type hardmetalen gereedschap
Op basis van de belangrijkste chemische samenstelling kan gecementeerde carbide worden onderverdeeld in een harde legering op basis van wolfraamcarbide en een harde legering op basis van koolstof (titaniumnitride) (TiC(N)).
Gecementeerde hardmetalen op basis van wolfraamcarbide zijn onder andere wolfraamkobalt (YG), wolfraamkobalttitaan (YT) en zeldzame carbiden (YW), die elk voor- en nadelen hebben.
De belangrijkste componenten zijn wolfraamcarbide (WC), titaancarbide (TiC), tantaalcarbide (TaC), niobiumcarbide (NbC), enz. en de meest gebruikte metaalbindingsfase is Co.
De koolstof (stikstof) gecementeerde carbide op basis van titaan is een harde legering met TiC als hoofdbestanddeel (waaraan soms andere carbiden of nitriden zijn toegevoegd) en de vaak gebruikte metaalbindingsfasen zijn Mo en Ni.
De Internationale Organisatie voor Standaardisatie (ISO) deelt snijcarbiden in drie categorieën in:
Klasse K, inclusief K10 tot K40, komt overeen met de YG-klasse van China (het hoofdbestanddeel is WC.Co).
Klasse P, inclusief P01 tot P50, is gelijkwaardig aan YT in China (het hoofdbestanddeel is WC.TiC.Co).
Klasse M, inclusief M10 tot M40, is gelijkwaardig aan YW in China (het hoofdbestanddeel is WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Elke rang vertegenwoordigt een reeks legeringen van hoge hardheid tot maximale taaiheid, met nummers tussen 01 en 50, respectievelijk.
Prestatiekenmerken van gecementeerd hardmetalen gereedschap
Hoge hardheid
Hardmetalen gereedschap wordt gemaakt door poedermetallurgie van hardmetalen met een hoge hardheid en smeltpunten (de zogenaamde harde fase) en metalen bindmiddelen (de zogenaamde gebonden fasen).
Hun hardheid is 89-93 HRA, veel hoger dan hogesnelheidsstaal.
Bij 540°C bereikt de hardheid nog steeds 82-87 HRA.
Bij kamertemperatuur is de hardheidswaarde hetzelfde als die van hogesnelheidsstaal (83~86 HRA).
De hardheidswaarde van gecementeerd carbide varieert met de aard, hoeveelheid, deeltjesgrootte en inhoud van de metaalgebonden fase van het carbide en neemt over het algemeen af naarmate de inhoud van de metaalgebonden fase toeneemt.
Wanneer het gehalte van de bindmiddelfase gelijk is, is de hardheid van de YT-legering hoger dan die van de YG-legering.
De legering waaraan TaC (NbC) is toegevoegd heeft een hoge temperatuurhardheid.
Buigsterkte en taaiheid
De buigsterkte van veelgebruikte gecementeerde carbiden ligt in het bereik van 900~1500 MPa.
Hoe hoger het gehalte van de metaalbindingsfase, hoe hoger de buigsterkte.
Als het bindmiddelgehalte gelijk is, is de sterkte van de legering op basis van YG (WC-Co) hoger dan die van de legering op basis van YT (WC-TiC-Co) en neemt de sterkte af naarmate het TiC-gehalte toeneemt.
Gecementeerd carbide is een bros materiaal en de slagvastheid is slechts 1/30~1/8 van die van hogesnelheidsstaal bij kamertemperatuur.
Toepassingen van veelgebruikte hardmetalen gereedschappen
YG-legeringen worden voornamelijk gebruikt om gietijzer, non-ferrometalen en niet-metalen te verwerken.
Fijnkorrelige harde legeringen (zoals YG3X, YG6X) hebben een hogere hardheid en slijtvastheid dan mediumkorrelige legeringen wanneer het kobaltgehalte hetzelfde is. Ze zijn geschikt voor het bewerken van speciaal hard gietijzer, austenitisch roestvast staal, hittebestendige legeringen, titaanlegeringen, hard brons en slijtvaste isolatiematerialen.
De opmerkelijke voordelen van gecementeerde carbiden van het YT-type zijn hoge hardheid, goede hittebestendigheid, hoge hardheid en druksterkte bij hoge temperaturen, hogere weerstand tegen YG en betere oxidatiebestendigheid.
Als het gereedschap een hoge hittebestendigheid en slijtvastheid vereist, moet daarom een soort met een hoog TiC-gehalte worden gekozen.
YT-legeringen zijn geschikt voor het verwerken van stalen materialen, maar niet voor het verwerken van titaanlegeringen en silicium. aluminiumlegeringen.
YW legeringen hebben de eigenschappen van YG en YT legeringen en hebben goede uitgebreide eigenschappen. Ze kunnen worden gebruikt voor het verwerken van stalen materialen en voor het verwerken van gietijzer en non-ferrometalen.
Dergelijke legeringen kunnen, als het kobaltgehalte op de juiste manier wordt toegevoegd, worden gebruikt bij hoge sterkte en voor ruw en onderbroken snijden van verschillende moeilijk te bewerken materialen.
High Speed Steel (HSS) is een hooggelegeerd gereedschapsstaal met meer legeringselementen zoals W, Mo, Cr en V.
Snijkanten van snelstaal hebben uitstekende eigenschappen op het gebied van sterkte, taaiheid en afwerking.
Bij complexe gereedschappen, vooral voor de productie van gatensnijders, frezen, draadsnijders, broches, snijgereedschappen en andere bladvormige complexe gereedschappen, domineert het hogesnelheidsstaal nog steeds.
Gereedschap van hogesnelheidsstaal is gemakkelijk om scherpe snijkanten te slijpen.
Hogesnelheidsstaal kan worden ingedeeld in universeel hogesnelheidsstaal en hoogwaardig hogesnelheidsstaal, afhankelijk van de toepassing.
Universeel snelstaal frees
Universeel sneldraaistaal kan worden onderverdeeld in twee soorten: wolfraamstaal en wolfraam-molybdeenstaal.
Dit type hogesnelheidsstaal bevat 0,7% tot 0,9% koolstof (C).
Afhankelijk van de hoeveelheid wolfraam in het staal, kan het worden onderverdeeld in wolfraamstaal met 12% of 18% wolfraam.
Een wolfraam-molybdeenstaal met 6% of 8% wolfraam, en een molybdeenstaal met 2% wolfraam of geen wolfraam.
Universeel hogesnelheidsstaal heeft een bepaalde hardheid (63-66 HRC) en slijtvastheid, hoge sterkte en taaiheid, goede plasticiteit en verwerkingstechnologie.
Daarom wordt het veel gebruikt bij de productie van verschillende complexe gereedschappen.
Wolfraamstaal
De algemene kwaliteit van wolfraamstaal voor high-speed staal is W18Cr4V (aangeduid als W18), die goede uitgebreide prestaties heeft. De hardheid bij hoge temperatuur is 48,5HRC bij 600 °C en kan worden gebruikt om een verscheidenheid aan complexe gereedschappen te maken. Het heeft de voordelen van goede slijpbaarheid en lage ontkoling gevoeligheid. Door het hoge carbidegehalte is de verdeling echter minder uniform, zijn de deeltjes groter en zijn de sterkte en taaiheid niet hoog.
Wolfraamcarbide staal
Het verwijst naar een hogesnelheidsstaal dat wordt verkregen door een deel van het wolfraam in wolfraamstaal te vervangen door molybdeen.
De typische kwaliteit van wolfraam-molybdeenstaal is W6Mo5Cr4V2 (aangeduid als M2).
De carbidedeeltjes van M2 zijn fijn en uniform en de sterkte, taaiheid en plasticiteit bij hoge temperatuur zijn beter dan W18Cr4V.
Een ander type wolfraam-molybdeenstaal is W9Mo3Cr4V (W9 genoemd). De thermische stabiliteit is iets hoger dan die van M2 staal, en de buigsterkte en taaiheid zijn beter dan W6Mo5Cr4V2, en het heeft een goede bewerkbaarheid.
Hoogwaardige snijkop van snelstaal
Hoogwaardig hogesnelheidsstaal verwijst naar een nieuwe staalsoort die een aantal eigenschappen toevoegt aan het staal. koolstofgehalte, vanadiumgehalte en legeringselementen zoals Co en Al aan de component van het algemene hogesnelheidsstaal, waardoor de hittebestendigheid en slijtvastheid worden verbeterd.
Er zijn voornamelijk de volgende hoofdcategorieën:
Koolstofrijk snelstaal
High-carbon snelstaal (zoals 95W18Cr4V), hoge hardheid bij kamertemperatuur en hoge temperatuur, geschikt voor de vervaardiging van gewoon staal en gietijzer, boren met hoge slijtvastheid, ruimer, tap en frees, of gereedschappen voor het verwerken van harde materialen. Niet geschikt voor grote schokken.
Hoog vanadium snelstaal
Typische kwaliteiten, zoals W12Cr4V4Mo (afgekort EV4), verhogen V tot 3% tot 5%.
Het heeft een goede slijtvastheid en is geschikt voor het snijden van materialen met grote slijtage op het gereedschap, zoals vezels, hard rubber, plastic, enz. Het kan ook gebruikt worden voor het bewerken van roestvrij staal, hoogsterkte staal en hoge temperatuur legeringen.
Kobalt snelstaal
Het is een super hogesnelheidsstaal dat kobalt bevat, met een typische kwaliteit zoals W2Mo9Cr4VCo8 (aangeduid als M42).
Het heeft een hoge hardheid van 69-70 HRC en is geschikt voor het bewerken van moeilijk te bewerken materialen, zoals hittebestendig staal met hoge sterkte, legeringen op hoge temperatuur en titaniumlegering.
M42 is zeer goed slijpbaar en geschikt voor het maken van complexe gereedschappen, maar het is niet geschikt voor het werken onder omstandigheden van impactsnijden.
Aluminium snelstaal
Het is een soort aluminium super hard hoge snelheidsstaal, typische rang, zoals W6Mo5Cr4V2Al, (afkorting 501).
De hardheid bij hoge temperatuur op 6000C bereikt ook 54HRC en de snijprestaties zijn gelijkwaardig aan M42.
Geschikt voor de productie van frezen, boren, ruimers, tandwielfrezen, broaches, enz. voor verwerking gelegeerd staalroestvrij staal, staal met hoge sterkte en legeringen voor hoge temperaturen.
Stikstof superhard snelstaal
Typische kwaliteiten zoals W12M03Cr4V3N, waarnaar wordt verwezen als (V3N), zijn stikstofhoudend superhard hogesnelheidsstaal.
Hardheid, sterkte en taaiheid zijn vergelijkbaar met die van M42.
Het kan gebruikt worden als vervanger voor kobalthoudend hogesnelheidsstaal voor het met lage snelheid snijden van moeilijk te bewerken materialen en voor het met hoge precisie verspanen met lage snelheid.
Smelten van snelstaal en poedermetallurgie van snelstaal
Volgens verschillende productieprocessen kan snelstaal worden onderverdeeld in smeltend snelstaal en poedermetallurgie snelstaal.
Smelting snelstaal
Zowel gewoon hogesnelheidsstaal als hoogwaardig hogesnelheidsstaal wordt gemaakt met behulp van een smeltmethode.
Ze worden verwerkt tot gereedschap via processen zoals smelten, ingot gieten en walsen.
Een ernstig probleem dat zich kan voordoen bij het smelten van hogesnelheidsstaal is ontmenging van carbide. Harde en brosse carbiden zijn ongelijk verdeeld in hogesnelheidsstaal en hebben grove korrels (tot enkele tientallen microns), wat de slijtvastheid, taaiheid en snijprestaties van hogesnelheidsgereedschappen negatief beïnvloedt.
Poedermetallurgie snelstaal (PM HSS)
Poedermetallurgie hogesnelheidsstaal (PM HSS) is gesmolten staal uit een hoogfrequente inductieoven en verneveld door hoge-druk argon of zuivere stikstof. Het wordt dan afgekoeld om een fijne en uniforme kristalstructuur te verkrijgen (poeder van hogesnelheidsstaal). Het verkregen poeder wordt vervolgens onder hoge temperatuur en hoge druk tot een blank blad geperst, of eerst gevormd tot een staalplaat en vervolgens gesmeed en gewalst tot een vorm voor gereedschap.
Vergeleken met hogesnelheidsstaal dat geproduceerd is met de smeltmethode, heeft PM HSS de voordelen van fijne en uniforme carbidekorrels en een verbeterde sterkte, taaiheid en slijtvastheid.
Op het gebied van complexe CNC gereedschappen zullen PM HSS gereedschappen een steeds belangrijkere rol spelen. Typische kwaliteiten zijn F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, enz.
Je kunt er groot, zwaar en slagvast gereedschap en precisiegereedschap mee maken.
Momenteel zijn de meest gebruikte CNC gereedschapsmaterialen diamantgereedschappen, kubusvormige boornitride gereedschappen, keramische gereedschappen, gecoate gereedschappen, hardmetalen gereedschappen en gereedschappen van hogesnelheidsstaal.
Het totale aantal gereedschapsmaterialen is groot en hun prestaties variëren sterk. De belangrijkste prestatie-indicatoren van de verschillende gereedschapsmaterialen zijn als volgt:
| Soorten | Dichtheid g/cm2 | Hittebestendig ℃ | Hardheid | Buigen sterkte Mpa | Thermisch geleidbaarheid w/(m.K） | Thermische uitzettingscoëfficiënt ×10-5/℃ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Polykristallijne diamant | 3.47-3.56 | 700-800 | ＞9000HV | 600-1100 | 210 | 3.1 | |
| Polykristallijn kubisch boorcarbide | 3.44-3.49 | 1300-1500 | 4500HV | 500-800 | 130 | 4.7 | |
| Keramisch mes | 3.1-5.0 | ＞1200 | 91-95HRA | 700-1500 | 15.0-38.0 | 7.0-9.0 | |
| Gecementeerd carbide | Wolfraam kobalt | 14.0-15.5 | 800 | 89-91,5HRA | 1000-2350 | 74.5-87.9 | 3-7.5 |
| Wolfraam kobalt titanium | 9.0-14.0 | 900 | 89-92.5HRA | 800-1800 | 20.9-62.8 | ||
| Algemene legering | 12.0-14.0 | 1000-1100 | ~92,5HRA | / | / | ||
| Legering op basis van TiC | 5.0-7.0 | 1100 | 92-93.5HRA | 1150-1350 | / | 8.2 | |
| Snelstaal | 8.0-8.8 | 600-700 | 62-70HRC | 2000-4500 | 15.0-30.0 | 8-12 | |
Snijgereedschappen voor CNC-verspaning moeten gekozen worden op basis van het te bewerken werkstuk en de aard van het proces.
De keuze van het materiaal van het snijgereedschap moet goed afgestemd zijn op het te bewerken object. Het afstemmen van het materiaal van het snijgereedschap op het te bewerken object heeft voornamelijk betrekking op het afstemmen van de mechanische eigenschappen, fysische eigenschappen en chemische eigenschappen van de twee om de langste levensduur van het gereedschap en de maximale productiviteit van de snijbewerking te verkrijgen.
Het probleem van de afstemming van mechanische eigenschappen tussen het snijgereedschap en het bewerkte object heeft voornamelijk betrekking op mechanische eigendomsparameters zoals sterkte, taaiheid en hardheid van het gereedschap en het materiaal van het werkstuk.
Gereedschapsmaterialen met verschillende mechanische eigenschappen zijn geschikt voor het bewerken van werkstukmaterialen.
De hardheidsvolgorde van het gereedschapmateriaal is als volgt: diamantgereedschap > kubisch boornitride gereedschap > keramisch gereedschap > harde legering > hogesnelheidsstaal.
De volgorde van de buigsterkte van het gereedschapmateriaal is als volgt: hogesnelheidsstaal > harde legering > keramisch gereedschap > diamant en kubisch boornitride gereedschap.
De volgorde van taaiheid van het gereedschapmateriaal is als volgt: hogesnelheidsstaal > harde legering > kubisch boornitride, diamant en keramisch gereedschap.
Werkstukmaterialen met een hoge hardheid moeten bewerkt worden met gereedschappen met een hogere hardheid. De hardheid van het gereedschapmateriaal moet hoger zijn dan de hardheid van het werkstukmateriaal, over het algemeen hoger dan 60 HRC. Hoe hoger de hardheid van het gereedschapmateriaal, hoe beter de slijtvastheid.
Wanneer bijvoorbeeld de hoeveelheid kobalt in het gecementeerde carbide toeneemt, nemen de sterkte en taaiheid toe, neemt de hardheid af en is het geschikt voor ruwe bewerking. Als de hoeveelheid kobalt afneemt, nemen de hardheid en slijtvastheid toe en is het geschikt voor nabewerking.
Gereedschappen met uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen zijn bijzonder geschikt voor hogesnelheidsbewerkingen. De uitstekende prestaties bij hoge temperaturen van keramische gereedschappen maken het mogelijk om met hoge snelheden te snijden, waardoor snijsnelheden 2-10 keer hoger liggen dan bij gecementeerde hardmetalen.
Gereedschappen met verschillende fysische eigenschappen, zoals gereedschappen van hogesnelheidsstaal met een hoge thermische geleidbaarheid en een laag smeltpunt, keramische gereedschappen met een hoog smeltpunt en een lage thermische uitzetting en diamantgereedschappen met een hoge thermische geleidbaarheid en een lage thermische uitzetting, zijn geschikt voor het bewerken van werkstukmaterialen.
Bij het bewerken van een werkstuk met een slecht warmtegeleidingsvermogen moet een gereedschapmateriaal met een beter warmtegeleidingsvermogen worden gebruikt, zodat de snijdwarmte snel kan worden overgedragen om de snijtemperatuur te verlagen.
Door de hoge thermische geleidbaarheid en thermische diffusie van diamant wordt de snijwarmte gemakkelijk afgevoerd en veroorzaakt het geen grote thermische vervorming. Dit is vooral belangrijk voor precisiebewerkingsgereedschappen met een hoge maatnauwkeurigheid.
Hittebestendigheidstemperatuur van verschillende gereedschapsmaterialen:
700~8000C voor diamantgereedschappen, 13000~15000C voor PCBN-gereedschappen, 1100~12000C voor keramische gereedschappen, 900~11000C voor harde legeringen op basis van TiC(N), WC-gebaseerde ultrafijne korrelharde De kwaliteit van de legering is 800 tot 9000 C, en de HSS is 600 tot 7000 C.
Warmtegeleidingsreeks van verschillende gereedschapsmaterialen:
PCD>PCBN>WC-gebaseerd gecementeerd carbide>TiC(N)-gebaseerd gecementeerd carbide>HSS>Si3N4-gebaseerd keramiek>A1203-gebaseerd keramiek.
De volgorde van de thermische uitzettingscoëfficiënt van verschillende gereedschapsmaterialen is:
HSS>WC-gebaseerde gecementeerde carbide>TiC(N)> A1203-gebaseerde keramiek>PCBN>Si3N4-gebaseerde keramiek>PCD.
De volgorde van thermische schokbestendigheid van verschillende gereedschapsmaterialen is:
HSS>WC op basis van gecementeerd carbide>Si3N4 op basis van keramiek>PCBN>PCD>TiC(N) op basis van gecementeerd carbide>A1203 op basis van keramiek.
Het afstemmen van de chemische eigenschappen van het materiaal van het snijgereedschap op het te bewerken object heeft voornamelijk betrekking op het afstemmen van de chemische eigenschappen van het materiaal van het gereedschap op de chemische affiniteit, chemische reactie, diffusie en oplossing van het materiaal van het werkstuk.
Gereedschappen met verschillende materialen zijn geschikt voor het bewerken van verschillende werkstukmaterialen.
De antikleeftemperatuur van verschillende gereedschapsmaterialen (en staal) is:
PCBN>keramisch>harde legering>HSS.
De oxidatietemperatuur van verschillende gereedschapsmaterialen is:
keramiek>PCBN>harde legering>diamant>HSS.
De diffusiesterkte van verschillende gereedschapsmaterialen (voor staal) is:
diamant > keramiek op basis van Si3N4 > PCBN > keramiek op basis van A1203.
De diffusiesterkte (voor titanium) is:
Keramiek op A1203-basis > PCBN > SiC > Si3N4 > diamant.
In het algemeen zijn PCBN, keramische gereedschappen, hardmetaal met coating en hardmetalen gereedschappen op TiCN-basis geschikt voor CNC-bewerking van ferrometalen zoals staal.
PCD-gereedschappen zijn geschikt voor het bewerken van non-ferromaterialen zoals Al, Mg, Cu, legeringen en niet-metalen materialen.
In tabel 2 staan enkele werkstukmaterialen die geschikt zijn voor bewerking met de bovenstaande gereedschapsmaterialen.
| Snijgereedschap | Hoog hardheid staal | Warmte bestendig legering | Titanium legering | Nikkel gebaseerd op superlegering | Giet ijzer | Puur staal | Hoog silicium aluminium legering | FRP composiet materiaal |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PCD | × | × | ◎ | × | × | × | ◎ | ◎ |
| PCBN | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ● | ● | |
| Keramisch mes | ◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ● | × | × |
| Laag gecementeerd carbide | ○ | ◎ | ◎ | ● | ◎ | ◎ | ● | ● |
| Harde legering op basis van TiCN | ● | × | × | × | ◎ | ● | × | × |
Opmerking:
Uitstekend
○ - Goed
● - OK
× - Slecht
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO