Você já se perguntou por que suas ferramentas de usinagem se desgastam tão rapidamente? Este artigo se aprofunda nas propriedades essenciais e nos tipos de materiais de ferramentas de corte, explicando como os avanços em dureza, tenacidade e resistência ao calor podem aumentar a vida útil da ferramenta e a eficiência da usinagem. Descubra as características e as aplicações das ferramentas de diamante, nitreto cúbico de boro, cerâmica, revestidas, metal duro e aço rápido. Ao final, você entenderá como a escolha do material certo pode afetar significativamente suas operações de usinagem.
Os equipamentos de processamento avançado e as ferramentas CNC de alto desempenho podem utilizar totalmente o desempenho devido e obter bons benefícios econômicos.
Com o rápido desenvolvimento dos materiais para ferramentas, as propriedades físicas e mecânicas e o desempenho de corte de vários novos materiais para ferramentas foram bastante aprimorados, e a gama de aplicações tem se expandido continuamente.
A seleção dos materiais da ferramenta de corte influencia significativamente a vida útil da ferramenta, a eficiência da usinagem, a qualidade e os custos. Durante as operações de corte, as ferramentas são submetidas a condições extremas, incluindo alta pressão, temperaturas elevadas, atrito, choque e vibração. Consequentemente, os materiais das ferramentas de corte devem ter as seguintes propriedades essenciais:
(1) Dureza e resistência ao desgaste
A dureza do material da ferramenta de corte deve exceder a do material da peça, normalmente exigindo um mínimo de 60 HRC (escala Rockwell C). Em geral, uma dureza maior está relacionada a uma maior resistência ao desgaste. Entretanto, é fundamental equilibrar a dureza com outras propriedades para evitar a fragilidade.
(2) Força e resistência
Os materiais das ferramentas de corte devem apresentar alta resistência e tenacidade para suportar as forças de corte, os choques e as vibrações. Essa combinação de propriedades ajuda a evitar a fratura frágil e o lascamento da borda da ferramenta, garantindo um desempenho consistente e uma vida útil prolongada da ferramenta. O equilíbrio ideal entre resistência e tenacidade varia de acordo com a aplicação específica de usinagem.
(3) Resistência ao calor
Uma boa resistência ao calor é essencial para que os materiais das ferramentas de corte mantenham suas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas encontradas durante a usinagem. Isso inclui:
(4) Processabilidade e viabilidade econômica
O material da ferramenta deve ter características favoráveis para fabricação e manutenção, incluindo:
Além disso, o material deve oferecer uma alta relação entre desempenho e preço, equilibrando as propriedades de corte superiores com a relação custo-benefício para a aplicação pretendida.
(5) Estabilidade química
O material da ferramenta deve resistir às reações químicas com o material da peça e os fluidos de corte, evitando a degradação prematura da ferramenta e garantindo uma qualidade de usinagem consistente.
(6) Condutividade térmica
A condutividade térmica adequada ajuda a dissipar o calor da zona de corte, reduzindo as tensões térmicas na ferramenta e na peça de trabalho e, possivelmente, permitindo velocidades de corte mais altas.
O diamante é um isômero do carbono, o material mais duro já encontrado na natureza.
As ferramentas de corte de diamante têm alta dureza, alta resistência ao desgaste e alta condutividade térmica, e são amplamente utilizadas no processamento de metais não ferrosos e metais não ferrosos.materiais metálicos.
Leitura relacionada: Metais ferrosos versus metais não ferrosos
Especialmente na usinagem de alta velocidade de alumínio e ligas de silício-alumínio, as ferramentas de diamante são as principais tipos de corte ferramentas que são difíceis de substituir. As ferramentas de diamante podem alcançar alta eficiência, alta estabilidade e longa vida útil, e são indispensáveis nos modernos processos de usinagem CNC.
Tipo de cortador de diamante
Cortador de diamante natural
Os diamantes naturais têm sido usados como ferramentas de corte há centenas de anos. A ferramenta de diamante natural de cristal único é finamente retificada, e a borda pode ser afiada com um raio de corte de 0,002 μm. O corte ultrafino permite uma precisão extremamente alta da peça de trabalho e um nível muito baixo de rugosidade da superfície. É uma ferramenta de usinagem de ultraprecisão reconhecida, ideal e insubstituível.
Cortador de diamante PCD
Os diamantes naturais são caros. O diamante amplamente utilizado na usinagem de corte é o diamante policristalino (PCD). Desde o início da década de 1970, o diamante policristalino (lâmina PCD) foi desenvolvido com sucesso, e as ferramentas de diamante natural foram substituídas pelo diamante policristalino sintético.
As matérias-primas de PCD são abundantes, e o preço é apenas alguns décimos a um décimo do preço do diamante natural. As ferramentas de PCD não podem produzir bordas afiadase a qualidade da superfície da peça usinada não é tão boa quanto a do diamante natural.
Atualmente, não é fácil fabricar pastilhas de PCD com quebra-cavacos no setor. Portanto, o PCD só pode ser usado para corte fino de metais não ferrosos e não metálicos, e é difícil obter um corte espelhado de ultraprecisão.
Cortador de diamante CVD
Desde o final da década de 1970 até o início da década de 1980, a tecnologia de diamante CVD surgiu no Japão. O diamante CVD refere-se à síntese de um filme de diamante em um substrato heterogêneo (como carboneto cimentado(CVD), cerâmica, etc.) por deposição de vapor químico (CVD). O diamante CVD tem exatamente a mesma estrutura e as mesmas propriedades do diamante natural.
O desempenho do diamante CVD é muito próximo ao do diamante natural e tem as vantagens do diamante monocristalino natural e do diamante policristalino (PCD) e, até certo ponto, supera suas deficiências.
Características de desempenho da ferramenta de corte de diamante
Dureza e resistência ao desgaste extremamente altas
O diamante natural é a substância mais dura encontrada na natureza. O diamante tem uma resistência muito alta ao desgaste. Na usinagem de materiais de alta dureza, a vida útil das ferramentas de diamante é de 10 a 100 vezes, ou até centenas de vezes, a das ferramentas de metal duro.
Tem um coeficiente de atrito muito baixo
O coeficiente de atrito entre o diamante e alguns metais não ferrosos é menor do que o de outras ferramentas. O baixo coeficiente de atrito resulta em uma menor deformação durante o processamento e em uma força de corte reduzida.
A borda de corte é muito afiada
A borda de corte da ferramenta de diamante pode ser afiada. As ferramentas de diamante de cristal único natural podem atingir uma nitidez de borda de até 0,002~0,008 μm para corte ultrafino e usinagem de ultraprecisão.
Alta condutividade térmica
A condutividade térmica e a difusividade térmica do diamante são altas. Isso permite que o calor de corte seja facilmente dissipado, resultando em uma temperatura de corte mais baixa da ferramenta.
Tem um coeficiente de expansão térmica mais baixo
O diamante tem um coeficiente de expansão térmica que é várias vezes menor do que o do metal duro. A pequena mudança no tamanho da ferramenta causada pelo calor do corte é especialmente importante para a usinagem de precisão e ultraprecisão, em que a precisão dimensional é fundamental.
Aplicação de ferramentas de diamante
As ferramentas de diamante são usadas principalmente para corte fino e mandrilamento de materiais não ferrosos e não metálicos em altas velocidades. Elas são adequadas para o processamento de vários materiais não metálicos resistentes ao desgaste, como blanks de metalurgia do pó de FRP, materiais cerâmicos etc., bem como vários metais não ferrosos resistentes ao desgaste, como várias ligas de silício-alumínio e acabamento de metais não ferrosos.
No entanto, a desvantagem das ferramentas de diamante é sua baixa estabilidade térmica. Quando a temperatura de corte ultrapassa 700°C a 800°C, a dureza do diamante é completamente perdida. Além disso, as ferramentas de diamante não são adequadas para o corte de metais ferrosos, pois o diamante (carbono) pode interagir facilmente com os átomos de ferro em altas temperaturas, convertendo os átomos de carbono em estruturas de grafite, o que pode tornar a ferramenta extremamente frágil.
O segundo material superduro, o nitreto cúbico de boro (CBN), sintetizado por um método semelhante ao método de fabricação do diamante, fica atrás apenas do diamante em termos de dureza e condutividade térmica.
Ele tem excelente estabilidade térmica e não oxida quando aquecido a 10.000 ℃ em uma atmosfera.
O CBN tem propriedades químicas extremamente estáveis para metais ferrosos e pode ser amplamente utilizado no processamento de produtos de aço.
Tipo de ferramenta de nitreto cúbico de boro
O nitreto cúbico de boro (CBN) é uma substância que não existe na natureza.
Há dois tipos: monocristalino e policristalino, ou seja, CBN monocristalino e nitreto de boro cúbico policristalino (PCBN).
O CBN é um dos isômeros do nitreto de boro (BN) e tem uma estrutura semelhante à do diamante.
O PCBN (nitreto de boro cúbico policristalino) é um material policristalino no qual materiais finos de CBN são sinterizados juntos por meio de uma fase de ligação (TiC, TiN, Al, Ti etc.) sob alta temperatura e alta pressão.
Atualmente, é um material de ferramenta que usa dureza sintetizada artificialmente próxima à do diamante.
Ele é chamado coletivamente de material de ferramenta superduro.
O PCBN é usado principalmente para fabricar ferramentas.
As ferramentas de PCBN podem ser divididas em insertos integrais de PCBN e insertos compostos de PCBN sinterizados com metal duro.
A lâmina composta de PCBN é formada pela sinterização de uma camada de PCBN de 0,5 a 1,0 mm de espessura em carboneto cimentado com boa resistência e tenacidade.
Suas propriedades combinam boa tenacidade, alta dureza e resistência ao desgaste.
Ele resolve os problemas de baixa resistência à flexão e dificuldade de soldagem dos insertos de CBN.
Principais propriedades e características do nitreto cúbico de boro
Embora a dureza do nitreto cúbico de boro seja um pouco menor do que a do diamante, ela é muito maior do que a de outros materiais de alta dureza.
A grande vantagem do CBN é que sua estabilidade térmica é muito maior do que a do diamante, até 1200 °C (em comparação com os 700-800 °C do diamante).
Outra grande vantagem é que ele é quimicamente inerte e não reage quimicamente com o ferro a 1200-1300 °C.
As principais características de desempenho do nitreto cúbico de boro são as seguintes:
Alta dureza e resistência ao desgaste
A estrutura cristalina do CBN é semelhante à do diamante e tem dureza e resistência.
O PCBN é particularmente adequado para o processamento de materiais de alta dureza que só podem ser retificados anteriormente, e pode alcançar uma qualidade de superfície superior da peça de trabalho.
Alta estabilidade térmica
A resistência ao calor do CBN pode chegar a 1400 a 1500°C, o que é quase o dobro da resistência ao calor do diamante (700 a 800°C).
As ferramentas de PCBN podem cortar superligas e aços endurecidos em velocidades de 3 a 5 vezes mais rápidas do que as ferramentas de metal duro.
Excelente estabilidade química
Ele não desempenha um papel químico com materiais à base de ferro até 1200-1300 ℃.
Ele não se desgasta tão acentuadamente quanto o diamante, mas ainda mantém a dureza do metal duro.
As ferramentas PCBN são adequadas para o corte de peças de aço endurecido e ferro fundido resfriado, e podem ser amplamente utilizadas para o corte em alta velocidade de ferro fundido.
Possui boa condutividade térmica
Embora a condutividade térmica do CBN não consiga acompanhar a do diamante, a condutividade térmica do PCBN em vários materiais de ferramentas fica atrás apenas do diamante, que é muito maior do que a do aço rápido e do aço de alta velocidade. liga dura.
Tem um coeficiente de atrito menor
Um baixo coeficiente de atrito resulta em forças de corte reduzidas durante o corte, temperaturas de corte reduzidas e melhor qualidade da superfície.
Aplicação de ferramentas de nitreto cúbico de boro
O nitreto cúbico de boro é adequado para o acabamento de materiais difíceis de cortar, como aço temperado, ferro fundido duro, superligas, ligas duras e materiais de pulverização de superfície.
A precisão do processamento pode chegar a IT5 (o furo é IT6), e o valor da rugosidade da superfície pode ser tão pequeno quanto Ra 1,25 a 0,20 μm.
O material da ferramenta de nitreto cúbico de boro tem baixa tenacidade e resistência à flexão. Portanto, as ferramentas de torneamento de nitreto cúbico de boro não são adequadas para usinagem de desbaste com baixa velocidade e grande carga de impacto. Além disso, elas não são adequadas para o corte de materiais plásticos (como liga de alumínio, liga de cobre, liga à base de níquel, aço com grande plasticidade etc.) porque o corte desses metais pode causar uma séria formação de arestas, o que pode deteriorar a superfície usinada.
As facas de cerâmica têm as características de alta dureza, boa resistência ao desgaste, excelente resistência ao calor e estabilidade química, e não são fáceis de se unir a metais.
As ferramentas de cerâmica desempenham um papel importante na usinagem CNC e se tornaram uma das principais ferramentas para corte de alta velocidade e materiais difíceis de usinar.
As ferramentas de cerâmica são amplamente utilizadas para corte em alta velocidade, corte a seco, corte duro e usinagem de materiais difíceis de usinar.
As facas de cerâmica podem processar com eficiência materiais de alta dureza que as facas tradicionais não conseguem processar e obter "fresagem substituindo a retificação".
A velocidade de corte ideal das ferramentas de cerâmica pode ser de 2 a 10 vezes maior do que a das ferramentas de metal duro, o que melhora muito a eficiência da produção de corte.
A principal matéria-prima usada em materiais de ferramentas de cerâmica é o elemento mais abundante na crosta terrestre. Portanto, a promoção e a aplicação de ferramentas de cerâmica são de grande importância para melhorar a produtividade, reduzir os custos de processamento e economizar metais preciosos estratégicos. Isso promoverá muito o avanço da tecnologia de corte.
Tipos de materiais de ferramentas de cerâmica
Os tipos de materiais de ferramentas de cerâmica podem ser divididos em três categorias: cerâmica à base de alumina, cerâmica à base de nitreto de silício e cerâmica composta à base de nitreto de silício e alumina.
Entre eles, os materiais de ferramentas de cerâmica à base de alumina e nitreto de silício são os mais usados.
As cerâmicas à base de nitreto de silício são superiores às cerâmicas à base de alumina.
Desempenho e características da ferramenta de cerâmica
Alta dureza e boa resistência ao desgaste
Embora a dureza das ferramentas de cerâmica não seja tão alta quanto a do PCD e do PCBN, ela é muito maior do que a das ligas duras e das ferramentas de aço rápido, chegando a 93-95 HRA.
As ferramentas de cerâmica podem processar materiais de alta dureza que são difíceis de usinar com ferramentas tradicionais e são adequadas para corte de alta velocidade e corte duro.
Resistência a altas temperaturas e ao calor
As ferramentas de cerâmica ainda podem cortar em temperaturas acima de 1200°C.
As ferramentas de cerâmica têm boas propriedades mecânicas em altas temperaturas.
A ferramenta de cerâmica Al2O3 tem excelente resistência à oxidação, e a borda de corte pode ser usada continuamente, mesmo em estado de brasa.
Portanto, as ferramentas de cerâmica podem realizar cortes a seco, eliminando a necessidade de fluido de corte.
Boa estabilidade química
As facas de cerâmica não são fáceis de colar com o metal e têm boa resistência à corrosão e estabilidade química, o que pode reduzir o desgaste de colagem da ferramenta.
Baixo coeficiente de atrito
As facas de cerâmica têm baixa afinidade com metais e baixo coeficiente de atrito, o que reduz as forças de corte e as temperaturas de corte.
Aplicação de ferramentas de cerâmica
A cerâmica é um dos materiais de ferramenta usados principalmente para acabamento e semiacabamento de alta velocidade.
As fresas de cerâmica são adequadas para cortar todos os tipos de ferro fundido (ferro fundido cinzento, ferro dúctil, ferro fundido maleável, ferro fundido resfriado, ferro fundido de alta liga resistente ao desgaste) e aço (aço estrutural de carbono, aço estrutural de liga), aço de alta resistênciaaço com alto teor de manganês, aço temperado, etc.). Eles também podem ser usados para cortar ligas de cobre, grafite, plásticos de engenharia e compostos.
O desempenho dos materiais de ferramentas de cerâmica tem baixa resistência à flexão e baixa resistência ao impacto, e eles não são adequados para o corte sob baixa velocidade e carga de impacto.
O revestimento da ferramenta é uma das maneiras importantes de melhorar o desempenho da ferramenta.
O surgimento de ferramentas revestidas fez um grande avanço no desempenho de corte de ferramentas.
Uma ferramenta revestida é revestida com uma ou mais camadas de um composto refratário com boa resistência ao desgaste em um corpo de ferramenta mais resistente. Isso combina a base da ferramenta com um revestimento duro para maximizar o desempenho da ferramenta.
As ferramentas revestidas podem aumentar a eficiência da usinagem, aumentar a precisão da usinagem, aumentar a vida útil da ferramenta e reduzir os custos de usinagem.
Cerca de 80% das ferramentas de corte usadas em novos Máquina CNC ferramentas usam ferramentas revestidas.
As ferramentas revestidas serão a ferramenta mais importante no campo da usinagem CNC no futuro.
Tipo de ferramenta revestida
De acordo com o método de revestimento:
As ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas revestidas por deposição química de vapor (CVD) e ferramentas revestidas por deposição física de vapor (PVD).
As ferramentas de metal duro revestidas são geralmente revestidas usando o método de deposição de vapor químico com uma temperatura de deposição de cerca de 1.000°C.
As ferramentas revestidas de aço rápido geralmente adotam o método de deposição física de vapor, e a temperatura de deposição é de cerca de 500°C.
De acordo com a diferença do material de base da ferramenta de revestimento:
As ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas revestidas de metal duro, ferramentas revestidas de aço rápido e ferramentas revestidas de materiais cerâmicos e superduros (diamante e nitreto cúbico de boro).
De acordo com a natureza do material de revestimento:
As ferramentas revestidas podem ser divididas em duas grandes categorias: ferramentas com revestimento "duro" e ferramentas com revestimento "macio".
O principal objetivo das ferramentas com revestimento "duro" é a alta dureza e a resistência ao desgaste. Suas principais vantagens são a alta dureza e a boa resistência ao desgaste, geralmente revestimentos de TiC e TiN.
O objetivo das ferramentas com revestimento "macio" é um baixo coeficiente de atrito, também conhecido como ferramentas autolubrificantes. Seu coeficiente de atrito com o material da peça de trabalho é muito baixo, apenas cerca de 0,1, o que pode reduzir a aderência, o atrito, a força de corte e a temperatura de corte.
Recentemente, foram desenvolvidas ferramentas de nanoelementação.
Essa ferramenta revestida pode ser usada em diferentes combinações de materiais de revestimento (como metal/metal, metal/cerâmica, cerâmica/cerâmica etc.) para atender a diferentes requisitos funcionais e de desempenho.
O nano-revestimento bem projetado permite que o material da ferramenta tenha excelentes propriedades antifricção e antidesgaste, tornando-o adequado para corte a seco em alta velocidade.
Recursos da ferramenta de revestimento
Bom desempenho mecânico e de corte
A ferramenta revestida combina as excelentes propriedades do material de base e do material de revestimento para manter a boa tenacidade e a alta resistência do substrato, bem como a alta dureza, a alta resistência ao desgaste e o baixo coeficiente de atrito do revestimento.
Como resultado, as ferramentas revestidas podem cortar mais de duas vezes mais rápido do que as ferramentas não revestidas e permitem taxas de avanço mais altas.
A vida útil das ferramentas revestidas também é melhorada.
Forte versatilidade
As ferramentas revestidas têm uma ampla gama de versatilidade e uma ampla gama de processamento, e uma ferramenta revestida pode ser usada no lugar de várias ferramentas não revestidas.
Espessura do revestimento
A vida útil da ferramenta aumenta à medida que a espessura do revestimento aumenta.
Entretanto, quando a espessura do revestimento está saturada, a vida útil da ferramenta não aumenta mais significativamente.
Quando o revestimento é muito espesso, é fácil causar descascamento, e quando o revestimento é muito fino, a resistência à abrasão é ruim.
Regrind
A lâmina revestida tem uma moagem ruim, equipamento de revestimento complicado, altos requisitos de processo e longo tempo de revestimento.
Material de revestimento
As ferramentas de corte com diferentes materiais de revestimento têm desempenho de corte diferente.
Por exemplo, os revestimentos de TiC têm uma vantagem no corte em baixas velocidades, e o TiN é adequado para o corte em alta velocidade.
Aplicação de ferramentas revestidas
As ferramentas revestidas têm grande potencial no campo da usinagem CNC e serão a ferramenta mais importante no campo da usinagem CNC no futuro.
A tecnologia de revestimento foi aplicada a fresas de topo, alargadores, brocas e ferramentas de usinagem de furos compostos, fogões de engrenagemCortadores de pinhão, cortadores de corte, brochas de formação e vários insertos intercambiáveis para máquinas.
Ele atende às necessidades de usinagem em alta velocidade de vários aços e ferro fundido, ligas resistentes ao calor e metais não ferrosos.
As ferramentas de metal duro, especialmente as ferramentas de metal duro intercambiáveis, são os principais produtos para ferramentas de usinagem CNC.
Desde a década de 1980, vários tipos de ferramentas ou pastilhas de metal duro integrais e indexáveis foram estendidos a vários campos de ferramentas de corte.
Entre elas, as ferramentas de metal duro indexáveis foram expandidas de simples ferramentas de torneamento para fresamento de faceamento cortadores para várias ferramentas de precisão, complexas e de conformação.
Tipo de ferramenta de metal duro
De acordo com a composição química principal, o metal duro pode ser dividido em liga dura à base de carboneto de tungstênio e liga dura à base de carbono (nitreto de titânio) (TiC(N)).
Os carbonetos cimentados à base de carboneto de tungstênio incluem o tungstênio-cobalto (YG), o tungstênio-cobalto-titânio (YT) e os carbonetos raros (YW), cada um com suas vantagens e desvantagens.
Os principais componentes são carbeto de tungstênio (WC), carbeto de titânio (TiC), carbeto de tântalo (TaC), carbeto de nióbio (NbC), etc., e a fase de ligação metálica comumente usada é o Co.
O carboneto cimentado à base de titânio e carbono (nitrogênio) é uma liga dura que contém TiC como componente principal (alguns dos quais são adicionados a outros carbonetos ou nitretos), e as fases de ligação de metal comumente usadas são Mo e Ni.
A Organização Internacional de Padronização (ISO) classifica os metais duros de corte em três categorias:
A classe K, incluindo K10 a K40, é equivalente à classe YG da China (o componente principal é WC.Co).
A classe P, incluindo P01 a P50, é equivalente a YT na China (o componente principal é WC.TiC.Co).
A classe M, incluindo M10 a M40, é equivalente a YW na China (o componente principal é WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Cada grau representa uma série de ligas de alta dureza a máxima tenacidade, com números entre 01 e 50, respectivamente.
Características de desempenho das ferramentas de metal duro
Alta dureza
As ferramentas de metal duro são fabricadas por metalurgia do pó a partir de carbonetos com alta dureza e pontos de fusão (chamados de fase dura) e ligantes metálicos (chamados de fases ligadas).
Sua dureza é de 89-93 HRA, muito superior à do aço rápido.
A 540°C, a dureza ainda atinge 82-87 HRA.
Em temperatura ambiente, o valor da dureza é o mesmo do aço rápido (83~86 HRA).
O valor da dureza do metal duro varia de acordo com a natureza, a quantidade, o tamanho da partícula e o conteúdo da fase de metal ligado do metal duro, e geralmente diminui à medida que o conteúdo da fase de metal ligado aumenta.
Quando o conteúdo da fase aglutinante é o mesmo, a dureza da liga YT é maior do que a da liga YG.
A liga à qual o TaC (NbC) é adicionado tem uma dureza de alta temperatura.
Resistência à flexão e tenacidade
A resistência à flexão dos carbonetos cimentados comumente usados está na faixa de 900 a 1500 MPa.
Quanto maior o conteúdo da fase de ligação metálica, maior a resistência à flexão.
Quando o conteúdo do aglutinante é o mesmo, a resistência da liga à base de YG (WC-Co) é maior do que a da liga à base de YT (WC-TiC-Co), e a resistência diminui à medida que o conteúdo de TiC aumenta.
O carboneto cimentado é um material frágil, e sua resistência ao impacto é de apenas 1/30~1/8 do aço rápido em temperatura ambiente.
Aplicações de ferramentas de metal duro comumente usadas
As ligas YG são usadas principalmente para processar ferro fundido, metais não ferrosos e materiais não metálicos.
As ligas duras de granulação fina (como YG3X, YG6X) têm maior dureza e resistência ao desgaste do que as ligas de granulação média quando o teor de cobalto é o mesmo. Elas são adequadas para o processamento de alguns tipos especiais de ferro fundido duro, aço inoxidável austenítico, ligas resistentes ao calor, ligas de titânio, bronze duro e materiais de isolamento resistentes ao desgaste.
As principais vantagens dos carbonetos cimentados do tipo YT são a alta dureza, a boa resistência ao calor, a alta dureza e a resistência à compressão em altas temperaturas, a maior resistência ao YG e a melhor resistência à oxidação.
Portanto, quando a ferramenta requer alta resistência ao calor e ao desgaste, deve ser selecionada uma classe com alto teor de TiC.
As ligas YT são adequadas para o processamento de materiais de aço, mas não são adequadas para o processamento de ligas de titânio e silício ligas de alumínio.
As ligas YW possuem as propriedades das ligas YG e YT e têm boas propriedades abrangentes. Elas podem ser usadas para processar materiais de aço, bem como para processar ferro fundido e metais não ferrosos.
Essas ligas, se o teor de cobalto for adicionado adequadamente, podem ser usadas com alta resistência e para desbaste e corte interrompido de vários materiais difíceis de usinar.
O aço de alta velocidade (HSS) é um aço para ferramentas de alta liga com mais elementos de liga, como W, Mo, Cr e V.
As fresas de aço de alta velocidade têm excelentes propriedades abrangentes em termos de resistência, dureza e acabamento.
Em ferramentas complexas, especialmente para a produção de ferramentas de corte de furos, fresas, fresas de rosca, brochas, ferramentas de corte e outras ferramentas complexas em forma de lâmina, o aço rápido ainda domina.
As ferramentas de aço de alta velocidade são fáceis de esmerilhar com bordas de corte afiadas.
O aço rápido pode ser classificado em aço rápido de uso geral e aço rápido de alto desempenho, dependendo da aplicação.
Universal aço de alta velocidade cortador
O aço rápido de uso geral pode ser dividido em dois tipos: aço de tungstênio e aço de tungstênio-molibdênio.
Esse tipo de aço rápido contém de 0,7% a 0,9% de carbono (C).
De acordo com a quantidade de tungstênio contida no aço, ele pode ser dividido em aço tungstênio com 12% ou 18% de tungstênio.
Um aço de tungstênio-molibdênio contendo 6% ou 8% de tungstênio, e um aço molibdênio contendo 2% de tungstênio ou nenhum.
O aço rápido de uso geral tem uma certa dureza (63-66 HRC) e resistência ao desgaste, alta resistência e tenacidade, boa plasticidade e tecnologia de processamento.
Portanto, ele é amplamente utilizado na fabricação de várias ferramentas complexas.
Aço de tungstênio
O tipo geral de aço de tungstênio para aço rápido é o W18Cr4V (conhecido como W18), que tem bom desempenho abrangente. A dureza em alta temperatura é de 48,5HRC a 600 °C e pode ser usada para fabricar uma variedade de ferramentas complexas. Ele tem as vantagens de boa retificação e baixa descarburação sensibilidade. Entretanto, devido ao alto teor de carboneto, a distribuição é menos uniforme, as partículas são maiores e a resistência e a tenacidade não são altas.
Aço de carboneto de tungstênio
Refere-se a um aço de alta velocidade obtido pela substituição de uma parte do tungstênio no aço de tungstênio por molibdênio.
O tipo típico de aço de tungstênio-molibdênio é o W6Mo5Cr4V2 (conhecido como M2).
As partículas de metal duro do M2 são finas e uniformes, e a resistência, a tenacidade e a plasticidade em alta temperatura são melhores do que as do W18Cr4V.
Outro tipo de aço de tungstênio-molibdênio é o W9Mo3Cr4V (conhecido como W9). Sua estabilidade térmica é um pouco maior do que a do aço M2, e sua resistência à flexão e tenacidade são melhores do que as do W6Mo5Cr4V2, além de ter boa usinabilidade.
Cortador de aço rápido de alto desempenho
O aço rápido de alto desempenho refere-se a uma nova classe de aço que acrescenta alguns teor de carbonoe elementos de liga, como Co e Al, ao componente de aço rápido de uso geral, melhorando, assim, sua resistência ao calor e ao desgaste.
Há principalmente as seguintes categorias principais:
Aço rápido de alto carbono
Aço rápido com alto teor de carbono (como 95W18Cr4V), alta dureza em temperatura ambiente e alta temperatura, adequado para a fabricação de aço comum e ferro fundido, brocas com alta resistência ao desgaste, alargador, macho e fresa ou ferramentas para processamento de materiais duros. Não é adequado para grandes impactos.
Aço rápido com alto teor de vanádio
Classes típicas, como W12Cr4V4Mo (abreviado como EV4), aumentam o V para 3% a 5%.
Tem boa resistência ao desgaste e é adequado para cortar materiais com grande desgaste na ferramenta, como fibra, borracha dura, plástico, etc. Também pode ser usado para processar aço inoxidável, aço de alta resistência e ligas de alta temperatura.
Aço rápido de cobalto
É um aço super-rápido que contém cobalto, com um grau típico como W2Mo9Cr4VCo8 (conhecido como M42).
Tem uma alta dureza de 69-70 HRC e é adequado para o processamento de materiais difíceis de usinar, como aço resistente ao calor de alta resistência, liga de alta temperatura e liga de titânio.
O M42 é altamente retificável e adequado para a fabricação de ferramentas complexas, mas não é adequado para trabalhar em condições de corte de impacto.
Aço rápido de alumínio
É um tipo de aço rápido superduro de alumínio, de grau típico, como W6Mo5Cr4V2Al, (abreviação 501).
A dureza em alta temperatura a 6000C também atinge 54HRC, e o desempenho de corte é equivalente ao M42.
Adequado para a fabricação de fresas, brocas, alargadores, fresas de engrenagem, broches, etc., para processamento liga de açoaço inoxidável, aço de alta resistência e ligas de alta temperatura.
Aço rápido superduro com nitrogênio
Os tipos típicos, como o W12M03Cr4V3N, conhecido como (V3N), são aços rápidos superduros contendo nitrogênio.
A dureza, a resistência e a tenacidade são comparáveis às do M42.
Ele pode ser usado como substituto do aço rápido contendo cobalto para corte em baixa velocidade de materiais difíceis de usinar e usinagem de alta precisão em baixa velocidade.
Fundição de aço rápido e metalurgia do pó de aço rápido
De acordo com os diferentes processos de fabricação, o aço rápido pode ser dividido em aço rápido para fundição e aço rápido para metalurgia do pó.
Smelting high speed steel
Tanto o aço rápido comum quanto o aço rápido de alto desempenho são fabricados por meio de um método de fusão.
Eles são transformados em ferramentas por meio de processos como fundição, fundição de lingotes e laminação.
Um problema sério que pode ocorrer na fundição de aço rápido é a segregação de carboneto. Os carbonetos duros e quebradiços são distribuídos de forma desigual no aço rápido e têm grãos grossos (até várias dezenas de mícrons), o que afeta negativamente a resistência ao desgaste, a tenacidade e o desempenho de corte das ferramentas de aço rápido.
Aço rápido para metalurgia do pó (PM HSS)
O aço rápido de metalurgia do pó (PM HSS) é um aço fundido em um forno de indução de alta frequência e atomizado por argônio de alta pressão ou nitrogênio puro. Em seguida, ele é temperado para obter uma estrutura cristalina fina e uniforme (pó de aço rápido). O pó obtido é então prensado em um bloco de lâmina sob alta temperatura e alta pressão, ou primeiro formado em uma placa de aço e, em seguida, forjado e laminado em um formato de ferramenta.
Em comparação com o aço rápido produzido pelo método de fusão, o PM HSS tem as vantagens de grãos de carboneto finos e uniformes, além de maior resistência, tenacidade e resistência ao desgaste.
No campo das ferramentas CNC complexas, as ferramentas PM HSS desempenharão um papel cada vez mais importante. As classes típicas incluem F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc.
Ele pode ser usado para fabricar ferramentas de grande porte, resistentes a impactos e para serviços pesados, bem como ferramentas de precisão.
Atualmente, os materiais de ferramentas CNC amplamente utilizados incluem ferramentas de diamante, ferramentas de nitreto cúbico de boro, ferramentas de cerâmica, ferramentas revestidas, ferramentas de carboneto e ferramentas de aço rápido.
O número total de materiais de ferramentas é grande, e seu desempenho varia muito. Os principais indicadores de desempenho dos diversos materiais de ferramentas são os seguintes:
| Tipos | Densidade g/cm2 | Resistente ao calor ℃ | Dureza | Flexão força Mpa | Térmica condutividade w/(m.K） | Coeficiente de expansão térmica ×10-5/℃ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Diamante policristalino | 3.47-3.56 | 700-800 | ＞9000HV | 600-1100 | 210 | 3.1 | |
| Carbeto de boro cúbico policristalino | 3.44-3.49 | 1300-1500 | 4500HV | 500-800 | 130 | 4.7 | |
| Faca de cerâmica | 3.1-5.0 | ＞1200 | 91-95HRA | 700-1500 | 15.0-38.0 | 7.0-9.0 | |
| Carbeto cimentado | Tungstênio cobalto | 14.0-15.5 | 800 | 89-91.5HRA | 1000-2350 | 74.5-87.9 | 3-7.5 |
| Tungstênio, cobalto e titânio | 9.0-14.0 | 900 | 89-92.5HRA | 800-1800 | 20.9-62.8 | ||
| Liga geral | 12.0-14.0 | 1000-1100 | ~92,5HRA | / | / | ||
| Liga à base de TiC | 5.0-7.0 | 1100 | 92-93.5HRA | 1150-1350 | / | 8.2 | |
| Aço de alta velocidade | 8.0-8.8 | 600-700 | 62-70HRC | 2000-4500 | 15.0-30.0 | 8-12 | |
Os materiais das ferramentas de corte para usinagem CNC devem ser selecionados com base na peça que está sendo usinada e na natureza do processo.
A seleção dos materiais da ferramenta de corte deve ser adequadamente combinada com o objeto usinado. A correspondência do material da ferramenta de corte com o objeto de processamento refere-se principalmente à correspondência das propriedades mecânicas, físicas e químicas dos dois para obter a maior vida útil da ferramenta e a máxima produtividade do processamento de corte.
O problema de correspondência de propriedade mecânica entre a ferramenta de corte e o objeto usinado refere-se principalmente a parâmetros de propriedade mecânica, como resistência, tenacidade e dureza da ferramenta e do material da peça.
Materiais de ferramentas com diferentes propriedades mecânicas são adequados para a usinagem de materiais de peças.
A ordem de dureza do material da ferramenta é a seguinte: ferramenta de diamante > ferramenta de nitreto cúbico de boro > ferramenta de cerâmica > liga dura > aço rápido.
A ordem de resistência à flexão do material da ferramenta é a seguinte: aço rápido > liga dura > ferramenta de cerâmica > ferramenta de diamante e nitreto cúbico de boro.
A ordem de resistência do material da ferramenta é a seguinte: aço rápido > liga dura > nitreto cúbico de boro, diamante e ferramentas de cerâmica.
Materiais de peças de alta dureza devem ser usinados com ferramentas de maior dureza. A dureza do material da ferramenta deve ser maior do que a dureza do material da peça, geralmente acima de 60 HRC. Quanto maior for a dureza do material da ferramenta, melhor será sua resistência ao desgaste.
Por exemplo, quando a quantidade de cobalto no metal duro aumenta, a resistência e a tenacidade aumentam, a dureza diminui e ele é adequado para processamento bruto. Quando a quantidade de cobalto diminui, a dureza e a resistência ao desgaste aumentam, o que é adequado para o acabamento.
As ferramentas com excelentes propriedades mecânicas em alta temperatura são especialmente adequadas para usinagem em alta velocidade. O excelente desempenho em alta temperatura das ferramentas de cerâmica permite que elas sejam cortadas em altas velocidades, possibilitando velocidades de corte de 2 a 10 vezes maiores do que as dos metais duros.
Ferramentas com diferentes propriedades físicas, como ferramentas de aço rápido com alta condutividade térmica e baixo ponto de fusão, ferramentas de cerâmica com alto ponto de fusão e baixa expansão térmica e ferramentas de diamante com alta condutividade térmica e baixa expansão térmica, são adequadas para o processamento de materiais de peças de trabalho.
Ao usinar uma peça de trabalho com baixa condutividade térmica, deve-se usar um material de ferramenta com melhor condutividade térmica para permitir que o calor de corte seja rapidamente transmitido e diminuir a temperatura de corte.
Devido à alta condutividade térmica e difusividade térmica do diamante, o calor de corte é facilmente dissipado e não causa grande deformação térmica. Isso é especialmente importante para ferramentas de usinagem de precisão com alta precisão dimensional.
Temperatura de resistência ao calor de vários materiais de ferramentas:
700~8000C para ferramentas de diamante, 13000～15000C para ferramentas PCBN, 1100～12000C para ferramentas de cerâmica, 900～11000C para ligas duras à base de TiC(N), grão ultrafino à base de WC A qualidade da liga é de 800 a 9000 C, e o HSS é de 600 a 7000 C.
Sequência de condutividade térmica de vários materiais de ferramentas:
PCD>PCBN>carbeto cimentado à base de WC>carbeto cimentado à base de TiC(N)>HSS>cerâmica à base de Si3N4>cerâmica à base de A1203.
A ordem do coeficiente de expansão térmica de vários materiais de ferramentas é:
HSS>Carbeto cimentado à base de WC>TiC(N)>Cerâmica à base de A1203>PCBN>Cerâmica à base de Si3N4>PCD.
A ordem de resistência ao choque térmico de vários materiais de ferramentas é a seguinte:
HSS>Carbeto cimentado à base de WC>Cerâmica à base de Si3N4>PCBN>PCD>Carbeto cimentado à base de TiC(N)>Cerâmica à base de A1203.
A correspondência das propriedades químicas do material da ferramenta de corte com o objeto de processamento refere-se principalmente à correspondência das propriedades químicas do material da ferramenta com a afinidade química, a reação química, a difusão e a dissolução do material da peça de trabalho.
Ferramentas com diferentes materiais são adequadas para a usinagem de diferentes materiais de peças.
A temperatura de antiaderência de vários materiais de ferramentas (e aço) é:
PCBN>cerâmica>liga dura>HSS.
A temperatura de oxidação de vários materiais de ferramentas é:
cerâmica>PCBN>liga dura>diamante>HSS.
A resistência à difusão de vários materiais de ferramentas (para aço) é:
diamante > cerâmica à base de Si3N4 > PCBN > cerâmica à base de A1203.
A força de difusão (para titânio) é:
Cerâmica à base de A1203 > PCBN > SiC > Si3N4 > diamante.
Em geral, as ferramentas de PCBN, de cerâmica, de metal duro revestido e de metal duro à base de TiCN são adequadas para a usinagem CNC de metais ferrosos, como o aço.
As ferramentas PCD são adequadas para o processamento de materiais não ferrosos, como Al, Mg, Cu, ligas e materiais não metálicos.
A Tabela 2 lista alguns dos materiais da peça de trabalho que são adequados para a usinagem usando os materiais de ferramenta acima.
| Ferramenta de corte | Alta dureza aço | Calor resistente liga | Titânio liga | Níquel com base superliga | Elenco ferro | Puro aço | Alta silício alumínio liga | PRFV composto material |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PCD | × | × | ◎ | × | × | × | ◎ | ◎ |
| PCBN | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ● | ● | |
| Faca de cerâmica | ◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ● | × | × |
| Camada de carbeto cimentado | ○ | ◎ | ◎ | ● | ◎ | ◎ | ● | ● |
| Liga dura à base de TiCN | ● | × | × | × | ◎ | ● | × | × |
Observação:
◎ - Excelente
○ - Bom
● - OK
× - Ruim
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
PT_BR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
RU 
KO