Typer, ydeevne, karakteristika og anvendelsesekspertise af 6 typer CNC skæreværktøjer

Kombinationen af ​​avanceret forarbejdningsudstyr og højtydende CNC skæreværktøjer er nødvendig for fuldt ud at udøve sin behørige effektivitet og opnå gode økonomiske fordele. Med den hurtige udvikling af værktøjsmaterialer har forskellige nye typer værktøjsmaterialer i høj grad forbedret deres fysiske, mekaniske og skærende ydeevne, og deres anvendelsesområde udvides også konstant.
1 Værktøjsmaterialet skal have grundlæggende egenskaber
Valget af værktøjsmaterialer har en væsentlig indflydelse på værktøjets levetid, forarbejdningseffektivitet, forarbejdningskvalitet og forarbejdningsomkostninger. Skæreværktøj skal modstå højt tryk, høj temperatur, friktion, stød og vibrationer under skæring. Derfor skal værktøjsmaterialer have følgende grundlæggende egenskaber:
(1) Hårdhed og slidstyrke. Værktøjsmaterialets hårdhed skal være højere end emnematerialets hårdhed, hvilket generelt kræver en hårdhed på 60HRC eller derover. Jo højere hårdhed værktøjsmaterialet er, jo bedre slidstyrke.
(2) Styrke og sejhed. Værktøjsmaterialet skal have høj styrke og sejhed for at modstå skærekræfter, stød og vibrationer og for at forhindre sprøde brud og kantkollaps af værktøjet.
(3) Varmemodstand. Værktøjsmaterialet har god varmebestandighed, kan modstå høje skæretemperaturer og har god oxidationsmodstand.
(4) Proces ydeevne og økonomi. Værktøjsmaterialet skal have god smedningsydelse, varmebehandlingsydelse og svejseydelse; Slibning ydeevne, og forfølgelsen af ​​høje omkostninger ydeevne forhold.
2, typer, egenskaber, karakteristika og anvendelser af skærende værktøjsmaterialer
1. Typer, egenskaber, karakteristika og værktøjsanvendelser af diamantskærende værktøjsmaterialer
Diamant er en allotrop af kulstof, og det er det hårdeste materiale, der findes i naturen. Diamantskæreværktøjer har høj hårdhed, slidstyrke og termisk ledningsevne og er meget udbredt til forarbejdning af ikke-jernholdige og ikke-metalliske materialer. Især ved højhastighedsskæring af aluminium og siliciumaluminiumslegeringer er diamantskærende værktøjer den vigtigste type skæreværktøj, som er svære at erstatte. Diamantskærende værktøjer, der kan opnå høj effektivitet, høj stabilitet og lang levetid, er uundværlige og vigtige værktøjer i moderne CNC-bearbejdning.

⑴ Typer af diamantskærende værktøjer
① Naturlig diamant skæreværktøj: Naturlig diamant har en historie på over hundrede år som skæreværktøj. Efter finslibning kan naturlige enkrystal-diamantskæreværktøjer have ekstremt skarpe kanter med en skæreradius på op til 0.002 μm. Ved at være i stand til at opnå ultratynd skæring og opnå ekstrem høj emnenøjagtighed og lav overfladeruhed er det et anerkendt, ideelt og uerstatteligt ultrapræcisionsbearbejdningsværktøj.
② PCD-diamantskæreværktøjer: Naturlig diamant er dyrt, og polykrystallinsk diamant (PCD) bruges stadig i vid udstrækning til skærebearbejdning. Siden begyndelsen af ​​1970'erne, efter den vellykkede udvikling af polykrystallinske diamantklinger (PCD) fremstillet ved højtemperatur- og højtrykssynteseteknologi, er naturlige diamantskærende værktøjer blevet erstattet af kunstig polykrystallinsk diamant i mange situationer. PCD-råmaterialer er rigelige, og deres priser er kun ti til titusinder gange højere end for naturlig diamant.
PCD-værktøjer kan ikke slibe ekstremt skarpe kanter, og overfladekvaliteten af ​​det forarbejdede emne er ikke så god som naturlig diamant. I øjeblikket er det ikke praktisk at fremstille PCD-blade med spånriller i industrien. Derfor kan PCD kun bruges til præcisionsskæring af ikke-jernholdige metaller og ikke-metaller, hvilket gør det vanskeligt at opnå ultrapræcision spejlskæring.
③ CVD diamantskærende værktøjer: Siden slutningen af ​​1970'erne til begyndelsen af ​​1980'erne er CVD diamantteknologi dukket op i Japan. CVD-diamant refererer til syntesen af ​​diamantfilm på heterogene substrater (såsom hårde legeringer, keramik osv.) ved hjælp af kemisk dampaflejring (CVD). CVD diamant har samme struktur og egenskaber som naturlig diamant.
Ydeevnen af ​​CVD-diamant er meget lig den for naturlig diamant, og den kombinerer fordelene ved naturlig enkeltkrystal-diamant og polykrystallinsk diamant (PCD), som til en vis grad overvinder deres mangler.
⑵ Ydelsesegenskaber for diamantskærende værktøjer
① Ekstremt høj hårdhed og slidstyrke: Naturlig diamant er det hårdeste stof, der findes i naturen. Diamant har ekstrem høj slidstyrke. Ved bearbejdning af materialer med høj hårdhed er levetiden for diamantskærende værktøjer 10-100 gange længere end for skærende værktøjer i hårde legeringer og endda hundredvis af gange længere.
② Har en meget lav friktionskoefficient: Friktionskoefficienten mellem diamant og nogle ikke-jernholdige metaller er lavere end andre skærende værktøjer, med lav friktionskoefficient og lille deformation under bearbejdning, hvilket kan reducere skærekraften.
③ Skærkanten er meget skarp: Skærkanten på diamantværktøj kan slibes meget skarpt, og naturlige enkeltkrystal diamantværktøjer kan nå så højt som 0.002-0.008 μm. I stand til ultratynd skæring og ultrapræcisionsbearbejdning.
④ Har høj termisk ledningsevne: Diamant har en høj termisk ledningsevne og termisk diffusionshastighed, og skærevarmen spredes let. Værktøjets skæretemperatur er lav.
⑤ At have en lavere termisk udvidelseskoefficient: Den termiske udvidelseskoefficient for diamant er flere gange mindre end den for hård legering, og ændringen i værktøjsstørrelse forårsaget af skærevarme er meget lille, hvilket er særligt vigtigt for præcision og ultra præcisionsbearbejdning med høje krav til dimensionel nøjagtighed.
Anvendelse af diamantskærende værktøjer
Diamantskæreværktøjer bruges almindeligvis til finskæring og boring af ikke-jernholdige og ikke-metalliske materialer ved høje hastigheder. Velegnet til behandling af forskellige slidbestandige ikke-metalliske materialer, såsom glasfiberpulvermetallurgiemner, keramiske materialer osv. Forskellige slidbestandige ikke-jernholdige metaller, såsom forskellige silicium-aluminiumlegeringer; Forskellige ikke-jernholdige efterbehandlingsprocesser.
Ulempen ved diamantskærende værktøjer er deres dårlige termiske stabilitet. Når skæretemperaturen overstiger 700 grader til 800 grader, vil deres hårdhed gå fuldstændig tabt; Derudover er det ikke egnet til at skære sorte metaller, fordi diamant (kulstof) let interagerer med jernatomer ved høje temperaturer, omdanner kulstofatomer til grafitstrukturer, hvilket gør værktøjet ekstremt modtageligt for beskadigelse.
2. Typer, egenskaber, karakteristika og værktøjsanvendelser af værktøjsmaterialer af kubisk bornitrid
Det andet superhårde materiale, kubisk bornitrid (CBN), syntetiseret ved hjælp af en metode svarende til diamantfremstilling, er kun næst efter diamant med hensyn til hårdhed og termisk ledningsevne. Den har fremragende termisk stabilitet og oxiderer ikke, når den opvarmes til 10000C i atmosfæren. CBN har ekstremt stabile kemiske egenskaber for sorte metaller og kan i vid udstrækning anvendes til forarbejdning af stålprodukter.

Typer af skærende værktøjer til kubisk bornitrid
Kubisk bornitrid (CBN) er et stof, der ikke findes i naturen og kan opdeles i enkeltkrystal og polykrystallinsk, nemlig CBN enkeltkrystal og polykrystallinsk kubisk bornitrid (PCBN). CBN er en af ​​isomererne af bornitrid (BN), med en struktur, der ligner diamant.
PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) er et polykrystallinsk materiale, der sintrer fine CBN-materialer sammen gennem bindingsfaser (TiC, TiN, Al, Ti osv.) under høj temperatur og tryk. Det er i øjeblikket det næsthårdeste værktøjsmateriale syntetiseret kunstigt, og sammen med diamant omtales det som superhårdt værktøjsmateriale. PCBN bruges hovedsageligt til fremstilling af skærende værktøjer eller andre værktøjer.
PCBN skæreværktøjer kan opdeles i integrerede PCBN-blade og PCBN-kompositblade sintret med hårde legeringskompositter.
PCBN kompositblade fremstilles ved at sintre et lag O.{0}},0 mm tykt PCBN på en hård legering med god styrke og sejhed. Dens ydeevne kombinerer god sejhed, høj hårdhed og slidstyrke, hvilket løser problemerne med lav bøjningsstyrke og svejsevanskeligheder for CBN-blade.
De vigtigste egenskaber og karakteristika af kubisk bornitrid
Selvom hårdheden af ​​kubisk bornitrid er lidt lavere end diamant, er den meget højere end andre materialer med høj hårdhed. Den enestående fordel ved CBN er, at dens termiske stabilitet er meget højere end diamantens og når over 1200 grader (700-800 grad for diamant), og en anden fremragende fordel er dens høje kemiske inerthed, som ikke reagerer med jernelementer ved 1200-1300 grad. De vigtigste ydelsesegenskaber for kubisk bornitrid er som følger.
① Høj hårdhed og slidstyrke: CBN-krystalstruktur ligner diamant, med lignende hårdhed og styrke som diamant. PCBN er særligt velegnet til bearbejdning af materialer med høj hårdhed, som kun kunne slibes før, og kan opnå bedre overfladekvalitet på emner.
② Den har høj termisk stabilitet: CBN's varmemodstand kan nå 1400-1500 grad, hvilket er næsten 1 gange højere end varmemodstanden for diamant (700-800 grad). PCBN-værktøjer kan skære højtemperaturlegeringer og bratkølet stål med en hastighed 3-5 gange højere end hårdlegeringsværktøjer.
③ Fremragende kemisk stabilitet: Det reagerer ikke kemisk med jernbaserede materialer, selv ved temperaturer mellem 1200-1300 grader, og slides ikke skarpt som diamant. På dette tidspunkt kan det stadig opretholde hårdheden af ​​hårde legeringer; PCBN skæreværktøj er velegnet til skæring af kølede ståldele og koldt hårdt støbejern og kan i vid udstrækning bruges til højhastighedsskæring af støbejern.
④ At have god termisk ledningsevne: Selvom CBN's varmeledningsevne ikke kan hamle op med diamant, er PCBN's varmeledningsevne kun næst efter diamant i forskellige værktøjsmaterialer, meget højere end højhastighedsstål og hårde legeringer.
⑤ Med en lavere friktionskoefficient: En lavere friktionskoefficient kan føre til et fald i skærekraften, et fald i skæretemperaturen og en forbedring af overfladekvaliteten under bearbejdning.
Anvendelse af skærende værktøjer til kubisk bornitrid
Kubisk bornitrid er velegnet til præcisionsbearbejdning af forskellige materialer, der er svære at skære, såsom bratkølet stål, hårdt støbejern, højtemperaturlegeringer, hårde legeringer og overfladespraymaterialer. Bearbejdningsnøjagtigheden kan nå IT5 (hul IT6), og overfladeruhedsværdien kan være så lav som Ra1.25-0.20 μM.
Sejheden og bøjningsstyrken af ​​kubisk bornitrid skæreværktøjsmaterialer er dårlige. Derfor er drejeværktøjer med kubisk bornitrid ikke egnet til grovbearbejdning ved lave hastigheder og med høje slagbelastninger; Det er ikke egnet til skæring af materialer med høj plasticitet, såsom aluminiumlegeringer, kobberlegeringer, nikkelbaserede legeringer og stål med høj plasticitet, fordi skæring af disse metaller vil producere alvorlige spånaflejringer, som vil forringe bearbejdningsoverfladen.
3. Typer, egenskaber, karakteristika og værktøjsanvendelser af keramiske værktøjsmaterialer
Keramiske skæreværktøjer har karakteristika af høj hårdhed, god slidstyrke, fremragende varmebestandighed og kemisk stabilitet og er ikke lette at binde med metaller. Keramiske skæreværktøjer spiller en meget vigtig rolle i CNC-bearbejdning og er blevet et af de vigtigste skæreværktøjer til højhastighedsskæring og materialer, der er svære at bearbejde. Keramiske skæreværktøjer bruges i vid udstrækning til højhastighedsskæring, tørskæring, hård skæring og skæring af materialer, der er svære at bearbejde. Keramiske skæreværktøjer kan effektivt behandle materialer med høj hårdhed, som ikke kan behandles med traditionelle skæreværktøjer, hvilket opnår "drejning i stedet for slibning"; Den optimale skærehastighed for keramiske skæreværktøjer kan være 2 til 10 gange højere end skæreværktøjer af hårde legeringer, hvilket i høj grad forbedrer produktionseffektiviteten ved skæring; De vigtigste råmaterialer, der bruges til keramiske skæreværktøjer, er de mest udbredte elementer i jordskorpen. Derfor er promovering og anvendelse af keramiske skærende værktøjer af stor betydning for at forbedre produktiviteten, reducere forarbejdningsomkostningerne og spare strategiske ædelmetaller. Det vil også i høj grad fremme fremskridtene inden for skæreteknologi.

⑴ Typer af keramiske værktøjsmaterialer
Typerne af keramiske værktøjsmaterialer kan generelt opdeles i tre kategorier: aluminiumoxidbaseret keramik, siliciumnitridbaseret keramik og sammensat siliciumnitrid-aluminiumoxidbaseret keramik. Blandt dem er aluminiumoxidbaserede og siliciumnitridbaserede keramiske værktøjsmaterialer de mest udbredte. Ydeevnen af ​​siliciumnitridbaseret keramik er overlegen i forhold til aluminiumoxidbaseret keramik.
⑵ Ydeevne og egenskaber for keramiske skæreværktøjer
Ydeevneegenskaberne for keramiske skæreværktøjer er som følger:
① Høj hårdhed og god slidstyrke: Selvom hårdheden af ​​keramiske skærende værktøjer ikke er så høj som PCD og PCBN, er den væsentligt højere end hårdheden for skæreværktøjer i hårdlegering og højhastighedsstål, og når 93-95HRA. Keramiske skæreværktøjer kan behandle højhårde materialer, der er svære at bearbejde med traditionelle værktøjer, hvilket gør dem velegnede til højhastighedsskæring og hård skæring.
② Høj temperaturbestandighed og god varmebestandighed: Keramiske skæreværktøjer kan stadig skære ved høje temperaturer over 1200 grader. Keramiske skæreværktøjer har fremragende højtemperaturmekaniske egenskaber, og oxidationsmodstanden for A12O3 keramiske skæreværktøjer er særlig god. Selv når skæret er i en rødglødende tilstand, kan den bruges kontinuerligt. Derfor kan keramiske skæreværktøjer opnå tørskæring og derved spare skærevæske.
③ God kemisk stabilitet: Keramiske skæreværktøjer er ikke nemme at binde med metaller og er korrosionsbestandige med god kemisk stabilitet, hvilket kan reducere det klæbende slid på skæreværktøjer.
④ Lav friktionskoefficient: Keramiske skæreværktøjer har en lav affinitet med metaller, hvilket resulterer i en lav friktionskoefficient, der kan reducere skærekraften og skæretemperaturen.
⑶ Keramiske knive har applikationer
Keramik er et af de værktøjsmaterialer, der hovedsageligt anvendes til højhastigheds præcisionsbearbejdning og semi præcisionsbearbejdning. Keramiske skæreværktøjer er velegnede til skæring af forskellige støbejern (grått støbejern, duktilt jern, formbart støbejern, koldt hårdt støbejern, højlegeret slidbestandigt støbejern) og stål (kulstofkonstruktionsstål, legeret konstruktionsstål, højstyrkestål , højt manganstål, bratkølet stål osv.), og kan også bruges til at skære kobberlegeringer, grafit, ingeniørplast og kompositmaterialer.
Keramiske værktøjsmaterialer har problemer med lav bøjningsstyrke og dårlig slagstyrke, hvilket gør dem uegnede til skæring ved lave hastigheder og under stødbelastninger.
4. Ydeevne og karakteristika for belagte værktøjsmaterialer og påføring af værktøj
Belægning af skærende værktøjer er en af ​​de vigtige måder at forbedre deres ydeevne på. Fremkomsten af ​​coatede skæreværktøjer har gjort betydelige gennembrud i deres skæreydelse. Coatede skæreværktøjer er dem, der er belagt med et eller flere lag af ildfaste forbindelser med god slidstyrke på værktøjskroppen med god sejhed. De kombinerer værktøjsmatrixen med en hård belægning og forbedrer derved værktøjets ydeevne. Coatede skæreværktøjer kan forbedre bearbejdningseffektiviteten, forbedre bearbejdningsnøjagtigheden, forlænge værktøjets levetid og reducere bearbejdningsomkostningerne.
Omkring 80 % af de skærende værktøjer, der bruges i nye CNC-værktøjsmaskiner, bruger coatede værktøjer. Coated skærende værktøjer vil være den vigtigste værktøjsvariant inden for CNC-bearbejdning i fremtiden.

⑴ Typer af coatede skæreværktøjer
I henhold til forskellige belægningsmetoder kan coatede værktøjer opdeles i kemisk dampaflejring (CVD) coatede værktøjer og fysiske vapor deposition (PVD) coatede værktøjer. Belagte skæreværktøjer i hård legering bruger generelt en kemisk dampaflejringsmetode med en aflejringstemperatur på omkring 1000 grader. Coated højhastighedsstål skæreværktøjer bruger generelt en fysisk dampaflejringsmetode med en aflejringstemperatur på omkring 500 grader;
I henhold til de forskellige substratmaterialer af coatede værktøjer kan coatede værktøjer opdeles i hårdlegeringscoatede værktøjer, højhastighedsstålcoatede værktøjer og coatede værktøjer på keramik og superhårde materialer (diamant og kubisk bornitrid).
I henhold til egenskaberne af coatingmaterialer kan coatede værktøjer opdeles i to kategorier, nemlig "hårde" coatede værktøjer og "bløde" coatede værktøjer. Hovedmålet for "hårdt" coatede skæreværktøjer er høj hårdhed og slidstyrke, med de vigtigste fordele ved høj hårdhed og god slidstyrke, typisk for disse TiC- og TiN-belægninger. Målet for "bløde" coatede værktøjer er lav friktionskoefficient, også kendt som selvsmørende værktøjer. Dens friktionskoefficient med emnematerialet er meget lav, kun omkring 0.1, hvilket kan reducere vedhæftning, reducere friktion og sænke skærekraft og skæretemperatur.
For nylig er der udviklet værktøjer til nanobelægning. Dette belagte værktøj kan bruge forskellige kombinationer af belægningsmaterialer (såsom metal/metal, metal/keramik, keramik/keramik osv.) for at opfylde forskellige funktions- og ydeevnekrav. En veldesignet nano-coating kan give værktøjsmaterialer fremragende antifriktion, anti-slidegenskaber og selvsmørende egenskaber, hvilket gør dem velegnede til højhastigheds-tørskæring.
Karakteristika for coatede skæreværktøjer
Ydeevneegenskaberne for coatede skæreværktøjer er som følger:
① God mekanisk og skærende ydeevne: Coatede skæreværktøjer kombinerer de fremragende egenskaber af substratet og belægningsmaterialerne, opretholder god sejhed og høj styrke af substratet samt høj hårdhed, slidstyrke og lav friktionskoefficient for belægningen. Derfor kan skærehastigheden af ​​coatede værktøjer øges med mere end to gange sammenlignet med ubelagte værktøjer, og højere tilspændingshastigheder er tilladt. Levetiden for coatede skæreværktøjer er også blevet forbedret.
② Stærk alsidighed: Coatede værktøjer har en bred vifte af alsidighed og udvider bearbejdningsområdet betydeligt. Et coated værktøj kan erstatte flere ikke-coatede værktøjer.
③ Belægningstykkelse: Når belægningstykkelsen øges, øges værktøjets levetid også, men når belægningstykkelsen når mætning, øges værktøjslevetiden ikke længere væsentligt. Når belægningen er for tyk, er det let at forårsage afskalning; Når belægningen er for tynd, er slidstyrken dårlig.
④ Genslibbarhed: Coatede klinger har dårlig slibbarhed, komplekst belægningsudstyr, høje proceskrav og lang belægningstid.
⑤ Belægningsmaterialer: Skæreværktøjer med forskellige belægningsmaterialer har forskellig skæreydelse. For eksempel under lavhastighedsskæring har TiC-belægning en fordel; TiN er mere velegnet til højhastighedsskæring.
Påføring af belagt skæreværktøj
Coated skærende værktøjer har et stort potentiale inden for CNC-bearbejdning og vil være den vigtigste værktøjsvariant i fremtiden. Belægningsteknologi er blevet anvendt på endefræsere, oprømmere, bor, komposit hulbearbejdningsværktøjer, tandhjulsfræsere, tandhjulsskærere, tandhjulsskærere, formningsbrikker og forskellige maskinklemme vendeskær, der opfylder behovene for højhastighedsskæring af forskellige materialer såsom stål og støbejern, varmebestandige legeringer og ikke-jernholdige metaller.
5. Typer, egenskaber, karakteristika og anvendelser af hårdlegerede skæreværktøjsmaterialer

Skæreværktøjer i hårde legeringer, især skæreværktøjer i hårdlegering, der kan indekseres, er de førende produkter inden for CNC-bearbejdningsværktøjer. Siden 1980'erne er forskellige typer af integrerede og indekserbare skæreværktøjer eller knive i hårdlegering udvidet til forskellige skæreværktøjsområder. Blandt dem har indekserbare skæreværktøjer i hårdlegering udvidet sig fra simple drejeværktøjer og planfræsere til forskellige præcisions-, komplekse og formede værktøjsfelter.
⑴ Typer af skærende værktøjer i hård legering
Ifølge den vigtigste kemiske sammensætning kan hårde legeringer opdeles i wolframcarbidbaserede hårde legeringer og titaniumcarbid (TiC (N)) baserede hårde legeringer.
Wolframcarbidbaserede hårde legeringer omfatter tre typer: wolframkobolt (YG), wolframkobolttitan (YT) og tilsat sjældne carbider (YW), hver med sine egne fordele og ulemper. Hovedkomponenterne er wolframcarbid (WC), titaniumcarbid (TiC), tantalcarbid (TaC), niobiumcarbid (NbC) osv. Den almindeligt anvendte metalbindingsfase er Co.
Carbon (nitrogen) titanium baseret hård legering er en hård legering hovedsageligt sammensat af TiC (nogle med tilsætning af andre carbider eller nitrider), og de almindeligt anvendte metalbindingsfaser er Mo og Ni.
ISO (International Organization for Standardization) opdeler skæring af hårde legeringer i tre kategorier:
K-klassen, inklusive Kl0-K40, svarer til YG-klassen i Kina (hovedsageligt sammensat af WC. Co).
P-klasse, inklusive P01-P50, svarer til YT-klassen i Kina (hovedsageligt sammensat af WC. TiC. Co).
M-klassen, inklusive M10~M40, svarer til YW-klassen i Kina (hovedsageligt sammensat af WC TiC TaC (NbC) - Co).
En række legeringer, der spænder fra høj hårdhed til maksimal sejhed, er repræsenteret med tal mellem 01 og 50 for hver kvalitet.
⑵ Ydelsesegenskaber for skæreværktøjer i hårdlegering
Ydeevneegenskaberne for skæreværktøjer i hårdlegering er som følger:
① Høj hårdhed: Skæreværktøjer i hårde legeringer er fremstillet af pulvermetallurgi af karbider (kaldet hårde faser) og metalbindemidler (kaldet bindefaser) med høj hårdhed og smeltepunkt. Deres hårdhed når op på 89-93HRA, hvilket er meget højere end højhastighedsstål. Ved 5400C kan deres hårdhed stadig nå 82-87HRA, hvilket er det samme som højhastighedsstål ved stuetemperatur (83-86HRA). Hårdhedsværdien af ​​hårde legeringer varierer med egenskaberne, mængden, partikelstørrelsen og indholdet af metalbindingsfaser af karbider og falder generelt med en stigning i indholdet af bindende metalfaser. Når klæbemiddelfaseindholdet er det samme, er hårdheden af ​​YT-type legeringer højere end YG-type legeringer, og legeringer med tilsat TaC (NbC) har højere høj temperatur hårdhed.
② Bøjningsstyrke og sejhed: Bøjningsstyrken af ​​almindeligt anvendte hårde legeringer varierer fra 900 til 1500 MPa. Jo højere indhold af metalbindingsfase, jo højere bøjningsstyrke. Når klæbemiddelindholdet er det samme, er styrken af ​​YG type (WC Co) legering højere end YT type (WC TiC Co) legering, og styrken falder med stigningen i TiC indhold. Hård legering er et sprødt materiale, og dets slagstyrke ved stuetemperatur er kun 1/30-1/8 af højhastighedsstål.
Anvendelse af almindeligt anvendte skæreværktøjer i hårdlegering
YG-legeringer bruges hovedsageligt til forarbejdning af støbejern, ikke-jernholdige metaller og ikke-metalliske materialer. Finkornede hårde legeringer (såsom YG3X, YG6X) har højere hårdhed og slidstyrke end mellemkornede hårde legeringer, når deres koboltindhold er det samme. De er velegnede til bearbejdning af specielt hårdt støbejern, austenitisk rustfrit stål, varmebestandige legeringer, titanlegeringer, hård bronze og slidbestandige isoleringsmaterialer.
De enestående fordele ved YT-type hårde legeringer er høj hårdhed, god varmebestandighed, højere hårdhed og trykstyrke ved høje temperaturer sammenlignet med YG-type og god oxidationsbestandighed. Når det kræves, at kniven har høj varmebestandighed og slidstyrke, bør der derfor vælges en kvalitet med et højere TiC-indhold. YT-legeringer er velegnede til forarbejdning af plastmaterialer såsom stål, men er ikke egnede til forarbejdning af titanlegeringer eller siliciumaluminiumslegeringer.
YW type legeringer har egenskaberne af YG og YT typer legeringer, med god omfattende ydeevne. De kan bruges til forarbejdning af stålmaterialer såvel som til forarbejdning af støbejern og ikke-jernholdige metaller. Hvis koboltindholdet er passende øget, kan denne type legering have høj styrke og kan bruges til grovbearbejdning og intermitterende skæring af forskellige vanskelige at bearbejde materialer.
6. Typer, karakteristika og anvendelser af højhastighedsstålskæreværktøjer
High Speed ​​Steel (HSS) er en type højlegeret værktøjsstål, der indeholder en betydelig mængde legeringselementer såsom W, Mo, Cr og V. Højhastighedsstålskæreværktøjer har fremragende omfattende ydeevne med hensyn til styrke, sejhed og bearbejdelighed. I komplekse skæreværktøjer, især ved fremstilling af hulbearbejdningsværktøjer, fræsere, gevindskæreværktøjer, tegneskærere, tandhjulsskæreværktøjer og andre komplekse kantformede skæreværktøjer, indtager højhastighedsstål stadig hovedpositionen. Højhastighedsstålskæreværktøj er let at slibe skarpe skærekanter.
Ifølge forskellige anvendelser kan højhastighedsstål opdeles i højhastighedsstål til generelle formål og højtydende højhastighedsstål.

⑴ Universal højhastighedsstål skæreværktøj
Universal højhastighedsstål. Generelt kan det opdeles i to kategorier: wolframstål og wolframmolybdænstål. Denne type højhastighedsstål indeholder (C) i området fra 0,7 % til 0,9 %. Alt efter det forskellige wolframindhold i stål kan det opdeles i wolframstål med et W-indhold på 12% eller 18%, wolframmolybdænstål med et W-indhold på 6% eller 8% og molybdænstål med et W-indhold på 2 % eller ingen W. Universalt højhastighedsstål har en vis hårdhed (63-66HRC) og slidstyrke, høj styrke og sejhed, god plasticitet og bearbejdelighed og er meget udbredt til fremstilling af forskellige komplekse skæreværktøjer.
① Wolframstål: Den typiske kvalitet af højhastighedsstål af wolframstål til generelle formål er W18Cr4V, (benævnt W18), som har gode omfattende egenskaber og en højtemperaturhårdhed på 48,5HRC ved 6000C. Det kan bruges til at fremstille forskellige komplekse skæreværktøjer. Det har fordele som god slibbarhed og lav afkulningsfølsomhed, men på grund af det høje indhold af karbider, ujævn fordeling, større partikler og lav styrke og sejhed.
② Wolfram molybdænstål: refererer til et højhastighedsstål opnået ved at erstatte en del af wolfram i wolframstål med molybdæn. Den typiske kvalitet af wolframmolybdænstål er W6Mo5Cr4V2, forkortet til M2. Karbidpartiklerne i M2 er små og ensartede med bedre styrke, sejhed og højtemperatur-plasticitet end W18Cr4V. En anden type wolframmolybdænstål er W9Mo3Cr4V (forkortet W9), som har lidt højere termisk stabilitet end M2-stål, bedre bøjningsstyrke og sejhed end W6M05Cr4V2 og har god bearbejdelighed.
⑵ Højtydende højhastighedsstålskæreværktøj
Højtydende højhastighedsstål refererer til en ny type stål, der tilføjer noget kulstof- og vanadiumindhold samt legeringselementer som Co og Al til sammensætningen af ​​højhastighedsstål til generelle formål for at forbedre dets varme modstand og slidstyrke. Der er hovedsageligt følgende kategorier:
① Høj-kulstof højhastighedsstål. Høj-kulstof højhastighedsstål (såsom 95W18Cr4V) har høj hårdhed ved stuetemperatur og høj temperatur, hvilket gør det velegnet til fremstilling og forarbejdning af almindeligt stål og støbejern, bor, oprømmere, haner og fræsere med høje krav til slidstyrke, eller skærende værktøjer til bearbejdning af hårdere materialer. Den er ikke egnet til at modstå store påvirkninger.
② Høj-vanadium højhastighedsstål. Typiske kvaliteter, såsom W12Cr4V4Mo (benævnt EV4), øger V-indholdet til 3% -5%, har god slidstyrke og er velegnede til skæring af materialer, der forårsager betydeligt værktøjsslid, såsom fibre, hård gummi , plast osv. De kan også bruges til forarbejdning af materialer såsom rustfrit stål, højstyrkestål og højtemperaturlegeringer.
③ Kobolt højhastighedsstål. Det tilhører koboltholdigt superhårdt højhastighedsstål, med en typisk kvalitet som W2Mo9Cr4VCo8 (benævnt M42), som har høj hårdhed og kan nå 69-70HRC. Det er velegnet til forarbejdning af højstyrke varmebestandigt stål, højtemperaturlegeringer, titanlegeringer og andre vanskelige at bearbejde materialer. M42 har god slibbarhed og er velegnet til fremstilling af præcisions- og komplekse skæreværktøjer, men den er ikke egnet til arbejde under stødskæringsforhold.
④ Højhastighedsstål i aluminium. Det tilhører aluminium, der indeholder superhårdt højhastighedsstål, med typiske kvaliteter som W6Mo5Cr4V2Al (benævnt 501). Højtemperaturhårdheden ved 6000C når også 54HRC, og skæreydelsen svarer til M42. Den er velegnet til fremstilling af fræsere, bor, oprømmere, tandhjulsskæreværktøjer, brocher osv., og bruges til forarbejdning af legeret stål, rustfrit stål, højstyrkestål og højtemperaturlegeringer.
⑤ Nitrogen superhårdt højhastighedsstål. En typisk kvalitet, såsom W12M03Cr4V3N, forkortet til V3N, er et nitrogenholdigt superhårdt højhastighedsstål med hårdhed, styrke og sejhed, der kan sammenlignes med M42. Den kan bruges som erstatning for koboltholdigt højhastighedsstål til lavhastighedsskæring af svært bearbejdede materialer og lavhastigheds højpræcisionsbearbejdning.
⑶ Smeltning af højhastighedsstål og pulvermetallurgi højhastighedsstål
Ifølge forskellige fremstillingsprocesser kan højhastighedsstål opdeles i smeltet højhastighedsstål og pulvermetallurgi højhastighedsstål.
① Smeltende højhastighedsstål: Både almindeligt højhastighedsstål og højtydende højhastighedsstål fremstilles ved hjælp af smeltemetoden. De laves til skærende værktøjer gennem processer som smeltning, ingot støbning og plettering og valsning. Det alvorlige problem, der er tilbøjelige til at opstå under smeltning af højhastighedsstål, er carbidadskillelse. Hårde og sprøde karbider er ujævnt fordelt i højhastighedsstål, og kornstørrelsen er grov (op til titusvis af mikrometer), hvilket har en negativ indvirkning på slidstyrken, sejheden og skæreydelsen af ​​højhastighedsstålskæreværktøjer.
② Powder Metallurgical High Speed ​​Steel (PM HSS): Powder Metallurgical High Speed ​​Steel (PM HSS) er en stålvæske smeltet i en højfrekvent induktionsovn, som forstøves med højtryksargon eller ren nitrogengas og derefter hurtigt afkøles for at opnå en lille og ensartet krystallinsk struktur (højhastighedsstålpulver). Det resulterende pulver presses derefter ind i et skæreværktøjsemne ved høj temperatur og tryk eller laves først til en stålstang og derefter smedet og rullet til en skæreværktøjsform. Sammenlignet med højhastighedsstål fremstillet ved smeltemetoden har PM HSS fordelene ved små og ensartede hårdmetalkorn, væsentligt forbedret styrke, sejhed og slidstyrke sammenlignet med smeltet højhastighedsstål. PM HSS værktøjer vil videreudvikle og indtage en vigtig position inden for komplekse CNC værktøjer. Typiske kvaliteter, såsom F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN osv., kan bruges til at fremstille store, kraftige og slagfaste skæreværktøjer samt præcisionsskæreværktøjer.
III Udvælgelsesprincipperne for CNC-værktøjsmaterialer
De meget anvendte CNC-værktøjsmaterialer omfatter i øjeblikket diamantværktøj, kubisk bornitridværktøj, keramisk værktøj, belagt værktøj, hårdlegeringsværktøj og højhastighedsstålværktøj. Der er mange generelle kvaliteter af skæreværktøjsmaterialer, og deres ydeevne varierer meget. De vigtigste præstationsindikatorer for forskellige værktøjsmaterialer er vist i tabellen nedenfor.

Udvælgelsen af ​​skæreværktøjsmaterialer til CNC-bearbejdning skal baseres på det emne, der bearbejdes, og bearbejdningsegenskaberne. Udvælgelsen af ​​værktøjsmaterialer bør være rimeligt afstemt med bearbejdningsobjektet. Matchningen af ​​skæreværktøjsmaterialer med bearbejdningsobjektet refererer hovedsageligt til matchningen af ​​deres mekaniske, fysiske og kemiske egenskaber for at opnå den længste værktøjslevetid og maksimal skæreproduktivitet.
1. Matchning af mekaniske egenskaber mellem skærende værktøjsmaterialer og bearbejdningsobjekter
Det mekaniske ydelsestilpasningsproblem mellem skærende værktøjer og bearbejdningsobjekter refererer hovedsageligt til overensstemmelsen af ​​mekaniske ydelsesparametre såsom styrke, sejhed og hårdhed mellem værktøjer og emnematerialer. Skæreværktøjsmaterialerne med forskellige mekaniske egenskaber er velegnede til bearbejdning af forskellige emnematerialer.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>højhastighedsstål.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>diamant- og kubisk bornitridværktøjer.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>kubisk bornitrid, diamant og keramiske værktøjer.
Emnematerialer med høj hårdhed skal behandles med skæreværktøjer med højere hårdhed, og hårdheden af ​​skæreværktøjsmaterialet skal være højere end emnematerialets hårdhed, hvilket generelt kræver en hårdhed på 60HRC eller derover. Jo højere hårdhed værktøjsmaterialet er, jo bedre slidstyrke. For eksempel, når koboltindholdet i hårde legeringer stiger, øges deres styrke og sejhed, mens hårdheden falder, hvilket gør dem velegnede til grovbearbejdning; Når koboltindholdet falder, øges dets hårdhed og slidstyrke, hvilket gør den velegnet til præcisionsbearbejdning.
Værktøjer med fremragende højtemperaturmekaniske egenskaber er særligt velegnede til højhastighedsskæring. Keramiske skæreværktøjers fremragende ydeevne ved høj temperatur gør dem i stand til at skære ved høj hastighed, og den tilladte skærehastighed kan øges med 2-10 gange sammenlignet med hårde legeringer.
2. Tilpasning af de fysiske egenskaber ved skærende værktøjsmaterialer og bearbejdningsgenstande
Værktøjer med forskellige fysiske egenskaber, såsom højhastighedsstålværktøj med høj termisk ledningsevne og lavt smeltepunkt, keramiske værktøjer med højt smeltepunkt og lav termisk ekspansion, og diamantværktøjer med høj varmeledningsevne og lav termisk ekspansion, er velegnede til bearbejdning af forskellige emnematerialer. Ved bearbejdning af emner med dårlig varmeledningsevne bør værktøjsmaterialer med god varmeledningsevne bruges til hurtigt at overføre skærevarme og reducere skæretemperaturen. Diamant er på grund af sin høje termiske ledningsevne og termiske diffusionshastighed tilbøjelig til at sprede skærevarme og producerer ikke væsentlig termisk deformation, hvilket er særligt vigtigt for præcisionsbearbejdningsværktøjer, der kræver høj dimensionel nøjagtighed.
① Varmebestandighedstemperaturen for forskellige skæreværktøjsmaterialer: 700-8000C for diamantskærende værktøjer, 13000-15000C for PCBN skærende værktøjer, 1100-12000C for keramiske skærende værktøjer, 900-11000C for TiC (N)-baserede hårde legeringer, 800-9000C for WC-baserede ultrafinkornede hårde legeringer og 600-7000C for HSS.
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>A1203 baseret keramik.
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>A1203 baseret keramik.
3. Matchning af kemiske egenskaber mellem skærende værktøjsmaterialer og bearbejdningsobjekter
Det kemiske ydelsestilpasningsproblem mellem skærende værktøjsmaterialer og bearbejdningsobjekter refererer hovedsageligt til overensstemmelsen af ​​kemiske ydelsesparametre såsom kemisk affinitet, kemisk reaktion, diffusion og opløsning mellem værktøjsmaterialer og emnematerialer. Skæreværktøjerne med forskellige materialer er velegnede til bearbejdning af forskellige emnematerialer.
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS.
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4. Rimeligt udvalg af CNC-værktøjsmaterialer
Generelt er PCBN, keramiske skæreværktøjer, coatede hårde legeringer og TiCN-baserede skæreværktøjer af hårde legeringer velegnede til CNC-bearbejdning af sorte metaller såsom stål; PCD-værktøjer er velegnede til bearbejdning af ikke-jernholdige metalmaterialer såsom Al, Mg, Cu, såvel som deres legeringer og ikke-metalliske materialer. Tabel 3-3-2 viser nogle emnematerialer, der er egnede til bearbejdning med de førnævnte værktøjsmaterialer.
Følgende tabel viser nogle emnematerialer, der er egnede til bearbejdning med forskellige værktøjsmaterialer.