Razvojem suvremene znanosti i tehnologije sve se više koriste inženjerski materijali visoke tvrdoće, dok tradicionalna tehnologija tokarenja nije kompetentna ili uopće ne može postići obradu nekih materijala visoke tvrdoće.Obloženi karbid, keramika, PCBN i drugi supertvrdi alatni materijali imaju visoku tvrdoću na visokim temperaturama, otpornost na habanje i termokemijsku stabilnost, što daje najosnovniji preduvjet za rezanje materijala visoke tvrdoće i postigla je značajnu prednost u proizvodnji.Materijal korišten od strane supertvrdog alata i njegova struktura alata i geometrijski parametri su osnovni elementi za realizaciju tvrdog tokarenja.Stoga je kako odabrati supertvrdi materijal alata i dizajnirati razumnu strukturu alata i geometrijske parametre ključno za postizanje stabilnog tvrdog tokarenja!
(1) Obloženi cementni karbid
Nanesite jedan ili više slojeva TiN, TiCN, TiAlN i Al3O2 s dobrom otpornošću na habanje na alate od tvrdog metala dobre žilavosti, a debljina premaza je 2-18 μm.Premaz obično ima puno nižu toplinsku vodljivost od podloge alata i materijala obratka, što slabi toplinski učinak podloge alata;S druge strane, može učinkovito poboljšati trenje i prianjanje u procesu rezanja i smanjiti stvaranje topline rezanja.
Iako PVD premaz pokazuje mnoge prednosti, neki premazi kao što su Al2O3 i dijamant imaju tendenciju usvajanja CVD tehnologije premaza.Al2O3 je vrsta premaza s jakom otpornošću na toplinu i oksidaciju, koja može odvojiti toplinu generiranu rezanjem od određenog alata.CVD tehnologija premaza također može integrirati prednosti različitih premaza kako bi se postigao najbolji učinak rezanja i zadovoljile potrebe rezanja.
U usporedbi s alatima od tvrdog metala, alati od tvrdog metala s premazom znatno su poboljšani u čvrstoći, tvrdoći i otpornosti na trošenje.Pri tokarenju obratka s tvrdoćom od HRC45~55, jeftini obloženi cementni karbid može ostvariti tokarenje velikom brzinom.Posljednjih su godina neki proizvođači poboljšali rad alata s premazom poboljšanjem materijala za premazivanje i drugim metodama.Na primjer, neki proizvođači u Sjedinjenim Državama i Japanu koriste švicarski AlTiN materijal za premazivanje i novu patentiranu tehnologiju premaza za proizvodnju presvučenih oštrica s tvrdoćom čak HV4500~4900, koje mogu rezati HRC47~58 čelik za kalupe brzinom od 498,56 m/min .Kada je temperatura tokarenja do 1500 ~ 1600 ° C, tvrdoća se još uvijek ne smanjuje i ne oksidira.Životni vijek oštrice je četiri puta duži od običnog premazanog noža, dok je cijena samo 30%, a prianjanje je dobro.
(2) Keramički materijal
Kontinuiranim poboljšanjem sastava, strukture i procesa prešanja, posebice razvojem nanotehnologije, keramički alatni materijali omogućuju ojačavanje keramičkih alata.U bliskoj budućnosti, keramika bi mogla izazvati treću revoluciju u rezanju nakon brzoreznog čelika i cementnog karbida.Keramički alati imaju prednosti visoke tvrdoće (HRA91~95), visoke čvrstoće (čvrstoća savijanja 750~1000MPa), dobre otpornosti na trošenje, dobre kemijske stabilnosti, dobre otpornosti na prianjanje, niskog koeficijenta trenja i niske cijene.I ne samo to, keramički alati također imaju visoku tvrdoću na visokim temperaturama, koja doseže HRA80 na 1200 °C.
Tijekom normalnog rezanja, keramički alat ima vrlo visoku izdržljivost, a njegova brzina rezanja može biti 2 do 5 puta veća od brzine rezanja od cementnog karbida.Posebno je prikladan za obradu materijala visoke tvrdoće, završnu obradu i brzu obradu.Može rezati različite kaljene čelike i kaljeni lijevano željezo s tvrdoćom do HRC65.Uobičajeno se koriste keramika na bazi aluminijevog oksida, keramika na bazi silicijevog nitrida, kermeti i keramika ojačana vlaknima.
Keramički alati na bazi glinice imaju veću crvenu tvrdoću od cementnog karbida.Općenito, rezni rub neće proizvesti plastičnu deformaciju u uvjetima rezanja velikom brzinom, ali njegova čvrstoća i žilavost su vrlo niske.Kako bi se poboljšala njegova žilavost i otpornost na udar, može se dodati ZrO ili mješavina TiC i TiN.Druga metoda je dodavanje brkova od čistog metala ili silicij karbida.Osim visoke crvene tvrdoće, keramika na bazi silicijeva nitrida također ima dobru žilavost.U usporedbi s keramikom na bazi aluminijevog oksida, njegov nedostatak je što je lako proizvesti visokotemperaturnu difuziju prilikom strojne obrade čelika, što pogoršava trošenje alata.Keramika na bazi silicijevog nitrida uglavnom se koristi za povremeno tokarenje i glodanje sivog lijeva.
Kermet je vrsta materijala na bazi karbida, u kojem je TiC glavna tvrda faza (0,5-2 μm). Kombiniraju se s Co ili Ti vezivima i slični su alatima od cementnog karbida, ali imaju nizak afinitet, dobro trenje i dobar otpornost na trošenje.Može izdržati višu temperaturu rezanja od uobičajenog cementnog karbida, ali mu nedostaje otpornost na udarce cementnog karbida, žilavost tijekom teškog rezanja i čvrstoća pri maloj brzini i velikom posmaku.
(3) Kubični bor nitrid (CBN)
CBN je odmah nakon dijamanta po tvrdoći i otpornosti na habanje i ima izvrsnu tvrdoću na visokim temperaturama.U usporedbi s keramikom, njegova otpornost na toplinu i kemijska stabilnost su malo slabije, ali njegova otpornost na udarce i otpornost na gnječenje su bolji.Široko je primjenjiv za rezanje kaljenog čelika (HRC ≥ 50), perlitnog sivog lijeva, ohlađenog lijevanog željeza i superlegura.U usporedbi s alatima od tvrdog metala, njegova brzina rezanja može se povećati za jedan red veličine.
Alat od kompozitnog polikristalnog kubičnog bor nitrida (PCBN) s visokim sadržajem CBN ima visoku tvrdoću, dobru otpornost na trošenje, visoku tlačnu čvrstoću i dobru udarnu žilavost.Njegovi nedostaci su slaba toplinska stabilnost i niska kemijska inertnost.Pogodan je za rezanje legura otpornih na toplinu, lijevanog željeza i sinteriranih metala na bazi željeza.Sadržaj CBN čestica u PCBN alatima je nizak, a tvrdoća PCBN alata koji koriste keramiku kao vezivo je niska, ali nadoknađuje lošu toplinsku stabilnost i nisku kemijsku inerciju prethodnog materijala, te je prikladan za rezanje kaljenog čelika.
Pri rezanju sivog lijeva i kaljenog čelika može se odabrati keramički alat ili CBN alat.Iz tog razloga treba provesti analizu troškova i koristi i kvalitetu obrade kako bi se odlučilo koji odabrati.Kada je tvrdoća rezanja manja od HRC60 i usvojena je mala brzina posmaka, keramički alat je bolji izbor.PCBN alati prikladni su za rezanje izradaka s tvrdoćom većom od HRC60, posebno za automatsku obradu i obradu visoke preciznosti.Osim toga, zaostalo naprezanje na površini izratka nakon rezanja s PCBN alatom također je relativno stabilno od onog s keramičkim alatom pod uvjetom istog trošenja bočne strane.
Kada koristite PCBN alat za suho rezanje kaljenog čelika, također treba slijediti sljedeća načela: odaberite što veću dubinu rezanja pod uvjetom da krutost alatnog stroja to dopušta, tako da toplina stvorena u području rezanja može omekšati metal na prednjem dijelu ruba lokalno, što može učinkovito smanjiti trošenje PCBN alata.Osim toga, kada se koristi mala dubina rezanja, također treba uzeti u obzir da loša toplinska vodljivost PCBN alata može učiniti da toplina u području rezanja bude prekasna za difuziju, a područje smicanja također može proizvesti očigledan učinak omekšavanja metala, smanjiti trošenje oštrice.
2. Struktura oštrice i geometrijski parametri supertvrdih alata
Razumno određivanje oblika i geometrijskih parametara alata vrlo je važno kako bi se dala potpuna igra reznim učincima alata.Što se tiče čvrstoće alata, čvrstoća vrha alata raznih oblika oštrice od visokog do niskog je: okrugla, 100° dijamant, kvadrat, 80° romb, trokut, 55° romb, 35° romb.Nakon što se odabere materijal oštrice, odabire se oblik oštrice s najvećom čvrstoćom.Tvrde tokarske oštrice također treba odabrati što veće, a grubu obradu treba obaviti s kružnim oštricama s velikim polumjerom luka vrha.Radijus luka vrha je oko 0,8 kada se završava μ Oko m.
Otvrdnuti čelični čipovi su crvene i meke vrpce, velike krtosti, lako se lome i ne vežu.Rezna površina od kaljenog čelika je visoke kvalitete i općenito ne stvara nakupljanje strugotine, ali je sila rezanja velika, posebno radijalna sila rezanja je veća od glavne sile rezanja.Stoga bi alat trebao koristiti negativni prednji kut (go ≥ - 5 °) i veliki stražnji kut (ao=10°~15°).Glavni kut otklona ovisi o krutosti alatnog stroja, općenito 45 °~60 °, kako bi se smanjilo tresenje izratka i alata.
Vrijeme objave: 24. veljače 2023