1. Lo strumento dovrebbe avere funzioni di base
La selezione degli utensili da taglio ha una grande influenza sulla durata dell'utensile, sulla potenza di lavorazione, sulla qualità di lavorazione e sui costi di lavorazione. Quando l'utensile sta tagliando, è soggetto agli effetti di alta pressione, alta temperatura, attrito, urti e vibrazioni. Pertanto, lo strumento dovrebbe avere le seguenti funzioni di base:
(1) Durezza e resistenza all'usura. La durezza dell'utensile deve essere superiore alla durezza del materiale del pezzo, generalmente superiore a 60 HRC. Più duro è l'utensile, migliore è la resistenza all'usura.
(2) Resistenza e durata. L'utensile dovrebbe avere un'elevata resistenza e tenacità per resistere alla forza di taglio, agli urti e alle vibrazioni e prevenire fragili fratture e scheggiature dell'utensile.
(3) Resistenza al calore. La resistenza al calore dell'utensile è migliore, può sopportare temperature di taglio elevate e ha una buona resistenza all'ossidazione.
(4) Funzione ed economia del processo. L'utensile da taglio dovrebbe avere una buona funzione di fusione, funzione di trattamento termico, funzione di saldatura; funzione di elaborazione della rettifica, ecc., e dovrebbe perseguire un elevato rapporto prezzo-funzione.
2. Tipologie, funzioni, caratteristiche e utilizzo degli strumenti
1. Strumento in ceramica
Gli utensili in ceramica hanno le caratteristiche di elevata durezza, buona resistenza all'usura, eccellente resistenza al calore e stabilità chimica e non sono facili da incollare con il metallo. Gli utensili in ceramica occupano una posizione molto importante nella lavorazione CNC. Gli utensili in ceramica sono diventati uno degli utensili più importanti per il taglio ad alta velocità e materiali difficili da lavorare. Gli utensili da taglio in ceramica sono ampiamente utilizzati nel taglio ad alta velocità, nel taglio a secco, nel taglio duro e nel taglio di materiali difficili da lavorare. I coltelli in ceramica possono lavorare in modo efficiente materiali molto duri che i coltelli tradizionali non possono lavorare affatto, realizzando la "sostituzione della molatura con un'auto"; la velocità di taglio ottimale dei coltelli in ceramica può essere da 2 a 10 volte superiore a quella dei coltelli in carburo cementato, migliorando così notevolmente l'efficienza produttiva della lavorazione del taglio La principale materia prima utilizzata dai coltelli in ceramica è l'elemento più abbondante nella crosta terrestre. Pertanto, la divulgazione e l'applicazione dei coltelli in ceramica è di grande importanza per migliorare la produttività, ridurre i costi di lavorazione e risparmiare metalli preziosi strategici e promuoverà notevolmente anche il progresso della tecnologia di taglio.
⑴ Tipi di utensili in ceramica
Le varietà di utensili in ceramica possono generalmente essere suddivise in tre categorie: ceramica a base di allumina, ceramica a base di nitruro di silicio e ceramica composita a base di nitruro di silicio-allumina. Tra questi, gli utensili ceramici a base di allumina e nitruro di silicio sono i più utilizzati. La funzione delle ceramiche a base di nitruro di silicio è superiore a quella delle ceramiche a base di allumina.
⑵ Funzioni e caratteristiche degli utensili in ceramica
① Elevata durezza e buona resistenza all'usura: sebbene la durezza degli utensili in ceramica non sia elevata come quella di PCD e PCBN, è molto più elevata di quella degli utensili in metallo duro cementato e in acciaio ad alta velocità, raggiungendo 93-95HRA. Gli utensili in ceramica possono lavorare materiali ad alta durezza difficili da lavorare con utensili tradizionali e sono adatti per il taglio ad alta velocità e il taglio duro.
② Resistenza alle alte temperature e buona resistenza al calore: gli utensili in ceramica possono ancora tagliare a temperature elevate superiori a 1200 gradi. I coltelli in ceramica hanno buone proprietà meccaniche ad alta temperatura e i coltelli in ceramica A12O3 hanno proprietà antiossidanti particolarmente buone. Anche se il tagliente è in uno stato rovente, può essere utilizzato continuamente. Pertanto, gli utensili in ceramica possono eseguire il taglio a secco e il fluido da taglio può quindi essere omesso.
③ Buona stabilità chimica: i coltelli in ceramica non sono facili da incollare con il metallo e sono resistenti alla corrosione e chimicamente stabili, il che può ridurre l'usura dell'incollaggio dell'utensile.
④ Basso coefficiente di attrito: l'affinità tra utensili da taglio in ceramica e metallo è piccola e il coefficiente di attrito è basso, il che può ridurre la forza di taglio e la temperatura di taglio.
⑶ Vengono utilizzati utensili in ceramica
La ceramica è uno dei materiali per utensili principalmente utilizzati per la finitura e la semifinitura ad alta velocità. Gli utensili da taglio in ceramica sono adatti per il taglio di tutti i tipi di ghisa (ghisa grigia, ghisa duttile, ghisa malleabile, ghisa raffreddata, ghisa ad alta lega resistente all'usura) e acciaio (acciaio strutturale al carbonio, acciaio strutturale legato, acciaio ad alta resistenza , acciai ad alto contenuto di manganese, acciai bonificati ecc.), possono essere utilizzati anche per tagliare leghe di rame, grafite, tecnopolimeri e materiali compositi.
Gli utensili da taglio in ceramica hanno i problemi di bassa resistenza alla flessione e scarsa resistenza agli urti e non sono adatti per il taglio a bassa velocità e carico d'urto.
2. Utensile diamantato
Il diamante è un allotropo del carbonio ed è il materiale più duro che si trova in natura. Gli utensili diamantati hanno un'elevata durezza, un'elevata resistenza all'usura e un'elevata conduttività termica e sono ampiamente utilizzati nella lavorazione di metalli non ferrosi e non metallici. Soprattutto nel taglio ad alta velocità dell'alluminio e delle leghe silicio-alluminio, gli utensili diamantati sono i principali tipi di utensili da taglio difficili da sostituire. Gli utensili diamantati che possono raggiungere un'elevata potenza, un'elevata stabilità e una lavorazione di lunga durata sono strumenti indispensabili e importanti nella moderna lavorazione CNC.
⑴ Tipi di utensili diamantati
① Utensile diamantato naturale: il diamante naturale è stato utilizzato come utensile da taglio per centinaia di anni. L'utensile diamantato naturale a cristallo singolo è stato finemente rettificato e il tagliente può essere affilato in modo estremamente nitido. Il raggio del tagliente può raggiungere 0.002μm, che può completare il taglio ultrasottile e può È uno strumento di lavorazione ultrafine riconosciuto, ideale e insostituibile per la lavorazione di precisione estremamente elevata del pezzo e rugosità superficiale estremamente bassa.
② Utensile diamantato PCD: il diamante naturale è costoso e il diamante policristallino (PCD) è ampiamente utilizzato nel taglio. Dopo il successo, gli utensili in diamante naturale sono stati sostituiti in molte occasioni dal diamante policristallino artificiale. PCD è ricco di materie prime e il suo prezzo è solo da pochi decimi a un decimo dei diamanti naturali. Gli utensili in PCD non possono essere rettificati in modo estremamente affilato Il tagliente, la qualità della superficie del pezzo lavorato non è buona come il diamante naturale e non è conveniente produrre lame in PCD con rompitruciolo nell'industria. Pertanto, il PCD può essere utilizzato solo per il taglio fine di metalli non ferrosi e non metalli, che è difficile da ottenere Taglio a specchio super fine.
③ Utensili diamantati CVD: dalla fine degli anni '70 all'inizio degli anni '80, la tecnologia del diamante CVD è apparsa in Giappone. Il diamante CVD si riferisce all'uso della deposizione chimica in fase di vapore (CVD) per formare un film diamantato su un substrato eterogeneo (come carburo cementato, ceramica, ecc.). Il diamante CVD ha esattamente la stessa struttura e le stesse caratteristiche del diamante naturale. Le prestazioni del diamante CVD sono molto vicine a quelle del diamante naturale. Presenta i vantaggi del diamante monocristallino naturale e del diamante policristallino (PCD) e supera in una certa misura i loro difetti.
⑵ Caratteristiche degli utensili diamantati
① Durezza e resistenza all'usura estremamente elevate: il diamante naturale è la sostanza più dura che si trova in natura. Il diamante ha una resistenza all'usura estremamente elevata. Durante la lavorazione di materiali ad alta durezza, la durata degli utensili diamantati è da 10 a 100 volte superiore a quella degli utensili in metallo duro cementato, o addirittura centinaia di volte.
② Coefficiente di attrito molto basso: il coefficiente di attrito tra diamante e alcuni metalli non ferrosi è inferiore a quello di altri utensili, il coefficiente di attrito è basso, la deformazione è ridotta durante la lavorazione e la forza di taglio può essere ridotta.
③ Il tagliente è molto affilato: il tagliente dello strumento diamantato può essere affilato e lo strumento diamantato a cristallo singolo naturale può essere alto fino a 0.002-0.008μm, che può eseguire ultra- taglio sottile e lavorazione ultrafine.
④ Elevata conducibilità termica: il diamante ha un'elevata conduttività termica e diffusività termica, il calore di taglio viene facilmente dissipato e la temperatura della parte tagliente dell'utensile è bassa.
⑤ Basso coefficiente di dilatazione termica: il coefficiente di dilatazione termica del diamante è molte volte inferiore a quello del carburo cementato e la variazione delle dimensioni dell'utensile causata dal taglio del calore è molto ridotta, il che è particolarmente importante per la lavorazione fine e ultrafine che richiede un'elevata precisione dimensionale.
⑶ L'uso di utensili diamantati
Gli utensili diamantati sono utilizzati principalmente per il taglio fine e l'alesatura di metalli non ferrosi e non metalli ad alta velocità. È adatto per la lavorazione di vari non metalli resistenti all'usura, come grezzi di metallurgia delle polveri FRP, ceramica, ecc.; vari metalli non ferrosi resistenti all'usura, come varie leghe silicio-alluminio; e lavorazione di finitura di vari metalli non ferrosi.
Lo svantaggio degli utensili diamantati è che hanno una scarsa stabilità termica. Quando la temperatura di taglio supera i 700 gradi C ~ 800 gradi C, perderà completamente la sua durezza; inoltre, non è adatto per il taglio di metalli ferrosi, perché il diamante (carbonio) è facile da contattare con il ferro ad alte temperature. L'effetto atomico trasforma gli atomi di carbonio in una struttura di grafite e i coltelli si danneggiano facilmente.