Il rapido sviluppo dei coltelli fu accompagnato dallo sviluppo di motori a vapore e altre macchine alla fine del XVIII secolo.
Nel 1783, René di Francia produsse per la prima volta le frese. Nel 1923, Schroeter della Germania ha inventato il carburo cementato. Quando si utilizza il carburo cementato, l'efficienza è più del doppio di quella dell'acciaio ad alta velocità e anche la qualità della superficie e l'accuratezza dimensionale dei pezzi lavorati mediante taglio sono notevolmente migliorate.
Poiché l'acciaio ad alta velocità e il carburo cementato sono relativamente costosi, nel 1938 la società tedesca Degussa ottenne un brevetto sui coltelli in ceramica. Nel 1972, la General Electric Company degli Stati Uniti ha prodotto lame in diamante sintetico policristallino e lame in nitruro di boro cubico policristallino. Questi materiali per utensili non metallici consentono all'utensile di tagliare a velocità più elevate.
Nel 1969, l'acciaieria svedese Sandvik ottenne un brevetto per la produzione di lame in carburo rivestite in carburo di titanio mediante deposizione chimica da vapore. Nel 1972, Bangsar e Lagolan negli Stati Uniti hanno sviluppato un metodo di deposizione fisica da vapore per rivestire uno strato duro di carburo di titanio o nitruro di titanio sulla superficie di utensili in carburo cementato o in acciaio ad alta velocità. Il metodo di rivestimento superficiale combina l'elevata resistenza e tenacità del materiale di base con l'elevata durezza e resistenza all'usura dello strato superficiale, in modo che questo materiale composito abbia migliori prestazioni di taglio.
A causa delle parti che lavorano ad alta temperatura, alta pressione, alta velocità e fluido corrosivo, vengono utilizzati materiali sempre più difficili da lavorare e il livello di automazione della lavorazione di taglio e i requisiti per la precisione di lavorazione stanno diventando sempre più alti . Quando si sceglie l'angolo dell'utensile, è necessario considerare l'influenza di molti fattori, come materiale del pezzo, materiale dell'utensile, proprietà di lavorazione (sgrossatura e finitura), ecc., Che devono essere selezionati ragionevolmente in base alla situazione specifica.
Materiali comuni per utensili: acciaio ad alta velocità, carburo cementato (incluso cermet), ceramica, CBN (nitruro di boro cubico), PCD (diamante policristallino), perché la sua durezza è più dura dell'altra, quindi in generale anche la velocità di taglio è una è più alto dell'altro.
Analisi delle prestazioni del materiale dell'utensile
Acciaio super rapido:
può essere suddiviso in acciaio ad alta velocità ordinario e acciaio ad alta velocità ad alte prestazioni.
L'acciaio ad alta velocità ordinario, come W18Cr4V, è ampiamente utilizzato nella produzione di vari strumenti complessi. La velocità di taglio non è generalmente troppo alta, 40-60 m / min quando si taglia l'acciaio ordinario.
L'acciaio ad alte prestazioni ad alta velocità, come W12Cr4V4Mo, viene prodotto aggiungendo un po 'di contenuto di carbonio, contenuto di vanadio e aggiungendo cobalto, alluminio e altri elementi al normale acciaio ad alta velocità. La sua durata è 1,5-3 volte quella del normale acciaio ad alta velocità.
Carburo:
Secondo GB2075-87 (fare riferimento allo standard 190), può essere suddiviso in tre categorie: P, M e K. Il carburo cementato di tipo P viene utilizzato principalmente per la lavorazione di metalli ferrosi con trucioli lunghi e il blu è utilizzato come marchio; Il tipo M viene utilizzato principalmente per la lavorazione di metalli ferrosi e metalli non ferrosi, usa il giallo come segno, noto anche come carburo cementato per uso generale, il tipo K viene utilizzato principalmente per la lavorazione di metalli ferrosi a taglio corto, metalli non ferrosi e non materiali metallici e il rosso è usato come segno.
I numeri arabi dietro P, M, K indicano le sue prestazioni e le condizioni di carico o le condizioni di lavorazione durante la lavorazione. Più piccolo è il numero, maggiore è la durezza e peggiore è la tenacità.
Ceramica:
I materiali ceramici hanno una buona resistenza all'usura e possono lavorare materiali ad alta durezza che sono difficili o impossibili da lavorare con strumenti tradizionali. Inoltre, gli utensili da taglio in ceramica possono evitare il consumo di energia del processo di ricottura e quindi possono anche aumentare la durezza del pezzo e prolungare la durata dei macchinari e delle attrezzature.
L'attrito tra le lame in ceramica e il metallo è piccolo durante il taglio, non è facile attaccarsi alle lame durante il taglio e non è facile produrre il tagliente di riporto ed è possibile il taglio ad alta velocità. Pertanto, nelle stesse condizioni, la rugosità superficiale del pezzo è relativamente bassa. La durata dell'utensile è parecchie volte o addirittura decine di volte superiore a quella degli utensili tradizionali, riducendo il numero di cambi utensile durante la lavorazione; resistenza alle alte temperature, buona durezza rossa. Può tagliare continuamente a 1200 ℃. Quindi la velocità di taglio degli inserti in ceramica può essere molto più alta di quella del carburo cementato. Può eseguire tagli ad alta velocità o realizzare" tornitura e fresatura invece di rettificare" ;. L'efficienza di taglio è 3-10 volte superiore a quella degli strumenti tradizionali, che possono far risparmiare dal 30% al 70% o più di ore di lavoro, elettricità e macchine utensili.
CBN:
Questo è il secondo materiale di durezza più alto attualmente conosciuto. La durezza del foglio composito CBN è generalmente HV3000 ～ 5000, che ha un'elevata stabilità termica e una durezza alle alte temperature e ha un'elevata resistenza all'ossidazione, anche a 1000 ℃. Si verifica ossidazione e non reagisce chimicamente con i materiali a base di ferro a 1200 ℃ ～ 1300 ℃. Ha una buona conducibilità termica e un basso coefficiente di attrito.
Diamante policristallino PCD:
Il coltello diamantato ha le caratteristiche di elevata durezza, elevata resistenza alla compressione, buona conduttività termica e resistenza all'usura e può ottenere un'elevata precisione di lavorazione ed efficienza di lavorazione nel taglio ad alta velocità. Poiché la struttura del PCD è un corpo sinterizzato di diamante a grana fine con orientamenti diversi, sebbene venga aggiunto il legante, la sua durezza e resistenza all'usura sono ancora inferiori a quelle del diamante monocristallino. L'affinità con metalli non ferrosi e materiali non metallici è molto piccola e i trucioli non aderiscono facilmente alla punta dell'utensile durante il processo di lavorazione per formare un tagliente di riporto.
La rispettiva gamma di applicazione dei materiali:
Acciaio ad alta velocità: utilizzato principalmente nella formatura di strumenti e forme complesse e altre occasioni che richiedono elevata tenacità;
Carburo cementato: la più ampia gamma di applicazioni, in pratica può asciugare;
Ceramica: utilizzata principalmente per la tornitura di pezzi duri e la sgrossatura e la lavorazione ad alta velocità di parti in ghisa;
CBN: Utilizzato principalmente nella tornitura di parti dure e nella lavorazione ad alta velocità di parti in ghisa (in generale, è più efficiente della ceramica in termini di resistenza all'usura, tenacità all'impatto e resistenza alla frattura);
PCD: utilizzato principalmente per il taglio ad alta efficienza di materiali non ferrosi e non metallici.
I requisiti delle macchine utensili CNC per i materiali degli utensili
Elevata durezza e resistenza all'usura
La durezza della parte tagliente dell'utensile deve essere superiore alla durezza del materiale del pezzo. Maggiore è la durezza del materiale dell'utensile, migliore è la sua resistenza all'usura. La durezza del materiale dell'utensile a temperatura ambiente dovrebbe essere superiore a HRC62.
Sufficiente forza e tenacità
L'utensile sopporta molta pressione durante il taglio eccessivo e talvolta funziona in condizioni di impatto e vibrazione. Per evitare che l'utensile si scheggi e si rompa, il materiale dell'utensile deve avere resistenza e tenacità sufficienti. Generalmente, la resistenza alla flessione viene utilizzata per esprimere la resistenza del materiale dell'utensile. Il valore di impatto viene utilizzato per esprimere la tenacità del materiale dell'utensile.
Elevata resistenza al calore
La resistenza al calore si riferisce alle prestazioni dei materiali degli utensili per mantenere durezza, resistenza all'usura, resistenza e tenacità alle alte temperature. È l'indice principale per misurare le prestazioni di taglio dei materiali degli utensili. Questa prestazione è anche chiamata durezza rossa dei materiali degli utensili.
migliore conducibilità termica
Maggiore è la conduttività termica del materiale dell'utensile, maggiore è il calore trasmesso dall'utensile, il che è utile per ridurre la temperatura di taglio dell'utensile e migliorare la durata dell'utensile.
Buona fattura
Per facilitare la lavorazione e la fabbricazione degli utensili, i materiali degli utensili devono avere buone proprietà di processo, come forgiatura, laminazione, saldatura, taglio e molatura, caratteristiche di trattamento termico e prestazioni di deformazione plastica ad alta temperatura dei materiali dell'utensile. Per utensili in metallo duro e ceramica Il materiale richiede anche buone proprietà di sinterizzazione e formatura a pressione.