Typer, prestanda, egenskaper och applikationsexpertis för 6 typer av CNC-skärverktyg

Kombinationen av avancerad bearbetningsutrustning och högpresterande CNC-skärverktyg är nödvändig för att fullt ut utöva sin effektivitet och uppnå goda ekonomiska fördelar. Med den snabba utvecklingen av verktygsmaterial har olika nya typer av verktygsmaterial avsevärt förbättrat deras fysiska, mekaniska och skärande prestanda, och deras tillämpningsområde utökas också ständigt.
1 Verktygsmaterialet ska ha grundläggande egenskaper
Valet av verktygsmaterial har en betydande inverkan på verktygets livslängd, bearbetningseffektivitet, bearbetningskvalitet och bearbetningskostnader. Skärverktyg måste tåla högt tryck, hög temperatur, friktion, stötar och vibrationer under skärning. Därför bör verktygsmaterial ha följande grundläggande egenskaper:
(1) Hårdhet och slitstyrka. Hårdheten på verktygsmaterialet måste vara högre än arbetsstyckets material, vilket vanligtvis kräver en hårdhet på 60HRC eller högre. Ju högre hårdhet verktygsmaterialet har, desto bättre slitstyrka.
(2) Styrka och seghet. Verktygsmaterialet bör ha hög hållfasthet och seghet för att motstå skärkrafter, stötar och vibrationer och för att förhindra spröda brott och kantkollaps av verktyget.
(3) Värmebeständighet. Verktygsmaterialet har bra värmebeständighet, tål höga skärtemperaturer och har bra oxidationsbeständighet.
(4) Processprestanda och ekonomi. Verktygsmaterialet bör ha bra smidesprestanda, värmebehandlingsprestanda och svetsprestanda; Slipning prestanda, och strävan efter hög kostnad prestanda förhållande.
2, Typer, egenskaper, egenskaper och tillämpningar av skärverktygsmaterial
1. Typer, egenskaper, egenskaper och verktygstillämpningar för material för diamantskärande verktyg
Diamant är en allotrop av kol, och det är det hårdaste materialet som finns i naturen. Diamantskärverktyg har hög hårdhet, slitstyrka och värmeledningsförmåga och används i stor utsträckning vid bearbetning av icke-järnhaltiga och icke-metalliska material. Särskilt vid höghastighetsskärning av aluminium och kiselaluminiumlegeringar är diamantskärverktyg den huvudsakliga typen av skärverktyg som är svåra att ersätta. Diamantskärande verktyg som kan uppnå hög effektivitet, hög stabilitet och lång livslängd är oumbärliga och viktiga verktyg i modern CNC-bearbetning.

⑴ Typer av diamantskärande verktyg
① Naturliga diamantskärverktyg: Naturlig diamant har en historia på över hundra år som skärverktyg. Efter finslipning kan naturliga enkristalldiamantskärverktyg ha extremt skarpa kanter, med en skärradie på upp till 0.002 μm. Genom att kunna uppnå ultratunn skärning och uppnå extremt hög arbetsstyckenoggrannhet och låg ytjämnhet är det ett erkänt, idealiskt och oersättligt ultraprecisionsbearbetningsverktyg.
② PCD-diamantskärverktyg: Naturlig diamant är dyrt, och polykristallin diamant (PCD) används fortfarande i stor utsträckning vid skärning. Sedan början av 1970-talet, efter den framgångsrika utvecklingen av polykristallina diamantblad (PCD) framställda av högtemperatur- och högtryckssyntesteknik, har naturliga diamantskärverktyg ersatts av artificiell polykristallin diamant i många situationer. PCD-råvaror är rikliga, och deras priser är bara tio till tiotals gånger högre än naturlig diamant.
PCD-verktyg kan inte slipa extremt vassa kanter, och ytkvaliteten på det bearbetade arbetsstycket är inte lika bra som naturlig diamant. För närvarande är det inte bekvämt att tillverka PCD-blad med spånspår inom industrin. Därför kan PCD endast användas för precisionsskärning av icke-järnmetaller och icke-metaller, vilket gör det svårt att uppnå ultraprecision spegelskärning.
③ CVD-diamantskärverktyg: Sedan slutet av 1970-talet till början av 1980-talet har CVD-diamantteknologin vuxit fram i Japan. CVD-diamant hänvisar till syntesen av diamantfilmer på heterogena substrat (såsom hårda legeringar, keramik, etc.) med kemisk ångavsättning (CVD). CVD diamant har samma struktur och egenskaper som naturlig diamant.
Prestanda för CVD-diamanter är mycket lik den för naturlig diamant, och den kombinerar fördelarna med naturlig enkristalldiamant och polykristallin diamant (PCD), som i viss mån övervinner deras brister.
⑵ Prestandaegenskaper hos diamantskärande verktyg
① Extremt hög hårdhet och slitstyrka: Naturlig diamant är det hårdaste ämnet som finns i naturen. Diamant har extremt hög slitstyrka. Vid bearbetning av material med hög hårdhet är livslängden för diamantskärverktyg 10-100 gånger så lång som för skärverktyg i hårdlegerade och till och med hundratals gånger längre.
② Har en mycket låg friktionskoefficient: Friktionskoefficienten mellan diamant och vissa icke-järnmetaller är lägre än andra skärverktyg, med låg friktionskoefficient och liten deformation under bearbetning, vilket kan minska skärkraften.
③ Skäreggen är mycket skarp: skäreggen på diamantverktyg kan slipas mycket skarpt, och naturliga enkristalldiamantverktyg kan nå så högt som 0.002-0.008 μm. Kapabel till ultratunn skärning och ultraprecisionsbearbetning.
④ Har hög värmeledningsförmåga: Diamant har en hög värmeledningsförmåga och termisk diffusionshastighet, och skärvärme avleds lätt. Verktygets skärtemperatur är låg.
⑤ Med en lägre värmeutvidgningskoefficient: Den termiska expansionskoefficienten för diamant är flera gånger mindre än den för hårdlegering, och förändringen i verktygsstorlek som orsakas av skärvärme är mycket liten, vilket är särskilt viktigt för precision och ultraprecisionsbearbetning med höga krav på dimensionsnoggrannhet.
Användning av diamantskärande verktyg
Diamantskärande verktyg används vanligtvis för finskärning och borrning av icke-järnhaltiga och icke-metalliska material vid höga hastigheter. Lämplig för bearbetning av olika slitstarka icke-metalliska material, såsom glasfiberpulvermetallurgiämnen, keramiska material, etc; Olika slitstarka icke-järnmetaller, såsom olika kiselaluminiumlegeringar; Olika processer för ytbehandling av icke-järnmetaller.
Nackdelen med diamantskärande verktyg är deras dåliga termiska stabilitet. När skärtemperaturen överstiger 700 grader till 800 grader kommer deras hårdhet att förloras helt; Dessutom är den inte lämplig för skärning av svartmetaller eftersom diamant (kol) lätt interagerar med järnatomer vid höga temperaturer, omvandlar kolatomer till grafitstrukturer, vilket gör verktyget extremt känsligt för skador.
2. Typer, egenskaper, egenskaper och verktygstillämpningar för verktygsmaterial för kubisk bornitrid
Det andra superhårda materialet, kubisk bornitrid (CBN), syntetiserat med en metod som liknar diamanttillverkning, är näst efter diamant när det gäller hårdhet och värmeledningsförmåga. Den har utmärkt termisk stabilitet och oxiderar inte när den värms upp till 10000C i atmosfären. CBN har extremt stabila kemiska egenskaper för svartmetaller och kan användas i stor utsträckning vid bearbetning av stålprodukter.

Typer av skärverktyg för kubisk bornitrid
Kubisk bornitrid (CBN) är ett ämne som inte finns i naturen och kan delas in i enkristallin och polykristallin, nämligen CBN enkristallin och polykristallin kubisk bornitrid (PCBN). CBN är en av isomererna av bornitrid (BN), med en struktur som liknar diamant.
PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) är ett polykristallint material som sintrar samman fina CBN-material genom bindningsfaser (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) under hög temperatur och tryck. Det är för närvarande det näst hårdaste verktygsmaterialet som syntetiseras på konstgjord väg, och tillsammans med diamant kallas det superhårt verktygsmaterial. PCBN används främst för att tillverka skärverktyg eller andra verktyg.
PCBN-skärverktyg kan delas in i integrerade PCBN-blad och PCBN-kompositblad sintrade med hårdlegerade kompositer.
PCBN kompositblad tillverkas genom att sintra ett lager av O.{{0}},0 mm tjockt PCBN på en hård legering med god styrka och seghet. Dess prestanda kombinerar god seghet, hög hårdhet och slitstyrka, vilket löser problemen med låg böjhållfasthet och svetssvårigheter för CBN-blad.
De viktigaste egenskaperna och egenskaperna hos kubisk bornitrid
Även om hårdheten hos kubisk bornitrid är något lägre än diamant, är den mycket högre än andra material med hög hårdhet. Den enastående fördelen med CBN är att dess termiska stabilitet är mycket högre än diamants och når över 1200 grader (700-800 grad för diamant), och en annan enastående fördel är dess höga kemiska tröghet, som inte reagerar med järnelement vid 1200-1300 grad. De huvudsakliga prestandaegenskaperna för kubisk bornitrid är följande.
① Hög hårdhet och slitstyrka: CBN-kristallstruktur liknar diamant, med liknande hårdhet och styrka som diamant. PCBN är särskilt lämplig för bearbetning av material med hög hårdhet som endast kunde slipas tidigare och kan uppnå bättre ytkvalitet på arbetsstycken.
② Den har hög termisk stabilitet: värmebeständigheten för CBN kan nå 1400-1500 grad, vilket är nästan 1 gånger högre än värmebeständigheten för diamant (700-800 grad). PCBN-verktyg kan skära högtemperaturlegeringar och kylda stål med en hastighet 3-5 gånger högre än hårdlegeringsverktyg.
③ Utmärkt kemisk stabilitet: Den reagerar inte kemiskt med järnbaserade material även vid temperaturer mellan 1200-1300 grader och slits inte skarpt som diamant. Vid denna tidpunkt kan den fortfarande bibehålla hårdheten hos hårda legeringar; PCBN-skärverktyg är lämpliga för skärning av kylda ståldelar och kallt hårt gjutjärn, och kan användas i stor utsträckning för höghastighetsskärning av gjutjärn.
④ Att ha god värmeledningsförmåga: Även om värmeledningsförmågan hos CBN inte kan komma ikapp med diamant, är värmeledningsförmågan hos PCBN näst efter diamant i olika verktygsmaterial, mycket högre än den för höghastighetstål och hårda legeringar.
⑤ Att ha en lägre friktionskoefficient: En lägre friktionskoefficient kan leda till en minskning av skärkraften, en minskning av skärtemperaturen och en förbättring av ytkvaliteten under bearbetning.
Applicering av skärverktyg för kubisk bornitrid
Kubisk bornitrid är lämplig för precisionsbearbetning av olika svårskärbara material såsom kylt stål, hårt gjutjärn, högtemperaturlegeringar, hårda legeringar och ytspraymaterial. Bearbetningsnoggrannheten kan nå IT5 (hål IT6), och ytråhetsvärdet kan vara så lågt som Ra1.25-0.20 μM.
Segheten och böjhållfastheten hos skärverktygsmaterial för kubisk bornitrid är dålig. Därför är svarvverktyg av kubisk bornitrid inte lämpliga för grov bearbetning vid låga hastigheter och med höga slagbelastningar; Det är inte lämpligt för skärning av material med hög plasticitet, såsom aluminiumlegeringar, kopparlegeringar, nickelbaserade legeringar och stål med hög plasticitet, eftersom skärning av dessa metaller kommer att producera allvarliga spånavlagringar, vilket kommer att försämra bearbetningsytan.
3. Typer, egenskaper, egenskaper och verktygstillämpningar för keramiska verktygsmaterial
Keramiska skärverktyg har egenskaperna hög hårdhet, god slitstyrka, utmärkt värmebeständighet och kemisk stabilitet och är inte lätta att binda med metaller. Keramiska skärverktyg spelar en mycket viktig roll vid CNC-bearbetning och har blivit ett av de viktigaste skärverktygen för höghastighetsskärning och svårbearbetade material. Keramiska skärverktyg används i stor utsträckning vid höghastighetsskärning, torrskärning, hård skärning och skärning av svårbearbetade material. Keramiska skärverktyg kan effektivt bearbeta material med hög hårdhet som inte kan bearbetas med traditionella skärverktyg, vilket uppnår "svarvning istället för slipning"; Den optimala skärhastigheten för keramiska skärverktyg kan vara 2 till 10 gånger högre än för skärverktyg i hårdlegerade, vilket avsevärt förbättrar produktionseffektiviteten för skärning; De viktigaste råvarorna som används för keramiska skärverktyg är de mest förekommande elementen i jordskorpan. Därför är främjandet och tillämpningen av keramiska skärverktyg av stor betydelse för att förbättra produktiviteten, minska bearbetningskostnaderna och spara strategiska ädelmetaller. Det kommer också att i hög grad främja framstegen inom skärteknik.

⑴ Typer av keramiska verktygsmaterial
Typerna av keramiska verktygsmaterial kan generellt delas in i tre kategorier: aluminiumoxidbaserad keramik, kiselnitridbaserad keramik och sammansatt kiselnitrid aluminiumoxidbaserad keramik. Bland dem är aluminiumbaserade och kiselnitridbaserade keramiska verktygsmaterial de mest använda. Prestanda hos kiselnitridbaserad keramik är överlägsen den hos aluminiumbaserad keramik.
⑵ Prestanda och egenskaper hos keramiska skärverktyg
Prestandaegenskaperna för keramiska skärverktyg är följande:
① Hög hårdhet och bra slitstyrka: Även om hårdheten hos keramiska skärverktyg inte är lika hög som PCD och PCBN, är den betydligt högre än hårdlegeringen och höghastighetstål skärverktyg och når 93-95HRA. Keramiska skärverktyg kan bearbeta höghårda material som är svåra att bearbeta med traditionella verktyg, vilket gör dem lämpliga för höghastighetsskärning och hård skärning.
② Hög temperaturbeständighet och bra värmebeständighet: Keramiska skärverktyg kan fortfarande skära vid höga temperaturer över 1200 grader. Keramiska skärverktyg har utmärkta mekaniska egenskaper vid hög temperatur, och oxidationsbeständigheten hos A12O3 keramiska skärverktyg är särskilt bra. Även när skäreggen är i ett glödhett tillstånd kan den användas kontinuerligt. Därför kan keramiska skärverktyg uppnå torrskärning och därigenom spara skärvätska.
③ Bra kemisk stabilitet: Keramiska skärverktyg är inte lätta att binda med metaller och är korrosionsbeständiga med god kemisk stabilitet, vilket kan minska det vidhäftande slitaget på skärverktyg.
④ Låg friktionskoefficient: Keramiska skärverktyg har låg affinitet med metaller, vilket resulterar i en låg friktionskoefficient som kan minska skärkraften och skärtemperaturen.
⑶ Keramiska knivar har tillämpningar
Keramik är ett av verktygsmaterialen som huvudsakligen används för höghastighets precisionsbearbetning och semi precisionsbearbetning. Keramiska skärverktyg är lämpliga för skärning av olika gjutjärn (grått gjutjärn, segjärn, formbart gjutjärn, kallt hårt gjutjärn, höglegerat slitstarkt gjutjärn) och stål (kolkonstruktionsstål, legerat konstruktionsstål, höghållfast stål , högt manganstål, kylt stål, etc.), och kan också användas för att skära kopparlegeringar, grafit, teknisk plast och kompositmaterial.
Keramiska verktygsmaterial har problem med låg böjhållfasthet och dålig slagseghet, vilket gör dem olämpliga för skärning vid låga hastigheter och under stötbelastning.
4. Prestanda och egenskaper för belagda verktygsmaterial och applicering av verktyg
Att belägga skärverktygen är ett av de viktiga sätten att förbättra deras prestanda. Framväxten av belagda skärverktyg har gjort betydande genombrott i deras skärprestanda. Belagda skärverktyg är de som är belagda med ett eller flera lager av eldfasta föreningar med god slitstyrka på verktygskroppen med god seghet. De kombinerar verktygsmatrisen med en hård beläggning och förbättrar därigenom verktygets prestanda avsevärt. Belagda skärverktyg kan förbättra bearbetningseffektiviteten, förbättra bearbetningsnoggrannheten, förlänga verktygets livslängd och minska bearbetningskostnaderna.
Cirka 80 % av de skärverktyg som används i nya CNC-verktygsmaskiner använder belagda verktyg. Belagda skärverktyg kommer att vara den viktigaste verktygsvarianten inom området CNC-bearbetning i framtiden.

⑴ Typer av belagda skärverktyg
Enligt olika beläggningsmetoder kan belagda verktyg delas in i kemisk ångavsättning (CVD) belagda verktyg och fysisk ångavsättning (PVD) belagda verktyg. Belagda skärverktyg av hårdlegering använder vanligtvis en kemisk ångavsättningsmetod, med en deponeringstemperatur på cirka 1000 grader. Belagda skärverktyg i höghastighetstål använder i allmänhet en fysisk ångavsättningsmetod, med en avsättningstemperatur på cirka 500 grader;
Beroende på de olika substratmaterialen för belagda verktyg kan belagda verktyg delas in i hårdlegeringsbelagda verktyg, höghastighetstålbelagda verktyg och belagda verktyg på keramik och superhårda material (diamant och kubisk bornitrid).
Enligt egenskaperna hos beläggningsmaterial kan belagda verktyg delas in i två kategorier, nämligen "hårda" belagda verktyg och "mjuka" belagda verktyg. Huvudmålet för "hårt" belagda skärverktyg är hög hårdhet och slitstyrka, med de främsta fördelarna med hög hårdhet och god slitstyrka, typiska för dessa är TiC- och TiN-beläggningar. Målet för "mjuka" belagda verktyg är låg friktionskoefficient, även känd som självsmörjande verktyg. Dess friktionskoefficient med arbetsstyckets material är mycket låg, bara cirka 0.1, vilket kan minska vidhäftningen, minska friktionen och sänka skärkraften och skärtemperaturen.
Nyligen har nanobeläggningsverktyg utvecklats. Detta belagda verktyg kan använda olika kombinationer av beläggningsmaterial (som metall/metall, metall/keramik, keramik/keramik, etc.) för att uppfylla olika funktions- och prestandakrav. En väldesignad nanobeläggning kan ge verktygsmaterial utmärkta antifriktion, antinötningsegenskaper och självsmörjande egenskaper, vilket gör dem lämpliga för höghastighets torrkapning.
Egenskaper för belagda skärverktyg
Prestandaegenskaperna för belagda skärverktyg är som följer:
① Bra mekanisk och skärprestanda: Belagda skärverktyg kombinerar de utmärkta egenskaperna hos substratet och beläggningsmaterialen, bibehåller god seghet och hög hållfasthet hos substratet, såväl som hög hårdhet, slitstyrka och låg friktionskoefficient för beläggningen. Därför kan skärhastigheten för belagda verktyg ökas med mer än två gånger jämfört med obelagda verktyg, och högre matningshastigheter tillåts. Livslängden för belagda skärverktyg har också förbättrats.
② Stark mångsidighet: Belagda verktyg har ett brett utbud av mångsidighet och utökar bearbetningsområdet avsevärt. Ett belagt verktyg kan ersätta flera icke belagda verktyg.
③ Beläggningstjocklek: När beläggningstjockleken ökar, ökar också verktygslivslängden, men när beläggningstjockleken når mättnad ökar inte längre verktygslivslängden nämnvärt. När beläggningen är för tjock är det lätt att orsaka flagning; När beläggningen är för tunn är slitstyrkan dålig.
④ Återslipbarhet: Belagda blad har dålig slipbarhet, komplex beläggningsutrustning, höga processkrav och lång beläggningstid.
⑤ Beläggningsmaterial: Skärverktyg med olika beläggningsmaterial har olika skärprestanda. Till exempel under låghastighetsskärning har TiC-beläggning en fördel; TiN är mer lämpligt för höghastighetsskärning.
Applicering av belagda skärverktyg
Belagda skärverktyg har stor potential inom CNC-bearbetning och kommer att vara den viktigaste verktygsvarianten i framtiden. Beläggningsteknik har tillämpats på pinnfräsar, brotschar, borrkronor, verktyg för bearbetning av sammansatta hål, kugghjulsfräsar, kugghjulsfräsar, kuggsaxar, formningsbroscher och olika vändskär för maskinklämmor, som uppfyller behoven för höghastighetsskärning av olika material som stål och gjutjärn, värmebeständiga legeringar och icke-järnmetaller.
5. Typer, egenskaper, egenskaper och tillämpningar av hårdlegerade skärverktygsmaterial

Hårdlegerade skärverktyg, särskilt indexerbara skärverktyg av hårdlegering, är de ledande produkterna av CNC-bearbetningsverktyg. Sedan 1980-talet har olika typer av integrerade och indexerbara skärverktyg eller knivar av hårdlegering expanderat till olika skärverktygsområden. Bland dem har indexerbara skärverktyg av hårdlegering expanderat från enkla svarvverktyg och planfräsar till olika precisions-, komplexa och formade verktygsfält.
⑴ Typer av hårdlegerade skärverktyg
Beroende på den huvudsakliga kemiska sammansättningen kan hårda legeringar delas in i volframkarbidbaserade hårda legeringar och titankarbid (TiC (N)) baserade hårda legeringar.
Volframkarbidbaserade hårda legeringar inkluderar tre typer: volframkobolt (YG), volframkobolttitan (YT) och sällsynta karbider tillsatta (YW), var och en med sina egna fördelar och nackdelar. Huvudkomponenterna är volframkarbid (WC), titankarbid (TiC), tantalkarbid (TaC), niobkarbid (NbC), etc. Den vanliga metallbindningsfasen är Co.
Kol (kväve) titanbaserad hårdlegering är en hård legering som huvudsakligen består av TiC (vissa med tillsats av andra karbider eller nitrider), och de vanligaste metallbindningsfaserna är Mo och Ni.
ISO (International Organization for Standardization) delar in skärning av hårda legeringar i tre kategorier:
K-klass, inklusive Kl0-K40, motsvarar YG-klassen i Kina (består huvudsakligen av WC. Co).
P-klass, inklusive P01-P50, motsvarar YT-klassen i Kina (består huvudsakligen av WC. TiC. Co).
M-klassen, inklusive M10~M40, motsvarar YW-klassen i Kina (huvudsakligen sammansatt av WC TiC TaC (NbC) - Co).
En serie legeringar som sträcker sig från hög hårdhet till maximal seghet representeras av siffror mellan 01 och 50 för varje kvalitet.
⑵ Prestandaegenskaper för skärverktyg i hårdlegering
Prestandaegenskaperna för skärverktyg i hårdlegerade är som följer:
① Hög hårdhet: Hårdlegerade skärverktyg är tillverkade av pulvermetallurgi av karbider (kallade hårda faser) och metallbindemedel (kallade bindningsfaser) med hög hårdhet och smältpunkt. Deras hårdhet når 89-93HRA, vilket är mycket högre än för höghastighetsstål. Vid 5400C kan deras hårdhet fortfarande nå 82-87HRA, vilket är samma som för höghastighetsstål vid rumstemperatur (83-86HRA). Hårdhetsvärdet för hårda legeringar varierar med egenskaperna, kvantiteten, partikelstorleken och innehållet i metallbindningsfaser av karbider, och minskar i allmänhet med en ökning av innehållet av bindningsmetallfaser. När limfasinnehållet är detsamma, är hårdheten hos legeringar av YT-typ högre än för legeringar av YG-typ, och legeringar med tillsatt TaC (NbC) har högre hårdhet vid hög temperatur.
② Böjhållfasthet och seghet: Böjhållfastheten hos vanliga hårda legeringar sträcker sig från 900 till 1500 MPa. Ju högre halt av metallbindningsfas, desto högre böjhållfasthet. När limhalten är densamma är hållfastheten hos legeringen av YG-typ (WC Co) högre än den för legeringen av YT-typ (WC TiC Co), och hållfastheten minskar med ökningen av TiC-halten. Hård legering är ett sprött material och dess slagseghet vid rumstemperatur är endast 1/30-1/8 av snabbstål.
Användning av vanliga skärverktyg i hårdlegering
YG-legeringar används huvudsakligen för bearbetning av gjutjärn, icke-järnmetaller och icke-metalliska material. Finkorniga hårda legeringar (som YG3X, YG6X) har högre hårdhet och slitstyrka än medelkorniga hårda legeringar när deras kobolthalt är densamma. De är lämpliga för bearbetning av speciellt hårt gjutjärn, austenitiskt rostfritt stål, värmebeständiga legeringar, titanlegeringar, hård brons och slitstarka isoleringsmaterial.
De enastående fördelarna med hårda legeringar av YT-typ är hög hårdhet, bra värmebeständighet, högre hårdhet och tryckhållfasthet vid höga temperaturer jämfört med YG-typ, och bra oxidationsbeständighet. Därför, när det krävs att kniven har hög värmebeständighet och slitstyrka, bör en kvalitet med högre TiC-innehåll väljas. YT-legeringar är lämpliga för bearbetning av plastmaterial som stål, men är inte lämpliga för bearbetning av titanlegeringar eller kiselaluminiumlegeringar.
YW-legeringar har egenskaperna hos YG- och YT-legeringar, med bra omfattande prestanda. De kan användas för bearbetning av stålmaterial, såväl som för bearbetning av gjutjärn och icke-järnmetaller. Om kobolthalten höjs på lämpligt sätt kan denna typ av legering ha hög hållfasthet och kan användas för grovbearbetning och intermittent skärning av olika svårbearbetade material.
6. Typer, egenskaper och tillämpningar av skärverktyg i höghastighetstål
High Speed ​​Steel (HSS) är en typ av höglegerat verktygsstål som innehåller en betydande mängd legeringselement som W, Mo, Cr och V. Höghastighetstål skärverktyg har utmärkta omfattande prestanda när det gäller hållfasthet, seghet och bearbetbarhet. I komplexa skärverktyg, särskilt vid tillverkning av hålbearbetningsverktyg, fräsar, gängskärverktyg, ritskärare, kugghjulsskärverktyg och andra komplexa kantformade skärverktyg, intar fortfarande höghastighetsstål huvudpositionen. Höghastighetstål skärverktyg är lätta att slipa vassa skäreggar.
Enligt olika användningsområden kan höghastighetsstål delas in i höghastighetsstål för allmänt ändamål och högpresterande höghastighetsstål.

⑴ Universal höghastighetstål skärverktyg
Universal höghastighetstål. Generellt kan det delas in i två kategorier: volframstål och volframmolybdenstål. Denna typ av höghastighetsstål innehåller (C) från 0,7 % till 0,9 %. Beroende på de olika volframhalterna i stål kan det delas in i volframstål med en W-halt på 12% eller 18%, volframmolybdenstål med en W-halt på 6% eller 8% och molybdenstål med en W-halt av 2 % eller ingen W. Universellt snabbstål har en viss hårdhet (63-66HRC) och slitstyrka, hög hållfasthet och seghet, god plasticitet och bearbetningsförmåga, och används i stor utsträckning vid tillverkning av olika komplexa skärverktyg.
① Volframstål: Den typiska kvaliteten för allmänt höghastighetstål av volframstål är W18Cr4V, (kallad W18), som har goda omfattande egenskaper och en hög temperaturhårdhet på 48,5HRC vid 6000C. Den kan användas för att tillverka olika komplexa skärverktyg. Den har fördelar som god slipbarhet och låg avkolningskänslighet, men på grund av det höga innehållet av karbider, ojämn fördelning, större partiklar samt låg hållfasthet och seghet.
② Volframmolybdenstål: hänvisar till ett höghastighetsstål som erhålls genom att ersätta en del volfram i volframstål med molybden. Den typiska kvaliteten på volframmolybdenstål är W6Mo5Cr4V2, förkortat M2. Karbidpartiklarna i M2 är små och enhetliga, med bättre hållfasthet, seghet och hög temperatur plasticitet än W18Cr4V. En annan typ av volframmolybdenstål är W9Mo3Cr4V (förkortat W9), som har något högre termisk stabilitet än M2-stål, bättre böjhållfasthet och seghet än W6M05Cr4V2, och har god bearbetbarhet.
⑵ Högpresterande höghastighetstål skärverktyg
Högpresterande höghastighetsstål hänvisar till en ny typ av stål som lägger till viss kol- och vanadinhalt, samt legeringselement som Co och Al, till sammansättningen av allmänt höghastighetsstål för att förbättra dess värme motstånd och slitstyrka. Det finns främst följande kategorier:
① Höghastighetstål med hög kolhalt. Höghastighetsstål med hög kolhalt (som 95W18Cr4V) har hög hårdhet vid rumstemperatur och hög temperatur, vilket gör det lämpligt för tillverkning och bearbetning av vanligt stål och gjutjärn, borrkronor, brotschar, kranar och fräsar med höga krav på slitstyrka, eller skärverktyg för bearbetning av hårdare material. Det är inte lämpligt att motstå stora stötar.
② Höghastighetstål av vanadin. Typiska kvaliteter, såsom W12Cr4V4Mo (refererad till som EV4), ökar V-halten till 3 % -5 %, har god slitstyrka och är lämpliga för att skära material som orsakar betydande verktygsslitage, såsom fibrer, hårt gummi , plast, etc. De kan också användas för bearbetning av material som rostfritt stål, höghållfast stål och högtemperaturlegeringar.
③ Kobolt höghastighetstål. Den tillhör kobolt som innehåller superhårt snabbstål, med en typisk kvalitet som W2Mo9Cr4VCo8 (kallad M42), som har hög hårdhet och kan nå 69-70HRC. Den är lämplig för bearbetning av höghållfast värmebeständigt stål, högtemperaturlegeringar, titanlegeringar och andra svårbearbetade material. M42 har god slipbarhet och är lämplig för att tillverka precisions- och komplexa skärverktyg, men den är inte lämplig för arbete under stötskärningsförhållanden.
④ Höghastighetstål i aluminium. Den tillhör aluminium som innehåller superhårt snabbstål, med typiska kvaliteter som W6Mo5Cr4V2Al (kallad 501). Högtemperaturhårdheten vid 6000C når också 54HRC, och skärprestandan motsvarar M42. Den är lämplig för tillverkning av fräsar, borr, brotschar, kugghjulsskärverktyg, broscher, etc., och används för bearbetning av legerat stål, rostfritt stål, höghållfast stål och högtemperaturlegeringar.
⑤ Kväve superhårt snabbstål. En typisk kvalitet, såsom W12M03Cr4V3N, förkortat V3N, är ett kväveinnehållande superhårt höghastighetsstål med hårdhet, styrka och seghet jämförbar med M42. Den kan användas som ett substitut för kobolthaltigt höghastighetstål för låghastighetsskärning av svårbearbetade material och låghastighetsbearbetning med hög precision.
⑶ Smältande höghastighetsstål och pulvermetallurgiskt höghastighetsstål
Enligt olika tillverkningsprocesser kan höghastighetsstål delas in i smält höghastighetsstål och pulvermetallurgiskt höghastighetsstål.
① Smältande höghastighetsstål: Både vanligt höghastighetsstål och högpresterande höghastighetsstål tillverkas med smältmetoden. De görs till skärande verktyg genom processer som smältning, götgjutning och plätering och valsning. Det allvarliga problemet som är benäget att uppstå under smältning av höghastighetsstål är hårdmetallsegregering. Hårda och spröda karbider är ojämnt fördelade i höghastighetsstål, och kornstorleken är grov (upp till tiotals mikrometer), vilket har negativa effekter på slitstyrkan, segheten och skärprestandan hos skärande verktyg i höghastighetstål.
② Powder Metallurgical High Speed ​​Steel (PM HSS): Powder Metallurgical High Speed ​​Steel (PM HSS) är en stålvätska som smälts i en högfrekvent induktionsugn, som finfördelas med högtrycksargon eller ren kvävgas och kyls sedan snabbt ned för att erhålla en liten och enhetlig kristallin struktur (höghastighetsstålpulver). Det resulterande pulvret pressas sedan till ett skärverktygsämne vid hög temperatur och tryck, eller görs först till ett stålämne och smids sedan och rullas till en skärverktygsform. Jämfört med snabbstål tillverkat med smältmetod har PM HSS fördelarna med små och enhetliga hårdmetallkorn, avsevärt förbättrad hållfasthet, seghet och slitstyrka jämfört med smält höghastighetsstål. PM HSS-verktyg kommer att vidareutveckla och inta en viktig position inom området komplexa CNC-verktyg. Typiska kvaliteter, såsom F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., kan användas för att tillverka stora, kraftiga och slagtåliga skärverktyg, såväl som precisionsskärverktyg.
III Urvalsprinciperna för CNC-verktygsmaterial
De mycket använda CNC-verktygsmaterialen inkluderar för närvarande diamantverktyg, kubiska bornitridverktyg, keramiska verktyg, belagda verktyg, hårdlegerade verktyg och höghastighetstålverktyg. Det finns många generella kvaliteter av skärverktygsmaterial, och deras prestanda varierar mycket. De viktigaste prestandaindikatorerna för olika verktygsmaterial visas i tabellen nedan.

Valet av skärverktygsmaterial för CNC-bearbetning måste baseras på arbetsstycket som bearbetas och bearbetningsegenskaperna. Valet av verktygsmaterial bör vara rimligt anpassat till bearbetningsobjektet. Matchningen av skärverktygsmaterial med bearbetningsobjektet hänvisar främst till matchningen av deras mekaniska, fysikaliska och kemiska egenskaper, för att uppnå den längsta verktygslivslängden och maximal skärproduktivitet.
1. Matchning av mekaniska egenskaper mellan skärverktygsmaterial och bearbetningsobjekt
Det mekaniska prestandamatchningsproblemet mellan skärverktyg och bearbetningsobjekt hänvisar huvudsakligen till matchningen av mekaniska prestandaparametrar såsom hållfasthet, seghet och hårdhet mellan verktygen och arbetsstyckets material. Skärverktygsmaterialen med olika mekaniska egenskaper är lämpliga för bearbetning av olika arbetsstyckesmaterial.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>Höghastighetsstål.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>diamant- och kubisk bornitridverktyg.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>kubisk bornitrid, diamant och keramiska verktyg.
Arbetsstyckesmaterial med hög hårdhet måste bearbetas med skärverktyg med högre hårdhet, och hårdheten på skärverktygsmaterialet måste vara högre än arbetsstyckets material, vilket vanligtvis kräver en hårdhet på 60HRC eller högre. Ju högre hårdhet verktygsmaterialet har, desto bättre slitstyrka. Till exempel, när kobolthalten i hårda legeringar ökar, ökar deras styrka och seghet, medan hårdheten minskar, vilket gör dem lämpliga för grov bearbetning; När kobolthalten minskar ökar dess hårdhet och slitstyrka, vilket gör den lämplig för precisionsbearbetning.
Verktyg med utmärkta mekaniska egenskaper vid hög temperatur är särskilt lämpliga för skärning i hög hastighet. Den utmärkta högtemperaturprestandan hos keramiska skärverktyg gör att de kan skära med hög hastighet, och den tillåtna skärhastigheten kan ökas med 2-10 gånger jämfört med hårda legeringar.
2. Matcha de fysiska egenskaperna hos skärverktygsmaterial och bearbetningsobjekt
Verktyg med olika fysikaliska egenskaper, såsom höghastighetstålverktyg med hög värmeledningsförmåga och låg smältpunkt, keramiska verktyg med hög smältpunkt och låg värmeexpansion, och diamantverktyg med hög värmeledningsförmåga och låg värmeexpansion, är lämpliga för bearbetning av olika arbetsstyckets material. Vid bearbetning av arbetsstycken med dålig värmeledningsförmåga bör verktygsmaterial med god värmeledningsförmåga användas för att snabbt överföra skärvärme och minska skärtemperaturen. Diamant, på grund av sin höga värmeledningsförmåga och termiska diffusionshastighet, är benägen att avleda skärvärme och producerar inte någon betydande termisk deformation, vilket är särskilt viktigt för precisionsbearbetningsverktyg som kräver hög dimensionell noggrannhet.
① Värmebeständighetstemperaturen för olika skärverktygsmaterial: 700-8000C för diamantskärverktyg, 13000-15000C för PCBN-skärverktyg, 1100-12000C för keramiska skärverktyg, 900-11000C för TiC (N)-baserade hårda legeringar, 800-9000C för WC-baserade ultrafinkorniga hårda legeringar och 600-7000C för 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 baserad 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 baserad keramik.
3. Matchning av kemiska egenskaper mellan skärverktygsmaterial och bearbetningsobjekt
Det kemiska prestandamatchningsproblemet mellan skärverktygsmaterial och bearbetningsobjekt hänvisar huvudsakligen till matchningen av kemiska prestandaparametrar såsom kemisk affinitet, kemisk reaktion, diffusion och upplösning mellan verktygsmaterial och arbetsstyckesmaterial. Skärverktygen med olika material är lämpliga för bearbetning av olika arbetsstyckesmaterial.
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. Rimligt urval av CNC-verktygsmaterial
Generellt sett är PCBN, keramiska skärverktyg, belagda hårda legeringar och TiCN-baserade skärverktyg av hårda legeringar lämpliga för CNC-bearbetning av svartmetaller som stål; PCD-verktyg är lämpliga för bearbetning av icke-järnhaltiga metallmaterial som Al, Mg, Cu, såväl som deras legeringar och icke-metalliska material. Tabell 3-3-2 listar några arbetsstyckesmaterial som är lämpliga för bearbetning med ovannämnda verktygsmaterial.
Följande tabell listar några arbetsstyckesmaterial som är lämpliga för bearbetning med olika verktygsmaterial.