Los equipos de procesamiento avanzados y las herramientas CNC de alto rendimiento pueden aprovechar al máximo su debido rendimiento y obtener buenos beneficios económicos.
Con el rápido desarrollo de los materiales para herramientas, las propiedades físicas, las propiedades mecánicas y el rendimiento de corte de varios materiales nuevos para herramientas han mejorado enormemente y la gama de aplicaciones se ha ampliado continuamente.
El rendimiento básico de los materiales de herramientas de corte.
La elección de los materiales de las herramientas de corte tiene un gran impacto en la vida útil de la herramienta, la eficiencia del mecanizado, la calidad del mecanizado y los costes de mecanizado. La herramienta debe soportar alta presión, alta temperatura, fricción, golpes y vibraciones durante el corte. Por tanto, el material de la herramienta de corte debe tener las siguientes propiedades básicas:
(1) Dureza y resistencia al desgaste.
La dureza del material de la herramienta de corte debe ser mayor que la dureza del material de la pieza de trabajo, generalmente superior a 60 HRC.
Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será la resistencia al desgaste.
(2) Fuerza y tenacidad.
Los materiales de las herramientas de corte deben tener alta resistencia y tenacidad para soportar fuerzas de corte, impactos y vibraciones y evitar fracturas frágiles y astillamiento de la herramienta.
(3) Resistencia al calor.
El material de la herramienta de corte debe tener buena resistencia al calor, soportar altas temperaturas de corte y tener buena resistencia a la oxidación.
(4) Rendimiento y economía del proceso.
El material de la herramienta debe tener un buen rendimiento de forjado, rendimiento de tratamiento térmico, rendimiento de soldadura, rendimiento de rectificado, etc., y perseguir una alta relación rendimiento-precio.
Tipo, rendimiento, características y aplicación es materiales de herramientas de corte.
cortador de diamante
El diamante es un isómero del carbono, el material más duro jamás encontrado en la naturaleza.
Las herramientas de corte de diamante tienen alta dureza, alta resistencia al desgaste y alta conductividad térmica, y se usan ampliamente en el procesamiento de metales no ferrosos y materiales no metálicos.
Lectura relacionada: Metales ferrosos y no ferrosos
Especialmente en el mecanizado de alta velocidad de aluminio y aleaciones de silicio-aluminio, las herramientas de diamante son los principales tipos de herramientas de corte que son difíciles de reemplazar. Las herramientas de diamante pueden lograr una alta eficiencia, una alta estabilidad y una larga vida útil, y son indispensables en los procesos modernos de mecanizado CNC.
Tipo de cortador de diamante
Cortador de diamantes naturales
Los diamantes naturales se han utilizado como herramientas de corte durante cientos de años. La herramienta de diamante de cristal único natural está finamente rectificada y el borde se puede afilar con un radio de corte de 0,002 μm. El corte ultrafino permite una precisión de pieza extremadamente alta y una rugosidad superficial muy baja. Es una herramienta de mecanizado de ultraprecisión reconocida, ideal e irreemplazable.
Cortador de diamante PCD
Los diamantes naturales son caros. El diamante más utilizado en el mecanizado de corte es el diamante policristalino (PCD). Desde principios de la década de 1970, el diamante policristalino (hoja PCD) se ha desarrollado con éxito y las herramientas de diamante natural han sido reemplazadas por diamante policristalino sintético.
Las materias primas de PCD son abundantes y el precio es sólo de unas pocas décimas a una décima parte del precio del diamante natural. Las herramientas de PCD no pueden producir bordes extremadamente afilados y la calidad de la superficie de la pieza mecanizada no es tan buena como la del diamante natural.
Actualmente no es fácil fabricar insertos de PCD con rompevirutas en la industria. Por lo tanto, el PCD solo se puede utilizar para cortes finos de metales no ferrosos y no metales, y es difícil lograr un corte de espejo de ultraprecisión.
Cortador de diamante CVD
Desde finales de la década de 1970 hasta principios de la de 1980, la tecnología de diamante CVD apareció en Japón. El diamante CVD se refiere a la síntesis de una película de diamante sobre un sustrato heterogéneo (como carburo, cerámica, etc.) mediante deposición química de vapor (CVD). El diamante CVD tiene exactamente la misma estructura y propiedades que el diamante natural.
El rendimiento del diamante CVD es muy parecido al del diamante natural, tiene las ventajas del diamante monocristalino natural y del diamante policristalino (PCD) y, hasta cierto punto, supera sus deficiencias.
Características de rendimiento de la herramienta de corte de diamante .
Extremadamente alta dureza y resistencia al desgaste.
El diamante natural es la sustancia más dura que se encuentra en la naturaleza. El diamante tiene una resistencia al desgaste muy alta. Al mecanizar materiales de alta dureza, la vida útil de las herramientas de diamante es de 10 a 100 veces, o incluso cientos de veces, mayor que la de las herramientas de carburo.
Tiene un coeficiente de fricción muy bajo.
El coeficiente de fricción entre el diamante y algunos metales no ferrosos es menor que el de otras herramientas. El bajo coeficiente de fricción da como resultado una menor deformación durante el procesamiento y una fuerza de corte reducida.
La punta es muy afilada.
El filo de la herramienta de diamante se puede afilar. Las herramientas de diamante de cristal único natural pueden lograr un filo de borde de hasta 0,002 ~ 0,008 μm para un corte ultrafino y un mecanizado de ultraprecisión.
Alta conductividad térmica
La conductividad térmica y la difusividad térmica del diamante son altas. Esto permite que el calor de corte se disipe fácilmente, lo que da como resultado una temperatura de corte más baja de la herramienta.
Tiene un menor coeficiente de expansión térmica.
El diamante tiene un coeficiente de expansión térmica varias veces menor que el del metal duro. El pequeño cambio en el tamaño de la herramienta causado por el calor de corte es especialmente importante para el mecanizado de precisión y ultraprecisión, donde la precisión dimensional es fundamental.
Aplicación de herramienta de diamante
Las herramientas de diamante se utilizan principalmente para corte fino y taladrado de materiales no ferrosos y no metálicos a altas velocidades. Son adecuados para procesar diversos materiales no metálicos resistentes al desgaste, como piezas en bruto de metalurgia de polvos de FRP, materiales cerámicos, etc., así como diversos metales no ferrosos resistentes al desgaste, como diversas aleaciones de silicio y aluminio y acabados metálicos no ferrosos. .
Sin embargo, la desventaja de las herramientas de diamante es su escasa estabilidad térmica. Cuando la temperatura de corte supera los 700°C a 800°C, la dureza del diamante se pierde por completo. Además, las herramientas de diamante no son adecuadas para cortar metales ferrosos, ya que el diamante (carbono) puede interactuar fácilmente con los átomos de hierro a altas temperaturas, convirtiendo los átomos de carbono en estructuras de grafito, lo que puede hacer que la herramienta sea extremadamente frágil.
Cortador de nitruro de boro cúbico
El segundo material superduro, el nitruro de boro cúbico (CBN), sintetizado mediante un método similar al de fabricación del diamante, ocupa el segundo lugar después del diamante en términos de dureza y conductividad térmica.
Tiene una excelente estabilidad térmica y no se oxida cuando se calienta a 10.000 ℃ en la atmósfera.
El CBN tiene propiedades químicas extremadamente estables para los metales ferrosos y puede utilizarse ampliamente en el procesamiento de productos de acero.
Tipo de herramienta de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico (CBN) es una sustancia que no existe en la naturaleza.
Hay dos tipos: monocristalino y policristalino, a saber, CBN monocristalino y nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN).
El CBN es uno de los isómeros del nitruro de boro (BN) y tiene una estructura similar a la del diamante.
PCBN (nitruro de boro cúbico policristalino) es un material policristalino en el que se sinterizan materiales finos de CBN a través de una fase de unión (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) a alta temperatura y alta presión.
Actualmente es un material para herramientas que utiliza una dureza sintetizada artificialmente cercana al diamante.
Se lo conoce colectivamente como material de herramienta súper duro.
PCBN se utiliza principalmente para fabricar herramientas.
Las herramientas PCBN se pueden dividir en insertos PCBN integrales e insertos compuestos PCBN sinterizados de carburo.
La hoja compuesta de PCBN se forma sinterizando una capa de PCBN de 0,5 ~ 1,0 mm de espesor sobre carburo con buena resistencia y tenacidad.
Sus propiedades combinan buena tenacidad, alta dureza y resistencia al desgaste.
Resuelve los problemas de baja resistencia a la flexión y soldadura difícil de los insertos de CBN.
Principales propiedades y características del nitruro de boro cúbico.
Aunque la dureza del nitruro de boro cúbico es ligeramente menor que la del diamante, es mucho mayor que la de otros materiales de alta dureza.
La gran ventaja del CBN es que su estabilidad térmica es mucho mayor que la del diamante, hasta 1200 °C (frente a los 700-800 °C del diamante).
Otra ventaja notable es que es químicamente inerte y no reacciona químicamente con el hierro a 1200-1300 °C.
Las principales características de rendimiento del nitruro de boro cúbico son las siguientes:
Alta dureza y resistencia al desgaste.
La estructura cristalina del CBN es similar a la del diamante y tiene una dureza y resistencia comparables.
PCBN es especialmente adecuado para el procesamiento de materiales de alta dureza que solo pueden rectificarse previamente y pueden lograr una calidad superficial superior de la pieza de trabajo.
Alta estabilidad térmica
La resistencia al calor del CBN puede alcanzar entre 1400 y 1500 ℃, que es casi el doble que la resistencia al calor del diamante (700 a 800 ℃).
Las herramientas PCBN pueden cortar superaleaciones y aceros endurecidos a velocidades de 3 a 5 veces más rápidas que las herramientas de carburo.
Excelente estabilidad química
No desempeña ningún papel químico con materiales a base de hierro hasta 1200-1300°C.
No se desgasta tan bruscamente como el diamante, pero aún mantiene la dureza del carburo.
Las herramientas PCBN son adecuadas para cortar acero endurecido y piezas de hierro fundido enfriadas, y pueden usarse ampliamente para el corte de hierro fundido a alta velocidad.
Tiene buena conductividad térmica.
Aunque la conductividad térmica del CBN no puede seguir el ritmo de la del diamante, la conductividad térmica del PCBN en varios materiales de herramientas es superada solo por el diamante, que es mucho más alta que la del acero de alta velocidad y la aleación dura.
Tiene un menor coeficiente de fricción.
Un bajo coeficiente de fricción da como resultado fuerzas de corte reducidas durante el corte, temperaturas de corte reducidas y una calidad de superficie mejorada.
Aplicación de herramienta de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico es adecuado para el acabado de materiales difíciles de cortar, como acero endurecido, hierro fundido duro, superaleaciones, aleaciones duras y materiales de pulverización de superficies.
La precisión del procesamiento puede alcanzar IT5 (el orificio es IT6) y el valor de rugosidad de la superficie puede ser tan pequeño como Ra 1,25 a 0,20 μm.
El material de la herramienta de nitruro de boro cúbico tiene baja tenacidad y resistencia a la flexión. Por lo tanto, las herramientas de torneado de nitruro de boro cúbico no son adecuadas para mecanizado en desbaste con baja velocidad y gran carga de impacto. Además, no son adecuados para cortar materiales plásticos (como aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones a base de níquel, aceros de alta plasticidad, etc.) porque el corte de estos metales puede provocar un desgaste importante en el filo, que puede deteriorar el mecanizado. . superficie.
C cuchillo de cerámica
Los cuchillos de cerámica tienen las características de alta dureza, buena resistencia al desgaste, excelente resistencia al calor y estabilidad química, y no son fáciles de unir con metales.
Las herramientas cerámicas juegan un papel importante en el mecanizado CNC y se han convertido en una de las principales herramientas para el corte a alta velocidad y materiales difíciles de mecanizar.
Las herramientas cerámicas se utilizan ampliamente para corte a alta velocidad, corte en seco, corte en duro y mecanizado de materiales difíciles de mecanizar.
Los cuchillos de cerámica pueden procesar de manera eficiente materiales de alta dureza que los cuchillos tradicionales no pueden procesar y lograr "fresar en lugar de moler".
La velocidad de corte ideal de las herramientas de cerámica puede ser de 2 a 10 veces mayor que la de las herramientas de carburo, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la producción de corte.
La principal materia prima utilizada en los materiales cerámicos para herramientas es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Por lo tanto, la promoción y aplicación de herramientas cerámicas es de gran importancia para mejorar la productividad, reducir los costos de procesamiento y ahorrar metales preciosos estratégicos. Esto promoverá en gran medida el avance de la tecnología de corte.
Tipos de materiales cerámicos para herramientas.
Los tipos de materiales cerámicos para herramientas se pueden dividir generalmente en tres categorías: cerámicas a base de alúmina, cerámicas a base de nitruro de silicio y cerámicas compuestas a base de nitruro de silicio-alúmina.
Entre ellos, los materiales cerámicos para herramientas a base de alúmina y nitruro de silicio son los más utilizados.
Las cerámicas a base de nitruro de silicio son superiores a las cerámicas a base de alúmina.
Rendimiento y características de la herramienta cerámica.
Alta dureza y buena resistencia al desgaste.
Aunque la dureza de las herramientas cerámicas no es tan alta como la de PCD y PCBN, es mucho mayor que la de las aleaciones duras y las herramientas de acero de alta velocidad, alcanzando 93-95 HRA.
Las herramientas cerámicas pueden procesar materiales de alta dureza que son difíciles de mecanizar con herramientas tradicionales y son adecuadas para cortes duros y de alta velocidad.
Resistencia a altas temperaturas y resistencia al calor.
Las herramientas cerámicas todavía pueden cortar a temperaturas superiores a 1200°C.
Las herramientas cerámicas tienen buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas.
La herramienta cerámica Al2O3 tiene una excelente resistencia a la oxidación y el filo se puede utilizar de forma continua incluso en estado brillante.
Por lo tanto, las herramientas cerámicas pueden lograr un corte en seco, eliminando la necesidad de fluido de corte.
Buena estabilidad química
Los cuchillos de cerámica no son fáciles de unir con metal y tienen buena resistencia a la corrosión y estabilidad química, lo que puede reducir el desgaste de unión de la herramienta.
Bajo coeficiente de fricción
Los cuchillos cerámicos tienen una baja afinidad por los metales y un bajo coeficiente de fricción, lo que reduce las fuerzas de corte y las temperaturas.
Aplicación de herramientas cerámicas.
La cerámica es uno de los materiales de herramientas que se utiliza principalmente para acabados y semiacabados de alta velocidad.
Las cortadoras de cerámica son adecuadas para cortar todo tipo de fundición (fundición gris, fundición dúctil, fundición maleable, fundición enfriada, fundición de alta aleación resistente al desgaste) y acero (acero estructural al carbono, aleación, acero de alta resistencia, acero de alta resistencia). acero al manganeso, acero templado, etc.). También se pueden utilizar para cortar aleaciones de cobre, grafito, plásticos de ingeniería y compuestos.
El rendimiento de los materiales cerámicos para herramientas tiene baja resistencia a la flexión y baja resistencia al impacto, y no son adecuados para cortar a baja velocidad y carga de impacto.
herramienta recubierta
El recubrimiento de herramientas es una de las formas importantes de mejorar el rendimiento de las herramientas.
La aparición de herramientas recubiertas ha supuesto un gran avance en el rendimiento de corte de las herramientas.
Una herramienta recubierta se recubre con una o más capas de un compuesto refractario con buena resistencia al desgaste en un cuerpo de herramienta más resistente. Esto combina la base de la herramienta con un recubrimiento duro para maximizar el rendimiento de la herramienta.
Las herramientas recubiertas pueden aumentar la eficiencia del mecanizado, aumentar la precisión del mecanizado, extender la vida útil de la herramienta y reducir los costos de mecanizado.
Aproximadamente el 80% de las herramientas de corte utilizadas en las nuevas máquinas herramienta CNC utilizan herramientas recubiertas.
Las herramientas recubiertas serán la herramienta más importante en el campo del mecanizado CNC en el futuro.
Tipo de herramienta recubierta
Según el método de recubrimiento:
Las herramientas recubiertas se pueden dividir en herramientas recubiertas por deposición química de vapor (CVD) y herramientas recubiertas por deposición física de vapor (PVD).
Las herramientas de carburo recubiertas generalmente se recubren utilizando el método de deposición química de vapor con una temperatura de deposición de aproximadamente 1000 °C.
Las herramientas recubiertas de acero de alta velocidad generalmente adoptan el método de deposición física de vapor y la temperatura de deposición es de aproximadamente 500 °C.
Según la diferencia del material base de la herramienta de recubrimiento:
Las herramientas recubiertas se pueden dividir en herramientas recubiertas de carburo, herramientas recubiertas de acero de alta velocidad y herramientas recubiertas de materiales cerámicos y superduros (diamante y nitruro de boro cúbico).
Según la naturaleza del material de recubrimiento:
Las herramientas recubiertas se pueden dividir en dos categorías amplias: herramientas con recubrimiento "duro" y herramientas con recubrimiento "blando".
El objetivo principal de las herramientas con revestimiento "duro" es una alta dureza y resistencia al desgaste. Sus principales ventajas son la alta dureza y la buena resistencia al desgaste, normalmente revestimientos de TiC y TiN.
El objetivo de las herramientas con revestimiento "blando" es un bajo coeficiente de fricción, también conocidas como herramientas autolubricantes. Su coeficiente de fricción con el material de la pieza de trabajo es muy bajo, sólo alrededor de 0,1, lo que puede reducir la unión, la fricción, la fuerza de corte y la temperatura de corte.
Recientemente se han desarrollado herramientas de nanoacción.
Esta herramienta recubierta se puede utilizar en diferentes combinaciones de materiales de recubrimiento (como metal/metal, metal/cerámica, cerámica/cerámica, etc.) para cumplir con diferentes requisitos funcionales y de rendimiento.
El nanorevestimiento bien diseñado permite que el material de la herramienta tenga excelentes propiedades antifricción y antidesgaste, lo que lo hace adecuado para corte en seco a alta velocidad.
Características de la herramienta de revestimiento
Buena mecánica y rendimiento de corte.
La herramienta recubierta combina las excelentes propiedades del material base y el material de recubrimiento para mantener la buena tenacidad y alta resistencia del sustrato, así como la alta dureza, alta resistencia al desgaste y bajo coeficiente de fricción del recubrimiento.
Como resultado, las herramientas recubiertas pueden cortar dos veces más rápido que las herramientas sin recubrir y permiten velocidades de avance más altas.
También se mejora la vida útil de las herramientas recubiertas.
Gran versatilidad
Las herramientas recubiertas tienen una gran versatilidad y una amplia gama de procesamiento, y se puede utilizar una herramienta recubierta en lugar de varias herramientas sin recubrir.
Espesor del revestimiento
La vida útil de la herramienta aumenta a medida que aumenta el espesor del recubrimiento.
Sin embargo, cuando el espesor del recubrimiento está saturado, la vida útil de la herramienta no aumenta significativamente.
Cuando el recubrimiento es demasiado grueso, es fácil provocar que se pele, y cuando el recubrimiento es demasiado delgado, la resistencia a la abrasión es deficiente.
Remoto
La hoja recubierta tiene un reafilado deficiente, un equipo de recubrimiento complicado, altos requisitos de proceso y un tiempo de recubrimiento prolongado.
Material de revestimiento
Las herramientas de corte con diferentes materiales de revestimiento tienen diferente rendimiento de corte.
Por ejemplo, los recubrimientos de TiC tienen una ventaja al cortar a bajas velocidades y el TiN es adecuado para cortes a alta velocidad.
Aplicación de herramientas recubiertas.
Las herramientas recubiertas tienen un gran potencial en el campo del mecanizado CNC y serán la herramienta más importante en el campo del mecanizado CNC en el futuro.
La tecnología de recubrimiento se ha aplicado a fresas, escariadores, taladros, herramientas de mecanizado de orificios compuestos, fresas de engranajes, fresas de piñón, fresas de afeitar, brochas formadoras y diversas plaquitas indexables de máquina.
Satisface las necesidades de mecanizado de alta velocidad de diversos aceros y hierro fundido, aleaciones resistentes al calor y metales no ferrosos.
Herramienta de corte con punta de carburo
Las herramientas de carburo, especialmente las herramientas de carburo indexables, son los principales productos para herramientas de mecanizado CNC.
Desde la década de 1980, varios tipos de herramientas o insertos de carburo integrales e indexables se han extendido a diversos campos de herramientas de corte.
Entre ellas, las herramientas de carburo indexables se han ampliado desde simples herramientas de torneado y fresas frontales hasta diversas herramientas de precisión, complejas y de conformado.
Tipo de herramienta de carburo
Según la composición química principal, el carburo se puede dividir en aleación dura a base de carburo de tungsteno y aleación dura a base de carbono (nitruro de titanio) (TiC (N)).
Los carburos cementados a base de carburo de tungsteno incluyen tungsteno cobalto (YG), tungsteno cobalto titanio (YT) y carburos raros (YW), cada uno de los cuales tiene ventajas y desventajas.
Los componentes principales son carburo de tungsteno (WC), carburo de titanio (TiC), carburo de tantalio (TaC), carburo de niobio (NbC), etc., y la fase de unión de metales comúnmente utilizada es Co.
El carburo cementado a base de carbono (nitrógeno) y titanio es una aleación dura que contiene TiC como componente principal (algunos de los cuales se agregan con otros carburos o nitruros), y las fases de unión de metales comúnmente utilizadas son Mo y Ni.
La Organización Internacional de Normalización (ISO) clasifica el corte con carburo en tres categorías:
La clase K, que incluye K10 a K40, es equivalente a la clase YG de China (el componente principal es WC.Co).
La clase P, que incluye P01 a P50, es equivalente a YT en China (el componente principal es WC.TiC.Co).
La clase M, incluidas M10 a M40, es equivalente a YW en China (el componente principal es WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Cada clase representa una serie de aleaciones desde alta dureza hasta máxima tenacidad, con números entre 01 y 50, respectivamente.
Características de rendimiento de las herramientas de carburo.
Alta dureza
Las herramientas de carburo se fabrican mediante pulvimetalurgia a partir de carburos con alta dureza y punto de fusión (llamados fase dura) y aglutinantes metálicos (llamados fases unidas).
Su dureza es 89-93 HRA, muy superior a la del acero rápido.
A 540°C, la dureza todavía alcanza 82-87 HRA.
A temperatura ambiente, el valor de dureza es el mismo que el del acero rápido (83 ~ 86 HRA).
El valor de dureza del carburo varía con la naturaleza, cantidad, tamaño de partícula y contenido de la fase metálica unida al carburo y generalmente disminuye a medida que aumenta el contenido de la fase metálica unida.
Cuando el contenido de la fase aglutinante es el mismo, la dureza de la aleación YT es mayor que la de la aleación YG.
La aleación a la que se añade TaC (NbC) tiene dureza a altas temperaturas.
Resistencia y tenacidad a la flexión
La resistencia a la flexión de los carburos cementados de uso común está en el rango de 900 ~ 1500 MPa.
Cuanto mayor sea el contenido de la fase de unión metálica, mayor será la resistencia a la flexión.
Cuando el contenido de aglutinante es el mismo, la resistencia de la aleación basada en YG (WC-Co) es mayor que la de la aleación basada en YT (WC-TiC-Co), y la resistencia disminuye a medida que aumenta el contenido de TiC. aumenta.
El carburo es un material frágil y su resistencia al impacto es solo 1/30 ~ 1/8 de la del acero rápido a temperatura ambiente.
Aplicaciones de herramientas de carburo de uso común.
Las aleaciones YG se utilizan principalmente para procesar hierro fundido, metales no ferrosos y materiales no metálicos.
Las aleaciones duras de grano fino (como YG3X, YG6X) tienen mayor dureza y resistencia al desgaste que las aleaciones de grano medio cuando el contenido de cobalto es el mismo. Son adecuados para procesar algunas fundiciones duras especiales, acero inoxidable austenítico, aleaciones resistentes al calor, aleaciones de titanio, bronce duro y materiales aislantes resistentes al desgaste.
Las ventajas sobresalientes de los carburos cementados tipo YT son alta dureza, buena resistencia al calor, alta dureza y resistencia a la compresión a altas temperaturas, mayor resistencia YG y mejor resistencia a la oxidación.
Por lo tanto, cuando la herramienta requiere alta resistencia al calor y al desgaste, se debe seleccionar un grado con alto contenido de TiC.
Las aleaciones YT son adecuadas para procesar materiales de acero, pero no son adecuadas para procesar aleaciones de titanio y aleaciones de silicio y aluminio.
Las aleaciones YW tienen las propiedades de las aleaciones YG e YT y tienen buenas propiedades integrales. Con ellos se pueden procesar materiales de acero, así como hierro fundido y metales no ferrosos.
Estas aleaciones, si se añade adecuadamente el contenido de cobalto, se pueden utilizar con alta resistencia y para el rectificado y corte interrumpido de diversos materiales difíciles de mecanizar.
Cortador de acero de alta velocidad
El acero de alta velocidad (HSS) es un acero para herramientas de alta aleación con más elementos de aleación como W, Mo, Cr y V.
Las cortadoras de acero de alta velocidad tienen excelentes propiedades integrales en términos de resistencia, tenacidad y acabado.
En herramientas complejas, especialmente para la producción de herramientas de perforación, fresas, cortadores de roscas, brochas, herramientas de corte y otras herramientas complejas con forma de hoja, todavía predomina el acero rápido.
Las herramientas de acero de alta velocidad son fáciles de pulir con bordes cortantes afilados.
El acero de alta velocidad se puede clasificar en acero de alta velocidad de uso general y acero de alta velocidad de alto rendimiento según la aplicación.
Cortador universal de acero de alta velocidad
El acero rápido de uso general se puede dividir en dos tipos: acero de tungsteno y acero de tungsteno-molibdeno.
Este tipo de acero rápido contiene entre un 0,7% y un 0,9% de carbono (C).
Según la cantidad de tungsteno que contenga el acero, se puede dividir en acero de tungsteno con 12% o 18% de tungsteno.
Un acero de tungsteno-molibdeno que contiene 6% u 8% de tungsteno y un acero de molibdeno que contiene 2% de tungsteno o nada.
El acero rápido de uso general tiene cierta dureza (63-66 HRC) y resistencia al desgaste, alta resistencia y tenacidad, buena plasticidad y tecnología de procesamiento.
Por lo tanto, se utiliza ampliamente en la fabricación de diversas herramientas complejas.
Acero de tungsteno
El tipo general de acero de tungsteno para acero rápido es W18Cr4V (denominado W18), que tiene un buen rendimiento integral. La dureza a altas temperaturas es de 48,5 HRC a 600 °C y se puede utilizar para fabricar una variedad de herramientas complejas. Tiene las ventajas de una buena capacidad de molienda y baja sensibilidad a la descarburación. Sin embargo, debido al alto contenido de carburo, la distribución es menos uniforme, las partículas son más grandes y la resistencia y tenacidad no son altas.
Acero de carburo de tungsteno
Se refiere a un acero de alta velocidad que se obtiene reemplazando una parte de tungsteno en acero de tungsteno por molibdeno.
El grado típico de acero de tungsteno-molibdeno es W6Mo5Cr4V2 (denominado M2).
Las partículas de carburo de M2 son finas y uniformes, y la resistencia, tenacidad y plasticidad a altas temperaturas son mejores que las del W18Cr4V.
Otro tipo de acero de tungsteno-molibdeno es el W9Mo3Cr4V (denominado W9). Su estabilidad térmica es ligeramente mayor que la del acero M2, su resistencia a la flexión y tenacidad son mejores que las del W6Mo5Cr4V2 y tiene buena maquinabilidad.
Cortadora de acero de alta velocidad y alto rendimiento
El acero rápido de alto rendimiento se refiere a un nuevo tipo de acero que agrega algo de contenido de carbono, contenido de vanadio y elementos de aleación como Co y Al al componente de acero rápido de uso general, mejorando así su resistencia al calor y al desgaste.
Existen principalmente las siguientes categorías principales:
Acero de alta velocidad con alto contenido de carbono
Acero rápido con alto contenido de carbono (como 95W18Cr4V), alta dureza a temperatura ambiente y alta temperatura, adecuado para fabricar acero común y hierro fundido, taladros con alta resistencia al desgaste, escariador, macho y fresa o herramientas para procesamiento de materiales duros. No apto para grandes impactos.
Acero de alta velocidad con alto contenido de vanadio
Los grados típicos, como W12Cr4V4Mo (abreviado EV4), aumentan V entre un 3% y un 5%.
Tiene buena resistencia al desgaste y es adecuado para cortar materiales con alto desgaste de herramienta, como fibra, caucho duro, plástico, etc. También se puede utilizar para procesar acero inoxidable, acero de alta resistencia y aleaciones de alta temperatura.
Acero cobalto de alta velocidad
Es un acero súper rápido que contiene cobalto, con un grado típico como W2Mo9Cr4VCo8 (denominado M42).
Tiene una alta dureza de 69-70 HRC y es adecuado para procesar materiales difíciles de mecanizar, como acero resistente al calor de alta resistencia, aleaciones de alta temperatura y aleaciones de titanio.
M42 es altamente rectificable y adecuado para fabricar herramientas complejas, pero no es adecuado para trabajar en condiciones de corte por impacto.
Aluminio Acero de alta velocidad
Es un tipo de acero rápido de aluminio superduro, de grado típico, como W6Mo5Cr4V2Al, (abreviatura 501).
La dureza a alta temperatura a 6000C también alcanza 54HRC y el rendimiento de corte es equivalente a M42.
Adecuado para la fabricación de fresas, taladros, escariadores, fresas dentadas, brochas, etc., para procesar acero aleado, acero inoxidable, acero de alta resistencia y aleaciones de alta temperatura.
Acero de alta velocidad superduro con nitrógeno
Los grados típicos como W12M03Cr4V3N, conocidos como (V3N), son aceros rápidos superduros que contienen nitrógeno.
La dureza, la resistencia y la tenacidad son comparables a las del M42.
Puede utilizarse como sustituto del acero de alta velocidad que contiene cobalto para el corte a baja velocidad de materiales difíciles de mecanizar y el mecanizado de alta precisión a baja velocidad.
Fundición de acero rápido y acero rápido para pulvimetalurgia.
Según los diferentes procesos de fabricación, el acero de alta velocidad se puede dividir en acero de alta velocidad de fundición y acero de alta velocidad de pulvimetalurgia.
Fundición de acero de alta velocidad
Tanto el acero rápido común como el acero rápido de alto rendimiento se fabrican mediante un método de fusión.
Se convierten en herramientas mediante procesos como la fundición, la fundición de lingotes y la laminación.
Un problema grave que probablemente ocurra en la fundición de acero de alta velocidad es la segregación de carburos. Los carburos duros y quebradizos se distribuyen de manera desigual en el acero de alta velocidad y tienen granos gruesos (de hasta varias decenas de micrones), lo que afecta negativamente la resistencia al desgaste, la tenacidad y el rendimiento de corte de las herramientas de acero de alta velocidad.
Acero rápido para pulvimetalurgia (PM HSS)
El acero de alta velocidad de pulvimetalurgia (PM HSS) es acero fundido en un horno de inducción de alta frecuencia y atomizado mediante argón a alta presión o nitrógeno puro. Luego se templa para obtener una estructura cristalina fina y uniforme (polvo de acero rápido). Luego, el polvo obtenido se prensa hasta obtener una lámina en bruto a alta temperatura y alta presión, o primero se le da forma de placa de acero y luego se forja y lamina para darle forma de herramienta.
En comparación con el acero de alta velocidad producido por el método de fusión, PM HSS tiene las ventajas de granos de carburo finos y uniformes, así como una mayor resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste.
En el campo de las herramientas CNC complejas, las herramientas PM HSS desempeñarán un papel cada vez más importante. Las clases típicas incluyen F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc.
Se puede utilizar para fabricar herramientas de gran tamaño, resistentes a impactos y resistentes a impactos, así como herramientas de precisión.
S principios de elección de materiales para herramientas de corte CNC .
En la actualidad, los materiales de herramientas CNC ampliamente utilizados incluyen herramientas de diamante, herramientas de nitruro de boro cúbico, herramientas de cerámica, herramientas recubiertas, herramientas de carburo y herramientas de acero de alta velocidad.
La cantidad total de materiales para herramientas es grande y su rendimiento varía mucho. Los principales indicadores de rendimiento de diversos materiales de herramientas son los siguientes:
| Tipos | Densidad g/ cm2 |
Resistente al calor ℃ |
Tenacidad | Duplicación fortaleza MPa |
Térmico conductividad con (mK） |
Coeficiente de expansión térmica ×10 -5 /℃ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| diamante policristalino | 3,47-3,56 | 700-800 | >9000HV | 600-1100 | 210 | 3.1 | |
| Carburo de boro cúbico policristalino | 3,44-3,49 | 1300-1500 | 4500HV | 500-800 | 130 | 4.7 | |
| Cuchillo de cerámica | 3.1-5.0 | >1200 | 91-95HRA | 700-1500 | 15,0-38,0 | 7.0-9.0 | |
| Metal duro | tungsteno cobalto | 14,0-15,5 | 800 | 89-91,5 HRA | 1000-2350 | 74,5-87,9 | 3-7.5 |
| tungsteno cobalto titanio | 9.0-14.0 | 900 | 89-92,5 HRA | 800-1800 | 20,9-62,8 | ||
| liga general | 12.0-14.0 | 1000-1100 | ~92.5HRA | / | / | ||
| aleación a base de TiC | 5.0-7.0 | 1100 | 92-93.5HRA | 1150-1350 | / | 8.2 | |
| Acero de alta velocidad | 8.0-8.8 | 600-700 | 62-70HRC | 2000-4500 | 15,0-30,0 | 8-12 | |
Los materiales de las herramientas de corte para el mecanizado CNC deben seleccionarse en función de la pieza a mecanizar y la naturaleza del proceso.
La selección de materiales de herramientas de corte debe ser adecuada para el objeto mecanizado. La combinación del material de la herramienta de corte con el objeto de procesamiento se refiere principalmente a la combinación de las propiedades mecánicas, físicas y químicas de los dos para obtener la mayor vida útil de la herramienta y la máxima productividad del procesamiento de corte.
Haga coincidir el material de la herramienta de corte con las propiedades mecánicas del objeto mecanizado
El problema de coincidencia de propiedades mecánicas entre la herramienta de corte y el objeto mecanizado se refiere principalmente a los parámetros de propiedades mecánicas como la resistencia, tenacidad y dureza de la herramienta y el material de la pieza de trabajo.
Para mecanizar materiales de piezas son adecuados materiales de herramientas con diferentes propiedades mecánicas.
El orden de dureza del material de la herramienta es el siguiente: herramienta de diamante > herramienta de nitruro de boro cúbico > herramienta de cerámica > aleación dura > acero de alta velocidad.
El orden de resistencia a la flexión del material de la herramienta es el siguiente: acero rápido > aleación dura > herramienta cerámica > herramienta de diamante y nitruro de boro cúbico.
El orden de tenacidad del material de la herramienta es el siguiente: acero rápido > aleación dura > nitruro de boro cúbico, diamante y herramientas cerámicas.
Los materiales de piezas de alta dureza deben mecanizarse con herramientas de mayor dureza. La dureza del material de la herramienta debe ser mayor que la dureza del material de la pieza de trabajo, generalmente mayor que 60 HRC. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será su resistencia al desgaste.
Por ejemplo, cuando aumenta la cantidad de cobalto en el carburo, aumentan la resistencia y la tenacidad, la dureza disminuye y es adecuado para el procesamiento basto. Cuando disminuye la cantidad de cobalto, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste, lo que es adecuado para el acabado.
Las herramientas con excelentes propiedades mecánicas a alta temperatura son especialmente adecuadas para el mecanizado de alta velocidad. El excelente rendimiento a altas temperaturas de las herramientas cerámicas permite cortarlas a altas velocidades, lo que permite que las velocidades de corte sean de 2 a 10 veces mayores que las del carburo.
El material de la herramienta de corte corresponde a las propiedades físicas del objeto mecanizado.
Para el procesamiento de piezas son adecuadas herramientas con diferentes propiedades físicas, como herramientas de acero rápido con alta conductividad térmica y bajo punto de fusión, herramientas cerámicas con alto punto de fusión y baja expansión térmica y herramientas de diamante con alta conductividad térmica y baja expansión térmica. . trabajar. materiales.
Al mecanizar una pieza de trabajo con baja conductividad térmica, se debe utilizar un material de herramienta con mejor conductividad térmica para permitir que el calor de corte se transmita rápidamente para reducir la temperatura de corte.
Debido a la alta conductividad térmica y difusividad térmica del diamante, el calor de corte se disipa fácilmente y no causa una gran deformación térmica. Esto es especialmente importante para herramientas de mecanizado de precisión con alta precisión dimensional.
Temperatura de resistencia al calor de varios materiales de herramientas:
700~8000C para herramientas de diamante, 13000~15000C para herramientas PCBN, 1100~12000C para herramientas de cerámica, 900~11000C para aleaciones duras basadas en TiC(N), granos duros ultrafinos basados en WC La calidad de la aleación es de 800 a 9000 C, y el HSS es 600 a 7000 C.
Secuencia de conductividad térmica de varios materiales de herramientas:
PCD > PCBN > Carburo basado en WC > Carburo basado en TiC(N) > HSS > Cerámica basada en Si3N4 > Cerámica basada en A1203.
El orden del coeficiente de expansión térmica de varios materiales de herramientas es:
HSS>Carburo cementado a base de WC>TiC(N)>Cerámica a base de A1203>PCBN>Cerámica a base de Si3N4>PCD.
El orden de resistencia al choque térmico de diversos materiales de herramientas es:
HSS > Carburo basado en WC > Cerámica basada en Si3N4 > PCBN > PCD > Carburo basado en TiC(N) > Cerámica basada en A1203.
El material de la herramienta de corte corresponde a las propiedades químicas del objeto mecanizado.
La correspondencia de las propiedades químicas del material de la herramienta de corte con el objeto de procesamiento se refiere principalmente a la correspondencia de las propiedades químicas del material de la herramienta con la afinidad química, reacción química, difusión y disolución del material de la pieza de trabajo.
Para mecanizar piezas de diferentes materiales son adecuadas herramientas de diferentes materiales.
La temperatura antiadherente de diversos materiales de herramientas (y acero) es:
PCBN>cerámica>aleación dura>HSS.
La temperatura de oxidación de varios materiales de herramientas es:
cerámica>PCBN>aleación dura>diamante>HSS.
La resistencia a la difusión de diversos materiales de herramientas (para acero) es:
diamante > Cerámica a base de Si3N4 > PCBN > Cerámica a base de A1203.
La fuerza de difusión (para titanio) es:
Cerámica a base de A1203 > PCBN > SiC > Si3N4 > diamante.
Elección razonable de materiales para herramientas CNC.
En general, PCBN, herramientas cerámicas, carburo revestido y herramientas de carburo basadas en TiCN son adecuadas para el mecanizado CNC de metales ferrosos como el acero.
Las herramientas PCD son adecuadas para procesar materiales no ferrosos como Al, Mg, Cu, aleaciones y materiales no metálicos.
La Tabla 2 enumera algunos de los materiales de piezas que son adecuados para mecanizar utilizando los materiales de herramientas anteriores.
| herramienta de recorte | Alto tenacidad acero |
Cálido resistente encender |
Titanio encender |
Níquel basado Super Liga |
Elenco hierro |
Puro acero |
Alto silicio aluminio encender |
FRP compuesto material |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PCD | × | × | ◎ | × | × | × | ◎ | ◎ |
| PCBN | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ● | ● | |
| Cuchillo de cerámica | ◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ● | × | × |
| capa de carburo | ○ | ◎ | ◎ | ● | ◎ | ◎ | ● | ● |
| Aleación dura a base de TiCN | ● | × | × | × | ◎ | ● | × | × |
Observación:
◎ – Excelente
○ – Bueno
● – Aceptar
× – Malo
