Equipamentos de processamento avançados e ferramentas CNC de alto desempenho podem utilizar plenamente seu devido desempenho e obter bons benefícios econômicos.
Com o rápido desenvolvimento de materiais para ferramentas, as propriedades físicas, mecânicas e o desempenho de corte de vários novos materiais para ferramentas foram bastante melhorados e a gama de aplicações tem se expandido continuamente.
O desempenho básico de materiais de ferramentas de corte
A escolha dos materiais da ferramenta de corte tem um grande impacto na vida útil da ferramenta, na eficiência da usinagem, na qualidade da usinagem e nos custos de usinagem. A ferramenta deve suportar alta pressão, alta temperatura, fricção, choque e vibração durante o corte. Portanto, o material da ferramenta de corte deve ter as seguintes propriedades básicas:
(1) Dureza e resistência ao desgaste.
A dureza do material da ferramenta de corte deve ser superior à dureza do material da peça, geralmente acima de 60HRC.
Quanto maior for a dureza do material da ferramenta, melhor será a resistência ao desgaste.
(2) Força e tenacidade.
Os materiais das ferramentas de corte devem ter alta resistência e tenacidade para suportar forças de corte, choques e vibrações e evitar fraturas frágeis e lascamento da ferramenta.
(3) Resistência ao calor.
O material da ferramenta de corte deve ter boa resistência ao calor, suportar altas temperaturas de corte e ter boa resistência à oxidação.
(4) Desempenho e economia do processo.
O material da ferramenta deve ter bom desempenho de forjamento, desempenho de tratamento térmico, desempenho de soldagem, desempenho de retificação, etc., e buscar uma alta relação desempenho-preço.
Tipo, desempenho, características e aplicaçãoé de corte materiais de ferramentas
Cortador de diamante
O diamante é um isômero do carbono, o material mais duro já encontrado na natureza.
As ferramentas de corte diamantadas possuem alta dureza, alta resistência ao desgaste e alta condutividade térmica, e são amplamente utilizadas no processamento de metais não ferrosos e materiais não metálicos.
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Especialmente na usinagem de alta velocidade de alumínio e ligas de silício-alumínio, as ferramentas diamantadas são os principais tipos de ferramentas de corte difíceis de substituir. As ferramentas diamantadas podem atingir alta eficiência, alta estabilidade e longa vida útil, e são indispensáveis nos modernos processos de usinagem CNC.
Tipo de cortador de diamante
Cortador de diamante natural
Os diamantes naturais têm sido usados como ferramentas de corte há centenas de anos. A ferramenta de diamante de cristal único natural é finamente retificada e a borda pode ser afiada com um raio de corte de 0,002 μm. O corte ultrafino permite uma precisão extremamente alta da peça e uma rugosidade superficial muito baixa. É uma ferramenta de usinagem de ultraprecisão reconhecida, ideal e insubstituível.
Cortador de diamante PCD
Os diamantes naturais são caros. O diamante amplamente utilizado na usinagem de corte é o diamante policristalino (PCD). Desde o início da década de 1970, o diamante policristalino (lâmina PCD) foi desenvolvido com sucesso e as ferramentas de diamante natural foram substituídas por diamante policristalino sintético.
As matérias-primas PCD são abundantes e o preço é de apenas alguns décimos a um décimo do preço do diamante natural. As ferramentas de PCD não podem produzir arestas extremamente afiadas e a qualidade da superfície da peça usinada não é tão boa quanto a do diamante natural.
Atualmente não é fácil fabricar pastilhas de PCD com quebra-cavacos na indústria. Portanto, o PCD só pode ser usado para corte fino de metais não ferrosos e não metálicos, e é difícil obter corte espelhado de ultraprecisão.
Cortador de diamante CVD
Desde o final da década de 1970 até o início da década de 1980, a tecnologia de diamante CVD apareceu no Japão. O diamante CVD refere-se à síntese de um filme de diamante em um substrato heterogêneo (como metal duro, cerâmica, etc.) por deposição química de vapor (CVD). O diamante CVD tem exatamente a mesma estrutura e propriedades do diamante natural.
O desempenho do diamante CVD é muito próximo ao do diamante natural e tem as vantagens do diamante de cristal único natural e do diamante policristalino (PCD) e, até certo ponto, supera suas deficiências.
Diamante corte características de desempenho da ferramenta
Dureza e resistência ao desgaste extremamente altas
O diamante natural é a substância mais dura encontrada na natureza. O diamante tem uma resistência ao desgaste muito alta. Ao usinar materiais de alta dureza, a vida útil das ferramentas diamantadas é de 10 a 100 vezes, ou até centenas de vezes, a das ferramentas de metal duro.
Tem um coeficiente de atrito muito baixo
O coeficiente de atrito entre o diamante e alguns metais não ferrosos é inferior ao de outras ferramentas. O baixo coeficiente de atrito resulta em menor deformação durante o processamento e em uma força de corte reduzida.
A ponta é muito afiada
A aresta de corte da ferramenta diamantada pode ser afiada. Ferramentas de diamante de cristal único natural podem atingir uma nitidez de borda de até 0,002 ~ 0,008 μm para corte ultrafino e usinagem de ultraprecisão.
Alta condutividade térmica
A condutividade térmica e a difusividade térmica do diamante são altas. Isto permite que o calor de corte seja facilmente dissipado, resultando em uma temperatura de corte mais baixa da ferramenta.
Tem um menor coeficiente de expansão térmica
O diamante tem um coeficiente de expansão térmica várias vezes menor que o do metal duro. A pequena mudança no tamanho da ferramenta causada pelo calor de corte é especialmente importante para usinagem de precisão e ultraprecisão, onde a precisão dimensional é crítica.
Aplicação de ferramenta diamantada
As ferramentas diamantadas são usadas principalmente para corte fino e mandrilamento de materiais não ferrosos e não metálicos em altas velocidades. Eles são adequados para processar vários materiais não metálicos resistentes ao desgaste, como peças em bruto de metalurgia do pó FRP, materiais cerâmicos, etc., bem como vários metais não ferrosos resistentes ao desgaste, como várias ligas de silício-alumínio e não ferrosos acabamento metálico.
No entanto, a desvantagem das ferramentas diamantadas é a sua fraca estabilidade térmica. Quando a temperatura de corte ultrapassa 700°C a 800°C, a dureza do diamante é completamente perdida. Além disso, as ferramentas diamantadas não são adequadas para cortar metais ferrosos, pois o diamante (carbono) pode interagir facilmente com átomos de ferro em altas temperaturas, convertendo átomos de carbono em estruturas de grafite, o que pode tornar a ferramenta extremamente frágil.
Cortador de nitreto cúbico de boro
O segundo material superduro, o nitreto cúbico de boro (CBN), sintetizado por um método semelhante ao método de fabricação do diamante, perde apenas para o diamante em termos de dureza e condutividade térmica.
Possui excelente estabilidade térmica e não oxida quando aquecido a 10.000 ℃ em atmosfera.
O CBN possui propriedades químicas extremamente estáveis para metais ferrosos e pode ser amplamente utilizado no processamento de produtos siderúrgicos.
Tipo de ferramenta de nitreto cúbico de boro
O nitreto cúbico de boro (CBN) é uma substância que não existe na natureza.
Existem dois tipos: monocristalino e policristalino, nomeadamente CBN monocristalino e nitreto cúbico de boro policristalino (PCBN).
O CBN é um dos isômeros do nitreto de boro (BN) e possui estrutura semelhante à do diamante.
PCBN (nitreto cúbico de boro policristalino) é um material policristalino no qual materiais finos de CBN são sinterizados através de uma fase de ligação (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) sob alta temperatura e alta pressão.
Atualmente é um material de ferramenta que utiliza dureza sintetizada artificialmente próxima ao diamante.
É coletivamente referido como um material de ferramenta superduro.
O PCBN é usado principalmente para fazer ferramentas.
As ferramentas PCBN podem ser divididas em pastilhas PCBN integrais e pastilhas compostas PCBN sinterizadas com metal duro.
A lâmina composta de PCBN é formada pela sinterização de uma camada de PCBN de 0,5 ~ 1,0 mm de espessura em metal duro com boa resistência e tenacidade.
Suas propriedades combinam boa tenacidade, alta dureza e resistência ao desgaste.
Resolve os problemas de baixa resistência à flexão e difícil soldagem de pastilhas de CBN.
Principais propriedades e características do nitreto cúbico de boro
Embora a dureza do nitreto cúbico de boro seja ligeiramente inferior à do diamante, é muito superior à de outros materiais de alta dureza.
A grande vantagem do CBN é que a sua estabilidade térmica é muito superior à do diamante, até 1200 °C (em comparação com os 700-800 °C do diamante).
Outra vantagem notável é que é quimicamente inerte e não reage quimicamente com o ferro a 1200-1300 °C.
As principais características de desempenho do nitreto cúbico de boro são as seguintes:
Alta dureza e resistência ao desgaste
A estrutura cristalina do CBN é semelhante à do diamante e possui dureza e resistência comparáveis.
O PCBN é particularmente adequado para processar materiais de alta dureza que só podem ser retificados previamente e pode alcançar uma qualidade superficial superior da peça de trabalho.
Alta estabilidade térmica
A resistência ao calor do CBN pode atingir 1.400 a 1.500 ℃, que é quase duas vezes maior que a resistência ao calor do diamante (700 a 800 ℃).
As ferramentas PCBN podem cortar superligas e aços endurecidos em velocidades 3 a 5 vezes mais rápidas do que as ferramentas de metal duro.
Excelente estabilidade química
Não desempenha um papel químico com materiais à base de ferro até 1200-1300°C.
Ele não se desgasta tão acentuadamente quanto o diamante, mas ainda mantém a dureza do metal duro.
As ferramentas PCBN são adequadas para cortar peças de aço endurecido e ferro fundido resfriado e podem ser amplamente utilizadas para corte de ferro fundido em alta velocidade.
Tem boa condutividade térmica
Embora a condutividade térmica do CBN não consiga acompanhar a do diamante, a condutividade térmica do PCBN em vários materiais de ferramentas perde apenas para o diamante, que é muito maior do que a do aço rápido e da liga dura.
Tem um menor coeficiente de atrito
Um baixo coeficiente de atrito resulta em forças de corte reduzidas durante o corte, temperaturas de corte reduzidas e melhor qualidade da superfície.
Aplicação de ferramenta de nitreto cúbico de boro
O nitreto cúbico de boro é adequado para acabamento de materiais difíceis de cortar, como aço endurecido, ferro fundido duro, superligas, ligas duras e materiais de pulverização de superfície.
A precisão do processamento pode atingir IT5 (o furo é IT6) e o valor da rugosidade da superfície pode ser tão pequeno quanto Ra 1,25 a 0,20 μm.
O material da ferramenta de nitreto cúbico de boro tem baixa tenacidade e resistência à flexão. Portanto, as ferramentas de torneamento de nitreto cúbico de boro não são adequadas para usinagem de desbaste com baixa velocidade e grande carga de impacto. Além disso, eles não são adequados para cortar materiais plásticos (como liga de alumínio, liga de cobre, liga à base de níquel, aço com grande plasticidade, etc.) porque o corte desses metais pode causar sérios postiços na aresta, que podem deteriorar a usinagem. superfície.
Cfaca cerâmica
As facas de cerâmica têm características de alta dureza, boa resistência ao desgaste, excelente resistência ao calor e estabilidade química, e não são fáceis de unir com metais.
As ferramentas cerâmicas desempenham um papel importante na usinagem CNC e se tornaram uma das principais ferramentas para corte em alta velocidade e materiais difíceis de usinar.
As ferramentas cerâmicas são amplamente utilizadas para corte em alta velocidade, corte a seco, corte duro e usinagem de materiais difíceis de usinar.
As facas de cerâmica podem processar com eficiência materiais de alta dureza que as facas tradicionais não conseguem processar e alcançar “fresamento em vez de retificação”.
A velocidade de corte ideal das ferramentas cerâmicas pode ser 2 a 10 vezes maior do que a das ferramentas de metal duro, melhorando muito a eficiência da produção de corte.
A principal matéria-prima utilizada em materiais cerâmicos para ferramentas é o elemento mais abundante na crosta terrestre. Portanto, a promoção e aplicação de ferramentas cerâmicas é de grande importância para melhorar a produtividade, reduzir custos de processamento e economizar metais preciosos estratégicos. Isso promoverá enormemente o avanço da tecnologia de corte.
Tipos de materiais cerâmicos para ferramentas
Os tipos de materiais cerâmicos para ferramentas podem ser geralmente divididos em três categorias: cerâmica à base de alumina, cerâmica à base de nitreto de silício e cerâmica composta à base de nitreto de silício-alumina.
Entre eles, os materiais cerâmicos para ferramentas à base de alumina e nitreto de silício são os mais amplamente utilizados.
As cerâmicas à base de nitreto de silício são superiores às cerâmicas à base de alumina.
Desempenho e características da ferramenta cerâmica
Alta dureza e boa resistência ao desgaste
Embora a dureza das ferramentas cerâmicas não seja tão alta quanto o PCD e o PCBN, é muito maior que a das ligas duras e das ferramentas de aço rápido, atingindo 93-95 HRA.
As ferramentas cerâmicas podem processar materiais de alta dureza que são difíceis de usinar com ferramentas tradicionais e são adequadas para corte em alta velocidade e corte duro.
Resistência a altas temperaturas e resistência ao calor
Ferramentas cerâmicas ainda podem cortar em temperaturas acima de 1200°C.
As ferramentas cerâmicas têm boas propriedades mecânicas em altas temperaturas.
A ferramenta cerâmica Al2O3 possui excelente resistência à oxidação e a aresta de corte pode ser usada continuamente, mesmo em estado incandescente.
Portanto, as ferramentas cerâmicas podem atingir o corte a seco, eliminando a necessidade de fluido de corte.
Boa estabilidade química
As facas de cerâmica não são fáceis de unir ao metal e possuem boa resistência à corrosão e estabilidade química, o que pode reduzir o desgaste de colagem da ferramenta.
Baixo coeficiente de atrito
As facas de cerâmica possuem baixa afinidade com metais e baixo coeficiente de atrito, o que reduz as forças e temperaturas de corte.
Aplicação de ferramenta cerâmica
A cerâmica é um dos materiais de ferramentas usados principalmente para acabamento e semiacabamento de alta velocidade.
Os cortadores de cerâmica são adequados para cortar todos os tipos de ferro fundido (ferro fundido cinzento, ferro dúctil, ferro fundido maleável, ferro fundido resfriado, ferro fundido resistente ao desgaste de alta liga) e aço (aço estrutural de carbono, aço estrutural de liga, aço de alta resistência, aço com alto teor de manganês, aço temperado, etc.). Eles também podem ser usados para cortar ligas de cobre, grafite, plásticos de engenharia e compósitos.
O desempenho dos materiais cerâmicos para ferramentas tem baixa resistência à flexão e baixa resistência ao impacto, e eles não são adequados para corte sob baixa velocidade e carga de impacto.
Ferramenta revestida
O revestimento da ferramenta é uma das formas importantes de melhorar o desempenho da ferramenta.
O surgimento de ferramentas revestidas trouxe um grande avanço no desempenho de corte de ferramentas.
Uma ferramenta revestida é revestida com uma ou mais camadas de um composto refratário com boa resistência ao desgaste em um corpo de ferramenta mais tenaz. Isto combina a base da ferramenta com um revestimento duro para maximizar o desempenho da ferramenta.
As ferramentas revestidas podem aumentar a eficiência da usinagem, aumentar a precisão da usinagem, prolongar a vida útil da ferramenta e reduzir os custos de usinagem.
Cerca de 80% das ferramentas de corte utilizadas nas novas máquinas-ferramentas CNC utilizam ferramentas revestidas.
As ferramentas revestidas serão a ferramenta mais importante na área de usinagem CNC no futuro.
Tipo de ferramenta revestida
De acordo com o método de revestimento:
As ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas revestidas por deposição química de vapor (CVD) e ferramentas revestidas por deposição física de vapor (PVD).
Ferramentas de metal duro revestidas são geralmente revestidas usando o método de deposição química de vapor com uma temperatura de deposição de cerca de 1000°C.
Ferramentas de aço rápido revestidas geralmente adotam o método físico de deposição de vapor e a temperatura de deposição é de cerca de 500°C.
De acordo com a diferença do material base da ferramenta de revestimento:
As ferramentas revestidas podem ser divididas em ferramentas revestidas de metal duro, ferramentas revestidas de aço rápido e ferramentas revestidas em materiais cerâmicos e superduros (diamante e nitreto cúbico de boro).
De acordo com a natureza do material de revestimento:
As ferramentas revestidas podem ser divididas em duas grandes categorias, nomeadamente ferramentas com revestimento “duro” e ferramentas com revestimento “macio”.
O principal objetivo das ferramentas com revestimento “duro” é a alta dureza e resistência ao desgaste. Suas principais vantagens são alta dureza e boa resistência ao desgaste, normalmente revestimentos de TiC e TiN.
O objetivo das ferramentas com revestimento “macio” é um baixo coeficiente de atrito, também conhecidas como ferramentas autolubrificantes. Seu coeficiente de atrito com o material da peça é muito baixo, apenas cerca de 0,1, o que pode reduzir a ligação, o atrito, a força de corte e a temperatura de corte.
Ferramentas de nanoeoação foram desenvolvidas recentemente.
Esta ferramenta revestida pode ser usada em diferentes combinações de materiais de revestimento (como metal/metal, metal/cerâmica, cerâmica/cerâmica, etc.) para atender a diferentes requisitos funcionais e de desempenho.
O nanorrevestimento bem projetado permite que o material da ferramenta tenha excelentes propriedades antifricção e antidesgaste, tornando-o adequado para corte a seco em alta velocidade.
Recursos da ferramenta de revestimento
Boa mecânica e desempenho de corte
A ferramenta revestida combina as excelentes propriedades do material de base e do material de revestimento para manter a boa tenacidade e alta resistência do substrato, bem como a alta dureza, alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito do revestimento.
Como resultado, as ferramentas revestidas podem cortar duas vezes mais rápido que as ferramentas não revestidas e permitem taxas de avanço mais altas.
A vida útil das ferramentas revestidas também é melhorada.
Forte versatilidade
As ferramentas revestidas têm uma ampla versatilidade e uma ampla gama de processamento, e uma ferramenta revestida pode ser usada no lugar de várias ferramentas não revestidas.
Espessura do revestimento
A vida útil da ferramenta aumenta à medida que a espessura do revestimento aumenta.
No entanto, quando a espessura do revestimento está saturada, a vida útil da ferramenta não aumenta significativamente.
Quando o revestimento é muito espesso, é fácil causar descascamento e, quando o revestimento é muito fino, a resistência à abrasão é baixa.
Remoído
A lâmina revestida possui reafiação deficiente, equipamento de revestimento complicado, altos requisitos de processo e longo tempo de revestimento.
Material de revestimento
Ferramentas de corte com diferentes materiais de revestimento têm diferentes desempenhos de corte.
Por exemplo, os revestimentos TiC têm uma vantagem no corte em baixas velocidades, e o TiN é adequado para corte em alta velocidade.
Aplicação de ferramentas revestidas
As ferramentas revestidas têm grande potencial na área de usinagem CNC e serão a ferramenta mais importante na área de usinagem CNC no futuro.
A tecnologia de revestimento tem sido aplicada a fresas de topo, alargadores, brocas, ferramentas de usinagem de furos compostos, fresas de engrenagem, fresas de pinhão, fresas de barbear, broches de formação e diversas pastilhas intercambiáveis de máquinas.
Ele atende às necessidades de usinagem em alta velocidade de diversos aços e ferro fundido, ligas resistentes ao calor e metais não ferrosos.
Cferramenta de corte com ponta de arbide
Ferramentas de metal duro, especialmente ferramentas de metal duro intercambiáveis, são os principais produtos para ferramentas de usinagem CNC.
Desde a década de 1980, vários tipos de ferramentas ou pastilhas de metal duro integrais e intercambiáveis foram estendidos a vários campos de ferramentas de corte.
Entre elas, as ferramentas de metal duro intercambiáveis foram expandidas de simples ferramentas de torneamento e fresas de facear para várias ferramentas de precisão, complexas e de conformação.
Tipo de ferramenta de metal duro
De acordo com a composição química principal, o metal duro pode ser dividido em liga dura à base de carboneto de tungstênio e liga dura à base de carbono (nitreto de titânio) (TiC (N)).
Os carbonetos cimentados à base de carboneto de tungstênio incluem cobalto de tungstênio (YG), titânio de cobalto de tungstênio (YT) e carbonetos raros (YW), cada um dos quais tem vantagens e desvantagens.
Os principais componentes são carboneto de tungstênio (WC), carboneto de titânio (TiC), carboneto de tântalo (TaC), carboneto de nióbio (NbC), etc., e a fase de ligação metálica comumente usada é Co.
O carboneto cimentado à base de carbono (nitrogênio) e titânio é uma liga dura contendo TiC como componente principal (alguns dos quais são adicionados com outros carbonetos ou nitretos), e as fases de ligação metálica comumente usadas são Mo e Ni.
A Organização Internacional de Padronização (ISO) classifica o corte de metal duro em três categorias:
A classe K, incluindo K10 a K40, é equivalente à classe YG da China (o componente principal é WC.Co).
A classe P, incluindo P01 a P50, é equivalente ao YT na China (o componente principal é WC.TiC.Co).
A classe M, incluindo M10 a M40, é equivalente a YW na China (o principal componente é WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Cada classe representa uma série de ligas desde alta dureza até máxima tenacidade, com números entre 01 e 50, respectivamente.
Características de desempenho de ferramentas de metal duro
Alta dureza
As ferramentas de metal duro são feitas por metalurgia do pó a partir de carbonetos com alta dureza e pontos de fusão (chamados de fase dura) e ligantes metálicos (chamados de fases ligadas).
Sua dureza é 89-93 HRA, muito superior à do aço rápido.
A 540°C, a dureza ainda atinge 82-87 HRA.
À temperatura ambiente, o valor da dureza é igual ao do aço rápido (83 ~ 86 HRA).
O valor de dureza do metal duro varia com a natureza, quantidade, tamanho de partícula e conteúdo da fase metálica ligada do carboneto e geralmente diminui à medida que o conteúdo da fase metálica ligada aumenta.
Quando o conteúdo da fase ligante é o mesmo, a dureza da liga YT é maior que a da liga YG.
A liga à qual o TaC (NbC) é adicionado possui uma dureza em altas temperaturas.
Força de flexão e tenacidade
A resistência à flexão dos carbonetos cimentados comumente usados está na faixa de 900 ~ 1500 MPa.
Quanto maior o conteúdo da fase de ligação metálica, maior será a resistência à flexão.
Quando o teor do ligante é o mesmo, a resistência da liga à base de YG (WC-Co) é maior do que a da liga à base de YT (WC-TiC-Co), e a resistência diminui à medida que o teor de TiC aumenta .
O metal duro é um material quebradiço e sua resistência ao impacto é de apenas 1/30 ~ 1/8 do aço rápido à temperatura ambiente.
Aplicações de cferramentas de metal duro comumente usadas
As ligas YG são usadas principalmente para processar ferro fundido, metais não ferrosos e materiais não metálicos.
Ligas duras de granulação fina (como YG3X, YG6X) têm maior dureza e resistência ao desgaste do que ligas de granulação média quando o teor de cobalto é o mesmo. Eles são adequados para processar alguns ferros fundidos duros especiais, aço inoxidável austenítico, ligas resistentes ao calor, ligas de titânio, bronze duro e materiais de isolamento resistentes ao desgaste.
As vantagens marcantes dos carbonetos cimentados do tipo YT são alta dureza, boa resistência ao calor, alta dureza e resistência à compressão em altas temperaturas, maior resistência ao YG e melhor resistência à oxidação.
Portanto, quando a ferramenta requer alta resistência ao calor e ao desgaste, uma classe com alto teor de TiC deve ser selecionada.
As ligas YT são adequadas para o processamento de materiais de aço, mas não são adequadas para o processamento de ligas de titânio e ligas de silício e alumínio.
As ligas YW têm as propriedades das ligas YG e YT e possuem boas propriedades abrangentes. Eles podem ser usados para processar materiais de aço, bem como para processar ferro fundido e metais não ferrosos.
Tais ligas, se o teor de cobalto for adicionado adequadamente, podem ser usadas com alta resistência e para desbaste e corte interrompido de vários materiais difíceis de usinar.
Cortador de aço de alta velocidade
O aço rápido (HSS) é um aço para ferramentas de alta liga com mais elementos de liga, como W, Mo, Cr e V.
Os cortadores de aço rápido têm excelentes propriedades abrangentes em termos de resistência, tenacidade e acabamento.
Em ferramentas complexas, especialmente para a produção de ferramentas de furação, fresas, cortadores de rosca, broches, ferramentas de corte e outras ferramentas complexas em formato de lâmina, o aço rápido ainda domina.
Ferramentas de aço rápido são fáceis de retificar arestas de corte afiadas.
O aço rápido pode ser classificado em aço rápido de uso geral e aço rápido de alto desempenho, dependendo da aplicação.
Cortador universal de aço rápido
O aço rápido de uso geral pode ser dividido em dois tipos: aço de tungstênio e aço de tungstênio-molibdênio.
Este tipo de aço rápido contém 0,7% a 0,9% de carbono (C).
De acordo com a quantidade de tungstênio contida no aço, ele pode ser dividido em aço de tungstênio com 12% ou 18% de tungstênio.
Um aço tungstênio-molibdênio contendo 6% ou 8% de tungstênio e um aço molibdênio contendo 2% de tungstênio ou nenhum.
O aço rápido de uso geral tem uma certa dureza (63-66 HRC) e resistência ao desgaste, alta resistência e tenacidade, boa plasticidade e tecnologia de processamento.
Portanto, é amplamente utilizado na fabricação de diversas ferramentas complexas.
Aço de tungstênio
O tipo geral de aço de tungstênio para aço rápido é W18Cr4V (referido como W18), que apresenta bom desempenho abrangente. A dureza em alta temperatura é de 48,5 HRC a 600 °C e pode ser usada para fabricar uma variedade de ferramentas complexas. Tem as vantagens de boa moabilidade e baixa sensibilidade à descarbonetação. Porém, devido ao alto teor de carboneto, a distribuição é menos uniforme, as partículas são maiores e a resistência e tenacidade não são altas.
Aço carboneto de tungstênio
Refere-se a um aço rápido obtido pela substituição de uma parte de tungstênio em aço de tungstênio por molibdênio.
O tipo típico de aço tungstênio-molibdênio é W6Mo5Cr4V2 (referido como M2).
As partículas de carboneto de M2 são finas e uniformes, e a resistência, tenacidade e plasticidade em alta temperatura são melhores que W18Cr4V.
Outro tipo de aço tungstênio-molibdênio é o W9Mo3Cr4V (referido como W9). Sua estabilidade térmica é ligeiramente superior à do aço M2, e sua resistência à flexão e tenacidade são melhores que W6Mo5Cr4V2 e possui boa usinabilidade.
Cortador de aço rápido de alto desempenho
Aço rápido de alto desempenho refere-se a um novo tipo de aço que adiciona algum teor de carbono, teor de vanádio e elementos de liga como Co e Al ao componente de aço rápido de uso geral, melhorando assim sua resistência ao calor e ao desgaste.
Existem principalmente as seguintes categorias principais:
Aço rápido de alto carbono
Aço rápido com alto teor de carbono (como 95W18Cr4V), alta dureza em temperatura ambiente e alta temperatura, adequado para a fabricação de aço comum e ferro fundido, brocas com alta resistência ao desgaste, alargador, macho e fresa ou ferramentas para processamento de materiais duros. Não é adequado para grandes impactos.
Aço rápido com alto teor de vanádio
Classes típicas, como W12Cr4V4Mo (abreviadamente EV4), aumentam V para 3% a 5%.
Possui boa resistência ao desgaste e é adequado para cortar materiais com grande desgaste da ferramenta, como fibra, borracha dura, plástico, etc. Também pode ser usado para processar aço inoxidável, aço de alta resistência e ligas de alta temperatura.
Aço rápido cobalto
É um aço super rápido contendo cobalto, com uma classe típica como W2Mo9Cr4VCo8 (referido como M42).
Possui alta dureza de 69-70 HRC e é adequado para processar materiais difíceis de usinar, como aço resistente ao calor de alta resistência, liga de alta temperatura e liga de titânio.
M42 é altamente retificável e adequado para fazer ferramentas complexas, mas não é adequado para trabalhar sob condições de corte de impacto.
Aço rápido de alumínio
É um tipo de aço rápido superduro de alumínio, de grau típico, como W6Mo5Cr4V2Al, (abreviatura 501).
A dureza em altas temperaturas a 6000C também atinge 54HRC e o desempenho de corte é equivalente a M42.
Adequado para a fabricação de fresas, brocas, alargadores, fresas de engrenagens, broches, etc., para processamento de ligas de aço, aço inoxidável, aço de alta resistência e ligas de alta temperatura.
Aço rápido superduro com nitrogênio
Classes típicas, como W12M03Cr4V3N, conhecidas como (V3N), são aços rápidos superduro contendo nitrogênio.
Dureza, resistência e tenacidade são comparáveis às do M42.
Ele pode ser usado como um substituto para o aço rápido contendo cobalto para corte em baixa velocidade de materiais difíceis de usinar e usinagem de alta precisão em baixa velocidade.
Fundição de aço rápido e aço rápido para metalurgia do pó
De acordo com diferentes processos de fabricação, o aço rápido pode ser dividido em aço rápido para fundição e aço rápido para metalurgia do pó.
Smelting aço de alta velocidade
Tanto o aço rápido comum quanto o aço rápido de alto desempenho são fabricados usando um método de fusão.
Eles são transformados em ferramentas por meio de processos como fundição, fundição de lingotes e laminação.
Um problema sério que provavelmente ocorrerá na fundição de aço rápido é a segregação de carbonetos. Carbonetos duros e quebradiços são distribuídos de forma desigual no aço rápido e possuem grãos grossos (até várias dezenas de mícrons), o que afeta negativamente a resistência ao desgaste, a tenacidade e o desempenho de corte das ferramentas de aço rápido.
Aço rápido para metalurgia do pó (PM HSS)
O aço rápido para metalurgia do pó (PM HSS) é aço fundido fundido em um forno de indução de alta frequência e atomizado por argônio de alta pressão ou nitrogênio puro. Em seguida, é temperado para obter uma estrutura cristalina fina e uniforme (pó de aço rápido). O pó obtido é então prensado em uma lâmina bruta sob alta temperatura e alta pressão, ou primeiro formado em uma placa de aço e depois forjado e laminado em forma de ferramenta.
Comparado com o aço rápido produzido pelo método de fusão, o PM HSS tem as vantagens de grãos de metal duro finos e uniformes, bem como maior resistência, tenacidade e resistência ao desgaste.
No campo de ferramentas CNC complexas, as ferramentas PM HSS desempenharão um papel cada vez mais importante. As classes típicas incluem F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc.
Ele pode ser usado para fazer ferramentas de grande porte, resistentes a impactos e resistentes a impactos, bem como ferramentas de precisão.
Seleição pprincípios do CNC corte materiais de ferramentas
Atualmente, os materiais de ferramentas CNC amplamente utilizados incluem ferramentas de diamante, ferramentas de nitreto cúbico de boro, ferramentas de cerâmica, ferramentas revestidas, ferramentas de metal duro e ferramentas de aço rápido.
O número total de materiais de ferramentas é grande e seu desempenho varia muito. Os principais indicadores de desempenho dos diversos materiais de ferramentas são os seguintes:
| Tipos | Densidade g/cm2 |
Resistente ao calor ℃ |
Dureza | Dobrando força MPa |
Térmico condutividade com (mK） |
Coeficiente de expansão térmica ×10-5/℃ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Diamante policristalino | 3,47-3,56 | 700-800 | >9000HV | 600-1100 | 210 | 3.1 | |
| Carboneto de boro cúbico policristalino | 3,44-3,49 | 1300-1500 | 4500HV | 500-800 | 130 | 4.7 | |
| Faca de cerâmica | 3,1-5,0 | >1200 | 91-95HRA | 700-1500 | 15,0-38,0 | 7,0-9,0 | |
| Metal duro | Cobalto de tungstênio | 14,0-15,5 | 800 | 89-91,5HRA | 1000-2350 | 74,5-87,9 | 3-7,5 |
| Titânio cobalto tungstênio | 9,0-14,0 | 900 | 89-92,5 HRA | 800-1800 | 20,9-62,8 | ||
| Liga geral | 12,0-14,0 | 1000-1100 | ~92,5HRA | / | / | ||
| Liga à base de TiC | 5,0-7,0 | 1100 | 92-93,5HRA | 1150-1350 | / | 8.2 | |
| Aço de alta velocidade | 8,0-8,8 | 600-700 | 62-70HRC | 2000-4500 | 15,0-30,0 | 8-12 | |
Os materiais das ferramentas de corte para usinagem CNC devem ser selecionados com base na peça a ser usinada e na natureza do processo.
A seleção dos materiais da ferramenta de corte deve ser adequada ao objeto usinado. A correspondência do material da ferramenta de corte com o objeto de processamento refere-se principalmente à correspondência das propriedades mecânicas, propriedades físicas e propriedades químicas dos dois para obter a vida útil mais longa da ferramenta e a produtividade máxima do processamento de corte.
Combinar o material da ferramenta de corte com as propriedades mecânicas do objeto usinado
O problema de correspondência de propriedades mecânicas entre a ferramenta de corte e o objeto usinado refere-se principalmente aos parâmetros de propriedades mecânicas, como resistência, tenacidade e dureza da ferramenta e do material da peça.
Materiais de ferramentas com diferentes propriedades mecânicas são adequados para usinagem de materiais de peças.
A ordem de dureza do material da ferramenta é a seguinte: ferramenta de diamante > ferramenta de nitreto cúbico de boro > ferramenta de cerâmica > liga dura > aço rápido.
A ordem de resistência à flexão do material da ferramenta é a seguinte: aço rápido> liga dura> ferramenta de cerâmica> ferramenta de diamante e nitreto cúbico de boro.
A ordem de tenacidade do material da ferramenta é a seguinte: aço rápido> liga dura> nitreto cúbico de boro, diamante e ferramentas de cerâmica.
Materiais de peças de alta dureza devem ser usinados com ferramentas de maior dureza. A dureza do material da ferramenta deve ser superior à dureza do material da peça, geralmente superior a 60 HRC. Quanto maior for a dureza do material da ferramenta, melhor será a sua resistência ao desgaste.
Por exemplo, quando a quantidade de cobalto no metal duro aumenta, a resistência e a tenacidade aumentam, a dureza diminui e é adequado para processamento grosseiro. Quando a quantidade de cobalto diminui, a dureza e a resistência ao desgaste aumentam, o que é adequado para acabamento.
Ferramentas com excelentes propriedades mecânicas em alta temperatura são especialmente adequadas para usinagem em alta velocidade. O excelente desempenho em altas temperaturas das ferramentas cerâmicas permite que elas sejam cortadas em altas velocidades, permitindo que as velocidades de corte sejam 2 a 10 vezes maiores que as de metal duro.
O material da ferramenta de corte corresponde às propriedades físicas do objeto usinado
Ferramentas com diferentes propriedades físicas, como ferramentas de aço rápido com alta condutividade térmica e baixo ponto de fusão, ferramentas cerâmicas com alto ponto de fusão e baixa expansão térmica e ferramentas diamantadas com alta condutividade térmica e baixa expansão térmica, são adequadas para processar peças de trabalho. materiais.
Ao usinar uma peça com baixa condutividade térmica, um material de ferramenta com melhor condutividade térmica deve ser usado para permitir que o calor de corte seja transmitido rapidamente para diminuir a temperatura de corte.
Devido à alta condutividade térmica e difusividade térmica do diamante, o calor de corte é facilmente dissipado e não causa grande deformação térmica. Isto é especialmente importante para ferramentas de usinagem de precisão com alta precisão dimensional.
Temperatura de resistência ao calor de vários materiais de ferramentas:
700 ~ 8000C para ferramentas diamantadas, 13000 ~ 15000C para ferramentas PCBN, 1100 ~ 12000C para ferramentas cerâmicas, 900 ~ 11000C para ligas duras à base de TiC (N), grãos ultrafinos duros à base de WC A qualidade da liga é de 800 a 9000 C, e o HSS é de 600 a 7000 C.
Sequência de condutividade térmica de vários materiais de ferramentas:
PCD> PCBN> Metal duro à base de WC> Metal duro à base de TiC (N)> HSS> Cerâmica à base de Si3N4> Cerâmica à base de A1203.
A ordem do coeficiente de expansão térmica de vários materiais de ferramentas é:
HSS>Carbeto cimentado à base de WC>TiC(N)> Cerâmica à base de A1203>PCBN>Cerâmica à base de Si3N4>PCD.
A ordem de resistência ao choque térmico de vários materiais de ferramentas é:
HSS> Metal duro à base de WC> Cerâmica à base de Si3N4> PCBN> PCD> Metal duro à base de TiC (N)> Cerâmica à base de A1203.
O material da ferramenta de corte corresponde ao químicapropriedades cal do objeto usinado
A correspondência das propriedades químicas do material da ferramenta de corte com o objeto de processamento refere-se principalmente à correspondência das propriedades químicas do material da ferramenta com a afinidade química, reação química, difusão e dissolução do material da peça.
Ferramentas com diferentes materiais são adequadas para usinar diferentes materiais de peças.
A temperatura anti-aderência de vários materiais de ferramentas (e aço) é:
PCBN>cerâmica>liga dura>HSS.
A temperatura de oxidação de vários materiais de ferramentas é:
cerâmica>PCBN>liga dura>diamante>HSS.
A resistência à difusão de vários materiais de ferramentas (para aço) é:
diamante > Cerâmica à base de Si3N4 > PCBN > Cerâmica à base de A1203.
A força de difusão (para titânio) é:
Cerâmica à base de A1203 > PCBN > SiC > Si3N4 > diamante.
Escolha razoável de materiais para ferramentas CNC
Em geral, PCBN, ferramentas de cerâmica, metal duro revestido e ferramentas de metal duro à base de TiCN são adequadas para usinagem CNC de metais ferrosos, como aço.
As ferramentas PCD são adequadas para processar materiais não ferrosos, como Al, Mg, Cu, ligas e materiais não metálicos.
A Tabela 2 lista alguns dos materiais da peça que são adequados para usinagem usando os materiais de ferramenta acima.
| Ferramenta de corte | Alto dureza aço |
Aquecer resistente Liga |
Titânio Liga |
Níquel baseado superliga |
Elenco ferro |
Puro aço |
Alto silício alumínio Liga |
PRFV composto material |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PCD | × | × | ◎ | × | × | × | ◎ | ◎ |
| PCBN | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ● | ● | |
| Faca de cerâmica | ◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ● | × | × |
| Camada de metal duro | ○ | ◎ | ◎ | ● | ◎ | ◎ | ● | ● |
| Liga dura à base de TiCN | ● | × | × | × | ◎ | ● | × | × |
Observação:
◎ – Excelente
○ – Bom
● – OK
× – Ruim
