Ferramentas de corte 101: seu guia essencial

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.

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:

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.

Observação:
◎ – Excelente
○ – Bom
● – OK
× – Ruim