A combinação de equipamento de processamento avançado e ferramentas de corte CNC de alto desempenho pode exercer plenamente sua devida eficiência e obter bons benefícios econômicos. Com o rápido desenvolvimento de materiais para ferramentas de corte, vários novos tipos de materiais para ferramentas de corte melhoraram muito seu desempenho físico, mecânico e de corte, e seu escopo de aplicação também está em constante expansão.
1. Propriedades básicas que os materiais de ferramentas de corte devem possuir
A seleção de materiais de ferramenta tem um impacto significativo na vida útil da ferramenta, eficiência de processamento, qualidade de processamento e custos de processamento. A ferramenta de corte deve suportar alta pressão, alta temperatura, fricção, impacto e vibração durante o corte. Portanto, os materiais das ferramentas devem ter as seguintes propriedades básicas:
(1) Dureza e resistência ao desgaste. A dureza do material da ferramenta deve ser maior que a do material da peça de trabalho, geralmente exigindo uma dureza acima de 60HRC. Quanto maior a dureza do material da ferramenta, melhor sua resistência ao desgaste.
(2) Força e tenacidade. O material da ferramenta deve ter alta resistência e tenacidade para suportar forças de corte, impactos e vibrações, e para evitar fratura frágil e colapso da aresta da ferramenta.
(3) Resistência ao calor. O material da ferramenta tem boa resistência ao calor, pode suportar altas temperaturas de corte e tem boa resistência à oxidação.
(4) Desempenho e economia do processo. O material da ferramenta deve ter bom desempenho de forjamento, desempenho de tratamento térmico e desempenho de soldagem; Desempenho de processamento de moagem e a busca de alto desempenho em relação ao preço.
2. Tipos, propriedades, características e aplicações de materiais para ferramentas de corte
a. Tipos, propriedades, características e aplicações de ferramentas de materiais de ferramentas de diamante
O diamante é um alótropo de carbono e é o material mais duro encontrado na natureza. As ferramentas de corte de diamante têm alta dureza, resistência ao desgaste e condutividade térmica e são amplamente utilizadas no processamento de materiais não ferrosos e não metálicos. Especialmente no corte de alta velocidade de ligas de alumínio e silício-alumínio, as ferramentas diamantadas são as principais variedades de ferramentas de corte difíceis de substituir. As ferramentas de corte de diamante que podem alcançar alta eficiência, alta estabilidade e usinagem de longa duração são ferramentas indispensáveis e importantes na usinagem CNC moderna.
2. Tipos, propriedades, características e aplicações de ferramenta de materiais de ferramenta de nitreto de boro cúbico
O segundo tipo de material superduro, o nitreto de boro cúbico (CBN), sintetizado por um método semelhante ao método de fabricação do diamante, perde apenas para o diamante em dureza e condutividade térmica. Possui excelente estabilidade térmica e não oxida quando aquecido a 10.000 graus na atmosfera. CBN
tem propriedades químicas extremamente estáveis para metais ferrosos e pode ser amplamente utilizado no processamento de produtos siderúrgicos.
3. Tipo, desempenho e características de materiais de ferramentas de cerâmica e aplicação de ferramentas
As ferramentas de corte de cerâmica são caracterizadas por alta dureza, boa resistência ao desgaste, excelente resistência ao calor e estabilidade química, e não são fáceis de unir com metal. As ferramentas de cerâmica desempenham um papel muito importante na usinagem NC. As ferramentas de cerâmica tornaram-se uma das principais ferramentas para corte em alta velocidade e usinagem de materiais difíceis. As ferramentas de cerâmica são amplamente utilizadas em corte de alta velocidade, corte a seco, corte duro e materiais difíceis de cortar. As ferramentas de cerâmica podem processar com eficiência materiais de alta dureza que não podem ser processados por ferramentas tradicionais, realizando "torneamento em vez de retificação"; A velocidade de corte ideal das ferramentas de cerâmica pode ser de 2 a 10 vezes maior que a das ferramentas de metal duro, melhorando muito a eficiência da produção de corte; As principais matérias-primas utilizadas para materiais de ferramentas de cerâmica são os elementos mais abundantes na crosta. Portanto, a promoção e aplicação de ferramentas de cerâmica é de grande importância para melhorar a produtividade, reduzir os custos de processamento e economizar metais preciosos estratégicos, além de promover muito o progresso da tecnologia de corte.
4. Desempenho e características de materiais de ferramentas revestidos e aplicação de ferramentas
Revestir a ferramenta é uma das maneiras importantes de melhorar seu desempenho. O surgimento de ferramentas de corte revestidas trouxe um avanço significativo em seu desempenho de corte. As ferramentas de corte revestidas são revestidas com uma ou mais camadas de compostos refratários com boa resistência ao desgaste no corpo da ferramenta com boa tenacidade. Eles combinam a matriz da ferramenta com um revestimento duro, melhorando significativamente o desempenho da ferramenta. As ferramentas de corte revestidas podem melhorar a eficiência da usinagem, melhorar a precisão da usinagem, prolongar a vida útil da ferramenta e reduzir os custos de usinagem.
Cerca de 80% das ferramentas de corte usadas nas novas máquinas-ferramenta CNC usam ferramentas revestidas. As ferramentas revestidas serão a variedade de ferramentas mais importante no campo da usinagem CNC no futuro.
5. Tipos, propriedades, características e aplicações de materiais de ferramentas de corte de liga dura
Ferramentas de corte de liga dura, especialmente ferramentas de corte de liga dura intercambiáveis, são os principais produtos de ferramentas de usinagem CNC. Desde a década de 1980, vários tipos de ferramentas de corte de liga dura integradas e intercambiáveis ou lâminas se expandiram para vários campos de ferramentas de corte. Entre eles, as ferramentas de corte de liga dura intercambiáveis se expandiram de simples ferramentas de torneamento e fresamento de superfície para vários campos de ferramentas de precisão, complexas e formadas.
Tipos de ferramentas de corte de liga dura
De acordo com a composição química principal, as ligas duras podem ser divididas em ligas duras à base de carboneto de tungstênio e ligas duras à base de carboneto 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 carboneto raro adicionado (YW). Eles têm suas próprias vantagens e desvantagens. Os principais componentes são carboneto de tungstênio (WC), carboneto de titânio (TiC), carboneto de tântalo (TaC), carboneto de nióbio (NbC), etc. A fase de ligação de metal comum é Co.
As ligas duras à base de carbono (nitrogênio) e titânio são ligas duras com TiC como componente principal (algumas com outros carbonetos ou nitretos adicionados), e as fases de ligação de metal comumente usadas são Mo e Ni.
A ISO (International Organization for Standardization) divide o corte de ligas duras em três categorias:
A classe K, incluindo Kl0-K40, é equivalente à classe YG na China (composta principalmente por WC Co).
A classe P, incluindo P01 a P50, é equivalente à classe YT na China (composta principalmente por WC TiC Co).
A classe M, incluindo M10 a M40, é equivalente à classe YW na China (composta principalmente por WC TiC TaC (NbC) Co).
Cada marca representa uma série de ligas que vão desde alta dureza até máxima tenacidade com números entre 01 e 50.
6. Tipos, características e aplicações de ferramentas de corte de aço rápido
O aço rápido (HSS) é um tipo de aço para ferramentas de alta liga que contém uma grande quantidade de elementos de liga, como W, Mo, Cr e V. As ferramentas de corte de aço rápido têm excelente desempenho abrangente em termos de resistência, tenacidade e processabilidade. Em ferramentas de corte complexas, especialmente para fabricação de ferramentas de processamento de furos, ferramentas de fresagem, ferramentas de corte de rosca, brocas, ferramentas de corte de engrenagens e outras ferramentas de corte complexas de arestas, o aço rápido ainda ocupa a posição principal. Ferramentas de aço rápido são fáceis de retificar arestas de corte afiadas.
De acordo com diferentes finalidades, o aço rápido pode ser dividido em aço rápido de uso geral e aço rápido de alto desempenho.
(1) Ferramentas universais de corte de aço de alta velocidade
Aço rápido universal. Geralmente, pode ser dividido em duas categorias: aço de tungstênio e aço de molibdênio de tungstênio. Este tipo de aço rápido contém (C) variando de 0,7 por cento a 0,9 por cento . De acordo com os diferentes teores de tungstênio no aço, ele pode ser dividido em aço de tungstênio contendo 12 por cento ou 18 por cento de W, aço de tungstênio molibdênio contendo 6 por cento ou 8 por cento de W e aço de molibdênio contendo 2 por cento ou nenhum W. Aço universal de alta velocidade tem um certo grau de dureza (63-66HRC) e resistência ao desgaste, alta resistência e tenacidade, boa plasticidade e capacidade de processamento, e é amplamente utilizado na fabricação de várias ferramentas de corte complexas.
① Aço de tungstênio: O tipo típico de aço de tungstênio de alta velocidade universal é W18Cr4V, (referido como W18), que possui boas propriedades abrangentes e uma dureza de alta temperatura de 48,5 HRC a 6000 graus. Pode ser usado para fabricar várias ferramentas de corte complexas. Possui vantagens como boa retificabilidade e baixa sensibilidade à descarbonetação, mas devido ao alto teor de carbonetos, distribuição desigual, partículas maiores e baixa resistência e tenacidade.
② Aço tungstênio-molibdênio: refere-se a um aço rápido obtido pela substituição de uma porção de tungstênio no aço tungstênio por molibdênio. O grau típico de aço molibdênio tungstênio é W6Mo5Cr4V2, ou M2 para breve. As partículas de carboneto de M2 são finas e uniformes, com melhor resistência, tenacidade e plasticidade de alta temperatura do que W18Cr4V. Outro tipo de aço de tungstênio-molibdênio é o W9Mo3Cr4V (abreviado como W9), que possui estabilidade térmica ligeiramente maior que o aço M2, melhor resistência à flexão e tenacidade que o W6M05Cr4V2 e tem boa usinabilidade.
(2) Ferramentas de corte 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 à composição do aço rápido de uso geral, melhorando assim sua resistência ao calor e resistência ao desgaste . Existem principalmente as seguintes categorias:
① Aço rápido de alto carbono. Aço rápido com alto teor de carbono (como 95W18Cr4V) tem alta dureza à temperatura ambiente e altas, tornando-o adequado para fabricação e processamento de aço comum e ferro fundido, brocas, alargadores, machos e fresas com requisitos de alta resistência ao desgaste ou ferramentas de corte para processamento de materiais mais duros. Não é adequado para suportar grandes impactos.
② Aço rápido de alto vanádio. Classes típicas, como W12Cr4V4Mo, (EV4 para abreviar), com o teor de V aumentado para 3 por cento ~ 5 por cento, têm boa resistência ao desgaste e são adequadas para cortar materiais com grande desgaste da ferramenta, como fibra, borracha dura, plástico, etc., e também pode ser usado para processar aço inoxidável, aço de alta resistência, liga de alta temperatura e outros materiais.
③ Aço rápido de cobalto. É um aço rápido superduro contendo cobalto com um grau típico, como W2Mo9Cr4VCo8 (referido como M42), que possui alta dureza de até 69~70HRC. É adequado para processar materiais difíceis de usinar, como aço resistente ao calor de alta resistência, ligas de alta temperatura, ligas de titânio, etc. trabalhando sob condições de corte por impacto.
④ Aço rápido de alumínio. É um alumínio contendo aço rápido superduro com um grau típico, como W6Mo5Cr4V2Al (abreviado como 501). A dureza de alta temperatura a 6000 graus também atinge 54HRC e o desempenho de corte é equivalente a M42. É adequado para a fabricação de fresas, brocas, alargadores, cortadores de engrenagens, broches, etc., e é usado para processar materiais como ligas de aço, aço inoxidável, aço de alta resistência e ligas de alta temperatura.
⑤ Aço rápido superduro de nitrogênio. Um tipo típico, como W12M03Cr4V3N, abreviado como (V3N), é um aço rápido superduro contendo nitrogênio com dureza, resistência e tenacidade comparáveis ao M42. Ele pode ser usado como substituto do aço rápido contendo cobalto para corte em baixa velocidade de materiais difíceis de usinar e usinagem de alta precisão em baixa velocidade.
(3) Aço rápido de fusão e aço rápido de metalurgia do pó
De acordo com diferentes processos de fabricação, o aço rápido pode ser dividido em aço rápido fundido e aço rápido de metalurgia do pó.
① Fusão de aço rápido: Tanto o aço rápido comum quanto o aço rápido de alto desempenho são fabricados usando o método de fusão. Eles são transformados em ferramentas de corte por meio de processos como fundição, fundição de lingotes e revestimento e laminação. O problema sério que tende a ocorrer na fundição de aço rápido é a segregação de carboneto. Os carbonetos duros e quebradiços são distribuídos de forma desigual no aço rápido, e o tamanho do grão é grosseiro (até dezenas de micrômetros), o que tem efeitos adversos na resistência ao desgaste, tenacidade e desempenho de corte das ferramentas de aço rápido.
② Aço rápido de metalurgia do pó (PM HSS): O aço rápido de metalurgia do pó (PM HSS) é um líquido de aço fundido em um forno de indução de alta frequência. É atomizado com argônio de alta pressão ou gás nitrogênio puro e, em seguida, temperado para obter uma estrutura cristalina fina e uniforme (pó de aço rápido). O pó resultante é então prensado em uma peça bruta em alta temperatura e pressão, ou primeiro transformado em um tarugo de aço e depois forjado e laminado em uma forma de ferramenta. Comparado com o aço rápido fabricado pelo método de fusão, o PM HSS tem as vantagens de grãos de carboneto finos e uniformes, resistência, tenacidade e resistência ao desgaste significativamente melhoradas em comparação com o aço rápido fundido. As ferramentas PM HSS desenvolverão e ocuparão uma posição importante no campo de ferramentas CNC complexas. Classes típicas, como F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., podem ser usadas para fabricar ferramentas de corte de grande porte, serviço pesado e resistentes a impactos, bem como ferramentas de corte de precisão.
