การผสมผสานระหว่างอุปกรณ์การประมวลผลขั้นสูงและเครื่องมือตัด CNC ประสิทธิภาพสูงสามารถให้ประสิทธิภาพที่เหมาะสมอย่างเต็มที่และบรรลุผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ดี ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวัสดุเครื่องมือตัด วัสดุเครื่องมือตัดใหม่ๆ หลายชนิดได้ปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ เชิงกล และประสิทธิภาพการตัดให้ดีขึ้นอย่างมาก และยังขยายขอบเขตการใช้งานอย่างต่อเนื่องอีกด้วย
รูปภาพ
1. วัสดุเครื่องมือควรมีคุณสมบัติพื้นฐาน
เดอะ
การเลือกใช้วัสดุเครื่องมือมีผลอย่างมากต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือ ประสิทธิภาพการประมวลผล คุณภาพการประมวลผล และต้นทุนการประมวลผล เมื่อเครื่องมือทำการตัด เครื่องมือจะต้องรับผลกระทบจากความดันสูง อุณหภูมิสูง แรงเสียดทาน การกระแทก และการสั่นสะเทือน ดังนั้นวัสดุเครื่องมือควรมีคุณสมบัติพื้นฐานดังต่อไปนี้:
(1) ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอ ความแข็งของวัสดุเครื่องมือต้องสูงกว่าวัสดุชิ้นงาน โดยทั่วไปจะสูงกว่า 60HRC ยิ่งวัสดุเครื่องมือมีความแข็งมากเท่าใด ความต้านทานการสึกหรอก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น
(2) ความแข็งแรงและความเหนียว วัสดุเครื่องมือควรมีความแข็งแรงและความเหนียวสูงเพื่อทนต่อแรงตัด แรงกระแทก และแรงสั่นสะเทือน และป้องกันการแตกหักเปราะและการบิ่นของเครื่องมือ
(3) ทนความร้อน ความต้านทานความร้อนของวัสดุเครื่องมือดีกว่า สามารถทนต่ออุณหภูมิในการตัดสูง และต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดี
(4) ประสิทธิภาพของกระบวนการและความประหยัด วัสดุเครื่องมือควรมีประสิทธิภาพการตีที่ดี ประสิทธิภาพการรักษาความร้อน ประสิทธิภาพการเชื่อม ประสิทธิภาพการเจียร ฯลฯ และควรมีอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อราคาสูง
2. ประเภท คุณสมบัติ ลักษณะ และการนำไปใช้ของวัสดุเครื่องมือ
1. ประเภท คุณสมบัติ และลักษณะของวัสดุเครื่องมือเพชรและการใช้งานเครื่องมือ
เพชรเป็นองค์ประกอบหนึ่งของคาร์บอน และเป็นวัสดุที่แข็งที่สุดที่พบในธรรมชาติ เครื่องมือเพชรมีความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอสูง และมีค่าการนำความร้อนสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตัดอะลูมิเนียมและโลหะผสมซิลิกอน-อะลูมิเนียมด้วยความเร็วสูง เครื่องมือเพชรเป็นเครื่องมือตัดประเภทหลักที่ยากต่อการเปลี่ยน เครื่องมือเพชรที่มีประสิทธิภาพสูง ความเสถียรสูง และอายุการใช้งานยาวนานเป็นเครื่องมือสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการตัดเฉือน CNC สมัยใหม่
รูปภาพ
⑴ ประเภทของเครื่องมือเพชร
① เครื่องมือเพชรธรรมชาติ: เพชรธรรมชาติถูกใช้เป็นเครื่องมือเจียระไนมานานหลายร้อยปี เครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวตามธรรมชาติได้รับการเจียระไนอย่างประณีต และขอบเจียระไนสามารถเจียระไนได้คมมาก รัศมีคมตัดสามารถเข้าถึง 0.002μm ซึ่งสามารถตัดได้บางเฉียบและสามารถเป็นเครื่องมือตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงพิเศษในอุดมคติและไม่สามารถถูกแทนที่ได้สำหรับการประมวลผลชิ้นงานที่มีความแม่นยำสูงมากและความหยาบผิวต่ำมาก
② เครื่องมือเพชร PCD: เพชรธรรมชาติมีราคาแพง และเพชรโพลีคริสตัลไลน์ (PCD) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเจียระไน ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 เพชรโพลีคริสตัลไลน์ (Polycrystauine diamond หรือเรียกสั้นๆ ว่า PCD) ได้รับการพัฒนา หลังจากประสบความสำเร็จ เครื่องมือเพชรธรรมชาติได้ถูกแทนที่ด้วยเพชรโพลีคริสตัลไลน์เทียมในหลายๆ ครั้ง วัตถุดิบของ PCD มีแหล่งที่มามากมาย และราคาของมันเพียงไม่กี่ในสิบถึงหนึ่งในสิบของเพชรธรรมชาติ
เครื่องมือ PCD ไม่สามารถเจียรขอบที่คมมากๆ ได้ และคุณภาพพื้นผิวของชิ้นงานที่ผ่านการแปรรูปก็ไม่ดีเท่าเพชรธรรมชาติ ไม่สะดวกในการผลิตเม็ดมีด PCD ที่มีร่องคายเศษในอุตสาหกรรม ดังนั้น PCD จึงสามารถใช้ได้เฉพาะกับการตัดละเอียดของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและอโลหะเท่านั้น และเป็นการยากที่จะได้การตัดกระจกที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ
③ เครื่องมือเพชร CVD: ตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1970 ถึงต้นทศวรรษ 1980 เทคโนโลยีเพชร CVD ปรากฏขึ้นในญี่ปุ่น เพชร CVD หมายถึงการสังเคราะห์ฟิล์มเพชรบนพื้นผิวต่างชนิดกัน (เช่น ซีเมนต์คาร์ไบด์ เซรามิก ฯลฯ) โดยการสะสมไอเคมี (CVD) เพชรซีวีดีมีโครงสร้างและคุณลักษณะเหมือนกับเพชรธรรมชาติทุกประการ
ประสิทธิภาพของเพชร CVD ใกล้เคียงกับเพชรธรรมชาติมาก และมีข้อได้เปรียบของเพชรผลึกเดี่ยวธรรมชาติและเพชรโพลีคริสตัลไลน์ (PCD) และเอาชนะข้อบกพร่องได้ในระดับหนึ่ง
⑵ ลักษณะการทำงานของเครื่องมือเพชร
① ความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูงมาก: เพชรธรรมชาติเป็นสารที่แข็งที่สุดที่พบในธรรมชาติ เพชรมีความทนทานต่อการสึกหรอสูงมาก เมื่อทำการแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งสูง อายุการใช้งานของเครื่องมือเพชรคือ 10 ถึง 100 เท่าของเครื่องมือซีเมนต์คาร์ไบด์ หรือแม้แต่หลายร้อยเท่า
② มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างเพชรและโลหะอโลหะบางชนิดต่ำกว่าเครื่องมือตัดอื่น ๆ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ การเสียรูประหว่างการประมวลผลมีน้อย และแรงตัดสามารถ จะลดลง
③ คมตัดมีความคมมาก: คมตัดของเครื่องมือเพชรสามารถลับคมได้ และเครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวธรรมชาติสามารถสูงถึง 0.002-0.008μm ซึ่งสามารถใช้สำหรับ - การตัดที่บางและการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูง
④ มีค่าการนำความร้อนสูง: เพชรมีค่าการนำความร้อนสูงและการแพร่กระจายความร้อน ความร้อนในการตัดจะกระจายตัวได้ง่าย และอุณหภูมิของส่วนตัดของเครื่องมือจะต่ำ
⑤ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเพชรนั้นน้อยกว่าซีเมนต์คาร์ไบด์หลายเท่า และการเปลี่ยนแปลงขนาดเครื่องมือที่เกิดจากความร้อนในการตัดนั้นน้อยมาก ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำและความแม่นยำสูงเป็นพิเศษซึ่งต้องการระดับสูง ความแม่นยำของมิติ
⑶ การประยุกต์ใช้เครื่องมือเพชร
เครื่องมือเพชรส่วนใหญ่ใช้สำหรับการตัดละเอียดและการคว้านโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะด้วยความเร็วสูง เหมาะสำหรับการแปรรูปอโลหะที่ทนต่อการสึกหรอต่างๆ เช่น ช่องว่างโลหะผง FRP วัสดุเซรามิก ฯลฯ โลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่ทนต่อการสึกหรอต่างๆ เช่น โลหะผสมซิลิกอน-อะลูมิเนียมต่างๆ การประมวลผลการตกแต่งโลหะที่ไม่ใช่เหล็กต่างๆ
ข้อเสียของเครื่องมือเพชรคือมีความเสถียรทางความร้อนต่ำ เมื่ออุณหภูมิการตัดเกิน 700 องศาถึง 800 องศา มันจะสูญเสียความแข็งไปโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ยังไม่เหมาะสำหรับการตัดโลหะประเภทเหล็ก เนื่องจากเพชร (คาร์บอน) สามารถยึดติดกับเหล็กได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง การกระทำของอะตอมจะแปลงอะตอมของคาร์บอนให้เป็นโครงสร้างกราไฟต์ และเครื่องมือจะเสียหายได้ง่าย
2. ประเภท คุณสมบัติ และลักษณะของวัสดุเครื่องมือคิวบิกโบรอนไนไตรด์และการใช้เครื่องมือ
ลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์ (CBN) ซึ่งเป็นวัสดุที่แข็งยิ่งยวดอันดับสองที่สังเคราะห์ขึ้นด้วยวิธีการที่คล้ายกับเพชร เป็นวัสดุที่มีความแข็งและการนำความร้อนเป็นอันดับสองรองจากเพชรเท่านั้น มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยมและสามารถให้ความร้อนได้ถึง 10,000 องศาในบรรยากาศ ไม่เกิดออกซิเดชัน CBN มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรอย่างยิ่งสำหรับโลหะเหล็ก และสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปผลิตภัณฑ์เหล็ก
รูปภาพ
⑴ ประเภทของเครื่องมือตัดลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์
Cubic boron nitride (CBN) เป็นสารที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ สามารถแบ่งออกเป็นผลึกเดี่ยวและโพลีคริสตัลไลน์ นั่นคือ ผลึกเดี่ยว CBN และโพลีคริสตัลไลน์คิวบิกโบรอนไนไตรด์ (Polycrystalline cubic bornnitride เรียกว่า PCBN) CBN เป็นหนึ่งในไอโซเมอร์ของโบรอนไนไตรด์ (BN) และมีโครงสร้างคล้ายกับเพชร
PCBN (โพลีคริสตัลไลน์คิวบิกโบรอนไนไตรด์) เป็นวัสดุโพลีคริสตัลไลน์ที่เผาวัสดุ CBN ละเอียดผ่านเฟสพันธะ (TiC, TiN, Al, Ti ฯลฯ) ภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันสูง วัสดุเครื่องมือเพชร มันและเพชรรวมเรียกว่าวัสดุเครื่องมือ superhard PCBN ส่วนใหญ่ใช้ทำมีดหรือเครื่องมืออื่น ๆ
เครื่องมือ PCBN สามารถแบ่งออกเป็นเม็ดมีด PCBN และเม็ดมีดคอมโพสิต PCBN ที่เผาด้วยซีเมนต์คาร์ไบด์
เม็ดมีดคอมโพสิต PCBN ทำขึ้นโดยการเผาชั้นของ PCBN ที่มีความหนา {{0}}.5 ถึง 1.0 มม. บนซีเมนต์คาร์ไบด์ที่มีความแข็งแรงและความเหนียวดี ประสิทธิภาพของมันมีทั้งความเหนียวที่ดีและมีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอ ปัญหาของแรงดัดต่ำและความยากในการเชื่อมของเม็ดมีด CBN ได้รับการแก้ไขแล้ว
⑵ คุณสมบัติหลักและลักษณะพิเศษของคิวบิกโบรอนไนไตรด์
แม้ว่าความแข็งของคิวบิกโบรอนไนไตรด์จะด้อยกว่าเพชรเล็กน้อย แต่ก็สูงกว่าวัสดุที่มีความแข็งสูงอื่นๆ มาก ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของ CBN คือความคงตัวทางความร้อนสูงกว่าเพชรมาก ซึ่งสามารถสูงถึง 1200 องศา (700-800 องศาสำหรับเพชร) ปฏิกิริยา. ลักษณะการทำงานหลักของคิวบิกโบรอนไนไตรด์มีดังนี้
① ความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูง: โครงสร้างผลึกของ CBN คล้ายกับเพชร และมีความแข็งและความแข็งแรงใกล้เคียงกับเพชร PCBN เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งสูงซึ่งก่อนหน้านี้สามารถบดได้เท่านั้น และจะได้คุณภาพพื้นผิวของชิ้นงานที่ดีขึ้น
② เสถียรภาพทางความร้อนสูง: การต้านทานความร้อนของ CBN สูงถึง 1400-1500 องศา ซึ่งสูงกว่าเพชรเกือบ 1 เท่า (700-800 องศา ) เครื่องมือ PCBN สามารถตัดโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงและเหล็กกล้าชุบแข็งด้วยความเร็วสูงกว่าเครื่องมือซีเมนต์คาร์ไบด์ 3 ถึง 5 เท่า
③ความเสถียรทางเคมีที่ดีเยี่ยม: ไม่มีปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุที่มีธาตุเหล็กเป็นส่วนประกอบหลักที่ระดับ 1200-1300 และจะไม่สึกหรอรุนแรงเหมือนเพชร และยังสามารถรักษาความแข็งของซีเมนต์คาร์ไบด์ได้ในขณะนี้ เครื่องมือ PCBN เหมาะสำหรับการตัดชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งและเหล็กหล่อเย็น สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการตัดเหล็กหล่อด้วยความเร็วสูง
④ การนำความร้อนที่ดี: แม้ว่าค่าการนำความร้อนของ CBN จะไม่ดีเท่าของเพชร แต่ค่าการนำความร้อนของ PCBN เป็นวัสดุเครื่องมือประเภทต่างๆ เป็นอันดับสองรองจากเพชร และสูงกว่าเหล็กกล้าความเร็วสูงและซีเมนต์คาร์ไบด์มาก
⑤ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำสามารถลดแรงตัดระหว่างการตัด ลดอุณหภูมิในการตัด และปรับปรุงคุณภาพของพื้นผิวการตัดเฉือน
⑶ การใช้งานเครื่องมือลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์
คิวบิกโบรอนไนไตรด์เหมาะสำหรับการเก็บผิวละเอียดบนวัสดุที่ตัดยากต่างๆ เช่น เหล็กชุบแข็ง เหล็กหล่อแข็ง โลหะผสมอุณหภูมิสูง โลหะผสมแข็ง และวัสดุพ่นผิว ความแม่นยำในการตัดเฉือนสามารถเข้าถึง IT5 (รูคือ IT6) และความขรุขระของพื้นผิวอาจมีขนาดเล็กถึง Ra125-0.20μm
วัสดุเครื่องมือลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์มีความเหนียวและกำลังดัดต่ำ ดังนั้นเครื่องมือกลึงคิวบิกโบรอนไนไตรด์จึงไม่เหมาะสำหรับการกลึงหยาบด้วยความเร็วต่ำและภาระกระแทกสูง ในกรณีของโลหะจะเกิดขอบสะสมอย่างรุนแรง ซึ่งจะทำให้พื้นผิวที่ตัดเฉือนเสื่อมสภาพ
3. ประเภท คุณสมบัติ และลักษณะของวัสดุเครื่องมือเซรามิกและการใช้งานเครื่องมือ
เครื่องมือตัดเซรามิกมีลักษณะความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอได้ดี ทนความร้อนได้ดีเยี่ยม และมีความเสถียรทางเคมี และไม่ยึดติดกับโลหะได้ง่าย เครื่องมือตัดเซรามิกมีตำแหน่งที่สำคัญมากในการตัดเฉือน CNC เครื่องมือตัดเซรามิกได้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือตัดหลักสำหรับการตัดความเร็วสูงและการประมวลผลวัสดุที่ยากต่อการตัดเฉือน เครื่องมือตัดเซรามิกใช้กันอย่างแพร่หลายในการตัดความเร็วสูง การตัดแบบแห้ง การตัดแบบแข็ง และการตัดวัสดุที่ตัดเฉือนยาก มีดเซรามิกสามารถแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งมีดแบบดั้งเดิมไม่สามารถแปรรูปได้เลย และตระหนักถึง "แทนที่การเจียรด้วยรถยนต์" ความเร็วตัดที่เหมาะสมของมีดเซรามิกอาจสูงกว่ามีดซีเมนต์คาร์ไบด์ 2 ถึง 10 เท่า ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตของกระบวนการตัดได้อย่างมาก วัตถุดิบหลักที่ใช้ในวัสดุเครื่องมือเซรามิกเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในเปลือกโลก ดังนั้นการทำให้เป็นที่นิยมและการประยุกต์ใช้เครื่องมือเซรามิกจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต ลดต้นทุนการประมวลผล และประหยัดโลหะมีค่าเชิงกลยุทธ์ และยังช่วยส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการตัดเฉือนอย่างมากอีกด้วย ความคืบหน้า.
รูปภาพ
⑴ ประเภทของวัสดุเครื่องมือเซรามิก
ประเภทของวัสดุเครื่องมือเซรามิกโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท: เซรามิกที่มีอะลูมินาเป็นหลัก เซรามิกที่มีซิลิกอนไนไตรด์เป็นส่วนประกอบ และเซรามิกที่มีส่วนประกอบของซิลิกอนไนไตรด์เป็นอะลูมินา วัสดุเครื่องมือเซรามิกที่มีฐานเป็นอะลูมินาและซิลิกอนไนไตรด์เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ประสิทธิภาพของเซรามิกที่มีฐานเป็นซิลิคอนไนไตรด์นั้นเหนือกว่าเซรามิกที่มีฐานเป็นอะลูมินา
⑵ ประสิทธิภาพและลักษณะของเครื่องมือตัดเซรามิก
ลักษณะการทำงานของเครื่องมือตัดเซรามิกมีดังนี้:
① ความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดี: แม้ว่าความแข็งของเครื่องมือเซรามิกจะไม่สูงเท่าของ PCD และ PCBN แต่ก็สูงกว่าของซีเมนต์คาร์ไบด์และเครื่องมือเหล็กกล้าความเร็วสูงมาก โดยถึง 93-95HRA เครื่องมือเซรามิกสามารถแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งสูงซึ่งยากต่อการประมวลผลด้วยเครื่องมือแบบดั้งเดิม และเหมาะสำหรับการตัดความเร็วสูงและการตัดแบบแข็ง
② ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนความร้อนได้ดี: เครื่องมือเซรามิกยังคงสามารถตัดที่อุณหภูมิสูงกว่า 1200 องศา มีดเซรามิกมีคุณสมบัติเชิงกลที่อุณหภูมิสูงที่ดีและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของมีดเซรามิก A12O3 นั้นดีเป็นพิเศษ แม้ว่าคมตัดจะร้อนแดง แต่ก็สามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง ดังนั้น เครื่องมือเซรามิกจึงสามารถตัดแบบแห้งได้ ซึ่งจะช่วยประหยัดน้ำมันตัด
③ ความเสถียรทางเคมีที่ดี: เครื่องมือตัดเซรามิกไม่ง่ายต่อการยึดติดกับโลหะ และทนทานต่อการกัดกร่อนและมีความเสถียรทางเคมี ซึ่งสามารถลดการสึกหรอของเครื่องมือตัด
④ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ: ความสัมพันธ์ระหว่างเครื่องมือตัดเซรามิกกับโลหะมีค่าน้อย และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ซึ่งสามารถลดแรงตัดและอุณหภูมิในการตัดได้
⑶ การใช้มีดเซรามิก
เซรามิกเป็นหนึ่งในวัสดุเครื่องมือที่ใช้เป็นหลักสำหรับการเก็บผิวละเอียดและการเก็บผิวกึ่งละเอียดด้วยความเร็วสูง เครื่องมือตัดเซรามิกเหมาะสำหรับการตัดเหล็กหล่อทุกชนิด (เหล็กหล่อเทา, เหล็กดัด, เหล็กหล่ออบอ่อน, เหล็กหล่อแช่เย็น, เหล็กหล่อผสมต้านทานการสึกหรอสูง) และเหล็กกล้า (เหล็กโครงสร้างคาร์บอน, เหล็กโครงสร้างผสม, เหล็กกำลังสูง , เหล็กกล้าแมงกานีสสูง , เหล็กดับ ฯลฯ ) นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการตัดโลหะผสมทองแดง กราไฟต์ พลาสติกวิศวกรรม และวัสดุคอมโพสิต
มีปัญหาด้านความแข็งแรงดัดต่ำและความเหนียวต่อแรงกระแทกต่ำในประสิทธิภาพของวัสดุเครื่องมือเซรามิก ซึ่งไม่เหมาะสำหรับการตัดภายใต้ความเร็วต่ำและภาระกระแทก
รูปภาพ
4. คุณสมบัติและคุณลักษณะของวัสดุเครื่องมือตัดแบบเคลือบและการนำไปใช้งานเครื่องมือตัด
การเคลือบผิวเครื่องมือเป็นวิธีการที่สำคัญวิธีหนึ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องมือ การเกิดขึ้นของเครื่องมือตัดแบบเคลือบทำให้เกิดความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านประสิทธิภาพการตัดของเครื่องมือตัด เครื่องมือเคลือบถูกเคลือบด้วยสารประกอบทนไฟตั้งแต่หนึ่งชั้นขึ้นไปซึ่งมีความต้านทานการสึกหรอที่ดีบนตัวเครื่องมือที่แกร่งขึ้น ซึ่งรวมพื้นผิวเครื่องมือเข้ากับการเคลือบแข็ง เพื่อให้ประสิทธิภาพของเครื่องมือดีขึ้นอย่างมาก เครื่องมือตัดเคลือบสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผล ปรับปรุงความแม่นยำในการประมวลผล ยืดอายุเครื่องมือ และลดต้นทุนการประมวลผล
ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของเครื่องมือตัดที่ใช้ในเครื่องมือเครื่องจักร CNC ใหม่ใช้เครื่องมือเคลือบ เครื่องมือตัดแบบเคลือบจะเป็นเครื่องมือที่สำคัญที่สุดในด้านการตัดเฉือน CNC ในอนาคต
รูปภาพ
⑴ ประเภทของเครื่องมือเคลือบ
ตามวิธีการเคลือบที่แตกต่างกัน เครื่องมือเคลือบสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องมือเคลือบด้วยไอเคมี (CVD) และเครื่องมือเคลือบด้วยไอระเหยทางกายภาพ (PVD) เครื่องมือเคลือบคาร์ไบด์โดยทั่วไปใช้การสะสมไอสารเคมี และอุณหภูมิการสะสมอยู่ที่ประมาณ 1,000 องศา เครื่องมือเหล็กความเร็วสูงเคลือบโดยทั่วไปใช้การสะสมไอทางกายภาพ และอุณหภูมิการสะสมประมาณ 500 องศา ;
ตามวัสดุพื้นผิวที่แตกต่างกันของเครื่องมือเคลือบ เครื่องมือเคลือบสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องมือเคลือบคาร์ไบด์ เครื่องมือเคลือบเหล็กความเร็วสูง และเครื่องมือเคลือบบนเซรามิกและวัสดุแข็งพิเศษ (เพชรและคิวบิกโบรอนไนไตรด์)
ตามลักษณะของวัสดุเคลือบ เครื่องมือเคลือบสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท ได้แก่ เครื่องมือเคลือบ "แข็ง" และเครื่องมือเคลือบ "อ่อน" เป้าหมายหลักของเครื่องมือเคลือบ "แข็ง" คือความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอ ข้อดีหลักคือมีความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอดี โดยทั่วไปแล้วเป็นการเคลือบ TiC และ TiN เป้าหมายของเครื่องมือเคลือบผิว "อ่อน" คือค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ หรือที่เรียกว่าเครื่องมือที่หล่อลื่นตัวเอง และแรงเสียดทานกับวัสดุชิ้นงาน ค่าสัมประสิทธิ์ต่ำมาก เพียงประมาณ 0.1 ซึ่งสามารถลด ลดแรงเสียดทาน ลดแรงตัด และอุณหภูมิในการตัด
ล่าสุดได้พัฒนาเครื่องมือเคลือบนาโน (Nanoeoating) เครื่องมือเคลือบนี้สามารถใช้วัสดุเคลือบต่างๆ ผสมกัน (เช่น โลหะ/โลหะ, โลหะ/เซรามิก, เซรามิก/เซรามิก ฯลฯ) เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการทำงานและประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน การเคลือบนาโนที่ออกแบบอย่างเหมาะสมสามารถทำให้วัสดุเครื่องมือมีฟังก์ชันป้องกันการเสียดสีและการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม และคุณสมบัติการหล่อลื่นในตัวเอง ซึ่งเหมาะสำหรับการตัดแห้งด้วยความเร็วสูง
⑵ ลักษณะของเครื่องมือเคลือบ
ลักษณะการทำงานของเครื่องมือเคลือบมีดังนี้:
① ประสิทธิภาพเชิงกลและการตัดที่ดี: เครื่องมือเคลือบรวมคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของวัสดุฐานและวัสดุเคลือบ ซึ่งไม่เพียงรักษาความเหนียวที่ดีและความแข็งแรงสูงของฐาน
การผสมผสานระหว่างอุปกรณ์การประมวลผลขั้นสูงและเครื่องมือตัด CNC ประสิทธิภาพสูงสามารถให้ประสิทธิภาพที่เหมาะสมอย่างเต็มที่และบรรลุผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ดี ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวัสดุเครื่องมือตัด วัสดุเครื่องมือตัดใหม่ๆ หลายชนิดได้ปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ เชิงกล และประสิทธิภาพการตัดให้ดีขึ้นอย่างมาก และยังขยายขอบเขตการใช้งานอย่างต่อเนื่องอีกด้วย
รูปภาพ
1. วัสดุเครื่องมือควรมีคุณสมบัติพื้นฐาน
เดอะ
การเลือกใช้วัสดุเครื่องมือมีผลอย่างมากต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือ ประสิทธิภาพการประมวลผล คุณภาพการประมวลผล และต้นทุนการประมวลผล เมื่อเครื่องมือทำการตัด เครื่องมือจะต้องรับผลกระทบจากความดันสูง อุณหภูมิสูง แรงเสียดทาน การกระแทก และการสั่นสะเทือน ดังนั้นวัสดุเครื่องมือควรมีคุณสมบัติพื้นฐานดังต่อไปนี้:
(1) ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอ ความแข็งของวัสดุเครื่องมือต้องสูงกว่าวัสดุชิ้นงาน โดยทั่วไปจะสูงกว่า 60HRC ยิ่งวัสดุเครื่องมือมีความแข็งมากเท่าใด ความต้านทานการสึกหรอก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น
(2) ความแข็งแรงและความเหนียว วัสดุเครื่องมือควรมีความแข็งแรงและความเหนียวสูงเพื่อทนต่อแรงตัด แรงกระแทก และแรงสั่นสะเทือน และป้องกันการแตกหักเปราะและการบิ่นของเครื่องมือ
(3) ทนความร้อน ความต้านทานความร้อนของวัสดุเครื่องมือดีกว่า สามารถทนต่ออุณหภูมิในการตัดสูง และต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดี
(4) ประสิทธิภาพของกระบวนการและความประหยัด วัสดุเครื่องมือควรมีประสิทธิภาพการตีที่ดี ประสิทธิภาพการรักษาความร้อน ประสิทธิภาพการเชื่อม ประสิทธิภาพการเจียร ฯลฯ และควรมีอัตราส่วนประสิทธิภาพต่อราคาสูง
2. ประเภท คุณสมบัติ ลักษณะ และการนำไปใช้ของวัสดุเครื่องมือ
1. ประเภท คุณสมบัติ และลักษณะของวัสดุเครื่องมือเพชรและการใช้งานเครื่องมือ
เพชรเป็นองค์ประกอบหนึ่งของคาร์บอน และเป็นวัสดุที่แข็งที่สุดที่พบในธรรมชาติ เครื่องมือเพชรมีความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอสูง และมีค่าการนำความร้อนสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตัดอะลูมิเนียมและโลหะผสมซิลิกอน-อะลูมิเนียมด้วยความเร็วสูง เครื่องมือเพชรเป็นเครื่องมือตัดประเภทหลักที่ยากต่อการเปลี่ยน เครื่องมือเพชรที่มีประสิทธิภาพสูง ความเสถียรสูง และอายุการใช้งานยาวนานเป็นเครื่องมือสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการตัดเฉือน CNC สมัยใหม่
รูปภาพ
⑴ ประเภทของเครื่องมือเพชร
① เครื่องมือเพชรธรรมชาติ: เพชรธรรมชาติถูกใช้เป็นเครื่องมือเจียระไนมานานหลายร้อยปี เครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวตามธรรมชาติได้รับการเจียระไนอย่างประณีต และขอบเจียระไนสามารถเจียระไนได้คมมาก รัศมีคมตัดสามารถเข้าถึง 0.002μm ซึ่งสามารถตัดได้บางเฉียบและสามารถเป็นเครื่องมือตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงพิเศษในอุดมคติและไม่สามารถถูกแทนที่ได้สำหรับการประมวลผลชิ้นงานที่มีความแม่นยำสูงมากและความหยาบผิวต่ำมาก
② เครื่องมือเพชร PCD: เพชรธรรมชาติมีราคาแพง และเพชรโพลีคริสตัลไลน์ (PCD) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเจียระไน ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 เพชรโพลีคริสตัลไลน์ (Polycrystauine diamond หรือเรียกสั้นๆ ว่า PCD) ได้รับการพัฒนา หลังจากประสบความสำเร็จ เครื่องมือเพชรธรรมชาติได้ถูกแทนที่ด้วยเพชรโพลีคริสตัลไลน์เทียมในหลายๆ ครั้ง วัตถุดิบของ PCD มีแหล่งที่มามากมาย และราคาของมันเพียงไม่กี่ในสิบถึงหนึ่งในสิบของเพชรธรรมชาติ
เครื่องมือ PCD ไม่สามารถเจียรขอบที่คมมากๆ ได้ และคุณภาพพื้นผิวของชิ้นงานที่ผ่านการแปรรูปก็ไม่ดีเท่าเพชรธรรมชาติ ไม่สะดวกในการผลิตเม็ดมีด PCD ที่มีร่องคายเศษในอุตสาหกรรม ดังนั้น PCD จึงสามารถใช้ได้เฉพาะกับการตัดละเอียดของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและอโลหะเท่านั้น และเป็นการยากที่จะได้การตัดกระจกที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ
③ เครื่องมือเพชร CVD: ตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1970 ถึงต้นทศวรรษ 1980 เทคโนโลยีเพชร CVD ปรากฏขึ้นในญี่ปุ่น เพชร CVD หมายถึงการสังเคราะห์ฟิล์มเพชรบนพื้นผิวต่างชนิดกัน (เช่น ซีเมนต์คาร์ไบด์ เซรามิก ฯลฯ) โดยการสะสมไอเคมี (CVD) เพชรซีวีดีมีโครงสร้างและคุณลักษณะเหมือนกับเพชรธรรมชาติทุกประการ
ประสิทธิภาพของเพชร CVD ใกล้เคียงกับเพชรธรรมชาติมาก และมีข้อได้เปรียบของเพชรผลึกเดี่ยวธรรมชาติและเพชรโพลีคริสตัลไลน์ (PCD) และเอาชนะข้อบกพร่องได้ในระดับหนึ่ง
⑵ ลักษณะการทำงานของเครื่องมือเพชร
① ความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูงมาก: เพชรธรรมชาติเป็นสารที่แข็งที่สุดที่พบในธรรมชาติ เพชรมีความทนทานต่อการสึกหรอสูงมาก เมื่อทำการแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งสูง อายุการใช้งานของเครื่องมือเพชรคือ 10 ถึง 100 เท่าของเครื่องมือซีเมนต์คาร์ไบด์ หรือแม้แต่หลายร้อยเท่า
② มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างเพชรและโลหะอโลหะบางชนิดต่ำกว่าเครื่องมือตัดอื่น ๆ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ การเสียรูประหว่างการประมวลผลมีน้อย และแรงตัดสามารถ จะลดลง
③ คมตัดมีความคมมาก: คมตัดของเครื่องมือเพชรสามารถลับคมได้ และเครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวธรรมชาติสามารถสูงถึง 0.002-0.008μm ซึ่งสามารถใช้สำหรับ - การตัดที่บางและการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูง
④ มีค่าการนำความร้อนสูง: เพชรมีค่าการนำความร้อนสูงและการแพร่กระจายความร้อน ความร้อนในการตัดจะกระจายตัวได้ง่าย และอุณหภูมิของส่วนตัดของเครื่องมือจะต่ำ
⑤ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเพชรนั้นน้อยกว่าซีเมนต์คาร์ไบด์หลายเท่า และการเปลี่ยนแปลงขนาดเครื่องมือที่เกิดจากความร้อนในการตัดนั้นน้อยมาก ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำและความแม่นยำสูงเป็นพิเศษซึ่งต้องการระดับสูง ความแม่นยำของมิติ
⑶ การประยุกต์ใช้เครื่องมือเพชร
เครื่องมือเพชรส่วนใหญ่ใช้สำหรับการตัดละเอียดและการคว้านโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะด้วยความเร็วสูง เหมาะสำหรับการแปรรูปอโลหะที่ทนต่อการสึกหรอต่างๆ เช่น ช่องว่างโลหะผง FRP วัสดุเซรามิก ฯลฯ โลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่ทนต่อการสึกหรอต่างๆ เช่น โลหะผสมซิลิกอน-อะลูมิเนียมต่างๆ การประมวลผลการตกแต่งโลหะที่ไม่ใช่เหล็กต่างๆ
ข้อเสียของเครื่องมือเพชรคือมีความเสถียรทางความร้อนต่ำ เมื่ออุณหภูมิการตัดเกิน 700 องศาถึง 800 องศา มันจะสูญเสียความแข็งไปโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ยังไม่เหมาะสำหรับการตัดโลหะประเภทเหล็ก เนื่องจากเพชร (คาร์บอน) สามารถยึดติดกับเหล็กได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง การกระทำของอะตอมจะแปลงอะตอมของคาร์บอนให้เป็นโครงสร้างกราไฟต์ และเครื่องมือจะเสียหายได้ง่าย
2. ประเภท คุณสมบัติ และลักษณะของวัสดุเครื่องมือคิวบิกโบรอนไนไตรด์และการใช้เครื่องมือ
ลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์ (CBN) ซึ่งเป็นวัสดุที่แข็งยิ่งยวดอันดับสองที่สังเคราะห์ขึ้นด้วยวิธีการที่คล้ายกับเพชร เป็นวัสดุที่มีความแข็งและการนำความร้อนเป็นอันดับสองรองจากเพชรเท่านั้น มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยมและสามารถให้ความร้อนได้ถึง 10,000 องศาในบรรยากาศ ไม่เกิดออกซิเดชัน CBN มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรอย่างยิ่งสำหรับโลหะเหล็ก และสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปผลิตภัณฑ์เหล็ก
รูปภาพ
⑴ ประเภทของเครื่องมือตัดลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์
Cubic boron nitride (CBN) เป็นสารที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ สามารถแบ่งออกเป็นผลึกเดี่ยวและโพลีคริสตัลไลน์ นั่นคือ ผลึกเดี่ยว CBN และโพลีคริสตัลไลน์คิวบิกโบรอนไนไตรด์ (Polycrystalline cubic bornnitride เรียกว่า PCBN) CBN เป็นหนึ่งในไอโซเมอร์ของโบรอนไนไตรด์ (BN) และมีโครงสร้างคล้ายกับเพชร
PCBN (โพลีคริสตัลไลน์คิวบิกโบรอนไนไตรด์) เป็นวัสดุโพลีคริสตัลไลน์ที่เผาวัสดุ CBN ละเอียดผ่านเฟสพันธะ (TiC, TiN, Al, Ti ฯลฯ) ภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันสูง วัสดุเครื่องมือเพชร มันและเพชรรวมเรียกว่าวัสดุเครื่องมือ superhard PCBN ส่วนใหญ่ใช้ทำมีดหรือเครื่องมืออื่น ๆ
เครื่องมือ PCBN สามารถแบ่งออกเป็นเม็ดมีด PCBN และเม็ดมีดคอมโพสิต PCBN ที่เผาด้วยซีเมนต์คาร์ไบด์
เม็ดมีดคอมโพสิต PCBN ทำขึ้นโดยการเผาชั้นของ PCBN ที่มีความหนา {{0}}.5 ถึง 1.0 มม. บนซีเมนต์คาร์ไบด์ที่มีความแข็งแรงและความเหนียวดี ประสิทธิภาพของมันมีทั้งความเหนียวที่ดีและมีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอ ปัญหาของแรงดัดต่ำและความยากในการเชื่อมของเม็ดมีด CBN ได้รับการแก้ไขแล้ว
⑵ คุณสมบัติหลักและลักษณะพิเศษของคิวบิกโบรอนไนไตรด์
แม้ว่าความแข็งของคิวบิกโบรอนไนไตรด์จะด้อยกว่าเพชรเล็กน้อย แต่ก็สูงกว่าวัสดุที่มีความแข็งสูงอื่นๆ มาก ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของ CBN คือความคงตัวทางความร้อนสูงกว่าเพชรมาก ซึ่งสามารถสูงถึง 1200 องศา (700-800 องศาสำหรับเพชร) ปฏิกิริยา. ลักษณะการทำงานหลักของคิวบิกโบรอนไนไตรด์มีดังนี้
① ความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูง: โครงสร้างผลึกของ CBN คล้ายกับเพชร และมีความแข็งและความแข็งแรงใกล้เคียงกับเพชร PCBN เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งสูงซึ่งก่อนหน้านี้สามารถบดได้เท่านั้น และจะได้คุณภาพพื้นผิวของชิ้นงานที่ดีขึ้น
② เสถียรภาพทางความร้อนสูง: การต้านทานความร้อนของ CBN สูงถึง 1400-1500 องศา ซึ่งสูงกว่าเพชรเกือบ 1 เท่า (700-800 องศา ) เครื่องมือ PCBN สามารถตัดโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงและเหล็กกล้าชุบแข็งด้วยความเร็วสูงกว่าเครื่องมือซีเมนต์คาร์ไบด์ 3 ถึง 5 เท่า
③ความเสถียรทางเคมีที่ดีเยี่ยม: ไม่มีปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุที่มีธาตุเหล็กเป็นส่วนประกอบหลักที่ระดับ 1200-1300 และจะไม่สึกหรอรุนแรงเหมือนเพชร และยังสามารถรักษาความแข็งของซีเมนต์คาร์ไบด์ได้ในขณะนี้ เครื่องมือ PCBN เหมาะสำหรับการตัดชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งและเหล็กหล่อเย็น สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการตัดเหล็กหล่อด้วยความเร็วสูง
④ การนำความร้อนที่ดี: แม้ว่าค่าการนำความร้อนของ CBN จะไม่ดีเท่าของเพชร แต่ค่าการนำความร้อนของ PCBN เป็นวัสดุเครื่องมือประเภทต่างๆ เป็นอันดับสองรองจากเพชร และสูงกว่าเหล็กกล้าความเร็วสูงและซีเมนต์คาร์ไบด์มาก
⑤ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำสามารถลดแรงตัดระหว่างการตัด ลดอุณหภูมิในการตัด และปรับปรุงคุณภาพของพื้นผิวการตัดเฉือน
⑶ การใช้งานเครื่องมือลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์
คิวบิกโบรอนไนไตรด์เหมาะสำหรับการเก็บผิวละเอียดบนวัสดุที่ตัดยากต่างๆ เช่น เหล็กชุบแข็ง เหล็กหล่อแข็ง โลหะผสมอุณหภูมิสูง โลหะผสมแข็ง และวัสดุพ่นผิว ความแม่นยำในการตัดเฉือนสามารถเข้าถึง IT5 (รูคือ IT6) และความขรุขระของพื้นผิวอาจมีขนาดเล็กถึง Ra125-0.20μm
วัสดุเครื่องมือลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์มีความเหนียวและกำลังดัดต่ำ ดังนั้นเครื่องมือกลึงคิวบิกโบรอนไนไตรด์จึงไม่เหมาะสำหรับการกลึงหยาบด้วยความเร็วต่ำและภาระกระแทกสูง ในกรณีของโลหะจะเกิดขอบสะสมอย่างรุนแรง ซึ่งจะทำให้พื้นผิวที่ตัดเฉือนเสื่อมสภาพ
3. ประเภท คุณสมบัติ และลักษณะของวัสดุเครื่องมือเซรามิกและการใช้งานเครื่องมือ
เครื่องมือตัดเซรามิกมีลักษณะความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอได้ดี ทนความร้อนได้ดีเยี่ยม และมีความเสถียรทางเคมี และไม่ยึดติดกับโลหะได้ง่าย เครื่องมือตัดเซรามิกมีตำแหน่งที่สำคัญมากในการตัดเฉือน CNC เครื่องมือตัดเซรามิกได้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือตัดหลักสำหรับการตัดความเร็วสูงและการประมวลผลวัสดุที่ยากต่อการตัดเฉือน เครื่องมือตัดเซรามิกใช้กันอย่างแพร่หลายในการตัดความเร็วสูง การตัดแบบแห้ง การตัดแบบแข็ง และการตัดวัสดุที่ตัดเฉือนยาก มีดเซรามิกสามารถแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งมีดแบบดั้งเดิมไม่สามารถแปรรูปได้เลย และตระหนักถึง "แทนที่การเจียรด้วยรถยนต์" ความเร็วตัดที่เหมาะสมของมีดเซรามิกอาจสูงกว่ามีดซีเมนต์คาร์ไบด์ 2 ถึง 10 เท่า ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตของกระบวนการตัดได้อย่างมาก วัตถุดิบหลักที่ใช้ในวัสดุเครื่องมือเซรามิกเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในเปลือกโลก ดังนั้นการทำให้เป็นที่นิยมและการประยุกต์ใช้เครื่องมือเซรามิกจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต ลดต้นทุนการประมวลผล และประหยัดโลหะมีค่าเชิงกลยุทธ์ และยังช่วยส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการตัดเฉือนอย่างมากอีกด้วย ความคืบหน้า.
รูปภาพ
⑴ ประเภทของวัสดุเครื่องมือเซรามิก
ประเภทของวัสดุเครื่องมือเซรามิกโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท: เซรามิกที่มีอะลูมินาเป็นหลัก เซรามิกที่มีซิลิกอนไนไตรด์เป็นส่วนประกอบ และเซรามิกที่มีส่วนประกอบของซิลิกอนไนไตรด์เป็นอะลูมินา วัสดุเครื่องมือเซรามิกที่มีฐานเป็นอะลูมินาและซิลิกอนไนไตรด์เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ประสิทธิภาพของเซรามิกที่มีฐานเป็นซิลิคอนไนไตรด์นั้นเหนือกว่าเซรามิกที่มีฐานเป็นอะลูมินา
⑵ ประสิทธิภาพและลักษณะของเครื่องมือตัดเซรามิก
ลักษณะการทำงานของเครื่องมือตัดเซรามิกมีดังนี้:
① ความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดี: แม้ว่าความแข็งของเครื่องมือเซรามิกจะไม่สูงเท่าของ PCD และ PCBN แต่ก็สูงกว่าของซีเมนต์คาร์ไบด์และเครื่องมือเหล็กกล้าความเร็วสูงมาก โดยถึง 93-95HRA เครื่องมือเซรามิกสามารถแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งสูงซึ่งยากต่อการประมวลผลด้วยเครื่องมือแบบดั้งเดิม และเหมาะสำหรับการตัดความเร็วสูงและการตัดแบบแข็ง
② ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนความร้อนได้ดี: เครื่องมือเซรามิกยังคงสามารถตัดที่อุณหภูมิสูงกว่า 1200 องศา มีดเซรามิกมีคุณสมบัติเชิงกลที่อุณหภูมิสูงที่ดีและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของมีดเซรามิก A12O3 นั้นดีเป็นพิเศษ แม้ว่าคมตัดจะร้อนแดง แต่ก็สามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง ดังนั้น เครื่องมือเซรามิกจึงสามารถตัดแบบแห้งได้ ซึ่งจะช่วยประหยัดน้ำมันตัด
③ ความเสถียรทางเคมีที่ดี: เครื่องมือตัดเซรามิกไม่ง่ายต่อการยึดติดกับโลหะ และทนทานต่อการกัดกร่อนและมีความเสถียรทางเคมี ซึ่งสามารถลดการสึกหรอของเครื่องมือตัด
④ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ: ความสัมพันธ์ระหว่างเครื่องมือตัดเซรามิกกับโลหะมีค่าน้อย และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ซึ่งสามารถลดแรงตัดและอุณหภูมิในการตัดได้
⑶ การใช้มีดเซรามิก
เซรามิกเป็นหนึ่งในวัสดุเครื่องมือที่ใช้เป็นหลักสำหรับการเก็บผิวละเอียดและการเก็บผิวกึ่งละเอียดด้วยความเร็วสูง เครื่องมือตัดเซรามิกเหมาะสำหรับการตัดเหล็กหล่อทุกชนิด (เหล็กหล่อเทา, เหล็กดัด, เหล็กหล่ออบอ่อน, เหล็กหล่อแช่เย็น, เหล็กหล่อผสมต้านทานการสึกหรอสูง) และเหล็กกล้า (เหล็กโครงสร้างคาร์บอน, เหล็กโครงสร้างผสม, เหล็กกำลังสูง , เหล็กกล้าแมงกานีสสูง , เหล็กดับ ฯลฯ ) นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการตัดโลหะผสมทองแดง กราไฟต์ พลาสติกวิศวกรรม และวัสดุคอมโพสิต
มีปัญหาด้านความแข็งแรงดัดต่ำและความเหนียวต่อแรงกระแทกต่ำในประสิทธิภาพของวัสดุเครื่องมือเซรามิก ซึ่งไม่เหมาะสำหรับการตัดภายใต้ความเร็วต่ำและภาระกระแทก
รูปภาพ
4. คุณสมบัติและคุณลักษณะของวัสดุเครื่องมือตัดแบบเคลือบและการนำไปใช้งานเครื่องมือตัด
การเคลือบผิวเครื่องมือเป็นวิธีการที่สำคัญวิธีหนึ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องมือ การเกิดขึ้นของเครื่องมือตัดแบบเคลือบทำให้เกิดความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านประสิทธิภาพการตัดของเครื่องมือตัด เครื่องมือเคลือบถูกเคลือบด้วยสารประกอบทนไฟตั้งแต่หนึ่งชั้นขึ้นไปซึ่งมีความต้านทานการสึกหรอที่ดีบนตัวเครื่องมือที่แกร่งขึ้น ซึ่งรวมพื้นผิวเครื่องมือเข้ากับการเคลือบแข็ง เพื่อให้ประสิทธิภาพของเครื่องมือดีขึ้นอย่างมาก เครื่องมือตัดเคลือบสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผล ปรับปรุงความแม่นยำในการประมวลผล ยืดอายุเครื่องมือ และลดต้นทุนการประมวลผล
ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของเครื่องมือตัดที่ใช้ในเครื่องมือเครื่องจักร CNC ใหม่ใช้เครื่องมือเคลือบ เครื่องมือตัดแบบเคลือบจะเป็นเครื่องมือที่สำคัญที่สุดในด้านการตัดเฉือน CNC ในอนาคต
รูปภาพ
⑴ ประเภทของเครื่องมือเคลือบ
ตามวิธีการเคลือบที่แตกต่างกัน เครื่องมือเคลือบสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องมือเคลือบด้วยไอเคมี (CVD) และเครื่องมือเคลือบด้วยไอระเหยทางกายภาพ (PVD) เครื่องมือเคลือบคาร์ไบด์โดยทั่วไปใช้การสะสมไอสารเคมี และอุณหภูมิการสะสมอยู่ที่ประมาณ 1,000 องศา เครื่องมือเหล็กความเร็วสูงเคลือบโดยทั่วไปใช้การสะสมไอทางกายภาพ และอุณหภูมิการสะสมประมาณ 500 องศา ;
ตามวัสดุพื้นผิวที่แตกต่างกันของเครื่องมือเคลือบ เครื่องมือเคลือบสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องมือเคลือบคาร์ไบด์ เครื่องมือเคลือบเหล็กความเร็วสูง และเครื่องมือเคลือบบนเซรามิกและวัสดุแข็งพิเศษ (เพชรและคิวบิกโบรอนไนไตรด์)
ตามลักษณะของวัสดุเคลือบ เครื่องมือเคลือบสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท ได้แก่ เครื่องมือเคลือบ "แข็ง" และเครื่องมือเคลือบ "อ่อน" เป้าหมายหลักของเครื่องมือเคลือบ "แข็ง" คือความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอ ข้อดีหลักคือมีความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอดี โดยทั่วไปแล้วเป็นการเคลือบ TiC และ TiN เป้าหมายของเครื่องมือเคลือบผิว "อ่อน" คือค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ หรือที่เรียกว่าเครื่องมือที่หล่อลื่นตัวเอง และแรงเสียดทานกับวัสดุชิ้นงาน ค่าสัมประสิทธิ์ต่ำมาก เพียงประมาณ 0.1 ซึ่งสามารถลด ลดแรงเสียดทาน ลดแรงตัด และอุณหภูมิในการตัด
ล่าสุดได้พัฒนาเครื่องมือเคลือบนาโน (Nanoeoating) เครื่องมือเคลือบนี้สามารถใช้วัสดุเคลือบต่างๆ ผสมกัน (เช่น โลหะ/โลหะ, โลหะ/เซรามิก, เซรามิก/เซรามิก ฯลฯ) เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการทำงานและประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน การเคลือบนาโนที่ออกแบบอย่างเหมาะสมสามารถทำให้วัสดุเครื่องมือมีฟังก์ชันป้องกันการเสียดสีและการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม และคุณสมบัติการหล่อลื่นในตัวเอง ซึ่งเหมาะสำหรับการตัดแห้งด้วยความเร็วสูง
⑵ ลักษณะของเครื่องมือเคลือบ
ลักษณะการทำงานของเครื่องมือเคลือบมีดังนี้:
① ประสิทธิภาพเชิงกลและการตัดที่ดี: เครื่องมือเคลือบรวมคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของวัสดุฐานและวัสดุเคลือบ ซึ่งไม่เพียงรักษาความเหนียวที่ดีและความแข็งแรงสูงของฐาน
