La combinación de equipos de procesamiento avanzados y herramientas de corte CNC de alto rendimiento puede ejercer plenamente su debida eficiencia y lograr buenos beneficios económicos. Con el rápido desarrollo de los materiales para herramientas de corte, varios tipos nuevos de materiales para herramientas de corte han mejorado en gran medida su rendimiento físico, mecánico y de corte, y su ámbito de aplicación también se expande constantemente.
1. Propiedades básicas que deben poseer los materiales para herramientas de corte
La selección de los materiales de la herramienta tiene un impacto significativo en la vida útil de la herramienta, la eficiencia del procesamiento, la calidad del procesamiento y los costos del procesamiento. La herramienta de corte debe soportar alta presión, alta temperatura, fricción, impacto y vibración durante el corte. Por lo tanto, los materiales de las herramientas deben tener las siguientes propiedades básicas:
(1) Dureza y resistencia al desgaste. La dureza del material de la herramienta debe ser mayor que la del material de la pieza de trabajo, lo que generalmente requiere una dureza de más de 60HRC. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será su resistencia al desgaste.
(2) Fuerza y tenacidad. El material de la herramienta debe tener alta resistencia y tenacidad para soportar fuerzas de corte, impactos y vibraciones, y para evitar la fractura por fragilidad y el colapso del borde de la herramienta.
(3) Resistencia al calor. El material de la herramienta tiene buena resistencia al calor, puede soportar altas temperaturas de corte y tiene buena resistencia a la oxidación.
(4) Rendimiento y economía del proceso. El material de la herramienta debe tener un buen rendimiento de forja, rendimiento de tratamiento térmico y rendimiento de soldadura; El rendimiento del procesamiento de molienda y la búsqueda de un alto rendimiento en relación con el precio.
2. Tipos, propiedades, características y aplicaciones de materiales para herramientas de corte
a. Tipos, propiedades, características y aplicaciones de herramientas de materiales para herramientas de diamante
El diamante es un alótropo del carbono y es el material más duro que se encuentra en la naturaleza. Las herramientas de corte de diamante tienen alta dureza, resistencia al desgaste y conductividad térmica, y se utilizan ampliamente en el procesamiento de materiales no ferrosos y no metálicos. Especialmente en el corte a alta velocidad de aluminio y aleaciones de aluminio y silicio, las herramientas de diamante son las principales variedades de herramientas de corte que son difíciles de reemplazar. Las herramientas de corte de diamante que pueden lograr una alta eficiencia, alta estabilidad y un mecanizado de larga duración son herramientas indispensables e importantes en el mecanizado CNC moderno.
2. Tipos, propiedades, características y aplicaciones de herramientas de materiales de herramientas de nitruro de boro cúbico
El segundo tipo de material superduro, el nitruro de boro cúbico (CBN), sintetizado mediante un método similar al método de fabricación del diamante, solo es superado por el diamante en dureza y conductividad térmica. Tiene una excelente estabilidad térmica y no se oxida cuando se calienta a 10000 grados en la atmósfera. CBN
tiene propiedades químicas extremadamente estables para metales ferrosos y puede usarse ampliamente en el procesamiento de productos de acero.
3. Tipo, rendimiento y características de los materiales cerámicos para herramientas y aplicación de herramientas.
Las herramientas de corte de cerámica se caracterizan por su alta dureza, buena resistencia al desgaste, excelente resistencia al calor y estabilidad química, y no son fáciles de unir con metal. Las herramientas cerámicas juegan un papel muy importante en el mecanizado NC. Las herramientas cerámicas se han convertido en una de las principales herramientas para el corte a alta velocidad y el mecanizado de materiales difíciles. Las herramientas de cerámica se utilizan ampliamente en cortes de alta velocidad, cortes en seco, cortes duros y materiales difíciles de cortar. Las herramientas de cerámica pueden procesar eficientemente materiales de alta dureza que no pueden ser procesados por herramientas tradicionales, realizando "torneado en lugar de rectificado"; La velocidad de corte óptima de las herramientas de cerámica puede ser de 2 a 10 veces mayor que la de las herramientas de carburo cementado, lo que mejora en gran medida la eficiencia de producción del corte; Las principales materias primas utilizadas para los materiales de herramientas cerámicas son los elementos más abundantes en la corteza. Por lo tanto, la promoción y aplicación de herramientas cerámicas es de gran importancia para mejorar la productividad, reducir los costos de procesamiento y ahorrar metales preciosos estratégicos, y también promoverá en gran medida el progreso de la tecnología de corte.
4. Rendimiento y características de los materiales para herramientas recubiertas y aplicación de las herramientas
Recubrir la herramienta es una de las formas importantes de mejorar su rendimiento. La aparición de herramientas de corte recubiertas ha supuesto un avance significativo en su rendimiento de corte. Las herramientas de corte recubiertas están recubiertas con una o más capas de compuestos refractarios con buena resistencia al desgaste en el cuerpo de la herramienta con buena tenacidad. Combinan la matriz de la herramienta con un revestimiento duro, lo que mejora enormemente el rendimiento de la herramienta. Las herramientas de corte recubiertas pueden mejorar la eficiencia del mecanizado, mejorar la precisión del mecanizado, prolongar la vida útil de la herramienta y reducir los costos de mecanizado.
Alrededor del 80 por ciento de las herramientas de corte utilizadas en las nuevas máquinas herramienta CNC utilizan herramientas recubiertas. Las herramientas recubiertas serán la variedad de herramientas más importante en el campo del mecanizado CNC en el futuro.
5. Tipos, propiedades, características y aplicaciones de materiales para herramientas de corte de aleación dura
Las herramientas de corte de aleaciones duras, especialmente las herramientas de corte de aleaciones duras intercambiables, son los principales productos de las herramientas de mecanizado CNC. Desde la década de 1980, varios tipos de cuchillas o herramientas de corte de aleación dura indexables e integradas se han expandido a varios campos de herramientas de corte. Entre ellos, las herramientas de corte indexables de aleación dura se han expandido desde simples herramientas de torneado y fresado de superficies a varios campos de herramientas de precisión, complejas y formadas.
Tipos de herramientas de corte de aleación dura
Según la composición química principal, las aleaciones duras se pueden dividir en aleaciones duras a base de carburo de tungsteno y aleaciones duras a base de carburo de titanio (TiC (N).
Los carburos cementados a base de carburo de tungsteno incluyen tungsteno cobalto (YG), tungsteno cobalto titanio (YT) y carburo raro agregado (YW). Tienen sus propias ventajas y desventajas. Los componentes principales son el carburo de tungsteno (WC), el carburo de titanio (TiC), el carburo de tantalio (TaC), el carburo de niobio (NbC), etc. La fase de enlace de metal común es Co.
Las aleaciones duras a base de carbono (nitrógeno) titanio son aleaciones duras con TiC como componente principal (algunas con otros carburos o nitruros agregados), y las fases de unión de metales comúnmente utilizadas son Mo y Ni.
La ISO (Organización Internacional de Normalización) divide el corte de aleaciones duras en tres categorías:
La clase K, incluida Kl0-K40, es equivalente a la clase YG en China (compuesta principalmente por WC Co).
La clase P, que incluye P01 a P50, es equivalente a la clase YT en China (compuesta principalmente por WC TiC Co).
La clase M, que incluye M10 a M40, es equivalente a la clase YW en China (compuesta principalmente por WC TiC TaC (NbC) Co).
Cada marca representa una serie de aleaciones que van desde la alta dureza hasta la máxima tenacidad con números entre 01 y 50.
6. Tipos, características y aplicaciones de las herramientas de corte de acero de alta velocidad
El acero de alta velocidad (HSS) es un tipo de acero para herramientas de alta aleación que contiene una gran cantidad de elementos de aleación como W, Mo, Cr y V. Las herramientas de corte de acero de alta velocidad tienen un excelente rendimiento integral en términos de resistencia, tenacidad y procesabilidad. En las herramientas de corte complejas, especialmente para la fabricación de herramientas de procesamiento de orificios, herramientas de fresado, herramientas de corte de roscas, brochas, herramientas de corte de engranajes y otras herramientas de corte con forma de borde complejo, el acero de alta velocidad sigue ocupando la posición principal. Las herramientas de acero de alta velocidad son fáciles de moler con bordes afilados.
De acuerdo con diferentes propósitos, el acero de alta velocidad se puede dividir en acero de alta velocidad de uso general y acero de alta velocidad de alto rendimiento.
(1) Herramientas universales de corte de acero de alta velocidad
Acero rápido universal. En general, se puede dividir en dos categorías: acero de tungsteno y acero de molibdeno de tungsteno. Este tipo de acero de alta velocidad contiene (C) que van desde 0.7 por ciento a 0.9 por ciento. De acuerdo con los diferentes contenidos de tungsteno en el acero, se puede dividir en acero de tungsteno que contiene 12 por ciento o 18 por ciento W, acero de tungsteno molibdeno que contiene 6 por ciento u 8 por ciento W y acero de molibdeno que contiene 2 por ciento o nada de W. Acero universal de alta velocidad tiene un cierto grado de dureza (63-66HRC) y resistencia al desgaste, alta resistencia y tenacidad, buena plasticidad y capacidad de procesamiento, y se usa ampliamente en la fabricación de diversas herramientas de corte complejas.
① Acero de tungsteno: el grado típico de acero de tungsteno de acero de alta velocidad universal es W18Cr4V (conocido como W18), que tiene buenas propiedades integrales y una dureza a alta temperatura de 48.5HRC a 6000 grados. Se puede utilizar para fabricar diversas herramientas de corte complejas. Tiene ventajas como buena molienda y baja sensibilidad a la descarburación, pero debido al alto contenido de carburos, distribución desigual, partículas más grandes y baja resistencia y tenacidad.
② Acero de tungsteno y molibdeno: se refiere a un acero de alta velocidad obtenido reemplazando una porción de tungsteno en el acero de tungsteno con molibdeno. El grado típico de acero de molibdeno de tungsteno es W6Mo5Cr4V2, o M2 para abreviar. Las partículas de carburo de M2 son finas y uniformes, con mejor resistencia, tenacidad y plasticidad a alta temperatura que W18Cr4V. Otro tipo de acero de molibdeno de tungsteno es W9Mo3Cr4V (abreviado como W9), que tiene una estabilidad térmica ligeramente más alta que el acero M2, mejor resistencia a la flexión y tenacidad que W6M05Cr4V2, y tiene una buena maquinabilidad.
(2) herramientas de corte de acero de alta velocidad de alto rendimiento
El acero rápido de alto rendimiento se refiere a un nuevo tipo de acero que agrega algo de contenido de carbono, contenido de vanadio y elementos de aleación como Co y Al a la composición del acero rápido de uso general, mejorando así su resistencia al calor y al desgaste. . Existen principalmente las siguientes categorías:
① Acero de alta velocidad con alto contenido de carbono. El acero de alta velocidad con alto contenido de carbono (como el 95W18Cr4V) tiene una gran dureza a temperatura ambiente y a altas temperaturas, lo que lo hace adecuado para fabricar y procesar acero ordinario y hierro fundido, brocas, escariadores, machos de roscar y fresas con requisitos de alta resistencia al desgaste, o herramientas de corte para procesar materiales más duros. No es adecuado para soportar grandes impactos.
② Acero de alta velocidad con alto contenido de vanadio. Los grados típicos, como W12Cr4V4Mo, (EV4 para abreviar), con el contenido de V aumentado a 3 por ciento ~ 5 por ciento, tienen buena resistencia al desgaste y son adecuados para cortar materiales con gran desgaste de la herramienta, como fibra, caucho duro, plástico, etc., y también se puede utilizar para procesar acero inoxidable, acero de alta resistencia, aleación de alta temperatura y otros materiales.
③ Acero rápido al cobalto. Es un acero de alta velocidad superduro que contiene cobalto con un grado típico, como W2Mo9Cr4VCo8 (conocido como M42), que tiene una alta dureza de hasta 69~70HRC. Es adecuado para procesar materiales difíciles de mecanizar, como acero de alta resistencia resistente al calor, aleaciones de alta temperatura, aleaciones de titanio, etc. M42 tiene una buena capacidad de rectificado y es adecuado para fabricar herramientas de corte complejas y de precisión, pero trabajando en condiciones de corte por impacto.
④ Acero de aluminio de alta velocidad. Es un acero de alta velocidad superduro que contiene aluminio con un grado típico, como W6Mo5Cr4V2Al (abreviado como 501). La dureza a alta temperatura a 6000 grados también alcanza los 54HRC y el rendimiento de corte es equivalente a M42. Es adecuado para la fabricación de fresas, brocas, escariadores, cortadores de engranajes, brochas, etc., y se utiliza para procesar materiales como acero aleado, acero inoxidable, acero de alta resistencia y aleaciones de alta temperatura.
⑤ Acero superduro de alta velocidad con nitrógeno. Un grado típico, como W12M03Cr4V3N, abreviado como (V3N), es un acero de alta velocidad superduro que contiene nitrógeno con una dureza, resistencia y tenacidad comparables a M42. Se puede utilizar como sustituto del acero de alta velocidad que contiene cobalto para el corte a baja velocidad de materiales difíciles de mecanizar y el mecanizado de alta precisión a baja velocidad.
(3) Fusión de acero de alta velocidad y acero de alta velocidad pulvimetalúrgico
Según los diferentes procesos de fabricación, el acero de alta velocidad se puede dividir en acero de alta velocidad fundido y acero de alta velocidad pulvimetalúrgico.
① Fusión de acero de alta velocidad: tanto el acero de alta velocidad ordinario como el acero de alta velocidad de alto rendimiento se fabrican mediante el método de fusión. Se convierten en herramientas de corte a través de procesos como la fundición, la colada de lingotes y el enchapado y laminado. El grave problema que suele ocurrir en la fundición de acero rápido es la segregación de carburos. Los carburos duros y quebradizos se distribuyen de manera desigual en el acero de alta velocidad y el tamaño del grano es grueso (hasta decenas de micrómetros), lo que tiene efectos adversos en la resistencia al desgaste, la tenacidad y el rendimiento de corte de las herramientas de acero de alta velocidad.
② Acero de alta velocidad pulvimetalúrgico (PM HSS): El acero de alta velocidad pulvimetalúrgico (PM HSS) es un líquido de acero fundido en un horno de inducción de alta frecuencia. Se atomiza con argón a alta presión o gas nitrógeno puro y luego se enfría para obtener una estructura cristalina fina y uniforme (polvo de acero de alta velocidad). El polvo resultante luego se presiona en una herramienta en blanco a alta temperatura y presión, o primero se convierte en una palanquilla de acero y luego se forja y se enrolla en forma de herramienta. En comparación con el acero de alta velocidad fabricado por el método de fusión, PM HSS tiene las ventajas de granos de carburo finos y uniformes, resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste significativamente mejoradas en comparación con el acero de alta velocidad fundido. Las herramientas PM HSS seguirán desarrollándose y ocuparán una posición importante en el campo de las herramientas CNC complejas. Los grados típicos, como F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., se pueden usar para fabricar herramientas de corte de gran tamaño, de servicio pesado y resistentes a los impactos, así como herramientas de corte de precisión.
