השילוב של ציוד עיבוד מתקדם וכלי חיתוך CNC בעלי ביצועים גבוהים יכולים להפעיל את היעילות הראויה ולהשיג יתרונות כלכליים טובים. עם ההתפתחות המהירה של חומרי כלי חיתוך, סוגים חדשים שונים של חומרי כלי חיתוך שיפרו מאוד את הביצועים הפיזיים, המכניים והחיתוך שלהם, וגם היקף היישום שלהם מתרחב כל הזמן.
1. תכונות בסיסיות שצריך להחזיק בחומרי כלי חיתוך
לבחירת חומרי הכלי יש השפעה משמעותית על חיי הכלי, יעילות העיבוד, איכות העיבוד ועלויות העיבוד. כלי החיתוך חייב לעמוד בלחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה, חיכוך, פגיעה ורעידות במהלך החיתוך. לכן, חומרי הכלי צריכים להיות בעלי התכונות הבסיסיות הבאות:
(1) קשיות ועמידות בפני שחיקה. הקשיות של חומר הכלי חייבת להיות גבוהה מזו של חומר העבודה, בדרך כלל דורשת קשיות של מעל 60HRC. ככל שהקשיות של חומר הכלי גבוהה יותר, כך עמידות הבלאי שלו טובה יותר.
(2) חוזק וקשיחות. חומר הכלי צריך להיות בעל חוזק וקשיחות גבוהים כדי לעמוד בכוחות חיתוך, פגיעות ורעידות, וכדי למנוע שבר שביר וקריסת קצה של הכלי.
(3) עמידות בחום. לחומר הכלי עמידות טובה בחום, יכול לעמוד בטמפרטורות חיתוך גבוהות ובעל עמידות טובה לחמצון.
(4) ביצועי תהליכים וחסכון. חומר הכלי צריך להיות בעל ביצועי חישול טובים, ביצועי טיפול בחום וביצועי ריתוך; ביצועי עיבוד שחיקה, ושאיפה ליחס ביצועים גבוהים למחיר.
2. סוגים, מאפיינים, מאפיינים ויישומים של חומרי כלי חיתוך
א. סוגים, מאפיינים, מאפיינים ויישומי כלים של חומרי כלי יהלום
יהלום הוא אלוטרופ של פחמן, והוא החומר הקשה ביותר שנמצא בטבע. לכלי חיתוך יהלומים יש קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה ומוליכות תרמית, והם נמצאים בשימוש נרחב בעיבוד של חומרים לא ברזליים ולא מתכתיים. במיוחד בחיתוך מהיר של סגסוגות אלומיניום וסיליקון אלומיניום, כלי יהלום הם זני כלי החיתוך העיקריים שקשה להחליף. כלי חיתוך יהלומים שיכולים להשיג יעילות גבוהה, יציבות גבוהה ועיבוד עיבוד חיים ארוך הם כלים חיוניים וחשובים בעיבוד CNC מודרני.
2. סוגים, מאפיינים, מאפיינים ויישומי כלים של חומרי כלי בורון ניטריד מעוקב
הסוג השני של חומר סופר-קשה, קוביק בורון ניטריד (CBN), המסונתז בשיטה הדומה לשיטת ייצור היהלומים, הוא שני רק ליהלום בקשיות ובמוליכות תרמית. יש לו יציבות תרמית מעולה ואינו מתחמצן בחימום ל-10000 מעלות באטמוספירה. CBN
בעל תכונות כימיות יציבות במיוחד למתכות ברזליות וניתן להשתמש בה רבות בעיבוד מוצרי פלדה.
3. סוג, ביצועים ומאפיינים של חומרי כלי קרמי ויישום כלי עבודה
כלי חיתוך קרמיים מאופיינים בקשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה טובה, עמידות מצוינת בחום ויציבות כימית, ואינם קלים לחיבור למתכת. כלים קרמיים ממלאים תפקיד חשוב מאוד בעיבוד NC. כלים קרמיים הפכו לאחד הכלים העיקריים לחיתוך ועיבוד חומרים קשים במהירות גבוהה. כלים קרמיים נמצאים בשימוש נרחב בחיתוך מהיר, חיתוך יבש, חיתוך קשה וחומרים קשים לחיתוך. כלים קרמיים יכולים לעבד ביעילות חומרים קשיחים גבוהים שאינם ניתנים לעיבוד על ידי כלים מסורתיים, תוך מימוש "סיבוב במקום שחיקה"; מהירות החיתוך האופטימלית של כלים קרמיים יכולה להיות גבוהה פי 2 ~ 10 מזו של כלי קרביד צמנט, ובכך לשפר מאוד את יעילות הייצור של חיתוך; חומרי הגלם העיקריים המשמשים לחומרי כלי קרמי הם האלמנטים הנפוצים ביותר בקרום. לכן, לקידום ויישום כלים קרמיים יש משמעות רבה לשיפור התפוקה, הפחתת עלויות העיבוד וחסכון במתכות יקרות אסטרטגיות, וגם יקדם מאוד את התקדמות טכנולוגיית החיתוך.
4. ביצועים ומאפיינים של חומרי כלים מצופים ויישום כלים
ציפוי הכלי הוא אחת הדרכים החשובות לשיפור ביצועיו. הופעתם של כלי חיתוך מצופים עשתה פריצת דרך משמעותית בביצועי החיתוך שלהם. כלי חיתוך מצופים מצופים בשכבה אחת או יותר של תרכובות עקשן עם עמידות טובה בפני שחיקה על גוף הכלי עם קשיחות טובה. הם משלבים את מטריצת הכלים עם ציפוי קשיח, ובכך משפרים מאוד את ביצועי הכלי. כלי חיתוך מצופים יכולים לשפר את יעילות העיבוד, לשפר את דיוק העיבוד, להאריך את חיי השירות של הכלים ולהפחית את עלויות העיבוד.
כ-80 אחוז מכלי החיתוך המשמשים במכונות CNC חדשות משתמשים בכלים מצופים. כלים מצופים יהיו מגוון הכלים החשוב ביותר בתחום עיבוד CNC בעתיד.
5. סוגים, מאפיינים, מאפיינים ויישומים של חומרי חיתוך מסגסוגת קשה
כלי חיתוך מסגסוגת קשיחה, במיוחד כלי חיתוך מסגסוגת קשה הניתנים לאינדקס, הם המוצרים המובילים של כלי עיבוד CNC. מאז שנות ה-80, סוגים שונים של כלי חיתוך מסגסוגת קשיחה או להבים משולבים וניתנים לאינדקס התרחבו לתחומי כלי חיתוך שונים. ביניהם, כלי חיתוך מסגסוגת קשיחה הניתנים לאינדקס התרחבו מכלי חריטה פשוטים וכרסום פני השטח לשדות דיוק, מורכבים ומעוצבים שונים.
סוגי כלי חיתוך מסגסוגת קשה
על פי ההרכב הכימי העיקרי, ניתן לחלק סגסוגות קשות לסגסוגות קשות מבוססות טונגסטן קרביד וסגסוגות קשות מבוססות טיטניום קרביד (TiC (N).
קרבידים מוצקים מבוססי טונגסטן קרביד כוללים טונגסטן קובלט (YG), טונגסטן קובלט טיטניום (YT) וקרביד נדיר נוסף (YW). יש להם יתרונות וחסרונות משלהם. המרכיבים העיקריים הם טונגסטן קרביד (WC), טיטניום קרביד (TiC), טנטלום קרביד (TaC), ניוביום קרביד (NbC) וכו'. שלב החיבור המתכת הנפוץ הוא Co.
סגסוגות קשות המבוססות על פחמן (חנקן) טיטניום הן סגסוגות קשות עם TiC כמרכיב העיקרי (חלקן עם קרבידים או ניטרידים אחרים), ושלבי החיבור הנפוצים של המתכת הם Mo ו-Ni.
ISO (הארגון הבינלאומי לתקינה) מחלק חיתוך סגסוגות קשות לשלוש קטגוריות:
Class K, כולל Kl0-K40, מקביל למחלקה YG בסין (מורכב בעיקר מ-WC Co).
Class P, כולל P01 עד P50, מקביל למחלקת YT בסין (המורכבת בעיקר מ-WC TiC Co).
Class M, כולל M10 עד M40, מקביל למחלקת YW בסין (המורכבת בעיקר מ-WC TiC TaC (NbC) Co).
כל מותג מייצג סדרה של סגסוגות החל מקשיות גבוהה ועד קשיחות מרבית עם מספרים בין 01 ל-50.
6. סוגים, מאפיינים ויישומים של כלי חיתוך פלדה מהירים
High Speed Steel (HSS) הוא סוג של פלדת כלי סגסוגת גבוהה המכילה כמות גדולה של אלמנטים סגסוגים כגון W, Mo, Cr ו-V. לכלי חיתוך פלדה במהירות גבוהה יש ביצועים מקיפים מצוינים במונחים של חוזק, קשיחות, יכולת עיבוד. בכלי חיתוך מורכבים, במיוחד לייצור כלי עיבוד חורים, כלי כרסום, כלי חיתוך חוטים, סיכות, כלי חיתוך גלגלי שיניים וכלי חיתוך מורכבים אחרים בצורת קצוות, הפלדה המהירה עדיין תופסת את המיקום העיקרי. כלי פלדה במהירות גבוהה קלים לטחינת קצוות חיתוך חדים.
על פי מטרות שונות, ניתן לחלק פלדה מהירה לפלדה מהירה לשימוש כללי ופלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים.
(1) כלי חיתוך פלדה אוניברסליים במהירות גבוהה
פלדה אוניברסלי במהירות גבוהה. באופן כללי, ניתן לחלק אותו לשתי קטגוריות: פלדת טונגסטן ופלדת מוליבדן טונגסטן. סוג זה של פלדה במהירות גבוהה מכיל (C) הנעים בין 0.7 אחוז ל-0.9 אחוז . על פי תכולת הטונגסטן השונה בפלדה, ניתן לחלק אותה לפלדת טונגסטן המכילה 12 אחוז או 18 אחוז W, פלדת מוליבדן טונגסטן המכילה 6 אחוז או 8 אחוז W, ופלדת מוליבדן המכילה 2 אחוזים או לא W. פלדה אוניברסלי במהירות גבוהה בעל רמה מסוימת של קשיות (63-66HRC) ועמידות בפני שחיקה, חוזק וקשיחות גבוהים, פלסטיות טובה ויכולת עיבוד, והוא נמצא בשימוש נרחב בייצור של כלי חיתוך מורכבים שונים.
① פלדת טונגסטן: הדרגה הטיפוסית של פלדת טונגסטן מפלדה מהירה אוניברסלית היא W18Cr4V, (המכונה W18), בעלת תכונות מקיפות טובות וקשיות טמפרטורה גבוהה של 48.5HRC ב-6000 מעלות. זה יכול לשמש לייצור כלי חיתוך מורכבים שונים. יש לו יתרונות כמו יכולת טחינה טובה ורגישות נמוכה לשחרור קרבידים, אך בשל התכולה הגבוהה של קרבידים, פיזור לא אחיד, חלקיקים גדולים יותר וחוזק וקשיחות נמוכים.
② פלדת טונגסטן מוליבדן: מתייחס לפלדה במהירות גבוהה המתקבלת על ידי החלפת חלק של טונגסטן בפלדת טונגסטן עם מוליבדן. הדרגה הטיפוסית של פלדת מוליבדן טונגסטן היא W6Mo5Cr4V2, או בקיצור M2. חלקיקי הקרביד של M2 עדינים ואחידים, עם חוזק, קשיחות ופלסטיות בטמפרטורה גבוהה יותר מאשר W18Cr4V. סוג נוסף של פלדת מוליבדן טונגסטן הוא W9Mo3Cr4V (בקיצור W9), שיש לה יציבות תרמית מעט גבוהה יותר מפלדת M2, חוזק כיפוף וקשיחות טובים יותר מ-W6M05Cr4V2, ובעל יכולת עיבוד טובה.
(2) כלי חיתוך פלדה מהירים בעלי ביצועים גבוהים
פלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים מתייחסת לסוג חדש של פלדה שמוסיפה תכולת פחמן, תכולת ונדיום ואלמנטים מסגסוגת כמו Co ו-Al להרכב הפלדה המהירה לשימוש כללי, ובכך משפרת את עמידות החום ועמידותה בפני שחיקה. . יש בעיקר את הקטגוריות הבאות:
① פלדה במהירות גבוהה מפחמן גבוה. פלדה מהירה פחמן גבוהה (כגון 95W18Cr4V) היא בעלת קשיות גבוהה בחדר ובטמפרטורות גבוהות, מה שהופך אותה למתאימה לייצור ועיבוד פלדה רגילה וברזל יצוק, מקדחים, חוצצים, ברזים וחותכי כרסום עם דרישות עמידות בפני שחיקה גבוהות, או כלי חיתוך לעיבוד חומרים קשים יותר. זה לא מתאים לעמוד בפני פגיעות גדולות.
② פלדה ונדיום גבוהה במהירות גבוהה. ציונים טיפוסיים, כגון W12Cr4V4Mo, (בקיצור EV4), עם תכולת V מוגברת ל-3% ~5%, בעלי עמידות טובה בפני שחיקה, והם מתאימים לחיתוך חומרים עם שחיקת כלים גדולה, כגון סיבים, גומי קשיח, פלסטיק, וכו ', והוא יכול לשמש גם לעיבוד נירוסטה, פלדה בעלת חוזק גבוה, סגסוגת בטמפרטורה גבוהה וחומרים אחרים.
③ קובלט פלדה במהירות גבוהה. זוהי קובלט המכילה פלדה מהירה סופר קשה עם דרגת טיפוסית, כגון W2Mo9Cr4VCo8 (המכונה M42), בעלת קשיות גבוהה של עד 69~70HRC. הוא מתאים לעיבוד חומרים קשים לעיבוד כמו פלדה עמידה בחום חזקה, סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, סגסוגות טיטניום ועוד. ל-M42 יכולת טחינה טובה ומתאים לייצור כלי חיתוך מדויקים ומורכבים, אך אינו מתאים עבור עבודה בתנאי חיתוך פגיעה.
④ פלדה מהירה מאלומיניום. זהו אלומיניום המכיל פלדה מהירה סופר קשה עם דרגת דרגת טיפוסית, כגון W6Mo5Cr4V2Al (בקיצור 501). קשיות הטמפרטורה הגבוהה ב-6000 מעלות מגיעה גם ל-54HRC, וביצועי החיתוך שווים ל-M42. הוא מתאים לייצור חותכי כרסום, מקדחים, חוגרים, חותכי גלגלי שיניים, סיכות וכו', ומשמש לעיבוד חומרים כגון סגסוגת פלדה, נירוסטה, פלדה בעלת חוזק גבוה וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה.
⑤ חנקן סופר-קשה פלדה במהירות גבוהה. כיתה טיפוסית, כגון W12M03Cr4V3N, בקיצור (V3N), היא חנקן המכילה פלדה מהירה סופר קשה עם קשיות, חוזק וקשיחות הדומות ל-M42. זה יכול לשמש כתחליף לקובלט המכיל פלדה במהירות גבוהה לחיתוך במהירות נמוכה של חומרים קשים לעיבוד ועיבוד עיבוד מהיר במהירות גבוהה.
(3) התכת פלדה במהירות גבוהה ופלדה במהירות גבוהה מתכות אבקה
על פי תהליכי ייצור שונים, ניתן לחלק פלדה מהירה לפלדה מהירה מותכת ופלדה במהירות גבוהה מטלורגית אבקה.
① התכת פלדה במהירות גבוהה: גם פלדה מהירה רגילה וגם פלדה מהירה בעלת ביצועים גבוהים מיוצרים בשיטת ההיתוך. הם מיוצרים לכלי חיתוך באמצעות תהליכים כמו התכה, יציקת מטיל, וציפוי וגלגול. הבעיה החמורה שנוטה להתרחש בהתכת פלדה במהירות גבוהה היא הפרדת קרביד. קרבידים קשים ושבירים מתפזרים בצורה לא אחידה בפלדה במהירות גבוהה, וגודל הגרגיר גס (עד עשרות מיקרומטרים), דבר שיש לו השפעות שליליות על עמידות הבלאי, הקשיחות וביצועי החיתוך של כלי פלדה מהירים.
② פלדה במהירות גבוהה של אבקת מתכות (PM HSS): פלדה במהירות גבוהה של אבקת מתכות (PM HSS) היא נוזל פלדה המומס בכבשן אינדוקציה בתדר גבוה. הוא מפורק עם ארגון בלחץ גבוה או גז חנקן טהור, ולאחר מכן מרווה לקבלת מבנה גבישי עדין ואחיד (אבקת פלדה במהירות גבוהה). לאחר מכן, האבקה המתקבלת נלחצת לתוך ריק כלי בטמפרטורה ולחץ גבוהים, או תחילה הופכת לבלט פלדה ולאחר מכן מחושלת ומגולגלת לצורת כלי. בהשוואה לפלדה מהירה המיוצרת בשיטת ההתכה, ל-PM HSS יש את היתרונות של גרגרי קרביד עדינים ואחידים, שיפור משמעותי בחוזק, קשיחות ועמידות בפני שחיקה בהשוואה לפלדה מותכת במהירות גבוהה. כלי PM HSS יתפתחו ויתפסו עמדה חשובה בתחום כלי ה-CNC המורכבים. ציונים טיפוסיים, כגון F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN וכו', יכולים לשמש לייצור כלי חיתוך בגדלים גדולים, כבדים ועמידים בפני פגיעות, כמו גם כלי חיתוך מדויקים.
