انواع، عملکرد، ویژگی ها و تخصص کاربرد 6 نوع ابزار برش CNC

ترکیب تجهیزات پردازش پیشرفته و ابزارهای برش CNC با کارایی بالا برای اعمال کامل کارایی مناسب و دستیابی به مزایای اقتصادی خوب ضروری است. با توسعه سریع مواد ابزار، انواع جدید مواد ابزار، عملکرد فیزیکی، مکانیکی و برشی خود را بسیار بهبود بخشیده اند و دامنه کاربرد آنها نیز دائما در حال گسترش است.
1 مواد ابزار باید دارای خواص اساسی باشد
انتخاب مواد ابزار تاثیر قابل توجهی بر عمر ابزار، راندمان پردازش، کیفیت پردازش و هزینه های پردازش دارد. ابزارهای برش باید در حین برش فشار، دمای بالا، اصطکاک، ضربه و لرزش را تحمل کنند. بنابراین، مواد ابزار باید دارای ویژگی های اساسی زیر باشند:
(1) سختی و مقاومت در برابر سایش. سختی مواد ابزار باید بیشتر از سختی مواد قطعه کار باشد و معمولاً به سختی 60HRC یا بالاتر نیاز دارد. هرچه سختی مواد ابزار بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر سایش بهتر است.
(2) قدرت و استحکام. مواد ابزار باید استحکام و چقرمگی بالایی داشته باشد تا در برابر نیروهای برشی، ضربه ها و ارتعاشات مقاومت کند و از شکستگی شکننده و فروریختن لبه ابزار جلوگیری کند.
(3) مقاومت در برابر حرارت. مواد ابزار دارای مقاومت حرارتی خوبی است، می تواند در برابر دمای برش بالا مقاومت کند و مقاومت در برابر اکسیداسیون خوبی دارد.
(4) عملکرد و اقتصاد فرآیند. مواد ابزار باید عملکرد آهنگری خوب، عملکرد عملیات حرارتی و عملکرد جوشکاری داشته باشد. عملکرد سنگ زنی، و پیگیری نسبت عملکرد هزینه بالا.
2، انواع، خواص، ویژگی ها و کاربردهای مواد ابزار برش
1. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربرد ابزار مواد ابزار برش الماس
الماس آلوتروپ کربن است و سخت ترین ماده موجود در طبیعت است. ابزارهای برش الماس دارای سختی، مقاومت در برابر سایش و هدایت حرارتی بالا هستند و به طور گسترده در پردازش مواد غیر آهنی و غیر فلزی استفاده می شوند. به خصوص در برش پرسرعت آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم سیلیکون، ابزارهای برش الماس نوع اصلی ابزارهای برشی هستند که جایگزینی آنها دشوار است. ابزارهای برش الماس که می توانند به راندمان بالا، پایداری بالا و عمر طولانی دست یابند، ابزارهای ضروری و مهم در ماشینکاری مدرن CNC هستند.

⑴ انواع ابزار برش الماس
① ابزار برش الماس طبیعی: الماس طبیعی سابقه بیش از صد سال به عنوان ابزار برش دارد. ابزارهای برش الماس تک کریستال طبیعی پس از آسیاب ریز، می توانند لبه های بسیار تیز داشته باشند، با شعاع برش تا 0.002 میکرومتر. این ابزار با توانایی دستیابی به برش بسیار نازک و دستیابی به دقت قطعه کار بسیار بالا و زبری سطح کم، یک ابزار ماشینکاری فوق العاده دقیق، شناخته شده، ایده آل و غیر قابل تعویض است.
② ابزارهای برش الماس PCD: الماس طبیعی گران است و الماس پلی کریستالی (PCD) هنوز به طور گسترده در پردازش برش استفاده می شود. از اوایل دهه 1970، پس از توسعه موفقیت آمیز تیغه های الماس پلی کریستالی (PCD) تهیه شده توسط فناوری سنتز در دمای بالا و فشار بالا، ابزارهای برش الماس طبیعی در بسیاری از موقعیت ها با الماس پلی کریستالی مصنوعی جایگزین شدند. مواد خام PCD فراوان هستند و قیمت آنها فقط ده ها تا ده ها برابر الماس طبیعی است.
ابزارهای PCD نمی توانند لبه های بسیار تیز را آسیاب کنند و کیفیت سطح قطعه کار پردازش شده به خوبی الماس طبیعی نیست. در حال حاضر، ساخت تیغه های PCD با شیارهای تراشه در صنعت راحت نیست. بنابراین، PCD را فقط می توان برای برش دقیق فلزات غیر آهنی و غیر فلزات استفاده کرد و دستیابی به برش آینه ای فوق العاده دقیق را دشوار می کند.
③ ابزارهای برش الماس CVD: از اواخر دهه 1970 تا اوایل دهه 1980، فناوری الماس CVD در ژاپن ظهور کرده است. الماس CVD به سنتز لایه های الماس بر روی بسترهای ناهمگن (مانند آلیاژهای سخت، سرامیک و غیره) با استفاده از رسوب شیمیایی بخار (CVD) اشاره دارد. الماس CVD ساختار و ویژگی های مشابهی با الماس طبیعی دارد.
عملکرد الماس CVD بسیار شبیه به الماس طبیعی است و مزایای الماس تک کریستالی طبیعی و الماس پلی کریستالی (PCD) را با هم ترکیب می کند که تا حدودی بر کاستی های آنها غلبه می کند.
⑵ ویژگی های عملکرد ابزارهای برش الماس
① سختی و مقاومت در برابر سایش بسیار بالا: الماس طبیعی سخت ترین ماده موجود در طبیعت است. الماس مقاومت به سایش بسیار بالایی دارد. هنگام پردازش مواد با سختی بالا، طول عمر ابزارهای برش الماس 10-100 برابر ابزارهای برش آلیاژی سخت و حتی صدها برابر بیشتر است.
② دارای ضریب اصطکاک بسیار کم: ضریب اصطکاک بین الماس و برخی از فلزات غیر آهنی کمتر از سایر ابزارهای برش است، با ضریب اصطکاک کم و تغییر شکل کوچک در حین ماشینکاری، که می تواند نیروی برش را کاهش دهد.
③ لبه برش بسیار تیز است: لبه برش ابزارهای الماس را می توان بسیار تیز آسیاب کرد و ابزارهای الماس تک کریستال طبیعی می توانند به ارتفاع 0 برسند.002-0.008 میکرومتر. قابلیت برش فوق العاده نازک و ماشینکاری فوق العاده دقیق.
④ دارای رسانایی حرارتی بالا: الماس دارای هدایت حرارتی و سرعت انتشار حرارتی بالایی است و حرارت برش به راحتی از بین می رود. دمای برش ابزار پایین است.
⑤ داشتن ضریب انبساط حرارتی کمتر: ضریب انبساط حرارتی الماس چندین برابر کوچکتر از آلیاژ سخت است و تغییر در اندازه ابزار ناشی از حرارت برش بسیار کم است، که به ویژه برای ماشینکاری دقیق و فوق دقیق با ماشین کاری بسیار مهم است. الزامات دقت ابعادی بالا
کاربرد ابزارهای برش الماس
ابزارهای برش الماس معمولاً برای برش ریز و سوراخ کردن مواد غیر آهنی و غیر فلزی در سرعت های بالا استفاده می شوند. مناسب برای پردازش مواد غیر فلزی مختلف مقاوم در برابر سایش، مانند مواد متالورژی پودر فایبرگلاس، مواد سرامیکی و غیره. انواع فلزات غیر آهنی مقاوم در برابر سایش، مانند آلیاژهای مختلف آلومینیوم سیلیکون؛ فرآیندهای مختلف تکمیل فلزات غیر آهنی.
نقطه ضعف ابزارهای برش الماس پایداری حرارتی ضعیف آنهاست. هنگامی که دمای برش از 700 درجه تا 800 درجه بیشتر شود، سختی آنها به طور کامل از بین می رود. علاوه بر این، برای برش فلزات سیاه مناسب نیست زیرا الماس (کربن) به راحتی با اتم های آهن در دماهای بالا تعامل می کند و اتم های کربن را به ساختارهای گرافیت تبدیل می کند و ابزار را بسیار مستعد آسیب می کند.
2. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربرد ابزار مواد ابزار نیترید بور مکعبی
دومین ماده فوق سخت، نیترید بور مکعبی (CBN) که با استفاده از روشی مشابه تولید الماس سنتز شده است، از نظر سختی و هدایت حرارتی پس از الماس در رتبه دوم قرار دارد. پایداری حرارتی بسیار خوبی دارد و وقتی تا دمای 10000 درجه سانتیگراد در اتمسفر گرم می شود اکسید نمی شود. CBN دارای خواص شیمیایی بسیار پایدار برای فلزات سیاه است و می تواند به طور گسترده در پردازش محصولات فولادی استفاده شود.

انواع ابزارهای برش نیترید بور مکعبی
نیترید بور مکعبی (CBN) ماده ای است که در طبیعت وجود ندارد و می توان آن را به تک بلور و پلی کریستال تقسیم کرد، یعنی تک بلور CBN و نیترید بور مکعبی پلی کریستال (PCBN). CBN یکی از ایزومرهای نیترید بور (BN) است که ساختاری شبیه به الماس دارد.
PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) یک ماده پلی کریستالی است که مواد CBN ریز را از طریق فازهای اتصال (TiC، TiN، Al، Ti و غیره) تحت دما و فشار بالا با هم تف جوشی می کند. این ماده در حال حاضر دومین ماده سخت ابزاری است که به طور مصنوعی سنتز شده است و همراه با الماس به عنوان مواد ابزار فوق سخت شناخته می شود. PCBN عمدتاً برای ساخت ابزارهای برش یا ابزارهای دیگر استفاده می شود.
ابزارهای برش PCBN را می توان به تیغه های PCBN یکپارچه و تیغه های کامپوزیت PCBN متخلخل با کامپوزیت های آلیاژی سخت تقسیم کرد.
تیغه های کامپوزیت PCBN با پخت لایه ای از PCBN با ضخامت O.{{0}.0 میلی متر بر روی یک آلیاژ سخت با استحکام و چقرمگی خوب ساخته می شوند. عملکرد آن ترکیبی از چقرمگی خوب، سختی بالا و مقاومت در برابر سایش است که مشکلات مقاومت خمشی کم و مشکلات جوشکاری تیغه های CBN را حل می کند.
خواص و ویژگی های اصلی نیترید بور مکعبی
اگرچه سختی نیترید بور مکعبی کمی کمتر از الماس است، اما بسیار بیشتر از سایر مواد با سختی بالا است. مزیت برجسته CBN این است که پایداری حرارتی آن بسیار بالاتر از الماس است و به بیش از 1200 درجه ({1}} درجه برای الماس) می رسد و مزیت برجسته دیگر بی اثری شیمیایی بالای آن است که با عناصر آهن واکنش نمی دهد. در 1200-1300 درجه مشخصات عملکرد اصلی نیترید بور مکعبی به شرح زیر است.
① سختی بالا و مقاومت در برابر سایش: ساختار کریستالی CBN شبیه الماس است، با سختی و استحکام مشابه با الماس. PCBN مخصوصاً برای پردازش مواد با سختی بالا که فقط قبلاً می‌توانستند آسیاب شوند، مناسب است و می‌تواند به کیفیت سطح بهتر قطعه کار دست یابد.
② پایداری حرارتی بالایی دارد: مقاومت حرارتی CBN می تواند به 1400-1500 درجه برسد، که تقریباً 1 برابر بیشتر از مقاومت حرارتی الماس (700-800 درجه) است. ابزارهای PCBN می توانند آلیاژهای با دمای بالا و فولاد خاموش شده را با سرعتی 3-5 برابر بیشتر از ابزار آلیاژی سخت برش دهند.
③ پایداری شیمیایی عالی: با مواد مبتنی بر آهن حتی در دماهای بین 1200-1300 درجه واکنش شیمیایی نشان نمی‌دهد و مانند الماس به شدت ساییده نمی‌شود. در این زمان، هنوز هم می تواند سختی آلیاژهای سخت را حفظ کند. ابزارهای برش PCBN برای برش قطعات فولادی کوئنچ شده و چدن سخت سرد مناسب هستند و می توانند به طور گسترده برای برش با سرعت بالا چدن استفاده شوند.
④ داشتن رسانایی حرارتی خوب: اگرچه رسانایی حرارتی CBN نمی تواند به الماس برسد، هدایت حرارتی PCBN بعد از الماس در مواد مختلف ابزار، بسیار بالاتر از فولاد پرسرعت و آلیاژهای سخت است.
⑤ داشتن ضریب اصطکاک کمتر: ضریب اصطکاک کمتر می تواند منجر به کاهش نیروی برش، کاهش دمای برش و بهبود کیفیت سطح در حین ماشینکاری شود.
کاربرد ابزارهای برش نیترید بور مکعبی
نیترید بور مکعبی برای ماشینکاری دقیق مواد مختلف سخت برش مانند فولاد کوئنچ، چدن سخت، آلیاژهای با دمای بالا، آلیاژهای سخت و مواد اسپری سطحی مناسب است. دقت ماشین‌کاری می‌تواند به IT5 (سوراخ IT6) برسد و مقدار زبری سطح می‌تواند به اندازه Ra1 باشد.
چقرمگی و مقاومت خمشی مواد ابزار برش نیترید بور مکعبی ضعیف است. بنابراین، ابزارهای تراشکاری نیترید بور مکعبی برای ماشینکاری خشن در سرعت های پایین و بارهای ضربه ای بالا مناسب نیستند. برای برش مواد با پلاستیسیته بالا مانند آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای مس، آلیاژهای مبتنی بر نیکل و فولاد با پلاستیسیته بالا مناسب نیست، زیرا برش این فلزات رسوبات تراشه ای جدی ایجاد می کند که سطح ماشینکاری را خراب می کند.
3. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربردهای ابزار مواد سرامیکی ابزار
ابزارهای برش سرامیکی دارای ویژگی های سختی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، مقاومت در برابر حرارت عالی و پایداری شیمیایی هستند و به راحتی با فلزات پیوند نمی شوند. ابزارهای برش سرامیکی نقش بسیار مهمی در ماشینکاری CNC دارند و به یکی از اصلی ترین ابزارهای برش برای برش های پرسرعت و مواد سخت تبدیل شده اند. ابزارهای برش سرامیکی به طور گسترده ای در برش با سرعت بالا، برش خشک، برش سخت و برش مواد سخت استفاده می شود. ابزارهای برش سرامیکی می توانند مواد با سختی بالا را که با ابزارهای برش سنتی قابل پردازش نیستند، به طور موثر پردازش کنند و به "چرخش به جای سنگ زنی" دست می یابند. سرعت برش بهینه ابزارهای برش سرامیکی می تواند 2 تا 10 برابر بیشتر از ابزارهای برش آلیاژ سخت باشد و راندمان تولید برش را تا حد زیادی بهبود می بخشد. مواد اولیه اصلی مورد استفاده برای ابزارهای برش سرامیکی فراوان ترین عناصر در پوسته زمین هستند. بنابراین، ترویج و استفاده از ابزارهای برش سرامیکی برای بهبود بهره وری، کاهش هزینه های پردازش و صرفه جویی در فلزات گرانبها استراتژیک از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین پیشرفت تکنولوژی برش را تا حد زیادی ارتقا خواهد داد.

⑴ انواع مواد ابزار سرامیکی
انواع مواد ابزار سرامیکی را می توان به طور کلی به سه دسته تقسیم کرد: سرامیک های مبتنی بر آلومینا، سرامیک های مبتنی بر نیترید سیلیکون و سرامیک های کامپوزیت نیترید سیلیکون مبتنی بر آلومینا. در این میان مواد سرامیکی مبتنی بر آلومینا و نیترید سیلیکون بیشترین استفاده را دارند. عملکرد سرامیک های مبتنی بر نیترید سیلیکون نسبت به سرامیک های مبتنی بر آلومینا برتر است.
⑵ عملکرد و ویژگی های ابزار برش سرامیکی
ویژگی های عملکرد ابزارهای برش سرامیکی به شرح زیر است:
① سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب: اگرچه سختی ابزارهای برش سرامیکی به اندازه PCD و PCBN نیست، اما به طور قابل توجهی بالاتر از آلیاژهای سخت و ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا است و به 93-95HRA می‌رسد. ابزارهای برش سرامیکی می توانند مواد با سختی بالا را پردازش کنند که ماشینکاری با ابزارهای سنتی دشوار است و آنها را برای برش با سرعت بالا و برش سخت مناسب می کند.
② مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر حرارت خوب: ابزارهای برش سرامیکی هنوز می توانند در دماهای بالای 1200 درجه برش دهند. ابزارهای برش سرامیکی دارای خواص مکانیکی عالی در دمای بالا هستند و مقاومت در برابر اکسیداسیون ابزارهای برش سرامیکی A12O3 به ویژه خوب است. حتی زمانی که لبه برش در حالت داغ قرمز قرار دارد، می توان به طور مداوم از آن استفاده کرد. بنابراین، ابزارهای برش سرامیکی می توانند به برش خشک دست یابند و در نتیجه در مایع برش صرفه جویی کنند.
③ پایداری شیمیایی خوب: ابزارهای برش سرامیکی به راحتی با فلزات متصل نمی شوند و با پایداری شیمیایی خوب در برابر خوردگی مقاوم هستند که می تواند سایش چسب ابزارهای برش را کاهش دهد.
④ ضریب اصطکاک کم: ابزارهای برش سرامیکی میل ترکیبی کمی با فلزات دارند و در نتیجه ضریب اصطکاک پایینی دارند که می تواند نیروی برش و دمای برش را کاهش دهد.
⑶ چاقوهای سرامیکی کاربرد دارند
سرامیک یکی از مواد ابزاری است که عمدتاً برای ماشینکاری با سرعت بالا و ماشینکاری نیمه دقیق استفاده می شود. ابزارهای برش سرامیکی برای برش چدن های مختلف (چدن خاکستری، چدن شکل پذیر، چدن چکش خوار، چدن سخت سرد، چدن مقاوم در برابر سایش بالا) و فولاد (فولاد ساختاری کربن، فولاد ساختاری آلیاژی، فولاد با مقاومت بالا) مناسب هستند. فولاد منگنز بالا، فولاد کوئنچ شده و غیره) و همچنین می تواند برای برش آلیاژهای مس، گرافیت، پلاستیک های مهندسی و مواد کامپوزیت استفاده شود.
مواد سرامیکی ابزار دارای مشکلاتی با مقاومت خمشی کم و چقرمگی ضربه ضعیف هستند که آنها را برای برش در سرعت های پایین و تحت بارهای ضربه ای نامناسب می کند.
4. عملکرد و ویژگی های مواد ابزار پوشش داده شده و کاربرد ابزار
پوشش ابزارهای برش یکی از راه های مهم برای بهبود عملکرد آنها است. ظهور ابزارهای برش روکش دار پیشرفت های قابل توجهی در عملکرد برش آنها ایجاد کرده است. ابزارهای برش روکش دار آنهایی هستند که با یک یا چند لایه از ترکیبات نسوز با مقاومت سایشی خوب روی بدنه ابزار با چقرمگی خوب پوشش داده می شوند. آنها ماتریس ابزار را با یک پوشش سخت ترکیب می کنند و در نتیجه عملکرد ابزار را تا حد زیادی بهبود می بخشند. ابزارهای برش روکش دار می توانند راندمان ماشینکاری را بهبود بخشند، دقت ماشینکاری را بهبود بخشند، عمر ابزار را افزایش دهند و هزینه های ماشینکاری را کاهش دهند.
حدود 80 درصد از ابزارهای برشی مورد استفاده در ماشین آلات جدید CNC از ابزارهای روکش دار استفاده می کنند. ابزارهای برش روکش دار مهم ترین نوع ابزار در زمینه ماشینکاری CNC در آینده خواهند بود.

⑴ انواع ابزارهای برش روکش دار
با توجه به روش های مختلف پوشش، ابزارهای پوشش داده شده را می توان به ابزارهای پوشش داده شده با رسوب بخار شیمیایی (CVD) و ابزارهای پوشش داده شده با رسوب بخار فیزیکی (PVD) تقسیم کرد. ابزارهای برش آلیاژ سخت پوشش داده شده معمولاً از روش رسوب بخار شیمیایی با دمای رسوب حدود 1000 درجه استفاده می کنند. ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا معمولاً از روش رسوب بخار فیزیکی با دمای رسوب حدود 500 درجه استفاده می کنند.
با توجه به مواد زیر لایه ابزارهای پوشش داده شده، ابزارهای پوشش داده شده را می توان به ابزارهای پوشش داده شده با آلیاژ سخت، ابزارهای پوشش داده شده فولادی با سرعت بالا و ابزارهای پوشش داده شده روی سرامیک و مواد فوق سخت (الماس و نیترید بور مکعبی) تقسیم کرد.
با توجه به خواص مواد پوششی، ابزارهای روکش دار را می توان به دو دسته ابزارهای روکش دار «سخت» و ابزار روکش دار «نرم» تقسیم کرد. هدف اصلی که توسط ابزارهای برش با روکش سخت دنبال می شود، سختی و مقاومت در برابر سایش بالا است، با مزایای اصلی سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب، که نمونه آن پوشش های TiC و TiN است. هدفی که توسط ابزارهای روکش شده "نرم" دنبال می شود ضریب اصطکاک کم است که به عنوان ابزارهای خود روان کننده نیز شناخته می شود. ضریب اصطکاک آن با مواد قطعه کار بسیار کم است، فقط حدود 0.1، که می تواند چسبندگی را کاهش دهد، اصطکاک را کاهش دهد و نیروی برش و دمای برش را کاهش دهد.
اخیراً ابزارهای پوشش نانو توسعه یافته اند. این ابزار پوشش داده شده می تواند از ترکیبات مختلفی از مواد پوشش (مانند فلز/فلز، فلز/سرامیک، سرامیک/سرامیک و غیره) برای برآوردن نیازهای عملکردی و عملکردی مختلف استفاده کند. یک پوشش نانو که به خوبی طراحی شده است می تواند به مواد ابزار دارای خواص ضد اصطکاک، ضد سایش و خواص خود روانکاری عالی باشد و آنها را برای برش خشک با سرعت بالا مناسب کند.
ویژگی های ابزار برش روکش دار
ویژگی های عملکرد ابزارهای برش روکش دار به شرح زیر است:
① عملکرد مکانیکی و برشی خوب: ابزارهای برش روکش دار خواص عالی زیرلایه و مواد پوششی را ترکیب می کنند، چقرمگی خوب و استحکام بالای زیرلایه را حفظ می کنند، همچنین سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و ضریب اصطکاک کم پوشش را حفظ می کنند. بنابراین سرعت برش ابزارهای روکش دار را می توان بیش از دو برابر نسبت به ابزارهای بدون روکش افزایش داد و نرخ تغذیه بالاتر مجاز است. طول عمر ابزارهای برش روکش دار نیز بهبود یافته است.
② تطبیق پذیری قوی: ابزارهای روکش دار طیف گسترده ای از تطبیق پذیری دارند و به طور قابل توجهی محدوده پردازش را گسترش می دهند. یک ابزار روکش دار می تواند جایگزین چندین ابزار بدون پوشش شود.
③ ضخامت پوشش: با افزایش ضخامت پوشش، عمر ابزار نیز افزایش می یابد، اما زمانی که ضخامت پوشش به حد اشباع برسد، عمر ابزار دیگر به طور قابل توجهی افزایش نمی یابد. هنگامی که پوشش بیش از حد ضخیم است، به راحتی باعث لایه برداری می شود. هنگامی که پوشش بیش از حد نازک است، مقاومت در برابر سایش ضعیف است.
④ قابلیت سنگ زنی مجدد: تیغه های پوشش داده شده دارای قابلیت دوباره سنگ زنی ضعیف، تجهیزات پوشش پیچیده، نیازهای فرآیند بالا و زمان پوشش طولانی هستند.
⑤ مواد پوشش: ابزارهای برش با مواد پوششی مختلف عملکرد برش متفاوتی دارند. به عنوان مثال، در هنگام برش با سرعت کم، پوشش TiC یک مزیت دارد. TiN برای برش با سرعت بالا مناسب تر است.
کاربرد ابزارهای برش روکش دار
ابزارهای برش روکش دار پتانسیل بالایی در زمینه ماشینکاری CNC دارند و مهمترین تنوع ابزار در آینده خواهند بود. فن آوری پوشش برای آسیاب های انتهایی، ریمرها، مته ها، ابزارهای پردازش سوراخ کامپوزیت، برش های چرخ دنده، برش های چرخ دنده، برش های تراش چرخ دنده، برش های شکل دهی، و انواع درج های قابل نمایه سازی گیره ماشینی اعمال شده است و نیازهای برش با سرعت بالا را برآورده می کند. مواد مختلف مانند فولاد و چدن، آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و فلزات غیر آهنی.
5. انواع، خواص، ویژگی ها و کاربردهای مواد ابزار برش آلیاژی سخت

ابزارهای برش آلیاژ سخت، به ویژه ابزارهای برش آلیاژ سخت قابل نمایش، محصولات پیشرو در ابزارهای ماشینکاری CNC هستند. از دهه 1980، انواع مختلفی از ابزارها یا تیغه های برش آلیاژ سخت یکپارچه و قابل نمایه سازی در زمینه های مختلف ابزار برش گسترش یافته است. در میان آنها، ابزارهای برش آلیاژی سخت قابل نمایه سازی از ابزارهای تراشکاری ساده و برش های فرز چهره به زمینه های مختلف ابزار دقیق، پیچیده و شکل یافته گسترش یافته اند.
⑴ انواع ابزارهای برش آلیاژی سخت
با توجه به ترکیب شیمیایی اصلی، آلیاژهای سخت را می توان به آلیاژهای سخت مبتنی بر کاربید تنگستن و آلیاژهای سخت مبتنی بر کاربید تیتانیوم (TiC (N)) تقسیم کرد.
آلیاژهای سخت مبتنی بر کاربید تنگستن شامل سه نوع هستند: کبالت تنگستن (YG)، تنگستن کبالت تیتانیوم (YT) و کاربیدهای کمیاب اضافه شده (YW) که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. اجزای اصلی کاربید تنگستن (WC)، کاربید تیتانیوم (TiC)، کاربید تانتالم (TaC)، کاربید نیوبیم (NbC) و غیره هستند. فاز پیوند فلزی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد Co.
آلیاژ سخت بر پایه کربن (نیتروژن) تیتانیوم یک آلیاژ سخت است که عمدتاً از TiC (برخی با افزودن کاربیدها یا نیتریدهای دیگر) تشکیل شده است و فازهای پیوند فلزی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند Mo و Ni هستند.
ISO (سازمان بین المللی استاندارد) برش آلیاژهای سخت را به سه دسته تقسیم می کند:
کلاس K، از جمله Kl0-K40، معادل کلاس YG در چین است (عمدتاً از WC. Co تشکیل شده است).
کلاس P، از جمله P{1}}P50، معادل کلاس YT در چین است (عمدتا از WC. TiC. Co تشکیل شده است).
کلاس M، از جمله M10~M40، معادل کلاس YW در چین است (عمدتا از WC TiC TaC (NbC) - Co تشکیل شده است).
مجموعه ای از آلیاژها از سختی بالا تا حداکثر چقرمگی با اعداد بین 01 تا 50 برای هر درجه نشان داده می شوند.
⑵ ویژگی های عملکرد ابزارهای برش آلیاژ سخت
ویژگی های عملکرد ابزارهای برش آلیاژ سخت به شرح زیر است:
① سختی بالا: ابزارهای برش آلیاژی سخت توسط متالورژی پودر کاربیدها (به نام فازهای سخت) و چسباننده های فلزی (به نام فازهای پیوند) با سختی و نقطه ذوب بالا ساخته می شوند. سختی آنها به 89-93HRA می‌رسد که بسیار بالاتر از سختی فولادهای پرسرعت است. در دمای 5400 درجه سانتیگراد، سختی آنها همچنان می تواند به 82-87HRA برسد، که همان سختی فولاد پرسرعت در دمای اتاق (83-86HRA) است. مقدار سختی آلیاژهای سخت با توجه به خواص، کمیت، اندازه ذرات و محتوای فازهای پیوند فلزی کاربیدها متفاوت است و به طور کلی با افزایش محتوای فازهای فلزی پیوند کاهش می‌یابد. هنگامی که محتوای فاز چسب یکسان است، سختی آلیاژهای نوع YT بیشتر از آلیاژهای نوع YG است و آلیاژهایی با TaC (NbC) اضافه شده دارای سختی در دمای بالا هستند.
② استحکام خمشی و چقرمگی: استحکام خمشی آلیاژهای سخت رایج بین 900 تا 1500 مگاپاسکال است. هر چه مقدار فاز اتصال فلزی بیشتر باشد، استحکام خمشی بیشتر است. وقتی میزان چسب یکسان باشد، استحکام آلیاژ نوع YG (WC Co) بیشتر از آلیاژ YT (WC TiC Co) است و با افزایش محتوای TiC استحکام کاهش می یابد. آلیاژ سخت یک ماده شکننده است و چقرمگی ضربه آن در دمای اتاق فقط 1/30-1/8 فولاد پرسرعت است.
استفاده از ابزارهای برش آلیاژ سخت رایج
آلیاژهای نوع YG عمدتاً برای پردازش چدن، فلزات غیر آهنی و مواد غیر فلزی استفاده می شوند. آلیاژهای سخت دانه ریز (مانند YG3X، YG6X) نسبت به آلیاژهای سخت دانه متوسط ​​سختی و مقاومت بیشتری نسبت به آلیاژهای سخت دانه دارند که محتوای کبالت آنها یکسان باشد. آنها برای پردازش چدن سخت ویژه، فولاد ضد زنگ آستنیتی، آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت، آلیاژهای تیتانیوم، برنز سخت و مواد عایق مقاوم در برابر سایش مناسب هستند.
از مزایای برجسته آلیاژهای سخت نوع YT می توان به سختی بالا، مقاومت حرارتی خوب، سختی و مقاومت فشاری بالاتر در دماهای بالا در مقایسه با نوع YG و مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب اشاره کرد. بنابراین، هنگامی که لازم است چاقو دارای مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر سایش بالا باشد، باید درجه ای با محتوای TiC بالاتر انتخاب شود. آلیاژهای نوع YT برای پردازش مواد پلاستیکی مانند فولاد مناسب هستند، اما برای پردازش آلیاژهای تیتانیوم یا آلیاژهای آلومینیوم سیلیکون مناسب نیستند.
آلیاژهای نوع YW دارای خواص آلیاژهای YG و YT با عملکرد جامع خوب هستند. آنها را می توان برای پردازش مواد فولادی و همچنین برای پردازش چدن و ​​فلزات غیر آهنی استفاده کرد. اگر مقدار کبالت به طور مناسب افزایش یابد، این نوع آلیاژ می تواند استحکام بالایی داشته باشد و می تواند برای ماشینکاری خشن و برش متناوب مواد مختلف سخت ماشین کاری استفاده شود.
6. انواع، ویژگی ها و کاربردهای ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا
فولاد پرسرعت (HSS) نوعی از فولاد ابزار پر آلیاژ است که حاوی مقدار قابل توجهی عناصر آلیاژی مانند W، Mo، Cr و V است. ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا از نظر استحکام، چقرمگی و عملکرد جامع عالی دارند. پردازش پذیری در ابزارهای برش پیچیده، به ویژه در ساخت ابزارهای پردازش سوراخ، برش های فرز، ابزارهای برش نخ، برش های کششی، ابزارهای برش چرخ دنده و سایر ابزارهای برش لبه شکل پیچیده، فولاد پرسرعت هنوز جایگاه اصلی را اشغال می کند. ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا به راحتی می توانند لبه های برش تیز را آسیاب کنند.
با توجه به کاربردهای مختلف، فولاد پرسرعت را می توان به فولاد پرسرعت همه منظوره و فولاد پرسرعت با کارایی بالا تقسیم کرد.

⑴ ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا
فولاد پرسرعت جهانی. به طور کلی می توان آن را به دو دسته تقسیم کرد: فولاد تنگستن و فولاد مولیبدن تنگستن. این نوع فولاد پرسرعت حاوی (C) از 0.7٪ تا 0.9٪ است. با توجه به محتوای تنگستن مختلف در فولاد، می توان آن را به فولاد تنگستن با محتوای W 12٪ یا 18٪، فولاد مولیبدن تنگستن با محتوای W 6٪ یا 8٪ و فولاد مولیبدن با محتوای W 2 تقسیم کرد. % یا بدون W. فولاد پرسرعت جهانی دارای سختی ({12}}HRC) و مقاومت در برابر سایش، استحکام و چقرمگی بالا، انعطاف پذیری خوب و قابلیت پردازش است و به طور گسترده در ساخت ابزارهای برش پیچیده مختلف استفاده می شود.
① فولاد تنگستن: درجه معمولی فولاد تنگستن فولادی همه منظوره با سرعت بالا W18Cr4V است (به آن W18 گفته می شود)، که دارای خواص جامع خوب و سختی دمای بالای 48.5HRC در 6000 درجه سانتیگراد است. می توان از آن برای ساخت انواع ابزارهای برش پیچیده استفاده کرد. مزایایی مانند آسیاب پذیری خوب و حساسیت کم کربن زدایی دارد، اما به دلیل محتوای بالای کاربید، توزیع ناهموار، ذرات بزرگتر و استحکام و چقرمگی کم.
② فولاد مولیبدن تنگستن: به فولادی با سرعت بالا اشاره دارد که با جایگزینی بخشی از تنگستن در فولاد تنگستن با مولیبدن به دست می آید. عیار معمولی فولاد مولیبدن تنگستن W6Mo5Cr4V2 است که به اختصار M2 نامیده می شود. ذرات کاربید M2 کوچک و یکنواخت هستند، با استحکام، چقرمگی و انعطاف پذیری در دمای بالا نسبت به W18Cr4V. نوع دیگری از فولاد مولیبدن تنگستن W9Mo3Cr4V (به اختصار W9) است که دارای پایداری حرارتی کمی بالاتر از فولاد M2، استحکام خمشی و چقرمگی بهتری نسبت به W6M05Cr4V2 است و قابلیت ماشین کاری خوبی دارد.
⑵ ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا
فولاد پرسرعت با کارایی بالا به نوع جدیدی از فولاد اطلاق می شود که مقداری کربن و وانادیوم و همچنین عناصر آلیاژی مانند Co و Al را به ترکیب فولاد پرسرعت همه منظوره اضافه می کند تا گرمای آن را بهبود بخشد. مقاومت و مقاومت در برابر سایش. به طور عمده دسته بندی های زیر وجود دارد:
① فولاد با کربن بالا. فولاد پرسرعت با کربن بالا (مانند 95W18Cr4V) دارای سختی بالا در دمای اتاق و دمای بالا است، که آن را برای تولید و پردازش فولاد و چدن معمولی، مته‌ها، ریمرها، شیرها و فرزها با الزامات مقاومت به سایش بالا مناسب می‌سازد. یا ابزارهای برش برای پردازش مواد سخت تر. برای تحمل ضربه های بزرگ مناسب نیست.
② فولاد با سرعت بالا وانادیوم بالا. گریدهای معمولی، مانند W12Cr4V4Mo (به عنوان EV4 نامیده می شود)، محتوای V را به 3٪ افزایش می دهند -5٪، مقاومت در برابر سایش خوبی دارند و برای برش موادی که باعث سایش قابل توجه ابزار می شوند، مانند الیاف، لاستیک سخت مناسب هستند. ، پلاستیک و غیره. همچنین می توان از آنها برای پردازش موادی مانند فولاد ضد زنگ، فولاد با مقاومت بالا و آلیاژهای با دمای بالا استفاده کرد.
③ فولاد کبالت با سرعت بالا. این متعلق به کبالت حاوی فولاد فوق سخت با سرعت بالا، با درجه معمولی مانند W2Mo9Cr4VCo8 (به عنوان M42) است که سختی بالایی دارد و می تواند به 69-70HRC برسد. برای پردازش فولاد مقاوم در برابر حرارت با مقاومت بالا، آلیاژهای با دمای بالا، آلیاژهای تیتانیوم و سایر مواد سخت برای ماشین کاری مناسب است. M42 قابلیت آسیاب خوبی دارد و برای ساخت ابزارهای برش دقیق و پیچیده مناسب است، اما برای کار در شرایط برش ضربه ای مناسب نیست.
④ آلومینیوم فولادی با سرعت بالا. این متعلق به آلومینیوم حاوی فولاد فوق سخت با سرعت بالا، با گریدهای معمولی مانند W6Mo5Cr4V2Al (به عنوان 501 نامیده می شود). سختی دمای بالا در 6000 درجه سانتیگراد نیز به 54HRC می رسد و عملکرد برش معادل M42 است. این برای ساخت فرز، مته‌ها، ریمرها، ابزارهای برش دنده، سوهان و غیره مناسب است و برای پردازش فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ، فولاد با مقاومت بالا و آلیاژهای با دمای بالا استفاده می‌شود.
⑤ فولاد فوق سخت نیتروژن با سرعت بالا. یک گرید معمولی، مانند W12M03Cr4V3N، که به اختصار V3N نامیده می شود، یک فولاد پرسرعت فوق سخت حاوی نیتروژن با سختی، استحکام و چقرمگی قابل مقایسه با M42 است. می توان آن را به عنوان جایگزینی برای کبالت حاوی فولاد پرسرعت برای برش کم سرعت مواد سخت و ماشینکاری با سرعت پایین و با دقت بالا استفاده کرد.
⑶ ذوب فولاد با سرعت بالا و فولاد متالورژی پودری با سرعت بالا
با توجه به فرآیندهای مختلف تولید، فولاد پرسرعت را می توان به فولاد پرسرعت ذوب شده و فولاد با سرعت بالا متالورژی پودر تقسیم کرد.
① ذوب فولاد پرسرعت: هر دو فولاد پرسرعت معمولی و فولاد پرسرعت با کارایی بالا با استفاده از روش ذوب تولید می شوند. آنها از طریق فرآیندهایی مانند ذوب، ریخته گری شمش و آبکاری و نورد به ابزارهای برش تبدیل می شوند. مشکل جدی که در حین ذوب فولاد سریع رخ می دهد جداسازی کاربید است. کاربیدهای سخت و شکننده به طور نابرابر در فولاد پرسرعت توزیع می شوند و اندازه دانه درشت است (تا ده ها میکرومتر) که اثرات نامطلوبی بر مقاومت در برابر سایش، چقرمگی و عملکرد برش ابزارهای برش فولادی با سرعت بالا دارد.
② فولاد پرسرعت متالورژیکی پودر (PM HSS): پودر فولاد پرسرعت متالورژی (PM HSS) یک مایع فولادی است که در یک کوره القایی با فرکانس بالا ذوب می شود که با آرگون فشار بالا یا گاز نیتروژن خالص اتمیزه می شود و سپس به سرعت سرد می شود. برای به دست آوردن ساختار کریستالی کوچک و یکنواخت (پودر فولاد پرسرعت). سپس پودر به دست آمده را در یک ابزار برش در دما و فشار بالا فشرده می کنند، یا ابتدا به شکل شمش فولادی ساخته می شود و سپس آهنگری می شود و به شکل ابزار برشی در می آید. در مقایسه با فولاد پرسرعت تولید شده به روش ذوب، PM HSS دارای مزایای دانه های کاربید کوچک و یکنواخت، استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش در مقایسه با فولاد با سرعت بالا ذوب شده است. ابزارهای PM HSS بیشتر توسعه خواهند یافت و جایگاه مهمی در زمینه ابزارهای پیچیده CNC خواهند داشت. از گریدهای معمولی مانند F15، FR71، GFl، GF2، GF3، PT1، PVN و غیره می توان برای ساخت ابزارهای برش با اندازه بزرگ، سنگین و مقاوم در برابر ضربه و همچنین ابزارهای برش دقیق استفاده کرد.
III اصول انتخاب مواد ابزار CNC
مواد ابزار CNC به طور گسترده در حال حاضر شامل ابزارهای الماس، ابزارهای نیترید بور مکعبی، ابزارهای سرامیکی، ابزارهای پوشش داده شده، ابزار آلیاژی سخت و ابزارهای فولادی با سرعت بالا هستند. درجات کلی بسیاری از مواد ابزار برش وجود دارد و عملکرد آنها بسیار متفاوت است. شاخص های اصلی عملکرد مواد مختلف ابزار در جدول زیر نشان داده شده است.

انتخاب مواد ابزار برش برای ماشینکاری CNC باید بر اساس قطعه کار در حال پردازش و خواص ماشینکاری باشد. انتخاب مواد ابزار باید به طور منطقی با شی ماشین کاری مطابقت داشته باشد. تطبیق مواد ابزار برش با شی ماشینکاری عمدتاً به تطابق خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی آنها اشاره دارد تا به طولانی ترین عمر ابزار و حداکثر بهره وری برش دست یابد.
1. تطبیق خواص مکانیکی بین مواد ابزار برش و اجسام ماشینکاری
مشکل تطبیق عملکرد مکانیکی بین ابزارهای برش و اجسام ماشینکاری عمدتاً به تطابق پارامترهای عملکرد مکانیکی مانند استحکام، چقرمگی و سختی بین ابزار و مواد قطعه کار اشاره دارد. مواد ابزار برش با خواص مکانیکی مختلف برای پردازش مواد مختلف قطعه کار مناسب هستند.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>فولاد پر سرعت
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>ابزارهای الماس و نیترید بور مکعبی.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>نیترید بور مکعبی، الماس و ابزار سرامیکی.
مواد قطعه کار با سختی بالا باید با ابزارهای برش با سختی بالاتر پردازش شوند و سختی مواد ابزار برش باید بیشتر از مواد قطعه کار باشد و معمولاً به سختی 60HRC یا بالاتر نیاز دارند. هرچه سختی مواد ابزار بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر سایش بهتر است. به عنوان مثال، با افزایش محتوای کبالت در آلیاژهای سخت، استحکام و چقرمگی آنها افزایش می یابد، در حالی که سختی کاهش می یابد و آنها را برای ماشینکاری خشن مناسب می کند. هنگامی که محتوای کبالت کاهش می یابد، سختی و مقاومت در برابر سایش افزایش می یابد و آن را برای ماشینکاری دقیق مناسب می کند.
ابزارهایی با خواص مکانیکی عالی در دمای بالا به ویژه برای برش با سرعت بالا مناسب هستند. عملکرد عالی ابزارهای برش سرامیکی در دمای بالا آنها را قادر می سازد تا با سرعت بالا برش دهند و سرعت برش مجاز را می توان تا 2-10 برابر نسبت به آلیاژهای سخت افزایش داد.
2. تطبیق خواص فیزیکی مواد ابزار برش و اشیاء ماشینکاری
ابزارهایی با خواص فیزیکی متفاوت مانند ابزارهای فولادی پرسرعت با رسانایی حرارتی بالا و نقطه ذوب پایین، ابزارهای سرامیکی با نقطه ذوب بالا و انبساط حرارتی کم و ابزارهای الماسی با رسانایی حرارتی بالا و انبساط حرارتی کم برای پردازش های مختلف مناسب هستند. مواد قطعه کار هنگام پردازش قطعات کار با هدایت حرارتی ضعیف، باید از مواد ابزار با هدایت حرارتی خوب برای انتقال سریع حرارت برش و کاهش دمای برش استفاده شود. الماس، به دلیل رسانایی حرارتی بالا و سرعت انتشار حرارتی، مستعد اتلاف حرارت برش است و تغییر شکل حرارتی قابل توجهی ایجاد نمی کند، که به ویژه برای ابزارهای ماشینکاری دقیق که نیاز به دقت ابعادی بالایی دارند، مهم است.
① دمای مقاومت حرارتی مواد مختلف ابزار برش: 700-8000C برای ابزارهای برش الماس، 13000-15000C برای ابزارهای برش PCBN، 1100-12000C برای ابزارهای برش سرامیکی، 900-11000C برای آلیاژهای سخت مبتنی بر TiC (N)، 800-9000C برای آلیاژهای سخت دانه بسیار ریز مبتنی بر WC، و 600-7000C برای HSS.
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>سرامیک پایه A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>سرامیک پایه A1203.
3. تطبیق خواص شیمیایی بین مواد ابزار برش و اشیاء ماشینکاری
مشکل تطبیق عملکرد شیمیایی بین مواد ابزار برش و اجسام ماشینکاری عمدتاً به تطابق پارامترهای عملکرد شیمیایی مانند میل ترکیبی شیمیایی، واکنش شیمیایی، انتشار و انحلال بین مواد ابزار و مواد قطعه کار اشاره دارد. ابزارهای برش با مواد مختلف برای پردازش مواد مختلف قطعه کار مناسب هستند.
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS.
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>الماس
4. انتخاب معقول مواد ابزار CNC
به طور کلی، PCBN، ابزارهای برش سرامیکی، آلیاژهای سخت روکش شده و ابزارهای برش آلیاژ سخت مبتنی بر TiCN برای ماشینکاری CNC فلزات سیاه مانند فولاد مناسب هستند. ابزارهای PCD برای پردازش مواد فلزی غیرآهنی مانند Al، Mg، Cu و همچنین آلیاژها و مواد غیرفلزی آنها مناسب هستند. جدول 3-3-2 برخی از مواد قطعه کار مناسب برای ماشینکاری با مواد ابزار فوق الذکر را فهرست کرده است.
در جدول زیر برخی از مواد قطعه کار که برای پردازش با مواد مختلف ابزار مناسب هستند فهرست شده است.