La combinaison d'équipements de traitement avancés et d'outils de coupe CNC hautes performances peut tirer pleinement parti de ses performances et obtenir de bons avantages économiques. Avec le développement rapide des matériaux d'outils de coupe, divers nouveaux matériaux d'outils de coupe ont considérablement amélioré leurs propriétés physiques, mécaniques et leurs performances de coupe, et leur domaine d'application a également continué à s'étendre.
1. Les matériaux d'outils doivent avoir des propriétés de base
Le choix du matériau de l'outil a une grande influence sur la durée de vie de l'outil, l'efficacité de traitement, la qualité de traitement et le coût de traitement. Lorsque l'outil coupe, il doit supporter les effets de la haute pression, de la haute température, du frottement, des chocs et des vibrations. Par conséquent, le matériau de l'outil doit avoir les propriétés de base suivantes :
(1) Dureté et résistance à l'usure. La dureté du matériau de l'outil doit être supérieure à celle du matériau de la pièce, généralement supérieure à 60HRC. Plus le matériau de l'outil est dur, meilleure est la résistance à l'usure.
(2) Force et ténacité. Les matériaux des outils doivent avoir une résistance et une ténacité élevées pour résister aux forces de coupe, aux chocs et aux vibrations, et empêcher la rupture fragile et l'écaillage des outils.
(3) Résistance à la chaleur. La résistance à la chaleur du matériau de l'outil est meilleure, il peut supporter des températures de coupe élevées et il a une bonne résistance à l'oxydation.
(4) Performance et économie du processus. Les matériaux d'outils doivent avoir de bonnes performances de forgeage, de traitement thermique, de soudage, de meulage, etc., et doivent rechercher un rapport performances-prix élevé.
2. Types, propriétés, caractéristiques et applications des matériaux d'outils
1. Types, propriétés et caractéristiques des matériaux d'outils diamantés et des applications d'outils
Le diamant est un allotrope du carbone et c'est le matériau le plus dur que l'on trouve dans la nature. Les outils diamantés ont une dureté élevée, une résistance élevée à l'usure et une conductivité thermique élevée, et sont largement utilisés dans le traitement des métaux non ferreux et des matériaux non métalliques. En particulier dans la coupe à grande vitesse de l'aluminium et des alliages silicium-aluminium, les outils diamantés sont les principaux types d'outils de coupe difficiles à remplacer. Les outils diamantés qui peuvent atteindre un rendement élevé, une stabilité élevée et un usinage de longue durée sont des outils indispensables et importants dans l'usinage CNC moderne.
⑴ Types d'outils diamantés
① Outil en diamant naturel : le diamant naturel est utilisé comme outil de coupe depuis des centaines d'années. L'outil en diamant monocristallin naturel a été finement broyé et le tranchant peut être extrêmement tranchant. Le rayon de l'arête de coupe peut atteindre 0.002μm, ce qui peut réaliser une coupe ultra-fine et peut C'est un outil d'usinage ultra-précis reconnu, idéal et irremplaçable pour le traitement d'une précision de pièce extrêmement élevée et d'une rugosité de surface extrêmement faible.
② Outil diamant PCD : Le diamant naturel est cher et le diamant polycristallin (PCD) est largement utilisé pour la coupe. Depuis le début des années 1970, le diamant polycristallin (diamant polycristallin, PCD en abrégé) a été développé. Après le succès, les outils en diamant naturel ont été remplacés par du diamant polycristallin artificiel à de nombreuses reprises. Les matières premières PCD sont riches en sources, et son prix n'est que de quelques dixièmes à un dixième des diamants naturels.
Les outils PCD ne peuvent pas meuler des arêtes extrêmement tranchantes et la qualité de surface des pièces traitées n'est pas aussi bonne que celle du diamant naturel. Il n'est pas pratique de fabriquer des inserts PCD avec des brise-copeaux dans l'industrie. Par conséquent, le PCD ne peut être utilisé que pour la coupe fine de métaux non ferreux et de non-métaux, et il est difficile d'obtenir une coupe miroir ultra-précise.
③ Outils diamantés CVD : De la fin des années 1970 au début des années 1980, la technologie diamantée CVD est apparue au Japon. Le diamant CVD fait référence à la synthèse d'un film de diamant sur des substrats hétérogènes (tels que le carbure cémenté, la céramique, etc.) par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Le diamant CVD a exactement la même structure et les mêmes caractéristiques que le diamant naturel.
Les performances du diamant CVD sont très proches de celles du diamant naturel, et il présente les avantages du diamant monocristallin naturel et du diamant polycristallin (PCD), et surmonte leurs défauts dans une certaine mesure.
⑵ Caractéristiques de performance des outils diamantés
① Dureté et résistance à l'usure extrêmement élevées : le diamant naturel est la substance la plus dure que l'on trouve dans la nature. Le diamant a une résistance à l'usure extrêmement élevée. Lors du traitement de matériaux très durs, la durée de vie des outils diamantés est 10 à 100 fois supérieure à celle des outils en carbure cémenté, voire des centaines de fois.
② Il a un très faible coefficient de frottement : le coefficient de frottement entre le diamant et certains métaux non ferreux est inférieur à celui d'autres outils de coupe, le coefficient de frottement est faible, la déformation pendant le traitement est faible et la force de coupe peut reduire.
③ Le tranchant est très tranchant : le tranchant des outils diamantés peut être affûté, et l'outil diamant monocristallin naturel peut être aussi haut que 0.002-0.008μm, qui peut être utilisé pour l'ultra -coupe fine et usinage ultra-précis.
④ A une conductivité thermique élevée: le diamant a une conductivité thermique et une diffusivité thermique élevées, la chaleur de coupe est facilement dissipée et la température de la partie coupante de l'outil est basse.
⑤ Faible coefficient de dilatation thermique : le coefficient de dilatation thermique du diamant est plusieurs fois inférieur à celui du carbure cémenté, et le changement de taille d'outil causé par la chaleur de coupe est très faible, ce qui est particulièrement important pour l'usinage de précision et d'ultra-précision qui nécessite une haute Précision dimensionnelle.
⑶ Application d'outils diamantés
Les outils diamantés sont principalement utilisés pour la coupe fine et l'alésage de métaux non ferreux et de matériaux non métalliques à grande vitesse. Il convient au traitement de divers non-métaux résistants à l'usure, tels que les ébauches de métallurgie des poudres FRP, les matériaux céramiques, etc. divers métaux non ferreux résistants à l'usure, tels que divers alliages silicium-aluminium; divers traitements de finition des métaux non ferreux.
L'inconvénient des outils diamantés est qu'ils ont une faible stabilité thermique. Lorsque la température de coupe dépasse 700 degrés à 800 degrés, elle perdra complètement sa dureté ; de plus, il ne convient pas pour couper les métaux ferreux, car le diamant (carbone) se lie facilement au fer à haute température. L'action atomique convertit les atomes de carbone en une structure de graphite et l'outil est facilement endommagé.
2. Types, propriétés et caractéristiques des matériaux d'outils en nitrure de bore cubique et des applications d'outils
Le nitrure de bore cubique (CBN), le deuxième matériau extra-dur synthétisé par un procédé similaire à celui du diamant, n'est le deuxième que le diamant en termes de dureté et de conductivité thermique. Il a une excellente stabilité thermique et peut être chauffé à 10,000 degré dans l'atmosphère. L'oxydation ne se produit pas. Le CBN a des propriétés chimiques extrêmement stables pour les métaux ferreux et peut être largement utilisé dans le traitement des produits en acier.
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⑴ Types d'outils de coupe en nitrure de bore cubique
Le nitrure de bore cubique (CBN) est une substance qui n'existe pas dans la nature. Il peut être divisé en monocristal et polycristallin, c'est-à-dire monocristal CBN et nitrure de bore cubique polycristallin (bornitrure cubique polycristallin, appelé PCBN). Le CBN est l'un des isomères du nitrure de bore (BN) et sa structure est similaire à celle du diamant.
Le PCBN (nitrure de bore cubique polycristallin) est un matériau polycristallin qui fritte des matériaux CBN fins à travers une phase de liaison (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) sous haute température et haute pression. Matériau d'outil diamanté, lui et le diamant étant collectivement appelés matériau d'outil extra-dur. Le PCBN est principalement utilisé pour fabriquer des couteaux ou d'autres outils.
Les outils PCBN peuvent être divisés en inserts PCBN intégrés et en inserts composites PCBN frittés avec du carbure cémenté.
Les inserts composites PCBN sont fabriqués en frittant une couche de PCBN d'une épaisseur de {{0}}.5 à 1,0 mm sur un carbure cémenté avec une bonne résistance et ténacité. Ses performances ont à la fois une bonne ténacité et une dureté et une résistance à l'usure élevées. Les problèmes de faible résistance à la flexion et les difficultés de soudage des inserts CBN sont résolus.
⑵ Principales propriétés et caractéristiques du nitrure de bore cubique
Bien que la dureté du nitrure de bore cubique soit légèrement inférieure à celle du diamant, elle est bien supérieure à celle des autres matériaux à haute dureté. L'avantage exceptionnel du CBN est que sa stabilité thermique est bien supérieure à celle du diamant, qui peut atteindre plus de 1200 degrés (700-800 degrés pour le diamant). réaction. Les principales caractéristiques de performance du nitrure de bore cubique sont les suivantes.
① Dureté et résistance à l'usure élevées : la structure cristalline du CBN est similaire à celle du diamant et a une dureté et une résistance similaires à celles du diamant. Le PCBN est particulièrement adapté au traitement de matériaux à haute dureté qui ne pouvaient être rectifiés qu'auparavant et peut obtenir une meilleure qualité de surface des pièces.
② Stabilité thermique élevée : la résistance à la chaleur du CBN peut atteindre 1400-1500 degré, ce qui est presque 1 fois supérieur à celui du diamant (700-800 degré). Les outils PCBN peuvent couper les alliages à haute température et les aciers trempés à une vitesse 3 à 5 fois supérieure à celle des outils en carbure cémenté.
③Excellente stabilité chimique : il n'a pas d'interaction chimique avec les matériaux à base de fer à 1200-1300 degré, et il ne s'usera pas aussi brusquement que le diamant, et il peut toujours maintenir la dureté du carbure cémenté à ce moment ; Les outils PCBN conviennent à la coupe de pièces en acier trempé et de fonte refroidie, peuvent être largement utilisés dans la coupe à grande vitesse de la fonte.
④ Bonne conductivité thermique : bien que la conductivité thermique du CBN ne soit pas aussi bonne que celle du diamant, la conductivité thermique du PCBN est la deuxième après le diamant parmi les différents matériaux d'outils, et est bien supérieure à celle de l'acier rapide et du carbure cémenté.
⑤ Faible coefficient de frottement : un faible coefficient de frottement peut réduire la force de coupe pendant la coupe, réduire la température de coupe et améliorer la qualité de la surface usinée.
⑶ Application de l'outil de nitrure de bore cubique
Le nitrure de bore cubique convient à la finition de divers matériaux difficiles à couper tels que l'acier trempé, la fonte dure, l'alliage haute température, l'alliage dur et les matériaux de pulvérisation de surface. La précision d'usinage peut atteindre IT5 (le trou est IT6) et la rugosité de surface peut être aussi petite que Ra1.25-0.20μm.
Le matériau d'outil en nitrure de bore cubique a une ténacité et une résistance à la flexion médiocres. Par conséquent, les outils de tournage en nitrure de bore cubique ne conviennent pas à l'usinage grossier à faible vitesse et à forte charge d'impact ; Des arêtes accumulées sévères se produiront dans le cas du métal, ce qui détériorera la surface usinée.
3. Types, propriétés et caractéristiques des matériaux d'outils en céramique et des applications d'outils
Les outils de coupe en céramique ont les caractéristiques d'une dureté élevée, d'une bonne résistance à l'usure, d'une excellente résistance à la chaleur et d'une stabilité chimique, et ne sont pas faciles à lier au métal. Les outils de coupe en céramique occupent une place très importante dans l'usinage CNC. Les outils de coupe en céramique sont devenus l'un des principaux outils de coupe pour la coupe et le traitement à grande vitesse de matériaux difficiles à usiner. Les outils de coupe en céramique sont largement utilisés dans la coupe à grande vitesse, la coupe à sec, la coupe dure et la coupe de matériaux difficiles à usiner. Les couteaux en céramique peuvent traiter efficacement des matériaux très durs que les couteaux traditionnels ne peuvent pas du tout traiter et réalisent le "remplacement du meulage par une voiture" ; la vitesse de coupe optimale des couteaux en céramique peut être 2 à 10 fois supérieure à celle des couteaux en carbure cémenté, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de production du traitement de coupe. La principale matière première utilisée dans les matériaux d'outils en céramique est l'élément le plus abondant de la croûte terrestre. Par conséquent, la vulgarisation et l'application des outils en céramique sont d'une grande importance pour améliorer la productivité, réduire les coûts de traitement et économiser les métaux précieux stratégiques, et favoriseront également grandement le développement de la technologie de coupe. progrès.
⑴ Types de matériaux d'outils en céramique
Les types de matériaux d'outils en céramique peuvent généralement être divisés en trois catégories : les céramiques à base d'alumine, les céramiques à base de nitrure de silicium et les céramiques composites à base de nitrure de silicium et d'alumine. Parmi eux, les matériaux d'outils en céramique à base d'alumine et de nitrure de silicium sont les plus largement utilisés. Les performances des céramiques à base de nitrure de silicium sont supérieures à celles des céramiques à base d'alumine.
⑵ Performances et caractéristiques des outils de coupe en céramique
Les caractéristiques de performance des outils de coupe en céramique sont les suivantes :
① Dureté élevée et bonne résistance à l'usure : bien que la dureté des outils en céramique ne soit pas aussi élevée que celle du PCD et du PCBN, elle est bien supérieure à celle des outils en carbure cémenté et en acier rapide, atteignant 93-95HRA. Les outils en céramique peuvent traiter des matériaux de haute dureté difficiles à traiter avec des outils traditionnels et conviennent à la coupe à grande vitesse et à la coupe dure.
② Résistance aux hautes températures et bonne résistance à la chaleur : les outils en céramique peuvent toujours couper à des températures élevées supérieures à 1200 degrés. Les couteaux en céramique ont de bonnes propriétés mécaniques à haute température et la résistance à l'oxydation des couteaux en céramique A12O3 est particulièrement bonne. Même si le tranchant est dans un état chauffé au rouge, il peut être utilisé en continu. Par conséquent, les outils en céramique peuvent réaliser une coupe à sec, ce qui peut économiser du liquide de coupe.
③ Bonne stabilité chimique : les outils de coupe en céramique ne sont pas faciles à coller avec le métal, et sont résistants à la corrosion et chimiquement stables, ce qui peut réduire l'usure de liaison des outils de coupe.
④ Faible coefficient de frottement : l'affinité entre les outils de coupe en céramique et le métal est faible et le coefficient de frottement est faible, ce qui peut réduire la force de coupe et la température de coupe.
⑶ Application de couteaux en céramique
La céramique est l'un des matériaux d'outillage principalement utilisé pour la finition et la semi-finition à grande vitesse. Les outils de coupe en céramique conviennent à la coupe de toutes sortes de fonte (fonte grise, fonte ductile, fonte malléable, fonte refroidie, fonte hautement alliée résistante à l'usure) et d'acier (acier de construction au carbone, acier de construction allié, acier à haute résistance , acier à haute teneur en manganèse, acier trempé, etc.), peut également être utilisé pour couper les alliages de cuivre, le graphite, les plastiques techniques et les matériaux composites.
Il existe des problèmes de faible résistance à la flexion et de faible résistance aux chocs dans les performances des matériaux d'outils en céramique, qui ne conviennent pas à la coupe à faible vitesse et à faible charge d'impact.
4. Propriétés et caractéristiques des matériaux d'outils de coupe revêtus et application des outils de coupe
Le revêtement de l'outil est l'un des moyens importants d'améliorer les performances de l'outil. L'émergence des outils de coupe revêtus a fait une percée majeure dans les performances de coupe des outils de coupe. L'outil revêtu est revêtu d'une ou plusieurs couches de composé réfractaire avec une bonne résistance à l'usure sur le corps d'outil plus résistant, qui combine le substrat d'outil avec le revêtement dur, de sorte que les performances de l'outil sont grandement améliorées. Les outils de coupe revêtus peuvent améliorer l'efficacité du traitement, améliorer la précision du traitement, prolonger la durée de vie de l'outil et réduire les coûts de traitement.
Environ 80 % des outils de coupe utilisés dans les nouvelles machines-outils à commande numérique utilisent des outils revêtus. Les outils de coupe revêtus seront les variétés d'outils les plus importantes dans le domaine de l'usinage CNC à l'avenir.
⑴ Types d'outils revêtus
Selon différentes méthodes de revêtement, les outils revêtus peuvent être divisés en outils revêtus par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et outils revêtus par dépôt physique en phase vapeur (PVD). Les outils en carbure revêtus utilisent généralement un dépôt chimique en phase vapeur et la température de dépôt est d'environ 1000 degrés. Les outils en acier à grande vitesse revêtus utilisent généralement un dépôt physique en phase vapeur et la température de dépôt est d'environ 500 degrés;
Selon les différents matériaux de substrat des outils revêtus, les outils revêtus peuvent être divisés en outils revêtus en carbure, outils revêtus en acier rapide et outils revêtus sur céramique et matériaux extra-durs (diamant et nitrure de bore cubique).
Selon la nature du matériau de revêtement, les outils revêtus peuvent être divisés en deux catégories, à savoir les outils revêtus "durs" et les outils revêtus "tendres". Les principaux objectifs poursuivis par les outils à revêtement "dur" sont une dureté et une résistance à l'usure élevées. Ses principaux avantages sont une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure, généralement des revêtements TiC et TiN. L'objectif poursuivi par les outils de revêtement "souples" est un faible coefficient de frottement, également appelé outils autolubrifiants, et son frottement avec le matériau de la pièce Le coefficient est très faible, seulement environ 0.1, ce qui peut réduire collage, réduire le frottement, réduire la force de coupe et la température de coupe.
Récemment développé un outil de nano-revêtement (Nanoeoating). Cet outil revêtu peut utiliser différentes combinaisons de divers matériaux de revêtement (tels que métal/métal, métal/céramique, céramique/céramique, etc.) pour répondre à différentes exigences fonctionnelles et de performance. Un nano-revêtement correctement conçu peut donner au matériau de l'outil d'excellentes fonctions anti-friction et anti-usure et des propriétés autolubrifiantes, ce qui convient à la coupe à sec à grande vitesse.
⑵ Caractéristiques des outils revêtus
Les caractéristiques de performance des outils revêtus sont les suivantes :
① Bonnes propriétés mécaniques et de coupe : les outils revêtus combinent les excellentes propriétés du matériau de base et du matériau de revêtement
Il maintient non seulement la bonne ténacité et la haute résistance de la matrice, mais possède également la dureté élevée, la résistance élevée à l'usure et le faible coefficient de frottement du revêtement. Par conséquent, la vitesse de coupe de l'outil revêtu peut être augmentée de plus de 2 fois par rapport à celle de l'outil non revêtu, et une vitesse d'avance plus élevée est autorisée. La durée de vie de l'outil revêtu est également augmentée.
② Forte polyvalence : les outils revêtus ont une grande polyvalence et la gamme de traitement a été considérablement élargie. Un outil revêtu peut remplacer plusieurs outils non revêtus.
③ Épaisseur du revêtement : avec l'augmentation de l'épaisseur du revêtement, la durée de vie de l'outil augmentera également, mais lorsque l'épaisseur du revêtement atteindra la saturation, la durée de vie de l'outil n'augmentera plus de manière significative. Lorsque le revêtement est trop épais, il est facile de provoquer un pelage ; lorsque le revêtement est trop mince, la résistance à l'usure est mauvaise.
④ Réaffûtabilité : les lames revêtues ont une faible réaffûtabilité, un équipement de revêtement complexe, des exigences de processus élevées et un temps de revêtement long.
⑤ Matériau de revêtement : Les outils avec différents matériaux de revêtement ont des performances de coupe différentes. Par exemple : lors de la coupe à basse vitesse, le revêtement TiC présente un avantage ; lors de la coupe à grande vitesse, le TiN est plus approprié.
⑶ Application d'outils revêtus
Les outils de coupe revêtus ont un grand potentiel dans le domaine de l'usinage CNC et seront à l'avenir la variété d'outils la plus importante dans le domaine de l'usinage CNC. La technologie de revêtement a été appliquée aux fraises en bout, aux alésoirs, aux perceuses, aux outils de traitement des trous composés, aux fraises à engrenages, aux fraises à façonner les engrenages, aux fraises à raser les engrenages, aux broches de formage et à diverses plaquettes indexables de serrage de machine pour répondre aux exigences de la coupe à grande vitesse Acier et fonte , alliages résistants à la chaleur et métaux non ferreux et autres matériaux.
5. Types, propriétés, caractéristiques et applications des matériaux d'outils en carbure cémenté
Les outils de coupe en carbure, en particulier les outils de coupe en carbure indexables, sont les produits phares des outils d'usinage CNC. Depuis les années 1980, divers outils de coupe ou lames en carbure intégrés et indexables ont été étendus à divers Dans le domaine des divers outils de coupe, les outils en carbure indexables sont passés de simples outils de tournage et de fraises à surfacer à divers champs d'outils de précision, complexes et de formage.
⑴ Types d'outils en carbure cémenté
Selon la composition chimique principale, le carbure cémenté peut être divisé en carbure cémenté à base de carbure de tungstène et en carbure cémenté à base de carbone de titane (nitrure) (TiC(N)).
Le carbure cémenté à base de carbure de tungstène comprend trois types : le tungstène-cobalt (YG), le tungstène-cobalt-titane (YT) et les carbures rares (YW), chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. Les principaux composants sont le carbure de tungstène (WC), le carbure de titane (TiC), le carbure de tantale (TaC), le carbure de niobium (NbC), etc., et la phase liante métallique couramment utilisée est le Co.
Le carbure cémenté à base de carbone (nitrure) à base de titane est un carbure cémenté avec TiC comme composant principal (d'autres carbures ou nitrures sont ajoutés), et les phases de liant métallique couramment utilisées sont Mo et Ni.
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) divise le carbure cémenté pour la coupe en trois catégories :
La catégorie K, y compris Kl0~K40, est équivalente à la catégorie YG de mon pays (le composant principal est WC.Co).
La catégorie P, y compris P01~P50, est équivalente à la catégorie YT de mon pays (principalement composée de WC.TiC.Co).
La catégorie M, y compris M10~M40, est équivalente à la catégorie YW de mon pays (le composant principal est WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Chaque nuance représente une série d'alliages allant de la dureté élevée à la ténacité maximale avec des nombres compris entre 01 et 50.
⑵ Caractéristiques de performance des outils de coupe en carbure cémenté
Les caractéristiques de performance des outils de coupe en carbure cémenté sont les suivantes :
① Dureté élevée : les outils de coupe en carbure cémenté sont constitués de carbure à haute dureté et point de fusion (appelé phase dure) et de liant métallique (appelé phase de liaison) par la méthode de la métallurgie des poudres, et sa dureté atteint 89-93HRA, bien supérieure à acier rapide, à 5400C, la dureté peut encore atteindre 82-87HRA, qui est la même que celle de l'acier rapide à température ambiante (83-86HRA). La valeur de dureté du carbure cémenté varie avec la nature, la quantité, la granulométrie et la teneur de la phase métallique de liaison du carbure, et diminue généralement avec l'augmentation de la teneur en phase métallique de liaison. Lorsque la teneur en phase liante est la même, la dureté des alliages YT est supérieure à celle des alliages YG, et les alliages additionnés de TaC (NbC) ont une dureté à haute température plus élevée.
② Résistance à la flexion et ténacité : la résistance à la flexion du carbure cémenté couramment utilisé est de l'ordre de 900-1500 MPa. Plus la teneur en phase liante métallique est élevée, plus la résistance à la flexion est élevée. Lorsque la teneur en liant est la même, la résistance de l'alliage de type YG (WC-Co) est supérieure à celle de l'alliage de type YT (WC-TiC-Co) et la résistance diminue avec l'augmentation de la teneur en TiC. Le carbure cémenté est un matériau fragile et sa résistance aux chocs à température ambiante n'est que de 1/30 à 1/8 de celle de l'acier rapide.
⑶ Application d'outils de coupe en carbure couramment utilisés
Les alliages YG sont principalement utilisés pour le traitement de la fonte, des métaux non ferreux et des matériaux non métalliques. Les alliages durs à grain fin (tels que YG3X, YG6X) ont une dureté et une résistance à l'usure plus élevées que les alliages durs à grain moyen lorsque la teneur en cobalt est la même, et conviennent au traitement de certaines fontes dures spéciales, acier inoxydable austénitique, résistant à la chaleur alliages, alliage de titane, bronze dur et matériaux isolants résistants à l'usure, etc.
Les avantages exceptionnels du carbure cémenté YT sont une dureté élevée, une bonne résistance à la chaleur, une dureté et une résistance à la compression plus élevées à haute température que le carbure cémenté YG et une bonne résistance à l'oxydation. Par conséquent, lorsque le couteau doit avoir une résistance à la chaleur et une résistance à l'usure plus élevées, la nuance avec une teneur en TiC plus élevée doit être sélectionnée. Les alliages YT conviennent au traitement des matières plastiques telles que l'acier, mais ne conviennent pas au traitement des alliages de titane et des alliages silicium-aluminium.
L'alliage YW a les propriétés des alliages YG et YT, et a de bonnes performances globales. Il peut être utilisé non seulement pour le traitement des matériaux en acier, mais également pour le traitement de la fonte et des métaux non ferreux. Si la teneur en cobalt est augmentée de manière appropriée, la résistance de ce type d'alliage peut être très élevée et il peut être utilisé pour l'usinage grossier et la coupe intermittente de divers matériaux difficiles à usiner.
6. Types, caractéristiques et applications des outils de coupe en acier rapide
L'acier rapide (HSS en abrégé) est un acier à outils hautement allié avec plus d'éléments d'alliage tels que W, Mo, Cr et V ajoutés. Les outils de coupe en acier rapide ont d'excellentes performances globales en termes de résistance, de ténacité et de fabricabilité. Dans les outils de coupe complexes, en particulier dans la fabrication d'outils de traitement de trous, de fraises, d'outils de filetage, de broches, d'outils de coupe d'engrenages et d'autres outils de coupe complexes, l'acier rapide occupe toujours une position dominante. Les couteaux en acier rapide sont faciles à affûter.
Selon les différentes utilisations, l'acier rapide peut être divisé en acier rapide à usage général et en acier rapide à hautes performances.
⑴ Outils de coupe en acier rapide à usage général
Acier rapide à usage général. Généralement, il peut être divisé en deux types : l'acier au tungstène et l'acier au tungstène-molybdène. Ce type d'acier rapide contient un additif (C) de 0,7 % à 0,9 %. Selon la teneur différente en tungstène de l'acier, il peut être divisé en acier au tungstène avec 12% ou 18% W, en acier au tungstène-molybdène avec 6% ou 8% W et en acier au molybdène avec 2% ou pas de W. . L'acier rapide à usage général a une certaine dureté (63-66HRC) et résistance à l'usure, une résistance et une ténacité élevées, une bonne plasticité et une bonne technologie de traitement, il est donc largement utilisé dans la fabrication de divers outils complexes.
① Acier au tungstène : la qualité typique de l'acier au tungstène en acier rapide à usage général est W18Cr4V, (W18 en abrégé), qui offre de bonnes performances globales. La dureté à haute température à 6000C est de 48,5HRC et peut être utilisée pour fabriquer divers outils complexes. Il présente les avantages d'une bonne broyabilité et d'une faible sensibilité à la décarburation, mais en raison de la teneur élevée en carbures, la distribution est relativement inégale, les particules sont grosses et la résistance et la ténacité ne sont pas élevées.
② Acier au tungstène-molybdène : désigne un acier rapide obtenu en remplaçant une partie du tungstène de l'acier au tungstène par du molybdène. La nuance typique d'acier au tungstène-molybdène est W6Mo5Cr4V2, (M2 en abrégé). Les particules de carbure de M2 sont fines et uniformes, et sa résistance, sa ténacité et sa plasticité à haute température sont meilleures que celles de W18Cr4V. Un autre acier au tungstène-molybdène est W9Mo3Cr4V (W9 en abrégé), sa stabilité thermique est légèrement supérieure à celle de l'acier M2, sa résistance à la flexion et sa ténacité sont meilleures que W6M05Cr4V2 et il a une bonne usinabilité.
⑵ Outils de coupe en acier rapide haute performance
L'acier rapide à haute performance fait référence à un nouveau type d'acier qui ajoute une certaine teneur en carbone, une teneur en vanadium et des éléments d'alliage tels que Co et Al à la composition d'acier rapide à usage général, afin d'améliorer sa résistance à la chaleur et résistance à l'usure. Il existe principalement les catégories suivantes :
① Acier rapide à haute teneur en carbone. L'acier rapide à haute teneur en carbone (tel que 95W18Cr4V), avec une dureté élevée à température ambiante et à haute température, convient à la fabrication et au traitement de l'acier ordinaire et de la fonte, des forets, des alésoirs, des tarauds et des fraises avec des exigences de résistance à l'usure élevées, ou outils pour le traitement de matériaux plus durs. Il n'est pas adapté pour résister à des impacts importants.
② Acier rapide à haute teneur en vanadium. Les nuances typiques, telles que W12Cr4V4Mo, (appelées EV4), contenant V augmenté de 3% à 5%, bonne résistance à l'usure, adaptées à la coupe de matériaux avec une grande usure des outils, tels que la fibre, le caoutchouc dur, le plastique, etc., peuvent également être utilisé pour le traitement de matériaux tels que l'acier inoxydable, l'acier à haute résistance et les alliages à haute température.
③ Acier rapide au cobalt. Il s'agit d'un acier rapide ultra-dur contenant du cobalt, une nuance typique, telle que W2Mo9Cr4VCo8, (M42 en abrégé), a une dureté élevée et sa dureté peut atteindre 69-70HRC. Il convient au traitement de l'acier à haute résistance résistant à la chaleur, des alliages à haute température, des alliages de titane, etc. Matériau d'usinage, M42 a une bonne meulabilité et convient à la fabrication d'outils de précision et complexes, mais il ne convient pas au travail sous impact conditions.
④ Acier rapide en aluminium. Il appartient à l'acier rapide extra-dur contenant de l'aluminium, des nuances typiques, telles que W6Mo5Cr4V2Al, (en abrégé 501), la dureté à haute température atteint 54HRC à 6000C et les performances de coupe sont équivalentes à M42. Il convient à la fabrication de fraises, perceuses, alésoirs, fraises à engrenages et broches. etc., utilisé pour traiter des matériaux tels que l'acier allié, l'acier inoxydable, l'acier à haute résistance et le superalliage.
⑤ Acier rapide extra-dur à l'azote. Les nuances typiques, telles que W12M03Cr4V3N, appelées (V3N), sont des aciers rapides extra-durs contenant de l'azote. La dureté, la résistance et la ténacité sont équivalentes à M42. traitement.
(3) Fusion de l'acier rapide et de l'acier rapide de la métallurgie des poudres
Selon différents procédés de fabrication, l'acier rapide peut être divisé en acier rapide de fusion et acier rapide de métallurgie des poudres.
① Fusion de l'acier rapide : l'acier rapide ordinaire et l'acier rapide haute performance sont fabriqués par fusion. Ils sont transformés en couteaux par des processus tels que la fusion, la coulée de lingots, le placage et le laminage. Le grave problème susceptible de survenir lors de la fusion d'acier rapide est la ségrégation des carbures. Les carbures durs et cassants sont inégalement répartis dans l'acier rapide et les grains sont grossiers (jusqu'à des dizaines de microns). et des effets néfastes sur les performances de coupe.
② Acier rapide de métallurgie des poudres (PM HSS): L'acier rapide de métallurgie des poudres (PM HSS) est de l'acier fondu fondu dans un four à induction à haute fréquence, atomisé avec de l'argon à haute pression ou de l'azote pur, puis trempé pour obtenir une amende et microstructure de cristaux uniformes (poudre d'acier rapide), puis pressez la poudre obtenue dans une ébauche de couteau à haute température et haute pression, ou faites d'abord une billette d'acier, puis forgez-la et roulez-la en forme de couteau. Comparé à l'acier rapide produit par fusion, le PM HSS présente les avantages suivants : les grains de carbure sont fins et uniformes, et la résistance, la ténacité et la résistance à l'usure sont nettement améliorées par rapport à l'acier rapide produit par fusion. Dans le domaine des outils CNC complexes, les outils PM HSS continueront à se développer et joueront un rôle important. Les nuances typiques, telles que F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., peuvent être utilisées pour fabriquer des couteaux de grande taille, à usage intensif et à fort impact, et peuvent également être utilisées pour fabriquer des couteaux de précision.
3. Principes de sélection des matériaux d'outils de coupe CNC
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À l'heure actuelle, les matériaux d'outils CNC largement utilisés comprennent principalement des outils diamantés, des outils en nitrure de bore cubique, des outils en céramique, des outils revêtus, des outils en carbure et des outils en acier rapide. Il existe de nombreuses qualités de matériaux pour outils de coupe et leurs performances varient considérablement. Les principaux indicateurs de performance des différents matériaux d'outils sont présentés dans le tableau suivant.
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La matière de l'outil pour l'usinage CN doit être choisie en fonction de la pièce à usiner et de la nature de l'usinage. La sélection du matériau de l'outil doit être raisonnablement adaptée à l'objet de traitement. L'appariement du matériau de l'outil de coupe et de l'objet de traitement se réfère principalement à l'appariement des propriétés mécaniques, des propriétés physiques et des propriétés chimiques des deux pour obtenir la plus longue durée de vie de l'outil et une productivité de coupe maximale.
1. Le matériau de l'outil de coupe correspond aux propriétés mécaniques de l'objet usiné
La correspondance des propriétés mécaniques de l'outil de coupe et de l'objet de traitement fait principalement référence à la correspondance des paramètres de propriétés mécaniques tels que la résistance, la ténacité et la dureté de l'outil de coupe et du matériau de la pièce. Les matériaux d'outils avec différentes propriétés mécaniques conviennent à différents matériaux de pièces.
① The order of tool material hardness is: diamond tool>cubic boron nitride tool>ceramic tool>tungsten carbide>acier à haute vitesse.
② L'ordre de résistance à la flexion des matériaux d'outils est : acier rapide > carbure cémenté > outils en céramique > outils en diamant et en nitrure de bore cubique.
③ L'ordre de ténacité des matériaux des outils de coupe est : acier rapide > carbure cémenté > outils de coupe en nitrure de bore cubique, diamant et céramique.
Le matériau de la pièce avec une dureté élevée doit être traité avec un outil avec une dureté plus élevée. La dureté du matériau de l'outil doit être supérieure à celle du matériau de la pièce, qui doit généralement être supérieure à 60HRC. Plus le matériau de l'outil est dur, meilleure est sa résistance à l'usure. Par exemple, lorsque la quantité de cobalt dans le carbure cémenté augmente, sa résistance et sa ténacité augmentent et sa dureté diminue, ce qui convient à l'usinage grossier ; lorsque la quantité de cobalt diminue, sa dureté et sa résistance à l'usure augmentent, ce qui convient à la finition.
Les outils dotés d'excellentes propriétés mécaniques à haute température sont particulièrement adaptés à la coupe à grande vitesse. Les excellentes performances à haute température des outils en céramique leur permettent de couper à des vitesses élevées, et la vitesse de coupe autorisée peut être augmentée de 2 à 10 fois par rapport au carbure cémenté.
2. Adaptation du matériau de l'outil de coupe aux propriétés physiques de l'objet usiné
Les outils avec différentes propriétés physiques, tels que les outils en acier rapide à haute conductivité thermique et à faible point de fusion, les outils en céramique à haut point de fusion et à faible dilatation thermique, les outils diamantés à haute conductivité thermique et à faible dilatation thermique, etc., conviennent pour différents matériaux de la pièce. Lors de l'usinage de pièces à faible conductivité thermique, des matériaux d'outils à meilleure conductivité thermique doivent être utilisés afin que la chaleur de coupe puisse être transmise rapidement et que la température de coupe puisse être réduite. En raison de la conductivité thermique élevée et de la diffusivité thermique du diamant, la chaleur de coupe est facile à dissiper et ne provoquera pas de déformation thermique importante, ce qui est particulièrement important pour les outils d'usinage de précision qui nécessitent une précision dimensionnelle élevée.
① Température résistante à la chaleur de divers matériaux d'outils : 700-8000C pour les outils diamantés, 13000-15000C pour les outils PCBN, 1100-12000C pour les outils céramiques, 900-11000C pour TiC(N ) à base de carbure cémenté et 900-11000C pour les grains ultrafins à base de WC Le carbure cémenté est de 800 ~ 9000C, le HSS est de 600 ~ 7000C.
② The order of thermal conductivity of various tool materials: PCD>PCBN>WC-based cemented carbide>TiC(N)-based cemented carbide>HSS>Si3N4-based ceramics>A1203-céramique à base.
③ The order of thermal expansion coefficient of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC(N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC(N)-based cemented carbide>A1203-céramique à base.
3. Faire correspondre le matériau de l'outil de coupe aux propriétés chimiques de l'objet usiné
La correspondance des propriétés chimiques entre les matériaux des outils de coupe et les objets de traitement fait principalement référence à la correspondance des paramètres de performances chimiques tels que l'affinité chimique, la réaction chimique, la diffusion et la dissolution entre les matériaux des outils et les matériaux des pièces. couteaux de différents matériaux
