Le développement des couteaux occupe une place importante dans l'histoire du progrès humain. Dès le 28e au 20e siècle avant J.-C., des cônes en laiton et des cônes en cuivre, des perceuses, des couteaux et autres couteaux en cuivre étaient apparus en Chine. À la fin de la période des Royaumes combattants (IIIe siècle avant JC), des couteaux en cuivre ont été fabriqués grâce à la maîtrise de la technologie de carburation. Les perceuses et les scies à cette époque présentaient certaines similitudes avec les perceuses et les scies plates modernes.
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Une brève histoire des outils de coupe
Le développement rapide des couteaux est venu à la fin du 18ème siècle avec le développement de machines telles que les machines à vapeur.
En 1783, René de France produit pour la première fois des fraises. En 1923, l'Allemand Schrotter a inventé le carbure cémenté. Lorsque le carbure cémenté est utilisé, l'efficacité est plus de deux fois supérieure à celle de l'acier rapide, et la qualité de surface et la précision dimensionnelle de la pièce traitée par coupe sont également grandement améliorées.
En raison du prix élevé de l'acier rapide et du carbure cémenté, en 1938, la société allemande Degusa a obtenu un brevet sur les couteaux en céramique. En 1972, la General Electric Company des États-Unis a produit des lames en diamant synthétique polycristallin et en nitrure de bore cubique polycristallin. Ces matériaux d'outils non métalliques permettent à l'outil de couper à des vitesses plus élevées.
En 1969, la société suédoise Sandvik Steel Works a obtenu un brevet pour la production d'inserts en carbure revêtus de carbure de titane par dépôt chimique en phase vapeur. En 1972, Bangsha et Lagolan aux États-Unis ont développé une méthode de dépôt physique en phase vapeur pour revêtir une couche dure de carbure de titane ou de nitrure de titane sur la surface d'outils en carbure cémenté ou en acier rapide. La méthode de revêtement de surface combine la résistance et la ténacité élevées du matériau de base avec la dureté et la résistance à l'usure élevées de la couche de surface, de sorte que le matériau composite présente de meilleures performances de coupe.
En raison de la température élevée, de la pression élevée, de la vitesse élevée et des pièces travaillant dans des fluides corrosifs, de plus en plus de matériaux difficiles à usiner sont utilisés, et le niveau d'automatisation du traitement de coupe et les exigences de précision de traitement deviennent de plus en plus élevées. . Lors de la sélection de l'angle de l'outil, il est nécessaire de prendre en compte l'influence de divers facteurs, tels que le matériau de la pièce, le matériau de l'outil, les propriétés de traitement (usinage d'ébauche et de finition), etc., qui doivent être sélectionnés raisonnablement en fonction de la situation spécifique.
Matériaux d'outils courants : acier rapide, carbure cémenté (y compris le cermet), céramique, CBN (nitrure de bore cubique), PCD (diamant polycristallin), car leur dureté est plus dure qu'un, donc en général, la vitesse de coupe est également un est plus grand que l'autre.
Analyse des performances des matériaux d'outils
Acier rapide: Il peut être divisé en acier rapide ordinaire et en acier rapide haute performance.
L'acier rapide ordinaire, tel que le W18Cr4V, est largement utilisé dans la fabrication de divers couteaux complexes. Sa vitesse de coupe n'est généralement pas trop élevée et elle est de 40-60m/min lors de la coupe de matériaux en acier courants.
L'acier rapide à haute performance, tel que le W12Cr4V4Mo, est fondu en ajoutant une certaine teneur en carbone, en vanadium, en cobalt, en aluminium et d'autres éléments à l'acier rapide ordinaire. Sa durabilité est 1,5-3 fois supérieure à celle de l'acier rapide ordinaire.
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Carbure cémenté : selon GB2075-87 (en référence à la norme 190), il peut être divisé en trois catégories : P, M et K. Le carbure cémenté de type P est principalement utilisé pour le traitement des métaux ferreux à copeaux longs, et le bleu est utilisé comme marque ; Le type M est principalement utilisé. Il est utilisé pour le traitement des métaux ferreux et des métaux non ferreux, et il est marqué de jaune, également connu sous le nom d'alliage dur à usage général. Le type K est principalement utilisé pour le traitement des métaux ferreux, des métaux non ferreux et des matériaux non métalliques à copeaux courts, et il est marqué en rouge.
Les chiffres arabes derrière P, M et K indiquent ses performances et sa charge de traitement ou ses conditions de traitement. Plus le nombre est petit, plus la dureté est élevée et plus la ténacité est mauvaise.
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Céramique : Les matériaux céramiques ont une bonne résistance à l'usure et peuvent traiter des matériaux de haute dureté qui sont difficiles ou impossibles à traiter avec des outils traditionnels. De plus, les outils de coupe en céramique peuvent éviter la consommation d'énergie du traitement de recuit, et peuvent donc également augmenter la dureté de la pièce et prolonger la durée de vie de l'équipement de la machine.
Le frottement entre la lame en céramique et le métal est faible lors de la coupe, la coupe n'est pas facile à coller à la lame, et il n'est pas facile de produire un bord construit, et il peut effectuer une coupe à grande vitesse. Par conséquent, dans les mêmes conditions, la rugosité de surface de la pièce est relativement faible. La durabilité de l'outil est plusieurs fois, voire des dizaines de fois supérieure à celle des outils traditionnels, ce qui réduit le nombre de changements d'outils pendant le traitement.
Résistance aux hautes températures, bonne dureté rouge. Il peut couper en continu à 1200 degrés, de sorte que la vitesse de coupe des inserts en céramique peut être beaucoup plus élevée que celle du carbure cémenté. Il peut effectuer des coupes à grande vitesse ou réaliser "le remplacement du meulage par le tournage et le fraisage". L'efficacité de coupe est 3-10 fois supérieure à celle des outils de coupe traditionnels, et l'effet d'économie d'heures de travail, d'électricité et de nombre de machines-outils de 30 % -70 % ou plus est atteint.
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CBN : Il s'agit du deuxième matériau de dureté le plus élevé actuellement connu. La dureté de la feuille composite CBN est généralement de HV3000 ~ 5000, qui présente une stabilité thermique élevée et une dureté à haute température, ainsi qu'une résistance élevée à l'oxydation. À 1000 degrés C, l'oxydation ne se produit pas et aucune réaction chimique ne se produit avec les matériaux à base de fer à 1200-1300 degrés C. Il a une bonne conductivité thermique et un faible coefficient de frottement.
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PCD diamant polycristallin: Les couteaux diamantés ont les caractéristiques d'une dureté élevée, d'une résistance élevée à la compression, d'une bonne conductivité thermique et d'une bonne résistance à l'usure, et peuvent obtenir une précision de traitement et une efficacité de traitement élevées lors de la coupe à grande vitesse. Étant donné que la structure du PCD est un corps fritté en diamant à grain fin avec différentes orientations, sa dureté et sa résistance à l'usure sont toujours inférieures à celles du diamant monocristallin malgré l'ajout d'un liant. L'affinité avec les métaux non ferreux et les matériaux non métalliques est très faible et les copeaux ne sont pas faciles à coller à la pointe de l'outil pour former un bord accumulé pendant le traitement.
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Résumer
Le domaine d'application de chaque matériau
Acier rapide : principalement utilisé dans les occasions nécessitant une ténacité élevée telles que les outils de formage et les formes complexes ;
Carbure cémenté : la plus large gamme d'applications, fondamentalement capable ;
Céramique : principalement utilisée dans l'usinage grossier et l'usinage à grande vitesse de pièces dures et de pièces en fonte ;
CBN : principalement utilisé dans le tournage de pièces dures et l'usinage à grande vitesse de pièces en fonte (d'une manière générale, il est plus efficace que la céramique en termes de résistance à l'usure, de résistance aux chocs et de résistance à la rupture) ;
PCD : principalement utilisé pour la coupe à haut rendement des métaux non ferreux et des matériaux non métalliques.
