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.
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1. Les matériaux d'outils doivent avoir des propriétés de base
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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.
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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, les alliages à haute température, les alliages durs 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 rapportées 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.
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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 utilisés 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.
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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 à l'avenir la variété d'outils la plus importante dans le domaine de l'usinage CNC.
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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 performances mécaniques et de coupe : les outils revêtus combinent les excellentes propriétés du matériau de base et du matériau de revêtement, ce qui non seulement maintient la bonne ténacité et la haute résistance de la base
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.
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1. Les matériaux d'outils doivent avoir des propriétés de base
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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.
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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, les alliages à haute température, les alliages durs 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 rapportées 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.
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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 utilisés 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.
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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 à l'avenir la variété d'outils la plus importante dans le domaine de l'usinage CNC.
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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 performances mécaniques et de coupe : les outils revêtus combinent les excellentes propriétés du matériau de base et du matériau de revêtement, ce qui non seulement maintient la bonne ténacité et la haute résistance de la base
