مع تطور العلوم والتكنولوجيا الحديثة، يتم استخدام المزيد والمزيد من المواد الهندسية ذات الصلابة العالية، في حين أن تكنولوجيا الخراطة التقليدية ليست مؤهلة أو لا يمكنها تحقيق معالجة بعض المواد ذات الصلابة العالية على الإطلاق.تتميز الكربيد المطلي والسيراميك وPCBN وغيرها من مواد الأدوات فائقة الصلابة بصلابة عالية في درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل واستقرار كيميائي حراري، مما يوفر الشرط الأساسي الأساسي لقطع المواد عالية الصلابة، وقد حقق فوائد كبيرة في الإنتاج.إن المواد المستخدمة بواسطة الأداة فائقة الصلابة وهيكل الأداة والمعلمات الهندسية هي العناصر الأساسية لتحقيق الخراطة الصلبة.ولذلك، فإن كيفية اختيار مادة الأداة فائقة الصلابة وتصميم هيكل الأداة المعقول والمعلمات الهندسية أمر بالغ الأهمية لتحقيق تحول ثابت ثابت!
(1) كربيد الأسمنت المطلي
تطبيق طبقة واحدة أو أكثر من TiN وTiCN وTiAlN وAl3O2 مع مقاومة تآكل جيدة على أدوات كربيد أسمنتية ذات صلابة جيدة، وسمك الطلاء هو 2-18 ميكرومتر.عادة ما يكون للطلاء موصلية حرارية أقل بكثير من مادة الركيزة وقطعة العمل، مما يضعف التأثير الحراري لركيزة الأداة؛من ناحية أخرى، يمكنها تحسين الاحتكاك والالتصاق بشكل فعال في عملية القطع وتقليل توليد حرارة القطع.
على الرغم من أن طلاء PVD يظهر العديد من المزايا، إلا أن بعض الطلاءات مثل Al2O3 والماس تميل إلى اعتماد تقنية طلاء CVD.Al2O3 هو نوع من الطلاء ذو مقاومة قوية للحرارة ومقاومة الأكسدة، والذي يمكنه فصل الحرارة الناتجة عن القطع عن الأداة المحددة.يمكن لتقنية طلاء CVD أيضًا دمج مزايا الطلاءات المختلفة لتحقيق أفضل تأثير للقطع وتلبية احتياجات القطع.
بالمقارنة مع أدوات كربيد الأسمنت، فإن أدوات كربيد الأسمنت المطلية قد تحسنت بشكل كبير في القوة والصلابة ومقاومة التآكل.عند تحويل قطعة العمل بصلابة HRC45~55، فإن الكربيد الأسمنتي المطلي منخفض التكلفة يمكن أن يحقق تحولًا عالي السرعة.في السنوات الأخيرة، قامت بعض الشركات المصنعة بتحسين أداء الأدوات المطلية من خلال تحسين مواد الطلاء وطرق أخرى.على سبيل المثال، تستخدم بعض الشركات المصنعة في الولايات المتحدة واليابان مادة طلاء AlTiN السويسرية وتقنية طلاء جديدة حاصلة على براءة اختراع لإنتاج شفرات مطلية بصلابة عالية تصل إلى HV4500~4900، والتي يمكنها قطع الفولاذ القالب HRC47~58 بسرعة 498.56 م/دقيقة. .عندما تصل درجة حرارة الدوران إلى 1500 ~ 1600 درجة مئوية، فإن الصلابة لا تقل ولا تتأكسد.عمر الخدمة للشفرة هو أربعة أضعاف عمر الشفرة المطلية العامة، في حين أن التكلفة 30٪ فقط، والالتصاق جيد.
(2) مادة السيراميك
مع التحسين المستمر لتكوينها وبنيتها وعملية الضغط، وخاصة تطوير تكنولوجيا النانو، فإن مواد الأدوات الخزفية تجعل من الممكن تقوية الأدوات الخزفية.في المستقبل القريب، قد يتسبب السيراميك في الثورة الثالثة في القطع بعد الفولاذ عالي السرعة والكربيد الأسمنتي.تتميز الأدوات الخزفية بمزايا الصلابة العالية (HRA91~95)، والقوة العالية (قوة الانحناء 750~1000MPa)، ومقاومة التآكل الجيدة، والاستقرار الكيميائي الجيد، ومقاومة الالتصاق الجيدة، ومعامل الاحتكاك المنخفض والسعر المنخفض.ليس هذا فحسب، فالأدوات الخزفية تتميز أيضًا بصلابة عالية في درجات الحرارة العالية، والتي تصل إلى HRA80 عند 1200 درجة مئوية.
أثناء القطع العادي، تتمتع أداة السيراميك بمتانة عالية جدًا، ويمكن أن تكون سرعة القطع أعلى بـ 2 إلى 5 مرات من سرعة القطع في الكربيد الأسمنتي.إنها مناسبة بشكل خاص لتصنيع المواد ذات الصلابة العالية والتشطيب والتصنيع عالي السرعة.يمكنها قطع العديد من الفولاذ المقسى والحديد الزهر المقسى بصلابة تصل إلى HRC65.يشيع استخدام السيراميك المعتمد على الألومينا، والسيراميك المعتمد على نيتريد السيليكون، والسيراميك الخزفي، والسيراميك المقوى.
تتمتع الأدوات الخزفية المعتمدة على الألومينا بصلابة حمراء أعلى من الكربيد الأسمنتي.بشكل عام، حافة القطع لن تنتج تشوهًا بلاستيكيًا في ظل ظروف القطع عالية السرعة، لكن قوتها وصلابتها منخفضة جدًا.ومن أجل تحسين صلابته ومقاومته للصدمات، يمكن إضافة خليط ZrO أو TiC وTiN.هناك طريقة أخرى تتمثل في إضافة شعيرات من المعدن النقي أو كربيد السيليكون.بالإضافة إلى الصلابة الحمراء العالية، فإن السيراميك القائم على نيتريد السيليكون يتمتع أيضًا بصلابة جيدة.بالمقارنة مع السيراميك المعتمد على الألومينا، فإن عيبه هو أنه من السهل إنتاج انتشار بدرجة حرارة عالية عند تصنيع الفولاذ، مما يؤدي إلى تفاقم تآكل الأدوات.يتم استخدام السيراميك القائم على نيتريد السيليكون بشكل رئيسي في الخراطة والطحن المتقطع للحديد الزهر الرمادي.
السيرميت هو نوع من المواد القائمة على الكربيد، حيث يكون TiC هو الطور الصلب الرئيسي (0.5-2 ميكرومتر). يتم دمجها مع مواد ربط Co أو Ti وهي تشبه أدوات الكربيد الأسمنتية، ولكن لديها تقارب منخفض، واحتكاك جيد وخصائص جيدة. ارتداء المقاومة.يمكنه تحمل درجة حرارة قطع أعلى من الكربيد الأسمنتي التقليدي، لكنه يفتقر إلى مقاومة تأثير الكربيد الأسمنتي، والمتانة أثناء القطع الثقيل والقوة عند السرعة المنخفضة والتغذية الكبيرة.
(3) نيتريد البورون المكعب (CBN)
CBN هو الثاني بعد الماس من حيث الصلابة ومقاومة التآكل، وله صلابة ممتازة في درجات الحرارة العالية.بالمقارنة مع السيراميك، فإن مقاومته للحرارة وثباته الكيميائي ضعيفان قليلاً، لكن قوة التأثير وأداء مقاومة التكسير أفضل.إنها قابلة للتطبيق على نطاق واسع في قطع الفولاذ المقسى (HRC ≥ 50)، والحديد الزهر الرمادي اللؤلؤي، والحديد الزهر المبرد، والسبائك الفائقة.بالمقارنة مع أدوات الكربيد الأسمنتي، يمكن زيادة سرعة القطع بمقدار أمر واحد من حيث الحجم.
تتميز أداة نيتريد البورون المكعب متعدد البلورات (PCBN) ذات المحتوى العالي من CBN بصلابة عالية ومقاومة جيدة للتآكل وقوة ضغط عالية وصلابة تأثير جيدة.عيوبه هي ضعف الاستقرار الحراري وانخفاض الخمول الكيميائي.إنها مناسبة لقطع السبائك المقاومة للحرارة والحديد الزهر والمعادن الملبدة القائمة على الحديد.محتوى جزيئات CBN في أدوات PCBN منخفض، وصلابة أدوات PCBN التي تستخدم السيراميك كموثق منخفضة، ولكنها تعوض عن الاستقرار الحراري الضعيف والجمود الكيميائي المنخفض للمادة السابقة، ومناسبة لقطع الفولاذ المتصلب.
عند قطع الحديد الزهر الرمادي والفولاذ المقوى، يمكن اختيار أداة السيراميك أو أداة CBN.لهذا السبب، يجب إجراء تحليل التكلفة والعائد وجودة المعالجة لتحديد أي منها يجب اختياره.عندما تكون صلابة القطع أقل من HRC60 ويتم اعتماد معدل تغذية صغير، فإن أداة السيراميك تكون خيارًا أفضل.أدوات PCBN مناسبة لقطع قطع العمل بصلابة أعلى من HRC60، خاصة للتشغيل الآلي والتصنيع عالي الدقة.بالإضافة إلى ذلك، فإن الضغط المتبقي على سطح قطعة الشغل بعد القطع باستخدام أداة PCBN يكون أيضًا مستقرًا نسبيًا مقارنة بأداة السيراميك في حالة تآكل الجانب نفسه.
عند استخدام أداة PCBN لتجفيف قطع الفولاذ المتصلب، يجب أيضًا اتباع المبادئ التالية: حدد عمق قطع كبير قدر الإمكان بشرط أن تسمح صلابة أداة الآلة بذلك، بحيث يمكن أن تخفف الحرارة المتولدة في منطقة القطع المعدن الموجود في مقدمة الحافة محليًا، والذي يمكن أن يقلل بشكل فعال من تآكل أداة PCBN.بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام عمق قطع صغير، يجب أيضًا مراعاة أن التوصيل الحراري الضعيف لأداة PCBN يمكن أن يجعل الحرارة في منطقة القطع متأخرة جدًا بحيث لا يمكن نشرها، ويمكن لمنطقة القص أيضًا أن تنتج تأثير تليين معدني واضح، مما يقلل من ارتداء المتطورة.
2. هيكل الشفرة والمعلمات الهندسية للأدوات فائقة الصلابة
يعد التحديد المعقول للشكل والمعلمات الهندسية للأداة أمرًا مهمًا للغاية لإفساح المجال كاملاً لأداء القطع للأداة.من حيث قوة الأداة، فإن قوة طرف الأداة لمختلف أشكال الشفرات من الأعلى إلى الأدنى هي: دائري، 100 درجة ماسية، مربع، 80 درجة ماسية، مثلث، 55 درجة ماسية، 35 درجة ماسية.بعد اختيار مادة الشفرة، يجب اختيار شكل الشفرة بأعلى قوة.يجب أيضًا اختيار الشفرات الصلبة بأكبر حجم ممكن، ويجب أن تتم المعالجة الخشنة باستخدام شفرات دائرية وكبيرة نصف قطرها نصف قطرها.يبلغ نصف قطر قوس الطرف حوالي 0.8 عند الانتهاء μ حوالي م.
الرقائق الفولاذية الصلبة عبارة عن أشرطة حمراء وناعمة، مع هشاشة كبيرة، وسهلة الكسر وغير ملزمة.سطح القطع الفولاذي المتصلب ذو جودة عالية ولا ينتج عمومًا تراكمًا للرقائق، ولكن قوة القطع كبيرة، خاصة أن قوة القطع الشعاعية أكبر من قوة القطع الرئيسية.ولذلك، يجب أن تستخدم الأداة زاوية أمامية سلبية (go ≥ - 5 °) وزاوية خلفية كبيرة (ao=10°~15°).تعتمد زاوية الانحراف الرئيسية على صلابة أداة الآلة، بشكل عام من 45 درجة إلى 60 درجة، لتقليل اهتزاز قطعة العمل والأداة.
وقت النشر: 24 فبراير 2023