S rozvojom modernej vedy a techniky sa používa stále viac strojárskych materiálov s vysokou tvrdosťou, zatiaľ čo tradičná technológia sústruženia nie je kompetentná alebo vôbec nedokáže dosiahnuť spracovanie niektorých materiálov s vysokou tvrdosťou.Povlakovaný karbid, keramika, PCBN a iné supertvrdé nástrojové materiály majú vysokú tvrdosť pri vysokej teplote, odolnosť proti opotrebovaniu a termochemickú stabilitu, ktoré poskytujú najzákladnejší predpoklad pre rezanie materiálov s vysokou tvrdosťou a dosiahli významné výhody vo výrobe.Materiál používaný supertvrdým nástrojom a jeho štruktúra nástroja a geometrické parametre sú základnými prvkami na realizáciu tvrdého sústruženia.Preto, ako vybrať materiál supertvrdého nástroja a navrhnúť primeranú štruktúru nástroja a geometrické parametre, je rozhodujúce pre dosiahnutie stabilného tvrdého sústruženia!
(1) Povlakovaný slinutý karbid
Naneste jednu alebo viac vrstiev TiN, TiCN, TiAlN a Al3O2 s dobrou odolnosťou proti opotrebovaniu na nástroje zo slinutého karbidu s dobrou húževnatosťou a hrúbka povlaku je 2-18 μm.Povlak má zvyčajne oveľa nižšiu tepelnú vodivosť ako substrát nástroja a materiál obrobku, čo oslabuje tepelný účinok substrátu nástroja;Na druhej strane môže účinne zlepšiť trenie a priľnavosť v procese rezania a znížiť tvorbu rezného tepla.
Hoci PVD povlak vykazuje mnoho výhod, niektoré povlaky, ako napríklad Al2O3 a diamant, majú tendenciu používať technológiu CVD povlaku.Al2O3 je druh povlaku so silnou tepelnou odolnosťou a odolnosťou proti oxidácii, ktorý dokáže oddeliť teplo generované rezaním od konkrétneho nástroja.Technológia CVD povlaku môže tiež integrovať výhody rôznych povlakov, aby sa dosiahol najlepší rezný efekt a vyhovovali potrebám rezania.
V porovnaní s nástrojmi zo slinutého karbidu majú nástroje zo slinutého karbidu výrazne zlepšenú pevnosť, tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu.Pri sústružení obrobku s tvrdosťou HRC45~55 môže lacný potiahnutý slinutý karbid realizovať vysokorýchlostné sústruženie.V posledných rokoch niektorí výrobcovia zlepšili výkon nástrojov s povlakom zlepšením povlakových materiálov a iných metód.Napríklad niektorí výrobcovia v Spojených štátoch a Japonsku používajú švajčiarsky povlakový materiál AlTiN a novú patentovanú technológiu povlakovania na výrobu čepelí s povlakom s tvrdosťou až HV4500~4900, ktoré dokážu rezať zápustkovú oceľ HRC47~58 rýchlosťou 498,56 m/min. .Keď je teplota sústruženia do 1500~1600 °C, tvrdosť stále neklesá a neoxiduje.Životnosť čepele je štyrikrát vyššia ako životnosť čepele s bežnou povrchovou úpravou, zatiaľ čo náklady sú iba 30% a priľnavosť je dobrá.
(2) Keramický materiál
S neustálym zlepšovaním svojho zloženia, štruktúry a procesu lisovania, najmä rozvojom nanotechnológií, umožňujú keramické nástrojové materiály kalenie keramických nástrojov.V blízkej budúcnosti môže keramika spôsobiť tretiu revolúciu v rezaní po rýchloreznej oceli a slinutých karbidoch.Keramické nástroje majú výhody vysokej tvrdosti (HRA91~95), vysokej pevnosti (pevnosť v ohybe 750~1000MPa), dobrej odolnosti proti opotrebeniu, dobrej chemickej stability, dobrej priľnavosti, nízkeho koeficientu trenia a nízkej ceny.Nielen to, keramické nástroje majú tiež vysokú tvrdosť pri vysokej teplote, ktorá dosahuje HRA80 pri 1200 ° C.
Pri bežnom rezaní má keramický nástroj veľmi vysokú životnosť a jeho rezná rýchlosť môže byť 2 až 5-krát vyššia ako rýchlosť slinutého karbidu.Je vhodný najmä na obrábanie materiálov s vysokou tvrdosťou, dokončovanie a vysokorýchlostné obrábanie.Dokáže rezať rôzne kalené ocele a kalenú liatinu s tvrdosťou až HRC65.Bežne sa používa keramika na báze oxidu hlinitého, keramika na báze nitridu kremíka, cermety a keramika tvrdená fúzmi.
Keramické nástroje na báze oxidu hlinitého majú vyššiu tvrdosť červenej farby ako slinutý karbid.Vo všeobecnosti rezná hrana nevytvára plastickú deformáciu pri vysokorýchlostných rezných podmienkach, ale jej pevnosť a húževnatosť sú veľmi nízke.Na zlepšenie húževnatosti a odolnosti proti nárazu je možné pridať zmes ZrO alebo TiC a TiN.Ďalšou metódou je pridanie fúzov z čistého kovu alebo karbidu kremíka.Okrem vysokej červenej tvrdosti má keramika na báze nitridu kremíka aj dobrú húževnatosť.V porovnaní s keramikou na báze oxidu hlinitého je jej nevýhodou to, že pri obrábaní ocele je ľahké vytvárať vysokoteplotnú difúziu, čo zhoršuje opotrebovanie nástroja.Keramika na báze nitridu kremíka sa používa hlavne na prerušované sústruženie a frézovanie šedej liatiny.
Cermet je druh materiálu na báze karbidu, v ktorom je TiC hlavnou tvrdou fázou (0,5-2 μm) Sú kombinované s Co alebo Ti spojivom a sú podobné nástrojom zo slinutého karbidu, ale majú nízku afinitu, dobré trenie a dobré odolnosť proti opotrebovaniu.Znesie vyššiu reznú teplotu ako bežný slinutý karbid, ale chýba mu rázová húževnatosť slinutého karbidu, húževnatosť pri ťažkom rezaní a pevnosť pri nízkych otáčkach a veľkom posuve.
(3) Kubický nitrid bóru (CBN)
CBN je na druhom mieste za diamantom v tvrdosti a odolnosti proti opotrebeniu a má vynikajúcu tvrdosť pri vysokých teplotách.V porovnaní s keramikou je jej tepelná odolnosť a chemická stabilita mierne slabá, ale jej rázová húževnatosť a odolnosť proti rozdrveniu sú lepšie.Je široko použiteľný na rezanie kalenej ocele (HRC ≥ 50), perlitickej šedej liatiny, chladenej liatiny a superzliatiny.V porovnaní s nástrojmi zo slinutého karbidu môže byť jeho rezná rýchlosť zvýšená o jeden rád.
Kompozitný nástroj z polykryštalického kubického nitridu bóru (PCBN) s vysokým obsahom CBN má vysokú tvrdosť, dobrú odolnosť proti opotrebovaniu, vysokú pevnosť v tlaku a dobrú rázovú húževnatosť.Jeho nevýhodou je slabá tepelná stabilita a nízka chemická inertnosť.Je vhodný na rezanie žiaruvzdorných zliatin, liatiny a spekaných kovov na báze železa.Obsah častíc CBN v nástrojoch PCBN je nízky a tvrdosť nástrojov PCBN používajúcich keramiku ako spojivo je nízka, ale kompenzuje zlú tepelnú stabilitu a nízku chemickú zotrvačnosť prvého materiálu a je vhodná na rezanie kalenej ocele.
Pri rezaní sivej liatiny a kalenej ocele je možné zvoliť keramický nástroj alebo CBN nástroj.Z tohto dôvodu by sa mala vykonať analýza nákladov a výnosov a kvalita spracovania, aby sa určilo, ktorý z nich si vybrať.Keď je tvrdosť rezu nižšia ako HRC60 a použije sa malá rýchlosť posuvu, lepšou voľbou je keramický nástroj.PCBN nástroje sú vhodné na rezanie obrobkov s tvrdosťou vyššou ako HRC60, najmä pre automatické obrábanie a vysoko presné obrábanie.Okrem toho je zvyškové napätie na povrchu obrobku po rezaní PCBN nástrojom tiež relatívne stabilné ako pri keramickom nástroji za podmienok rovnakého opotrebovania boku.
Pri použití nástroja PCBN na suché rezanie kalenej ocele by sa mali dodržiavať aj nasledujúce zásady: zvoliť čo najväčšiu hĺbku rezu za predpokladu, že to dovoľuje tuhosť obrábacieho stroja, aby teplo vznikajúce v oblasti rezu mohlo zmäknúť kov v prednej časti hrany lokálne, čo môže účinne znížiť opotrebovanie nástroja PCBN.Okrem toho, pri použití malej hĺbky rezu je potrebné vziať do úvahy aj to, že zlá tepelná vodivosť nástroja PCBN môže spôsobiť, že teplo v oblasti rezu sa príliš neskoro rozptýli a oblasť strihu môže tiež spôsobiť zjavný efekt zmäkčenia kovu, znížiť opotrebovanie reznej hrany.
2. Štruktúra čepele a geometrické parametre supertvrdých nástrojov
Rozumné určenie tvaru a geometrických parametrov nástroja je veľmi dôležité, aby bol rezný výkon nástroja naplno využitý.Čo sa týka pevnosti nástroja, sila hrotu nástroja rôznych tvarov čepele od vysokej po nízku je: guľatá, 100 ° kosoštvorcový, štvorcový, 80 ° kosoštvorec, trojuholník, 55 ° kosoštvorec, 35 ° kosoštvorec.Po výbere materiálu čepele sa vyberie tvar čepele s najvyššou pevnosťou.Tvrdé sústružnícke čepele by mali byť tiež zvolené čo najväčšie a hrubé obrábanie by sa malo vykonávať s kruhovými čepeľami a čepeľami s veľkým polomerom oblúka hrotu.Polomer oblúka hrotu je asi 0,8 pri dokončovaní μ Asi m.
Kalené oceľové triesky sú červené a mäkké stuhy, s veľkou krehkosťou, ľahko sa lámu a neviažu sa.Rezný povrch z tvrdenej ocele má vysokú kvalitu a vo všeobecnosti nevytvára hromadenie triesok, ale rezná sila je veľká, najmä radiálna rezná sila je väčšia ako hlavná rezná sila.Preto by mal nástroj používať negatívny predný uhol (go ≥ - 5°) a veľký zadný uhol (ao=10°~15°).Hlavný uhol vychýlenia závisí od tuhosti obrábacieho stroja, vo všeobecnosti 45 ° ~ 60 °, aby sa znížilo chvenie obrobku a nástroja.
Čas odoslania: 24. februára 2023