Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, vengono utilizzati sempre più materiali tecnici con elevata durezza, mentre la tecnologia di tornitura tradizionale non è competente o non è in grado di realizzare la lavorazione di alcuni materiali ad alta durezza.Il metallo duro rivestito, la ceramica, il PCBN e altri materiali per utensili superduri hanno durezza alle alte temperature, resistenza all'usura e stabilità termochimica, che forniscono i prerequisiti fondamentali per il taglio di materiali ad alta durezza e hanno ottenuto vantaggi significativi nella produzione.Il materiale utilizzato dall'utensile superduro, la sua struttura e i parametri geometrici sono gli elementi di base per realizzare la tornitura dura.Pertanto, come selezionare il materiale dell'utensile superduro e progettare una struttura dell'utensile e parametri geometrici ragionevoli è fondamentale per ottenere una tornitura dura stabile!
(1) Metallo duro rivestito
Applicare uno o più strati di TiN, TiCN, TiAlN e Al3O2 con buona resistenza all'usura su utensili in carburo cementato con buona tenacità e lo spessore del rivestimento è 2-18 μ m.Il rivestimento solitamente ha una conduttività termica molto inferiore rispetto al substrato dell'utensile e al materiale del pezzo, il che indebolisce l'effetto termico del substrato dell'utensile;D'altro canto, può migliorare efficacemente l'attrito e l'adesione nel processo di taglio e ridurre la generazione di calore da taglio.
Sebbene il rivestimento PVD presenti molti vantaggi, alcuni rivestimenti come Al2O3 e diamante tendono ad adottare la tecnologia di rivestimento CVD.Al2O3 è un tipo di rivestimento con forte resistenza al calore e resistenza all'ossidazione, che può separare il calore generato dal taglio dallo strumento specifico.La tecnologia di rivestimento CVD può anche integrare i vantaggi di vari rivestimenti per ottenere il miglior effetto di taglio e soddisfare le esigenze di taglio.
Rispetto agli utensili in carburo cementato, gli utensili in carburo cementato rivestiti hanno notevolmente migliorato la resistenza, la durezza e la resistenza all'usura.Quando si torni un pezzo con una durezza di HRC45~55, il carburo cementato rivestito a basso costo può realizzare una tornitura ad alta velocità.Negli ultimi anni, alcuni produttori hanno migliorato le prestazioni degli utensili rivestiti migliorando i materiali di rivestimento e altri metodi.Ad esempio, alcuni produttori negli Stati Uniti e in Giappone utilizzano il materiale di rivestimento svizzero AlTiN e una nuova tecnologia brevettata di rivestimento per produrre lame rivestite con durezza fino a HV4500~4900, che possono tagliare acciaio per stampi HRC47~58 a una velocità di 498,56 m/min. .Quando la temperatura di tornitura arriva fino a 1500~1600 °C, la durezza non diminuisce e non si ossida.La durata della lama è quattro volte quella della lama rivestita generica, mentre il costo è solo del 30% e l'adesione è buona.
(2) Materiale ceramico
Con il continuo miglioramento della composizione, della struttura e del processo di pressatura, in particolare con lo sviluppo della nanotecnologia, i materiali per utensili in ceramica consentono di indurire gli utensili in ceramica.Nel prossimo futuro, la ceramica potrebbe causare la terza rivoluzione nel taglio, dopo l’acciaio rapido e il carburo cementato.Gli utensili in ceramica presentano i vantaggi di elevata durezza (HRA91~95), elevata resistenza (resistenza alla flessione 750~1000MPa), buona resistenza all'usura, buona stabilità chimica, buona resistenza all'adesione, basso coefficiente di attrito e basso prezzo.Non solo, gli utensili in ceramica hanno anche un'elevata durezza alle alte temperature, che raggiunge HRA80 a 1200°C.
Durante il taglio normale, l'utensile in ceramica ha una durata molto elevata e la sua velocità di taglio può essere 2~5 volte superiore a quella del carburo cementato.È particolarmente adatto per la lavorazione di materiali ad alta durezza, finitura e lavorazione ad alta velocità.Può tagliare vari acciai temprati e ghisa temprata con durezza fino a HRC65.Comunemente utilizzate sono le ceramiche a base di allumina, le ceramiche a base di nitruro di silicio, i cermet e le ceramiche temprate con baffi.
Gli utensili ceramici a base di allumina hanno una durezza rossa maggiore rispetto al carburo cementato.Generalmente, il tagliente non produce deformazione plastica in condizioni di taglio ad alta velocità, ma la sua resistenza e tenacità sono molto basse.Per migliorarne la tenacità e la resistenza agli urti è possibile aggiungere una miscela di ZrO o TiC e TiN.Un altro metodo consiste nell'aggiungere baffi di metallo puro o carburo di silicio.Oltre all'elevata durezza al rosso, le ceramiche a base di nitruro di silicio hanno anche una buona tenacità.Rispetto alla ceramica a base di allumina, lo svantaggio è che è facile produrre una diffusione ad alta temperatura durante la lavorazione dell'acciaio, il che aggrava l'usura dell'utensile.Le ceramiche a base di nitruro di silicio vengono utilizzate principalmente per la tornitura e la fresatura intermittenti della ghisa grigia.
Il Cermet è un tipo di materiale a base di carburo, in cui TiC è la fase dura principale (0,5-2 μm). Sono combinati con leganti Co o Ti e sono simili agli utensili in carburo cementato, ma hanno bassa affinità, buon attrito e buona resistenza all'usura.Può sopportare temperature di taglio più elevate rispetto al carburo cementato convenzionale, ma non ha la resistenza agli urti del carburo cementato, la tenacità durante il taglio pesante e la resistenza a bassa velocità e avanzamento elevato.
(3) Nitruro di boro cubico (CBN)
Il CBN è secondo solo al diamante in termini di durezza e resistenza all'usura e ha un'eccellente durezza alle alte temperature.Rispetto alla ceramica, la resistenza al calore e la stabilità chimica sono leggermente scarse, ma la resistenza agli urti e le prestazioni antischiacciamento sono migliori.È ampiamente applicabile al taglio di acciaio temprato (HRC ≥ 50), ghisa grigia perlitica, ghisa conchigliata e superleghe.Rispetto agli utensili in metallo duro, la velocità di taglio può essere aumentata di un ordine di grandezza.
L'utensile composito in nitruro di boro cubico policristallino (PCBN) con un elevato contenuto di CBN ha elevata durezza, buona resistenza all'usura, elevata resistenza alla compressione e buona tenacità agli urti.I suoi svantaggi sono la scarsa stabilità termica e la bassa inerzia chimica.È adatto per il taglio di leghe resistenti al calore, ghisa e metalli sinterizzati a base di ferro.Il contenuto di particelle di CBN negli utensili PCBN è basso e la durezza degli utensili PCBN che utilizzano la ceramica come legante è bassa, ma compensa la scarsa stabilità termica e la bassa inerzia chimica del materiale precedente ed è adatto per il taglio dell'acciaio temprato.
Quando si taglia ghisa grigia e acciaio temprato, è possibile selezionare l'utensile in ceramica o l'utensile CBN.Per questo motivo è opportuno effettuare un’analisi costi-benefici e della qualità della lavorazione per determinare quale scegliere.Quando la durezza di taglio è inferiore a HRC60 e viene adottata una velocità di avanzamento ridotta, l'utensile in ceramica è la scelta migliore.Gli utensili PCBN sono adatti per il taglio di pezzi con durezza superiore a HRC60, in particolare per la lavorazione automatica e la lavorazione ad alta precisione.Inoltre, anche la sollecitazione residua sulla superficie del pezzo dopo il taglio con l'utensile PCBN è relativamente stabile rispetto a quella con l'utensile ceramico a condizione della stessa usura sui fianchi.
Quando si utilizza l'utensile PCBN per tagliare a secco l'acciaio temprato, è necessario seguire anche i seguenti principi: selezionare una profondità di taglio quanto più ampia possibile, a condizione che la rigidità della macchina utensile lo consenta, in modo che il calore generato nell'area di taglio possa ammorbidirsi il metallo nella parte anteriore del bordo localmente, il che può ridurre efficacemente l'usura dello strumento PCBN.Inoltre, quando si utilizza una profondità di taglio ridotta, è opportuno considerare che la scarsa conduttività termica dell'utensile PCBN può far sì che il calore nell'area di taglio si diffonda troppo tardi e che l'area di taglio può anche produrre un evidente effetto di rammollimento del metallo. Ridurre la profondità di taglio. usura del tagliente.
2. Struttura della lama e parametri geometrici di utensili superduri
La determinazione ragionevole della forma e dei parametri geometrici dell'utensile è molto importante per dare pieno gioco alle prestazioni di taglio dell'utensile.In termini di resistenza dell'utensile, la resistenza della punta dell'utensile di varie forme di lama da alta a bassa è: rotonda, diamante 100°, quadrata, diamante 80°, triangolo, diamante 55°, diamante 35°.Dopo aver selezionato il materiale della lama, verrà selezionata la forma della lama con la massima resistenza.Anche le lame per tornitura dura dovrebbero essere selezionate quanto più grandi possibile, e la lavorazione di sgrossatura dovrebbe essere eseguita con lame circolari e con raggio dell'arco della punta ampio.Il raggio dell'arco della punta è di circa 0,8 durante la finitura μ Circa m.
I trucioli di acciaio temprato sono nastri rossi e morbidi, dotati di grande fragilità, facili da spezzare e non leganti.La superficie di taglio in acciaio temprato è di alta qualità e generalmente non produce accumulo di trucioli, ma la forza di taglio è elevata, soprattutto la forza di taglio radiale è maggiore della forza di taglio principale.Pertanto, lo strumento dovrebbe utilizzare un angolo anteriore negativo (vai ≥ - 5°) e un angolo posteriore ampio (ao=10°~15°).L'angolo di deflessione principale dipende dalla rigidità della macchina utensile, generalmente 45°~60°, per ridurre le vibrazioni del pezzo e dell'utensile.
Orario di pubblicazione: 24 febbraio 2023