עם התפתחות המדע והטכנולוגיה המודרניים, נעשה שימוש ביותר ויותר חומרים הנדסיים בעלי קשיות גבוהה, בעוד שטכנולוגיית המפנה המסורתית אינה מוכשרת או אינה יכולה להשיג עיבוד של חומרים בעלי קשיות גבוהה כלל.לקרביד מצופה, קרמיקה, PCBN וחומרי כלים סופר-קשים אחרים יש קשיות גבוהה בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני שחיקה ויציבות תרמוכימית, המספקים את התנאי הבסיסי ביותר לחיתוך של חומרים קשיות גבוהה, והשיגו יתרונות משמעותיים בייצור.החומר המשמש את הכלי הסופר-הארד ומבנה הכלי והפרמטרים הגיאומטריים שלו הם המרכיבים הבסיסיים למימוש פנייה קשה.לכן, כיצד לבחור את חומר הכלי הסופר קשיח ולעצב מבנה כלי סביר ופרמטרים גיאומטריים הוא חיוני להשגת פנייה קשה יציבה!
(1) קרביד צמנט מצופה
יש למרוח שכבה אחת או יותר של TiN, TiCN, TiAlN ו- Al3O2 עם עמידות טובה בפני שחיקה על כלי קרביד צמנט עם קשיחות טובה, ועובי הציפוי הוא 2-18 מיקרומטר.לציפוי יש בדרך כלל מוליכות תרמית נמוכה בהרבה ממצע הכלי וחומר העבודה, מה שמחליש את ההשפעה התרמית של מצע הכלי;מצד שני, זה יכול לשפר ביעילות את החיכוך וההידבקות בתהליך החיתוך ולהפחית את יצירת חום החיתוך.
למרות שציפוי PVD מראה יתרונות רבים, ציפויים מסוימים כגון Al2O3 ויהלום נוטים לאמץ טכנולוגיית ציפוי CVD.Al2O3 הוא מעין ציפוי בעל עמידות חום ועמידות חמצון חזקה, שיכול להפריד בין החום שנוצר בחיתוך מהכלי הספציפי.טכנולוגיית ציפוי CVD יכולה גם לשלב את היתרונות של ציפויים שונים כדי להשיג את אפקט החיתוך הטוב ביותר ולענות על צורכי החיתוך.
בהשוואה לכלי קרביד מצופה, כלי קרביד מצופה השתפרו מאוד בחוזק, קשיות ועמידות בפני שחיקה.בעת הפיכת חומר העבודה עם קשיות של HRC45~55, קרביד מצופה מצופה בעלות נמוכה יכול לממש סיבוב במהירות גבוהה.בשנים האחרונות, חלק מהיצרנים שיפרו את הביצועים של כלים מצופים על ידי שיפור חומרי ציפוי ושיטות אחרות.לדוגמה, חלק מהיצרנים בארצות הברית וביפן משתמשים בחומר ציפוי AlTiN שוויצרי ובטכנולוגיית ציפוי חדשה המוגנת בפטנט כדי לייצר להבים מצופים עם קשיות גבוהה כמו HV4500~4900, שיכולים לחתוך פלדת מתכת HRC47~58 במהירות של 498.56 מ'/דקה .כאשר טמפרטורת הסיבוב היא עד 1500 ~ 1600 מעלות צלזיוס, הקשיות עדיין לא יורדת ואינה מתחמצנת.חיי השירות של הלהב הם פי ארבעה מזה של הלהב המצופה הכללי, בעוד העלות היא רק 30%, וההידבקות טובה.
(2) חומר קרמי
עם שיפור מתמיד של הרכבו, המבנה ותהליך הלחיצה שלו, במיוחד פיתוח הננוטכנולוגיה, חומרי כלי קרמי מאפשרים להקשיח כלים קרמיים.בעתיד הקרוב עשויה קרמיקה לגרום למהפכה השלישית בחיתוך אחרי פלדה מהירה וקרביד מוצק.לכלים קרמיים יתרונות של קשיות גבוהה (HRA91~95), חוזק גבוה (חוזק כיפוף 750~1000MPa), עמידות בפני שחיקה, יציבות כימית טובה, עמידות הידבקות טובה, מקדם חיכוך נמוך ומחיר נמוך.לא רק זה, לכלים קרמיים יש גם קשיות בטמפרטורה גבוהה, שמגיעה ל-HRA80 ב-1200 מעלות צלזיוס.
במהלך חיתוך רגיל, לכלי הקרמי יש עמידות גבוהה מאוד, ומהירות החיתוך שלו יכולה להיות גבוהה פי 2~5 מזו של קרביד צמנט.הוא מתאים במיוחד לעיבוד חומרי קשיות גבוהה, גימור ועיבוד מהיר.זה יכול לחתוך פלדות מוקשות שונות וברזל יצוק מוקשה עם קשיות עד HRC65.בשימוש נפוץ הם קרמיקה מבוססת אלומינה, קרמיקה מבוססת סיליקון ניטריד, cermets וקרמיקה מחוסמת שפם.
לכלים קרמיים מבוססי אלומינה יש קשיות אדומה גבוהה יותר מקרביד צמנט.בדרך כלל, קצה החיתוך לא ייצור עיוות פלסטי בתנאי חיתוך מהירים, אבל החוזק והקשיחות שלו נמוכים מאוד.על מנת לשפר את קשיחותו ועמידות הפגיעה, ניתן להוסיף ZrO או תערובת TiC ו-TiN.שיטה נוספת היא הוספת שפם מתכת טהורה או סיליקון קרביד.בנוסף לקשיות אדומה גבוהה, לקרמיקה מבוססת סיליקון ניטריד יש גם קשיחות טובה.בהשוואה לקרמיקה מבוססת אלומינה, החיסרון שלה הוא שקל לייצר דיפוזיה בטמפרטורה גבוהה בעת עיבוד פלדה, מה שמחמיר את שחיקת הכלים.קרמיקה המבוססת על סיליקון ניטריד משמשת בעיקר עבור סיבוב וכרסום לסירוגין של ברזל יצוק אפור.
Cermet הוא מעין חומר על בסיס קרביד, שבו TiC הוא השלב הקשה העיקרי (0.5-2 מיקרומטר) הם משולבים עם קלסרים Co או Ti ודומים לכלי קרביד מוצק, אך יש להם זיקה נמוכה, חיכוך טוב וטוב התנגדות ללבוש.זה יכול לעמוד בטמפרטורת חיתוך גבוהה יותר מאשר קרביד צמנט קונבנציונלי, אבל הוא חסר את עמידות הפגיעה של קרביד צמנט, הקשיחות במהלך חיתוך כבד וחוזק במהירות נמוכה והזנה גדולה.
(3) קוביק בורון ניטריד (CBN)
CBN הוא שני רק ליהלום בקשיחות ועמידות בפני שחיקה, ויש לו קשיות מצוינת בטמפרטורה גבוהה.בהשוואה לקרמיקה, עמידות החום והיציבות הכימית שלה מעט גרועות, אך חוזק הפגיעה וביצועי האנטי-ריסוק שלה טובים יותר.זה ישים באופן נרחב לחיתוך של פלדה מוקשה (HRC ≥ 50), ברזל יצוק אפור פניליטי, ברזל יצוק צונן וסגסוגת על.בהשוואה לכלי קרביד מוצק, ניתן להגדיל את מהירות החיתוך שלו בסדר גודל אחד.
לכלי הפולי-גביש מעוקב בורון ניטריד (PCBN) עם תכולת CBN גבוהה יש קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה טובה, חוזק לחיצה גבוה וקשיחות השפעה טובה.החסרונות שלו הם יציבות תרמית ירודה ואינרטיות כימית נמוכה.הוא מתאים לחיתוך סגסוגות עמידות בחום, ברזל יצוק ומתכות סנטרות על בסיס ברזל.תכולת חלקיקי ה-CBN בכלי PCBN נמוכה, והקשיות של כלי PCBN המשתמשים בקרמיקה כחומר מקשר נמוכה, אך היא מפצה על היציבות התרמית הירודה ועל האינרציה הכימית הנמוכה של החומר הקודם, ומתאימה לחיתוך פלדה מוקשה.
בעת חיתוך ברזל יצוק אפור ופלדה מוקשה, ניתן לבחור כלי קרמי או כלי CBN.מסיבה זו, יש לבצע ניתוח עלות-תועלת ואיכות עיבוד כדי לקבוע באיזה מהם לבחור.כאשר קשיות החיתוך נמוכה מ-HRC60 וקצב הזנה קטן מאומץ, כלי קרמי הוא בחירה טובה יותר.כלי PCBN מתאימים לחיתוך חלקי עבודה בעלי קשיות גבוהה מ-HRC60, במיוחד לעיבוד שבבי אוטומטי ועיבוד דיוק גבוה.בנוסף, הלחץ השיורי על משטח העבודה לאחר חיתוך עם כלי PCBN הוא גם יציב יחסית מזה של כלי קרמי במצב של בלאי צד זהה.
בעת שימוש בכלי PCBN לחיתוך פלדה מוקשה, יש לעקוב גם אחר העקרונות הבאים: בחר עומק חיתוך גדול ככל האפשר בתנאי שהקשיחות של כלי המכונה מאפשרת, כך שהחום שנוצר באזור החיתוך יוכל להתרכך המתכת בקדמת הקצה באופן מקומי, מה שיכול להפחית ביעילות את הבלאי של כלי PCBN.בנוסף, בעת שימוש בעומק חיתוך קטן, יש לקחת בחשבון שהמוליכות התרמית הירודה של כלי PCBN עלולה לגרום לחום באזור החיתוך מאוחר מדי להתפזר, ואזור הגזירה יכול גם לייצר אפקט ריכוך מתכת ברור, הפחת את בלאי של קצה חיתוך.
2. מבנה להב ופרמטרים גיאומטריים של כלים סופר-קשים
הקביעה הסבירה של הצורה והפרמטרים הגיאומטריים של הכלי חשובה מאוד כדי לתת משחק מלא לביצועי החיתוך של הכלי.מבחינת חוזק הכלים, חוזק קצה הכלי של צורות להב שונות מגבוה לנמוך הוא: עגול, יהלום 100°, מרובע, יהלום 80°, משולש, יהלום 55°, יהלום 35°.לאחר בחירת חומר הלהב, תיבחר צורת הלהב בעלת החוזק הגבוה ביותר.יש לבחור גם להבי סיבוב קשיחים גדולים ככל האפשר, ועיבוד גס צריך להיעשות עם להבים עגולים וגדולים ברדיוס קשת.רדיוס קשת העצה הוא בערך 0.8 בסיום μ בערך מ'.
שבבי הפלדה המוקשים הם סרטים אדומים ורכים, בעלי שבירות רבה, קלים לשבירה ואינם מחייבים.משטח החיתוך הפלדה המוקשה הוא באיכות גבוהה ובדרך כלל אינו מייצר הצטברות שבבים, אך כוח החיתוך גדול, במיוחד כוח החיתוך הרדיאלי גדול מכוח החיתוך העיקרי.לכן, הכלי צריך להשתמש בזווית קדמית שלילית (לך ≥ - 5 מעלות) ובזווית אחורי גדולה (ao=10°~15°).זווית הסטייה העיקרית תלויה בקשיחות של כלי המכונה, בדרך כלל 45 ° ~ 60 °, כדי להפחית את הפטפוט של חומר העבודה והכלי.
זמן פרסום: 24-2-2023