Kompletná analýza vlastností, charakteristík a aplikácií supertvrdých rezných nástrojov

Kompletná analýza vlastností, charakteristík a aplikácií supertvrdých rezných nástrojov

V oblasti presnej výroby a vysokorýchlostného{0}}obrábania sa supertvrdé nástrojové materiály stali „zbraňou“ presného obrábania vďaka ich vynikajúcemu výkonu. Tento článok začne dvoma hlavnými supertvrdými materiálmi - diamantom a kubickým nitridom bóru (CBN), ktoré vás prevedú silou tvrdého jadra „priemyselných zubov“ z ich typov, vlastností a aplikačných scenárov!

Ⅰ. Diamantové rezné nástroje: „kráľ tvrdosti“ v prírode

Diamant je izomér uhlíka s mikrotvrdosťou 10000 HV, čo z neho robí najtvrdšiu látku v prírode. Jeho rezné nástroje sú známe svojou vysokou tvrdosťou, vysokou odolnosťou proti opotrebeniu, nízkym koeficientom trenia a vynikajúcou tepelnou vodivosťou, čo z nich robí „dokonalú zbraň“ na spracovanie ne-železných kovov a-kovových materiálov.

 

1. Tri hlavné typy diamantových rezných nástrojov
(1) Prírodné diamantové rezné nástroje

• „Kráľ presného obrábania“ so storočnou históriou, s polomerom reznej hrany až 0,002 μm, dokáže dosiahnuť ultra-tenké rezanie a extrémne nízku drsnosť povrchu, vďaka čomu je nenahraditeľným nástrojom v oblastiach, ako je letectvo a optika.

 

(2) Rezné nástroje PCD (polykryštalický diamant).

• Po prelomení technológie vysoko{0}}teplotnej a vysokotlakovej syntézy v 70. rokoch 20. storočia sa PCD čepele stali hlavným prúdom priemyslu s nízkymi nákladmi a vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu. Jeho zdroje surovín sú bohaté a jeho cena je len 1/10 až 1/50 prírodného diamantu. Široko sa používa pri presnom rezaní-neželezných kovov, ako je hliník a meď.

 

(3) CVD diamantové rezacie nástroje

• Syntetizovaný chemickým naparovaním na heterogénnych substrátoch, štruktúra je v súlade s prírodným diamantom a spája výhody monokryštálu a polykryštalického. Objavil sa v oblastiach, ako je spracovanie dreva a polovodiče.

 

2. Výkonnostné charakteristiky: tvrdý, rýchly, stabilný, presný
(1) Tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu:

• Tvrdosť prírodného diamantu je 10-100-krát vyššia ako tvrdosť tvrdých zliatin, čo výrazne zlepšuje životnosť nástroja.

 

(2) Nízky koeficient trenia:

• extrémne nízky koeficient trenia s neželeznými -kovmi, nízka rezná sila a minimálna deformácia.

(3) Ultra ostrá rezná hrana:

• Polomer reznej hrany prírodného diamantu môže dosiahnuť 0,002 m, čo podporuje ultra presné obrábanie.

(4) Vysoká tepelná vodivosť:

• rezné teplo sa rýchlo rozptýli, teplota nástroja je nízka, koeficient tepelnej rozťažnosti je malý a rozmerová stabilita je vynikajúca.

 

3. Aplikačné scenáre:
(1) Vysokorýchlostné presné rezanie:

• materiály odolné proti opotrebeniu-, ako je kremíková hliníková zliatina, sklolaminát, keramika atď.

(2) Proces dokončovania:

• Leštenie povrchu ne-železných kovov.

(3) Obmedzenia:

• Slabá tepelná stabilita. Tvrdosť prudko klesá, keď teplota rezu prekročí 700-800 stupňov. Nevhodné pre interakciu medzi atómami diamantu (uhlík) a železa pri vysokých teplotách v čiernych kovoch, pretože atómy uhlíka sa premenia na grafitové štruktúry a rezný nástroj je náchylný na poškodenie.

 

Ⅱ. Kubický nitrid bóru (CBN): „Vojna pri vysokých teplotách“ čiernych kovov

1. Dva hlavné typy rezných nástrojov z kubického nitridu bóru
(1) Integrovaná čepeľ PCBN

Celé telo je sintrované z polykryštalického CBN, vhodné na vysokorýchlostné-obrábanie s veľkými reznými množstvami, ako je tvrdé sústruženie automobilových prevodov po kalení.

 

(2) PCBN kompozitná čepeľ
Kompozitná vrstva PCBN s hrúbkou 0,5-1,0 mm na substráte z tvrdej zliatiny, vyrovnávajúca húževnatosť a odolnosť proti opotrebeniu, široko používaná pri presnom obrábaní ložiskovej ocele a formovacej ocele.

 

 

2. Výkonnostné charakteristiky:
(1) Vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu: Tvrdosť je blízka diamantu, vhodná na spracovanie materiálov s vysokou tvrdosťou (ako je kalená oceľ).

 

(2) Mimoriadne vysoká tepelná stabilita: Tepelná odolnosť dosahuje 1 400 ~ 1 500 stupňov, čo je dvojnásobok v porovnaní s diamantom a podporuje vysokorýchlostné-rezanie.

 

(3) Chemická inertnosť: Žiadna reakcia s materiálmi na báze železa- pri 1200-1300 stupňoch, čím sa zabráni silnému opotrebovaniu.

 

(4) Dobrá tepelná vodivosť: Tepelná vodivosť je na druhom mieste za diamantom, ďaleko prevyšuje rýchlostnú oceľ a tvrdú zliatinu.

 

(5) Nízky koeficient trenia: nízka rezná sila, vysoká kvalita povrchu.

 

 

3. Scenár aplikácie: "Nemesis" kalenej ocele a tvrdej liatiny
(1) Spracovanie ťažko obrobiteľných materiálov:

kalená oceľ, tvrdá liatina, vysokoteplotné -zliatiny, povrchovo striekané materiály

 

(2) Vysoko presné obrábanie:

Vysoká presnosť s drsnosťou povrchu Ra0,20 m.

 

(3) Obmedzenia:

Nízka húževnatosť, nevhodné na hrubé obrábanie pri nízkych rýchlostiach a vysokom rázovom zaťažení. Rezanie plastových materiálov, ako sú zliatiny hliníka, zliatiny medi atď., je náchylné na hromadenie triesok.

 

Ⅲ. Sprievodca výberom supertvrdých rezných nástrojov

1. Diamantové rezacie nástroje:

Prioritou je vysoko{0}}presné obrábanie ne-železných kovov a nekovov a vyžaduje sa prísna kontrola teploty rezania.

 

2. Rezné nástroje na kubický nitrid bóru:

špecializujúca sa na-vysokorýchlostné obrábanie čiernych kovov a tvrdých materiálov, obzvlášť vhodné pre kalenú oceľ a liatinu.

 

Ⅳ. Záver

 

Od „maximálnej presnosti“ diamantu až po „nebojácnosť pri vysokých{0}}teplotách“ PCBN, supertvrdé nástrojové materiály neustále prekračujú limity spracovania. Či už v oblasti letectva, výroby automobilov alebo elektronických čipov, všetky sú kľúčovými silami, ktoré poháňajú priemyselný pokrok. V budúcnosti, s pokrokom vedy o materiáloch, supertvrdé rezné nástroje určite odomknú viac možností!

 

Supertvrdé materiály sú široko používané. Diamantové nástroje a nástroje CBN vyrábané našou spoločnosťou tvoria malú časť celej oblasti nástrojov zo supertvrdých materiálov.