Mit der Entwicklung moderner Wissenschaft und Technologie werden immer mehr technische Materialien mit hoher Härte verwendet, während die traditionelle Drehtechnologie nicht kompetent ist oder die Bearbeitung einiger Materialien mit hoher Härte überhaupt nicht erreichen kann.Beschichtetes Hartmetall, Keramik, PCBN und andere superharte Werkzeugmaterialien weisen eine hohe Warmhärte, Verschleißfestigkeit und thermochemische Stabilität auf, die die grundlegendste Voraussetzung für das Schneiden von Materialien mit hoher Härte darstellen, und haben erhebliche Vorteile in der Produktion erzielt.Das vom superharten Werkzeug verwendete Material sowie seine Werkzeugstruktur und geometrischen Parameter sind die Grundelemente für die Realisierung des Hartdrehens.Daher ist die Auswahl des superharten Werkzeugmaterials und die Gestaltung einer angemessenen Werkzeugstruktur und geometrischen Parameter von entscheidender Bedeutung, um ein stabiles Hartdrehen zu erreichen!
(1) Beschichtetes Hartmetall
Tragen Sie eine oder mehrere Schichten aus TiN, TiCN, TiAlN und Al3O2 mit guter Verschleißfestigkeit auf Hartmetallwerkzeuge mit guter Zähigkeit auf. Die Dicke der Beschichtung beträgt 2–18 μm.Die Beschichtung hat in der Regel eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit als das Werkzeugsubstrat und das Werkstückmaterial, was die thermische Wirkung des Werkzeugsubstrats abschwächt;Andererseits kann es die Reibung und Haftung im Schneidprozess wirksam verbessern und die Entstehung von Schneidwärme reduzieren.
Obwohl die PVD-Beschichtung viele Vorteile bietet, neigen einige Beschichtungen wie Al2O3 und Diamant dazu, die CVD-Beschichtungstechnologie zu übernehmen.Al2O3 ist eine Art Beschichtung mit starker Hitzebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit, die die beim Schneiden entstehende Wärme vom jeweiligen Werkzeug ableiten kann.Die CVD-Beschichtungstechnologie kann auch die Vorteile verschiedener Beschichtungen integrieren, um den besten Schneideffekt zu erzielen und die Schneidanforderungen zu erfüllen.
Im Vergleich zu Hartmetallwerkzeugen weisen beschichtete Hartmetallwerkzeuge eine deutlich verbesserte Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit auf.Beim Drehen des Werkstücks mit einer Härte von HRC45~55 kann mit kostengünstigem beschichtetem Hartmetall ein Hochgeschwindigkeitsdrehen realisiert werden.In den letzten Jahren haben einige Hersteller die Leistung beschichteter Werkzeuge durch verbesserte Beschichtungsmaterialien und andere Methoden verbessert.Beispielsweise verwenden einige Hersteller in den USA und Japan das Schweizer AlTiN-Beschichtungsmaterial und eine neue patentierte Beschichtungstechnologie, um beschichtete Klingen mit einer Härte von bis zu HV4500~4900 herzustellen, die HRC47~58-Gesenkstahl mit einer Geschwindigkeit von 498,56 m/min schneiden können .Wenn die Drehtemperatur bis zu 1500–1600 °C beträgt, nimmt die Härte immer noch nicht ab und es kommt nicht zu einer Oxidation.Die Lebensdauer der Klinge ist viermal so hoch wie die der allgemein beschichteten Klinge, die Kosten betragen nur 30 % und die Haftung ist gut.
(2) Keramikmaterial
Keramische Werkzeugwerkstoffe ermöglichen durch die kontinuierliche Verbesserung ihrer Zusammensetzung, Struktur und des Pressverfahrens, insbesondere durch die Entwicklung der Nanotechnologie, die Härtung keramischer Werkzeuge.In naher Zukunft könnte Keramik nach Schnellarbeitsstahl und Hartmetall die dritte Revolution beim Schneiden auslösen.Keramikwerkzeuge haben die Vorteile einer hohen Härte (HRA91~95), einer hohen Festigkeit (Biegefestigkeit 750~1000 MPa), einer guten Verschleißfestigkeit, einer guten chemischen Stabilität, einer guten Adhäsionsbeständigkeit, eines niedrigen Reibungskoeffizienten und eines niedrigen Preises.Darüber hinaus verfügen Keramikwerkzeuge über eine hohe Warmhärte, die bei 1200 °C HRA80 erreicht.
Beim normalen Schneiden weist das Keramikwerkzeug eine sehr hohe Haltbarkeit auf und seine Schnittgeschwindigkeit kann zwei bis fünf Mal höher sein als die von Hartmetall.Es eignet sich besonders für die Bearbeitung von Materialien mit hoher Härte, die Endbearbeitung und die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung.Es kann verschiedene gehärtete Stähle und gehärtetes Gusseisen mit einer Härte von bis zu HRC65 schneiden.Üblicherweise werden Keramiken auf Aluminiumoxidbasis, Keramiken auf Siliziumnitridbasis, Cermets und Whisker-Keramikmaterialien verwendet.
Keramikwerkzeuge auf Aluminiumoxidbasis haben eine höhere Rothärte als Hartmetall.Im Allgemeinen führt die Schneidkante unter Hochgeschwindigkeitsschneidbedingungen zu keiner plastischen Verformung, ihre Festigkeit und Zähigkeit sind jedoch sehr gering.Um die Zähigkeit und Schlagfestigkeit zu verbessern, kann ZrO oder eine Mischung aus TiC und TiN zugesetzt werden.Eine andere Methode besteht darin, Whisker aus reinem Metall oder Siliziumkarbid hinzuzufügen.Neben einer hohen Rothärte weisen Keramiken auf Siliziumnitridbasis auch eine gute Zähigkeit auf.Im Vergleich zu Keramik auf Aluminiumoxidbasis besteht der Nachteil darin, dass es bei der Bearbeitung von Stahl leicht zu einer Hochtemperaturdiffusion kommt, was den Werkzeugverschleiß verstärkt.Keramik auf Siliziumnitridbasis wird hauptsächlich zum intermittierenden Drehen und Fräsen von Grauguss verwendet.
Cermet ist eine Art Material auf Karbidbasis, in dem TiC die wichtigste Hartphase ist (0,5–2 μm). Sie werden mit Co- oder Ti-Bindern kombiniert und ähneln Hartmetallwerkzeugen, weisen jedoch eine geringe Affinität, gute Reibung und gute Reibung auf Verschleißfestigkeit.Es kann höheren Schnitttemperaturen standhalten als herkömmliches Hartmetall, es mangelt ihm jedoch an der Schlagzähigkeit von Hartmetall, an der Zähigkeit bei starker Zerspanung und an der Festigkeit bei niedriger Geschwindigkeit und großem Vorschub.
(3) Kubisches Bornitrid (CBN)
CBN ist in puncto Härte und Verschleißfestigkeit nach Diamant das zweitgrößte und verfügt über eine ausgezeichnete Hochtemperaturhärte.Im Vergleich zu Keramik sind die Hitzebeständigkeit und die chemische Stabilität etwas schlecht, die Schlagzähigkeit und die Bruchfestigkeit sind jedoch besser.Es eignet sich hervorragend zum Schneiden von gehärtetem Stahl (HRC ≥ 50), perlitischem Grauguss, Hartguss und Superlegierungen.Im Vergleich zu Hartmetallwerkzeugen kann die Schnittgeschwindigkeit um eine Größenordnung gesteigert werden.
Das Verbundwerkzeug aus polykristallinem kubischem Bornitrid (PCBN) mit hohem CBN-Gehalt weist eine hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, hohe Druckfestigkeit und gute Schlagzähigkeit auf.Seine Nachteile sind eine schlechte thermische Stabilität und eine geringe chemische Inertheit.Es eignet sich zum Schneiden von hitzebeständigen Legierungen, Gusseisen und Sintermetallen auf Eisenbasis.Der Gehalt an CBN-Partikeln in PCBN-Werkzeugen ist gering und die Härte von PCBN-Werkzeugen, die Keramik als Bindemittel verwenden, ist gering, gleicht jedoch die schlechte thermische Stabilität und die geringe chemische Trägheit des ersteren Materials aus und eignet sich zum Schneiden von gehärtetem Stahl.
Beim Schneiden von Grauguss und gehärtetem Stahl kann zwischen Keramikwerkzeug und CBN-Werkzeug gewählt werden.Aus diesem Grund sollte eine Kosten-Nutzen- und Verarbeitungsqualitätsanalyse durchgeführt werden, um die richtige Wahl zu treffen.Wenn die Schnitthärte unter HRC60 liegt und eine kleine Vorschubgeschwindigkeit verwendet wird, ist ein Keramikwerkzeug die bessere Wahl.PCBN-Werkzeuge eignen sich zum Schneiden von Werkstücken mit einer Härte von mehr als HRC60, insbesondere für die automatische Bearbeitung und hochpräzise Bearbeitung.Darüber hinaus ist die Restspannung auf der Werkstückoberfläche nach dem Schneiden mit PCBN-Werkzeugen bei gleichem Freiflächenverschleiß relativ stabil im Vergleich zu Keramikwerkzeugen.
Bei der Verwendung von PCBN-Werkzeugen zum Trockenschneiden von gehärtetem Stahl sollten außerdem die folgenden Grundsätze befolgt werden: Wählen Sie eine möglichst große Schnitttiefe unter der Bedingung, dass die Steifigkeit der Werkzeugmaschine dies zulässt, damit die im Schnittbereich erzeugte Wärme gemildert werden kann das Metall an der Vorderseite der Kante lokal, wodurch der Verschleiß des PCBN-Werkzeugs wirksam reduziert werden kann.Darüber hinaus sollte bei Verwendung einer geringen Schnitttiefe auch berücksichtigt werden, dass die schlechte Wärmeleitfähigkeit des PCBN-Werkzeugs dazu führen kann, dass die Wärme im Schnittbereich zu spät diffundiert, und dass der Scherbereich auch einen offensichtlichen Metallerweichungseffekt erzeugen kann Verschleiß der Schneide.
2. Klingenstruktur und geometrische Parameter superharter Werkzeuge
Die vernünftige Bestimmung der Form und der geometrischen Parameter des Werkzeugs ist sehr wichtig, um die Schneidleistung des Werkzeugs voll auszuschöpfen.In Bezug auf die Werkzeugstärke beträgt die Werkzeugspitzenstärke verschiedener Klingenformen von hoch bis niedrig: rund, 100°-Diamant, quadratisch, 80°-Diamant, Dreieck, 55°-Diamant, 35°-Diamant.Nachdem das Klingenmaterial ausgewählt wurde, muss die Klingenform mit der höchsten Festigkeit ausgewählt werden.Hartdrehmesser sollten ebenfalls so groß wie möglich gewählt werden und die Grobbearbeitung sollte mit Kreismessern und Messern mit großem Spitzenbogenradius erfolgen.Der Spitzenbogenradius beträgt beim Schlichten etwa 0,8 μ etwa m.
Die gehärteten Stahlspäne sind rote und weiche Bänder mit großer Sprödigkeit, leicht zu brechen und nicht bindend.Die Schneidfläche aus gehärtetem Stahl ist von hoher Qualität und erzeugt im Allgemeinen keine Spanansammlung, aber die Schnittkraft ist groß, insbesondere ist die radiale Schnittkraft größer als die Hauptschnittkraft.Daher sollte das Werkzeug einen negativen Vorderwinkel (go ≥ - 5°) und einen großen Hinterwinkel (ao=10°~15°) verwenden.Der Hauptablenkwinkel hängt von der Steifigkeit der Werkzeugmaschine ab und beträgt im Allgemeinen 45 ° bis 60 °, um das Rattern von Werkstück und Werkzeug zu reduzieren.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. Februar 2023