Výběr řezných nástrojů a nástrojů je jedním z důležitých obsahů CNC obráběcí techniky, která ovlivňuje nejen efektivitu obrábění obráběcího stroje, ale také přímo ovlivňuje kvalitu obrábění. Ve srovnání s tradičními metodami obrábění má CNC obrábění vyšší požadavky na řezné nástroje a nástroje. Nejen, že vyžaduje vysokou přesnost, dobrou tuhost a trvanlivost, ale také vyžaduje stabilní velikost a pohodlnou instalaci a nastavení.

Materiály CNC obráběcího nástroje 1. Vysokorychlostní ocel

Vysokorychlostní ocel, známá také jako přední ocel nebo bílá ocel. Jedná se o legovanou ocel obsahující prvky, jako je wolfram (W), molybden (Mo), chrom (Cr), vanad (V), kobalt (Co), atd. Je rozdělen do dvou hlavních řad wolframu a molybden a je tradičním nástrojovým materiálem. Jeho pokojová teplota tvrdost je 62-65HRC a jeho tepelná tvrdost může být zvýšena na 500-600 ℃. Po kalení je deformace malá, snadno se brousí a může být kována a řezána. Může být použit nejen k výrobě vrtáků a fréz, ale také k výrobě složitých řezných nástrojů, jako jsou ozubené frézy a tvářecí frézy. Nicméně vzhledem k nízké přípustné řezné rychlosti (50m/min) se většinou používá pro nízkotáčkové obrábění na CNC strojích. Běžnou vysokorychlostní ocel reprezentuje W18Cr4V.

2. Tvrdá slitina

Tvrdá slitina je práškový metalurgický produkt vyrobený z karbidů (WC, TiC, TaC, NbC atd.) s vysokou tvrdostí a bodem tavení, používající Co, Mo, Ni jako pojiva. Jeho pokojová teplota tvrdost může dosáhnout 74-82HRC a může odolat vysokým teplotám v rozsahu od 800 ℃ do 1000 ℃. Vzhledem k nízkým výrobním nákladům může vykazovat vynikající řezný výkon ve střední rychlosti (150m/min) a vysokém posuvu řezání, což z něj dělá nejrozšířenější nástrojový materiál při CNC obrábění. Ale jeho houževnatost a pevnost v ohybu jsou mnohem nižší než u vysokorychlostní oceli, takže se zřídka vyrábí do integrovaných řezných nástrojů. V praktickém použití jsou řezné bloky z tvrdých slitin obecně upevněny na řezném těle svařováním nebo mechanickým upnutím. Běžně používané tvrdé slitiny zahrnují slitiny wolframového kobaltu (YG) slitiny (YG8, YG6, YG3), slitiny wolframového titanu (YT), slitiny wolframového titanu (YW) (YW1, YW2).

3. Potažená tvrdá slitina

Potažené nástroje z tvrdé slitiny se vyrábějí povrchem jedné nebo více vrstev TiN, TiCN, TiAlN a Al2O3 odolných proti opotřebení na nástroje z tvrdé slitiny s dobrou houževnatostí.Tloušťka povlaku sahá od 2 µ do 18 µ m. Nátěry mají obvykle dvě funkce: na jedné straně mají mnohem nižší koeficient tepelné vodivosti než substrát nástroje a materiál obrobku, což oslabuje tepelný účinek substrátu nástroje; Na druhou stranu může efektivně zlepšit tření a adhezi během řezného procesu, což snižuje generaci řezného tepla. TiN má nízké třecí vlastnosti, které mohou snížit ztrátu povlakové tkáně. TiCN může snížit opotřebení zadní řezné plochy. Nátěr TiCN má vyšší tvrdost. Nátěr Al2O3 má vynikající tepelně izolační účinek. Ve srovnání s řeznými nástroji z tvrdé slitiny se potažené řezné nástroje z tvrdé slitiny výrazně zlepšily z hlediska pevnosti, tvrdosti a odolnosti proti opotřebení. Pro řezání obrobků s tvrdostí 45-55HRC mohou nízkonákladově povlakované tvrdé slitiny dosáhnout vysokorychlostního řezání. V posledních letech se někteří výrobci spoléhali na zlepšení povlakových materiálů a proporcí, což výrazně zlepšilo vlastnosti povlakovaných řezných nástrojů.

4. Keramické materiály

Keramika je jedním z materiálů řezacích nástrojů, který se rychle vyvíjel a v posledních dvaceti letech se stále více používá. V blízké budoucnosti může keramika vést k třetí revoluci v obrábění řezání po vysokorychlostní oceli a tvrdých slitinách.

Keramické řezné nástroje mají výhody, jako je vysoká tvrdost (91-95HRA), vysoká pevnost (ohybová pevnost 750MPa~1000MPa), dobrá odolnost proti opotřebení, dobrá chemická stabilita, dobrá odolnost proti lepení, nízký koeficient tření a nízké náklady. Nejen to, keramické řezné nástroje mají také vysokou vysokoteplotní tvrdost, dosahující 80HRA při 1200 ℃. Při normálním použití mají keramické řezné nástroje extrémně dlouhou životnost a řezné rychlosti lze ve srovnání s tvrdými slitinami zvýšit 2-5-krát. Jsou vhodné zejména pro zpracování materiálů s vysokou tvrdostí, přesné obrábění a vysokorychlostní obrábění. Mohou zpracovat různé typy kalené oceli a kalené litiny s tvrdostí až 60HRC. Běžně používané zahrnují keramiku na bázi hliníku, keramiku na bázi nitridu křemíku a kovovou keramiku. Keramické řezné nástroje na bázi hliníku mají vyšší tepelné kalení než tvrdé slitiny. Při vysokorychlostních řezných podmínkách řezná hrana obecně nepodléhá plastické deformaci, ale její pevnost a houževnatost jsou nižší. Kromě vysoké tepelné tvrdosti mají keramika na bázi dusíku křemíku také dobrou houževnatost. Ve srovnání s keramikou na bázi oxidu křemíku je její nevýhodou, že je náchylná k vysokoteplotní difuzi během zpracování oceli, což zintenzivňuje opotřebení nástrojů. Keramické nástroje na bázi dusíku křemíku se používají především pro přerušované soustružení a frézování šedé litiny. Cermet kov je nástrojový materiál založený na karbidech, podobný tvrdým slitinám, ale s nižší afinitou, dobrým třením a lepší odolností proti opotřebení. Dokáže odolat vyšším řezným teplotám než konvenční tvrdé slitiny, ale postrádá odolnost proti nárazům, houževnatost při těžkém obrábění a pevnost při nízkých rychlostech a vysokých posuvů tvrdých slitin. V posledních letech se prostřednictvím rozsáhlého výzkumu, zlepšování a přijetí nových výrobních postupů výrazně zlepšila pevnost a houževnatost keramických materiálů v ohybu. Například nová kovová keramika NX2525 vyvinutá Mitsubishi Metal Company v Japonsku a řada CT kovových keramických čepelí a série povlakovaných keramických čepelí vyvinutá společností Sandvik Company ve Švédsku mají výrazně vyšší pevnost ohybu a odolnost proti opotřebení než běžná kovová keramika, což výrazně rozšiřuje rozsah aplikacích materiálů keramický

5. Kubický nitrid bornatý (CBN)

CBN je uměle syntetizovaný materiál s vysokou tvrdostí s tvrdostí až 7300-9000HV. Jeho tvrdost a odolnost proti opotřebení jsou druhé pouze po diamantu a má vynikající vysokoteplotní tvrdost. Ve srovnání s keramickými řeznými nástroji jsou jeho tepelná odolnost a chemická stabilita o něco horší, ale jeho houževnatost a proti drcení výkon jsou lepší.

Je široce používán pro řezání kalené oceli (nad 50HRC), perlitové šedé litiny, chlazené litiny a vysokoteplotních slitin. Ve srovnání s řeznými nástroji z tvrdých slitin může být jeho řezná rychlost zvýšena o řád velikosti. Řezací nástroje PCBN (polykrystalický kubický nitrid boru) s vysokým obsahem CBN mají vysokou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení, vysokou pevnost v tlaku a dobrou houževnatost. Nicméně jejich nevýhodou je špatná tepelná stabilita a nízká chemická inertnost, což je vhodné pro řezání žáruvzdorných slitin, litiny a slinovaných kovů na bázi železa. Obsah částic CBN v kompozitních PCBN řezacích nástrojích je relativně nízký a keramika se používá jako pojiva, což vede k nižší tvrdosti. To však kompenzuje špatnou tepelnou stabilitu a nízkou chemickou inertnost PCBN s vysokým obsahem CBN, což je vhodné pro řezání kalené oceli. V oblasti použití řezání šedé litiny a kalené oceli jsou k dispozici keramické řezné nástroje a CBN řezné nástroje pro současný výběr. Při suchém řezání kalené oceli jsou náklady na použití keramiky Al2O3 nižší než u materiálů PCBN, protože keramické řezné nástroje mají dobrou tepelnou a chemickou stabilitu, ale nejsou tak pevné a tvrdé jako řezné nástroje PCBN. Keramické řezné nástroje jsou lepší volbou při řezání obrobků s tvrdostí pod 60HRC a malými posuvy. Řezné nástroje PCBN jsou vhodné pro situace, kdy je tvrdost obrobku vyšší než 60HRC, zejména pro automatizované a vysoce přesné obrábění.

6. Polykrystalický diamant (PCD)

Jako nejtvrdší řezný materiál má PCD tvrdost až 10000HV a nejlepší odolnost proti opotřebení. Může zpracovávat měkké neželezné kovové materiály s vysokou rychlostí (1000m/min) a přesností. Nicméně je citlivý na nárazy, snadno se zlomí a má silnou afinitu k železu v železných kovech, která může snadno vyvolat chemické reakce. Obecně lze použít pouze k zpracování neželezných dílů, jako jsou neželezné kovy a jejich slitiny, skleněná vlákna, strojírenská keramika a tvrdé slitiny.