La selezione di utensili e utensili da taglio è uno dei contenuti importanti della tecnologia di lavorazione CNC, che non solo influisce sull'efficienza di lavorazione della macchina utensile, ma influisce anche direttamente sulla qualità della lavorazione. Rispetto ai metodi di lavorazione tradizionali, la lavorazione CNC ha requisiti più elevati per utensili e utensili da taglio. Non solo richiede alta precisione, buona rigidità e durata, ma richiede anche dimensioni stabili e installazione e regolazione convenienti.

Materiali utensili di lavorazione CNC 1. acciaio ad alta velocità

Acciaio ad alta velocità, noto anche come acciaio anteriore o acciaio bianco. Si tratta di un acciaio legato contenente elementi come tungsteno (W), molibdeno (Mo), cromo (Cr), vanadio (V), cobalto (Co), ecc È diviso in due serie principali di tungsteno e molibdeno ed è un materiale utensile tradizionale. La sua durezza della temperatura ambiente è 62-65HRC e la sua durezza termica può essere aumentata a 500-600 ℃. Dopo la tempra, la deformazione è piccola, facile da affilare e può essere forgiata e tagliata. Può essere utilizzato non solo per la produzione di punte e frese, ma anche per la produzione di utensili da taglio complessi come frese ad ingranaggi e frese di formatura. Tuttavia, a causa della sua bassa velocità di taglio ammissibile (50m/min), è utilizzato principalmente per la lavorazione a bassa velocità su macchine CNC. L'acciaio ad alta velocità ordinario è rappresentato da W18Cr4V.

2. Lega dura

La lega dura è un prodotto di metallurgia della polvere fatto da carburi (WC, TiC, TaC, NbC, ecc.) con elevata durezza e punto di fusione, utilizzando Co, Mo, Ni come leganti. La sua durezza della temperatura ambiente può raggiungere 74-82HRC e può resistere alle alte temperature che vanno da 800 ℃ a 1000 ℃. Grazie al suo basso costo di produzione, può esibire eccellenti prestazioni di taglio a media velocità (150m/min) e ad alta alimentazione di taglio, rendendolo il materiale utensile più utilizzato nella lavorazione CNC. Ma la sua resistenza all'impatto e resistenza alla flessione sono molto inferiori a quelli dell'acciaio ad alta velocità, quindi raramente viene trasformato in utensili da taglio integrali. Nell'uso pratico, i blocchi di taglio in lega dura sono generalmente fissati sul corpo di taglio mediante saldatura o bloccaggio meccanico. Le leghe dure comunemente usate includono leghe di tungsteno cobalto (YG) (YG8, YG6, YG3), leghe di tungsteno titanio (YT) (YT5, YT15, YT30) e tungsteno titanio tantalio (niobio) (YW) (YW1, YW2) leghe.

3. Lega dura rivestita

Gli utensili rivestiti in lega dura sono realizzati rivestindo uno o più strati di TiN, TiCN, TiAlN e Al2O3 resistenti all'usura su utensili in lega dura con buona tenacità. Lo spessore del rivestimento varia da 2 µ m a 18 µ m. I rivestimenti hanno solitamente due funzioni: da un lato, hanno un coefficiente di conducibilità termica molto inferiore rispetto al substrato utensile e al materiale del pezzo in lavorazione, indebolindo l'effetto termico del substrato utensile; D'altra parte, può migliorare efficacemente l'attrito e l'adesione durante il processo di taglio, riducendo la generazione di calore di taglio. TiN ha caratteristiche di attrito basso, che possono ridurre la perdita di tessuto di rivestimento. TiCN può ridurre l'usura della superficie di taglio posteriore. Il rivestimento TiCN ha una durezza più elevata. Il rivestimento Al2O3 ha un eccellente effetto di isolamento termico. Rispetto agli utensili da taglio in lega dura, gli utensili da taglio rivestiti in lega dura hanno notevolmente migliorato in termini di resistenza, durezza e resistenza all'usura. Per il taglio di pezzi con una durezza di 45-55HRC, le leghe dure rivestite a basso costo possono ottenere il taglio ad alta velocità. Negli ultimi anni, alcuni produttori si sono affidati al miglioramento dei materiali di rivestimento e delle proporzioni, che ha notevolmente migliorato le proprietà degli utensili da taglio rivestiti.

4. Materiali ceramici

La ceramica è uno dei materiali per utensili da taglio che si è sviluppato rapidamente ed è diventato sempre più utilizzato negli ultimi 20 anni. Nel prossimo futuro, la ceramica potrebbe portare a una terza rivoluzione nella lavorazione del taglio, dopo l'acciaio ad alta velocità e le leghe dure.

Gli utensili da taglio ceramici hanno vantaggi quali elevata durezza (91-95HRA), alta resistenza (resistenza alla flessione di 750MPa ~ 1000MPa), buona resistenza all'usura, buona stabilità chimica, buona resistenza adesiva, basso coefficiente di attrito e basso costo. Non solo, gli utensili da taglio ceramici hanno anche durezza ad alta temperatura, raggiungendo 80HRA a 1200 ℃. Se usati normalmente, gli utensili da taglio ceramici hanno una durata estremamente lunga e la velocità di taglio può essere aumentata di 2-5 volte rispetto agli utensili da taglio in lega dura. Sono particolarmente adatti per la lavorazione di materiali ad alta durezza, lavorazioni di precisione e lavorazioni ad alta velocità. Possono lavorare vari tipi di acciaio temprato e ghisa temprata con una durezza fino a 60 HRC. Comunemente utilizzati includono ceramica a base di allumina, ceramica a base di nitruro di silicio e ceramica metallica. In condizioni di taglio ad alta velocità, il tagliente generalmente non subisce deformazioni plastiche, ma la sua resistenza e tenacità sono inferiori. Oltre all'elevata durezza termica, anche le ceramiche a base di nitruro di silicio hanno una buona durezza. Rispetto alle ceramiche a base di ossido di silicio, il suo svantaggio è che è incline alla diffusione ad alta temperatura durante la lavorazione dell'acciaio, che intensifica l'usura degli utensili. Gli utensili ceramici a base di nitruro di silicio sono utilizzati principalmente per la tornitura intermittente e la fresatura della ghisa grigia. Il metallo Cermet è un materiale utensile a base di carburi, simile alle leghe dure, ma con minore affinità, buon attrito e migliore resistenza all'usura. Può resistere a temperature di taglio più elevate rispetto alle leghe dure convenzionali, ma manca della resistenza agli urti, della durezza durante le lavorazioni pesanti e della resistenza a basse velocità e ad alte velocità di avanzamento delle leghe dure. Negli ultimi anni, attraverso un'ampia ricerca, il miglioramento e l'adozione di nuovi processi produttivi, la resistenza alla flessione e la tenacità dei materiali ceramici sono stati notevolmente migliorati. Ad esempio, la nuova ceramica metallica NX2525 sviluppata da Mitsubishi Metal Company in Giappone e la serie CT di lame in ceramica metallica e la serie di lame in ceramica metallica rivestite sviluppate da Sandvik Company in Svezia hanno una resistenza alla flessione e all'usura significativamente più elevata rispetto alla ceramica metallica ordinaria, ampliando notevolmente la gamma di applicazioni dei materiali ceramici.

5. Nitruro cubico di boro (CBN)

Il CBN è un materiale ad alta durezza sintetizzato artificialmente, con una durezza fino a 7300-9000HV. La sua durezza e resistenza all'usura sono secondi solo al diamante e ha un'eccellente durezza ad alta temperatura. Rispetto agli utensili da taglio ceramici, la sua resistenza al calore e la stabilità chimica sono leggermente peggiori, ma la sua durezza all'impatto e le prestazioni anti schiacciamento sono migliori.

È ampiamente usato per tagliare acciaio temprato (sopra 50HRC), ghisa grigia perlite, ghisa refrigerata e leghe ad alta temperatura. Rispetto agli utensili da taglio in lega dura, la sua velocità di taglio può essere aumentata di un ordine di grandezza. Gli utensili da taglio PCBN (nitruro di boro cubico policristallino) con alto contenuto di CBN hanno elevata durezza, buona resistenza all'usura, alta resistenza alla compressione e buona tenacità agli urti. Tuttavia, i loro svantaggi sono la scarsa stabilità termica e bassa inerzia chimica, che li rende adatti per il taglio di leghe resistenti al calore, ghisa e metalli sinterizzati a base di ferro. Il contenuto di particelle CBN negli utensili da taglio compositi PCBN è relativamente basso e la ceramica viene utilizzata come leganti, con conseguente durezza inferiore. Tuttavia, questo compensa la scarsa stabilità termica e la bassa inerzia chimica di PCBN con alto contenuto di CBN, rendendolo adatto per il taglio di acciaio temprato. Nel campo di applicazione del taglio della ghisa grigia e dell'acciaio temprato, sono disponibili utensili da taglio ceramici e utensili da taglio CBN per la selezione simultanea. Quando si taglia a secco l'acciaio temprato, il costo dell'uso della ceramica Al2O3 è inferiore a quello dei materiali PCBN, perché gli utensili da taglio ceramici hanno una buona stabilità termica e chimica, ma non sono così duri e duri come gli utensili da taglio PCBN. Gli utensili da taglio ceramici sono una scelta migliore quando si tagliano pezzi con durezza inferiore a 60HRC e velocità di avanzamento ridotte. Gli utensili da taglio PCBN sono adatti per situazioni in cui la durezza del pezzo è superiore a 60HRC, specialmente per lavorazioni automatizzate e ad alta precisione.

6. Diamante policristallino (PCD)

Essendo il materiale utensile da taglio più duro, il PCD ha una durezza fino a 10000HV e la migliore resistenza all'usura. Può trattare materiali metallici non ferrosi morbidi ad alta velocità (1000 m/min) e precisione. Tuttavia, è sensibile all'impatto, facile da rompere e ha una forte affinità per il ferro nei metalli ferrosi, che può facilmente innescare reazioni chimiche. Generalmente, può essere utilizzato solo per trattare parti non ferrose, come metalli non ferrosi e loro leghe, fibre di vetro, ceramica ingegneristica e leghe dure, che sono materiali estremamente duri.