Takım malzemeleri temel özelliklere sahip olmalıdır
Takım malzemelerinin seçiminin takım ömrü, işleme verimliliği, işleme kalitesi ve işleme maliyeti üzerinde büyük etkisi vardır. Keserken aletlerin yüksek basınca, yüksek sıcaklığa, sürtünmeye, darbeye ve titreşime dayanıklı olması gerekir. Bu nedenle takım malzemelerinin aşağıdaki temel özelliklere sahip olması gerekir:
(1) Sertlik ve aşınma direnci. Takım malzemesinin sertliği iş parçası malzemesinin sertliğinden daha yüksek olmalıdır ve genellikle 60HRC'nin üzerinde olması gerekir. Takım malzemesinin sertliği ne kadar yüksek olursa aşınma direnci de o kadar iyi olur.
(2) Güç ve dayanıklılık. Takım malzemesi, kesme kuvvetine, darbeye ve titreşime dayanacak ve takımın kırılgan kırılmasını ve ufalanmasını önleyecek yüksek mukavemete ve tokluğa sahip olmalıdır.
(3) Isı direnci. Takım malzemesi iyi bir ısı direncine sahip olmalı, yüksek kesme sıcaklıklarına dayanabilmeli ve iyi bir antioksidan özelliğe sahip olmalıdır.
(4) Proses performansı ve ekonomi. Takım malzemesi iyi dövme performansına, ısıl işlem performansına, kaynak performansına, taşlama performansına vb. sahip olmalı ve yüksek performans-fiyat oranını takip etmelidir.
2
Takım malzemelerinin türleri, özellikleri, özellikleri ve uygulamaları
1. Elmas takım malzemeleri
Elmas karbonun bir allotropudur ve doğada bulunan en sert malzemedir. Elmas aletler yüksek sertliğe, yüksek aşınma direncine ve yüksek ısı iletkenliğine sahiptir ve demir dışı metallerin ve-metalik olmayan malzemelerin işlenmesinde yaygın olarak kullanılır. Özellikle alüminyum ve silikon alüminyum alaşımlarının yüksek-hızlı kesiminde, elmas takımlar, değiştirilmesi zor olan ana kesici takım çeşididir. Yüksek verim, yüksek stabilite ve uzun ömür elde edebilen elmas takımlar, modern CNC işlemede vazgeçilmez ve önemli bir takımdır.
(1) Elmas alet türleri
① Doğal elmas aletler: Doğal elmas yüzlerce yıldır kesici alet olarak kullanılmaktadır. Doğal tek kristal elmas aletler, 0,002μm'ye kadar kesme kenarı yarıçapıyla son derece keskin bir kenara kadar ince bir şekilde taşlanabilir. Ultra-ince kesme elde edebilirler ve son derece yüksek iş parçası hassasiyeti ve son derece düşük yüzey pürüzlülüğü üretebilirler. Tanınmış, ideal ve yeri doldurulamaz ultra-hassas işleme takımlarıdır.
② PCD elmas aletler: Doğal elmaslar pahalıdır ve kesmede yaygın olarak kullanılan elmas çok kristalli elmastır (PCD). 1970'lerin başından bu yana, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç sentez teknolojisiyle hazırlanan çok kristalli elmasın (PCD bıçakları) başarılı bir şekilde geliştirilmesinden sonra, birçok durumda doğal elmas aletlerin yerini yapay çok kristalli elmaslar almıştır. PCD hammaddeleri bol miktarda bulunur ve fiyatı doğal elmasların yalnızca onda biri ila onda biri kadardır. PCD takımları aşırı keskin kenarları taşlayamaz ve işlenen iş parçalarının yüzey kalitesi doğal elmaslar kadar iyi değildir. Şu anda endüstride talaş kırıcılı PCD bıçakların üretimi kolay yapılamamaktadır. Bu nedenle PCD yalnızca demir dışı metallerin ve-dışı metallerin hassas kesimi için kullanılabilir ve ultra-hassas ayna kesiminin elde edilmesi zordur.
③ CVD elmas aletler: 1970'lerin sonu ve 1980'lerin başından beri, Japonya'da CVD elmas teknolojisi ortaya çıktı. CVD elmas, kimyasal buhar biriktirme (CVD) yoluyla heterojen bir alt tabaka (semente karbür, seramik vb. gibi) üzerinde sentezlenen elmas filmini ifade eder. CVD pırlanta, doğal elmasla aynı yapı ve özelliklere sahiptir. CVD pırlantanın performansı doğal pırlantanın performansına çok yakındır. Doğal tek kristal elmasın ve çok kristalli elmasın (PCD) avantajlarına sahiptir ve eksikliklerini bir ölçüde giderir.
(2) Elmas takımların performans özellikleri
① Son derece yüksek sertlik ve aşınma direnci: Doğal elmas, doğada bulunan en sert maddedir. Elmas son derece yüksek aşınma direncine sahiptir. Yüksek-sertlikteki malzemeleri işlerken, elmas takımların ömrü semente karbür takımların ömrünün 10 ila 100 katı, hatta birkaç yüz katı kadardır.
② Çok düşük sürtünme katsayısı: Elmas ile bazı-demir dışı metaller arasındaki sürtünme katsayısı diğer aletlerinkinden daha düşüktür. Düşük sürtünme katsayısı, işleme sırasında daha az deformasyon anlamına gelir ve bu da kesme kuvvetini azaltabilir.
③ Çok keskin kesici kenar: Elmas aletlerin kesici kenarı çok keskin bir seviyeye kadar bilenebilir. Doğal tek kristal elmas aletler 0,002 ila 0,008 μm'ye ulaşabilir ve bu da ultra-ince kesme ve ultra-hassas işleme işlemlerini gerçekleştirebilir.
④ Yüksek ısı iletkenliği: Elmas yüksek ısı iletkenliğine ve ısı yayılımına sahiptir, kesme ısısı kolayca dağılır ve aletin kesme kısmının sıcaklığı düşüktür.
⑤ Düşük termal genleşme katsayısı: Elmasın termal genleşme katsayısı, semente karbürünkinden birkaç kat daha küçüktür ve kesme ısısının neden olduğu takım boyutundaki değişiklik çok küçüktür; bu, özellikle yüksek boyutsal doğruluk gereksinimleri olan hassas ve ultra-hassas işleme için önemlidir.
(3) Elmas aletlerin uygulanması
Elmas aletler çoğunlukla demir dışı metallerin ve-metalik olmayan malzemelerin yüksek hızlarda ince kesilmesi ve delik açılması için kullanılır. Cam elyaf toz metalurjisi boşlukları, seramik malzemeler vb. gibi aşınmaya-dirençli olmayan{- çeşitli metallerin işlenmesi için uygundur; çeşitli silikon alüminyum alaşımları gibi aşınmaya-dayanıklı-çeşitli demir dışı metaller; çeşitli-demir dışı metal kaplamalar.
Elmas takımların dezavantajı zayıf termal stabiliteye sahip olmalarıdır. Kesme sıcaklığı 700 derece ~800 dereceyi aştığında sertliklerini tamamen kaybederler. Ayrıca, elmas (karbon) yüksek sıcaklıklarda demir atomlarıyla kolayca reaksiyona girerek karbon atomlarını grafit yapılara dönüştürdüğü ve takımların hasar görmesini son derece kolay hale getirdiği için demirli metalleri kesmek için uygun değildirler.
2. Kübik Bor Nitrür Takım Malzemeleri
Elmas üretim yöntemine benzer bir yöntemle sentezlenen ikinci bir süper sert malzeme olan kübik bor nitrür (CBN), sertlik ve termal iletkenlik açısından elmastan sonra ikinci sırada yer alır. Mükemmel termal stabiliteye sahiptir ve atmosferde 10.000 dereceye kadar ısıtıldığında bile oksitlenmez. CBN, demirli metaller için son derece kararlı kimyasal özelliklere sahiptir ve çelik ürünlerin işlenmesinde yaygın olarak kullanılabilir.
(1) Kübik bor nitrür aletlerinin türleri
Kübik bor nitrür (CBN) doğada bulunmayan bir maddedir. Tek kristallere ve çok kristalli kristallere, yani CBN tek kristallerine ve çok kristalli kübik bor nitrüre (PCBN) ayrılabilir. CBN, bor nitrürün (BN) allotroplarından biridir ve elmasınkine benzer bir yapıya sahiptir.
PCBN (çok kristalli kübik bor nitrür), ince CBN malzemelerinin yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında bir bağlama fazı (TiC, TiN, Al, Ti, vb.) yoluyla birlikte sinterlenmesiyle yapılan çok kristalli bir malzemedir. Şu anda yapay olarak sentezlenen, sertliği elmastan sonra ikinci olan alet malzemesidir. O ve elmas toplu olarak süper sert takım malzemeleri olarak anılır. PCBN esas olarak alet veya diğer aletlerin yapımında kullanılır.
PCBN takımları, entegre PCBN bıçaklarına ve semente karbür ile sinterlenmiş PCBN kompozit bıçaklara ayrılabilir.
PCBN kompozit bıçaklar, iyi mukavemet ve tokluğa sahip semente karbür üzerine 0,5-1,0 mm kalınlığında bir PCBN tabakasının sinterlenmesiyle yapılır. Performansı iyi tokluğu yüksek sertlik ve aşınma direnciyle birleştirir. CBN bıçaklarının bükülme mukavemetinin düşük olması ve kaynaklanmasının zor olması sorunlarını çözer.
(2) Kübik bor nitrürün ana özellikleri ve özellikleri
Kübik bor nitrürün sertliği elmastan biraz daha düşük olmasına rağmen diğer yüksek sertlikteki malzemelere göre çok daha yüksektir. CBN'nin göze çarpan avantajı, termal stabilitesinin, 1200 derecenin üzerine çıkabilen (elmas 700-800 derece) elmastan çok daha yüksek olmasıdır. Bir diğer öne çıkan avantajı ise kimyasal olarak inert olması ve 1200-1300 derecede demir ile kimyasal reaksiyona girmemesidir. Kübik bor nitrürün ana performans özellikleri aşağıdaki gibidir.
① Yüksek sertlik ve aşınma direnci: CBN'nin kristal yapısı elmasınkine benzer ve elmasla benzer sertlik ve mukavemete sahiptir. PCBN, daha önce taşlanabilen yüksek-sertlikteki malzemelerin işlenmesi için özellikle uygundur ve daha iyi iş parçası yüzey kalitesi elde edebilir.
② Yüksek termal stabiliteye sahiptir: CBN'nin ısı direnci 1400-1500 dereceye ulaşabilir, bu da elmasın ısı direncinden (700-800 derece) neredeyse 1 kat daha yüksektir. PCBN takımları, yüksek sıcaklıktaki alaşımları ve sertleştirilmiş çeliği karbür takımlardan 3-5 kat daha yüksek bir hızda kesebilir.
③ Mükemmel kimyasal stabilite: 1200~1300 derecede demir malzemelerle kimyasal olarak reaksiyona girmez ve elmas kadar hızlı aşınmaz. Şu anda semente karbürün sertliğini hala koruyabilir; PCBN takımları sertleştirilmiş çelik parçaları ve soğutulmuş dökme demiri kesmek için uygundur ve dökme demirin yüksek-hızda kesilmesinde yaygın olarak kullanılabilir.
④ İyi ısı iletkenliği: CBN'nin ısıl iletkenliği elmasa yetişemese de, PCBN'nin ısıl iletkenliği tüm takım malzemeleri arasında elmastan sonra ikinci sırada yer alır ve yüksek-hız çeliğinden ve semente karbürden çok daha yüksektir.
⑤ Düşük sürtünme katsayısı: Düşük sürtünme katsayısı, kesme sırasında kesme kuvvetinin azalmasına, kesme sıcaklığının düşmesine ve işleme yüzeyi kalitesinin iyileşmesine yol açabilir.
(3) Kübik bor nitrür aletlerinin uygulanması
Kübik bor nitrür, sertleştirilmiş çelik, sert dökme demir, yüksek-sıcaklık alaşımı, semente karbür, yüzey püskürtme malzemeleri vb. gibi kesilmesi zor çeşitli malzemelerin işlenmesi için uygundur. İşleme doğruluğu IT5'e (delikler için IT6) ulaşabilir ve yüzey pürüzlülük değeri Ra1,25~0,20μm kadar küçük olabilir.
Kübik bor nitrür takım malzemeleri zayıf tokluğa ve bükülme mukavemetine sahiptir. Bu nedenle kübik bor nitrür tornalama takımları düşük-hızlı, yüksek-darbeli kaba işleme için uygun değildir; aynı zamanda, yüksek plastisiteye sahip malzemeleri (alüminyum alaşımları, bakır alaşımları, nikel-bazlı alaşımlar, yüksek plastisiteye sahip çelikler vb. gibi) kesmek için uygun değildirler çünkü bu metalleri keserken, işleme yüzeyini bozacak ciddi-talaşlı kenarlar oluşacaktır.
3. Seramik alet malzemeleri
Seramik aletler yüksek sertlik, iyi aşınma direnci, mükemmel ısı direnci ve kimyasal stabilite özelliklerine sahiptir ve metallerle birleştirilmesi kolay değildir. Seramik takımlar CNC işlemede çok önemli bir yere sahiptir. Seramik aletler, yüksek-hızlı kesim ve-işlenmesi zor-malzemeler için ana araçlardan biri haline geldi. Seramik aletler, yüksek-hızlı kesme, kuru kesme, sert kesme ve-işlenmesi{8}zor malzemelerin kesilmesinde yaygın olarak kullanılır. Seramik kesici takımlar, geleneksel kesici takımların hiçbir şekilde işleyemeyeceği yüksek sertlikteki malzemeleri verimli bir şekilde işleyebilir ve "taşlama yerine tornalama" işlemini gerçekleştirebilir; seramik kesici takımların optimum kesme hızı, karbür kesici takımlarınkinden 2 ila 10 kat daha yüksek olabilir, böylece kesme üretim verimliliği büyük ölçüde artar; Seramik kesici aletlerin yapımında kullanılan ana hammaddeler yer kabuğunda en çok bulunan elementlerdir. Bu nedenle, seramik kesici aletlerin tanıtımı ve uygulanması, verimliliğin artırılması, işleme maliyetlerinin azaltılması ve stratejik değerli metallerin tasarrufu açısından büyük önem taşıyor ve aynı zamanda kesme teknolojisinin ilerlemesini de büyük ölçüde teşvik edecek.
(1) Seramik kesici takım malzemesi türleri
Seramik kesici takım malzemeleri genel olarak üç kategoriye ayrılabilir: alümina-bazlı seramikler, silikon nitrür-bazlı seramikler ve kompozit silikon nitrür-alümina-bazlı seramikler. Bunlar arasında alümina-bazlı ve silikon nitrür-bazlı seramik kesici takım malzemeleri en yaygın kullanılanlardır. Silisyum nitrür-bazlı seramiklerin performansı, alümina-bazlı seramiklerin performansından üstündür.
(2) Seramik kesici takımların performansı ve özellikleri
① Yüksek sertlik ve iyi aşınma direnci: Seramik kesici takımların sertliği PCD ve PCBN kadar yüksek olmasa da, karbür ve yüksek-hız çeliği kesici takımlardan çok daha yüksektir ve 93~95HRA'ya ulaşır. Seramik aletler, geleneksel aletlerle işlenmesi zor olan yüksek-sertlikteki malzemeleri işleyebilir ve yüksek-hızda kesme ve sert kesmeye uygundur.
② Yüksek sıcaklık dayanımı ve iyi ısı direnci: Seramik aletler hala 1200 derecenin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda kesebilir. Seramik aletler yüksek-sıcaklıkta mükemmel mekanik özelliklere sahiptir ve seramik aletler özellikle iyi oksidasyon direncine sahiptir. Kesici kenar kırmızı-sıcak durumda olsa bile sürekli olarak kullanılabilir. Bu nedenle seramik aletler kuru kesmeyi başarabilir ve böylece kesme sıvısı ihtiyacını ortadan kaldırabilir.
③ İyi kimyasal kararlılık: Seramik aletlerin metallerle bağlanması kolay değildir ve korozyona-dayanıklı ve kimyasal olarak stabildir; bu da aletlerin bağlanma aşınmasını azaltabilir.
④ Düşük sürtünme katsayısı: Seramik takımların metallere karşı afinitesi düşüktür ve sürtünme katsayısı düşüktür, bu da kesme kuvvetini ve kesme sıcaklığını azaltabilir.
(3) Seramik aletlerin uygulanması
Seramik, esas olarak yüksek-hızlı ince işleme ve yarı-ince işleme için kullanılan takım malzemelerinden biridir. Seramik aletler çeşitli dökme demirleri (gri dökme demir, sünek demir, dövülebilir dökme demir, soğutulmuş dökme demir, yüksek alaşımlı aşınmaya-dirençli dökme demir) ve çelikleri (karbon yapı çeliği, alaşımlı yapı çeliği, yüksek mukavemetli çelik, yüksek manganlı çelik, su verilmiş çelik vb.) kesmek için uygundur ve aynı zamanda bakır alaşımlarını, grafiti, mühendislik plastiklerini ve kompozit malzemeleri kesmek için de kullanılabilir.
Seramik takım malzemeleri düşük bükülme mukavemetine ve zayıf darbe dayanıklılığına sahiptir ve düşük hız ve darbe yükü altında kesmeye uygun değildir.
4. Kaplamalı takım malzemeleri
Takımın kaplanması, takım performansını iyileştirmenin önemli yollarından biridir. Kaplamalı takımların ortaya çıkışı, takım kesme performansında büyük bir atılım gerçekleştirdi. Kaplamalı takımlar, sert takım gövdesi üzerinde iyi aşınma direncine sahip bir veya daha fazla refrakter bileşik katmanıyla kaplanır. Alet alt katmanını sert bir kaplamayla birleştirerek aletin performansını büyük ölçüde artırır. Kaplamalı takımlar işleme verimliliğini artırabilir, işleme doğruluğunu artırabilir, takım ömrünü uzatabilir ve işleme maliyetlerini azaltabilir.
Yeni CNC takım tezgahlarında kullanılan kesici takımların yaklaşık %80'inde kaplamalı takımlar kullanılmaktadır. Kaplamalı takımlar gelecekte CNC işleme alanında en önemli takım çeşidi olacaktır.
(1) Kaplamalı takım türleri
Farklı kaplama yöntemlerine göre kaplanmış takımlar, kimyasal buhar biriktirme (CVD) kaplamalı takımlar ve fiziksel buhar biriktirme (PVD) kaplamalı takımlar olarak ikiye ayrılabilir. Kaplamalı karbür takımlar genellikle kimyasal buhar biriktirme yöntemini kullanır ve biriktirme sıcaklığı yaklaşık 1000 derecedir. Kaplamalı yüksek-hız çeliği aletler genellikle fiziksel buhar biriktirme yöntemini kullanır ve biriktirme sıcaklığı yaklaşık 500 derecedir.
Farklı kaplanmış takım alt tabaka malzemelerine göre, kaplanmış takımlar karbür kaplanmış takımlara, yüksek-hız çeliği kaplanmış takımlara ve seramik ve süper sert malzemeler (elmas ve kübik bor nitrür) üzerinde kaplanmış takımlara ayrılabilir.
Kaplama malzemelerinin özelliklerine göre kaplanmış takımlar "sert" kaplanmış takımlar ve "yumuşak" kaplanmış takımlar olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir. "Sert" kaplamalı takımların ana hedefi yüksek sertlik ve aşınma direncidir. Başlıca avantajları yüksek sertlik ve iyi aşınma direncidir. Tipik örnekler TiC ve TiN kaplamalardır. "Yumuşak" kaplamalı takımların amacı düşük sürtünme katsayısıdır. Bunlara ayrıca kendi kendini-yağlayan aletler de denir. Bunlarla iş parçası malzemesi arasındaki sürtünme katsayısı çok düşüktür, yalnızca yaklaşık 0,1'dir, bu da yapışmayı azaltabilir, sürtünmeyi azaltabilir ve kesme kuvvetini ve kesme sıcaklığını azaltabilir.
Son zamanlarda nano-kaplamalı takımlar geliştirildi. Bu tip kaplamalı takım, farklı işlevsellik ve performans gereksinimlerini karşılamak için farklı kaplama malzemeleri kombinasyonlarını (metal/metal, metal/seramik, seramik/seramik vb.) kullanabilir. İyi-tasarlanmış bir nano-kaplama, takım malzemesinin mükemmel-sürtünme önleme ve-aşınma önleme işlevlerine ve kendi-yağlama özelliklerine sahip olmasını sağlayabilir; bunlar yüksek-hızlı kuru kesmeye uygundur.
(2) Kaplamalı takımların özellikleri
① İyi mekanik ve kesme özellikleri: Kaplamalı takımlar, temel malzemenin ve kaplama malzemesinin mükemmel özelliklerini birleştirerek, temel malzemenin iyi tokluğunu ve yüksek mukavemetini korurken aynı zamanda kaplamanın yüksek sertliğine, yüksek aşınma direncine ve düşük sürtünme katsayısına sahiptir. Bu nedenle kaplamalı takımların kesme hızı, kaplamasız takımlara göre 2 kattan fazla artırılabilir ve daha yüksek ilerleme hızına izin verilir. Kaplamalı takımların ömrü de uzar.
② Güçlü çok yönlülük: Kaplamalı takımlar geniş bir çok yönlülüğe sahiptir ve işleme aralığını önemli ölçüde genişletir. Bir kaplamalı takım birden fazla kaplamasız takımın yerini alabilir.
③ Kaplama kalınlığı: Kaplama kalınlığının artmasıyla takım ömrü artacaktır, ancak kaplama kalınlığı doygunluğa ulaştığında takım ömrü artık önemli ölçüde artmayacaktır. Kaplama çok kalın olduğunda soyulmaya neden olmak kolaydır; Kaplama çok ince olduğunda aşınma direnci zayıf olur.
④ Yeniden taşlama: Kaplamalı bıçakların yeniden taşlanması zayıftır, kaplama ekipmanı karmaşıktır, işlem gereksinimleri yüksektir ve kaplama süresi uzundur.
⑤ Kaplama malzemesi: Farklı kaplama malzemelerine sahip takımların farklı kesme performansları vardır. Örneğin: TiC kaplamanın düşük-hızlı kesmede avantajı vardır; TiN, yüksek-hızlı kesim için daha uygundur.
(2) Kaplamalı takımların uygulanması
Kaplamalı takımlar CNC işleme alanında büyük bir potansiyele sahiptir ve gelecekte CNC işleme alanında en popüler takımlar olacaktır.
Önemli alet çeşitleri. Kaplama teknolojisi, çeşitli çeliklerin ve dökme demirlerin, ısıya-dirençli alaşımların ve demir dışı metallerin yüksek-hızda kesilmesi ihtiyaçlarını karşılamak için parmak frezelere, raybalara, matkaplara, bileşik delik işleme takımlarına, dişli azdırma bıçaklarına, dişli şekillendirme kesicilerine, dişli traşlama kesicilerine, şekillendirme broşlarına ve çeşitli makineyle-bağlantılı indekslenebilir kesici uçlara uygulanmıştır.
5. Semente karbür takım malzemeleri
Semente karbür takımlar, özellikle indekslenebilir semente karbür takımlar, CNC işleme takımlarının önde gelen ürünleridir. 1980'lerden bu yana, çeşitli entegre ve indekslenebilir semente karbür takımlar veya kesici uçlar, çeşitli kesici takım alanlarına genişletildi. Bunların arasında değiştirilebilir semente karbür takımlar, basit tornalama takımlarından ve yüzey frezeleme takımlarından çeşitli hassas, karmaşık ve şekillendirme takım alanlarına kadar genişlemiştir.
(1) Semente karbür takım çeşitleri
Ana kimyasal bileşime göre semente karbür, tungsten karbür-bazlı semente karbür ve titanyum karbür (nitrür) (TiCN)- bazlı semente karbür olarak ikiye ayrılabilir.
Tungsten karbür-bazlı semente karbürler arasında tungsten kobalt (YG), tungsten kobalt titanyum (YT) ve nadir karbür ilavesi (YW) bulunur. Her birinin kendine göre avantajları ve dezavantajları var. Ana bileşenler tungsten karbür (WC), titanyum karbür (TiC), tantal karbür (TaC), niyobyum karbür (NbC), vb.'dir. Yaygın olarak kullanılan metal bağlama fazı Co'dur.
Karbon (nitrür) titanyum- bazlı semente karbür, ana bileşen olarak TiC içeren semente karbürdür (diğer bazı karbürler veya nitrürler eklenir) ve yaygın olarak kullanılan metal bağlama fazları Mo ve Ni'dir.
ISO (Uluslararası Standardizasyon Örgütü), semente karbürlerin kesilmesini üç kategoriye ayırır:
Kl0~K40'ı da içeren K kategorisi, ülkemin YG kategorisine eşdeğerdir (ana bileşenler WC ve Co'dur).
P01~P50 dahil olmak üzere P kategorisi, ülkemin YT kategorisine eşdeğerdir (ana bileşenler WC, TiC, Co'dur).
M10~M40 dahil M kategorisi, ülkemin YW kategorisine eşdeğerdir (ana bileşenler WC-TiC-TaC, NbC=-Co'dur).
Her marka, yüksek sertlikten maksimum tokluğa kadar bir dizi alaşımı temsil eden 01 ile 50 arasında bir sayı ile temsil edilir.
(2) Semente karbür takımların performans özellikleri
① Yüksek sertlik: Semente karbür takımlar, toz metalurjisi yoluyla yüksek sertliğe ve erime noktasına (sert faz denir) ve metal bağlayıcıya (bağlama fazı denir) sahip karbürlerden yapılır. Sertliği 89~93HRA'ya ulaşır; bu, yüksek-hız çeliğinden çok daha yüksektir. 5400 derecede, sertlik hala 82~87HRA'ya ulaşabilir; bu, yüksek-hız çeliğinin oda sıcaklığındaki (83~86HRA) sertliğiyle aynıdır. Semente karbürün sertlik değeri, karbürlerin doğasına, miktarına, parçacık boyutuna ve metal bağlama fazının içeriğine göre değişir ve genellikle bağlama metal fazı içeriğinin artmasıyla azalır. Bağlanma fazının içeriği aynı olduğunda, YT alaşımının sertliği YG alaşımından daha yüksektir ve TaC (NbC) eklenen alaşımın yüksek sıcaklık sertliği daha yüksektir.
② Eğilme mukavemeti ve tokluk: Sıradan semente karbürün bükülme mukavemeti 900-1500MPa aralığındadır. Metal bağlama fazının içeriği ne kadar yüksek olursa, bükülme mukavemeti de o kadar yüksek olur. Bağlayıcı madde içeriği aynı olduğunda YG (WC-Co) alaşımının mukavemeti YT (WC-TiC-Co) alaşımına göre daha yüksektir ve TiC içeriğinin artmasıyla mukavemet azalır. Semente karbür kırılgan bir malzemedir ve oda sıcaklığındaki darbe dayanıklılığı, yüksek hız çeliğinin yalnızca 1/30-1/8'i kadardır.
(3) Yaygın semente karbür takımların uygulanması
YG alaşımları esas olarak dökme demirin,-demir dışı metallerin ve-metalik olmayan malzemelerin işlenmesinde kullanılır. İnce-taneli karbür (YG3X, YG6X gibi), kobalt içeriği aynı olduğunda orta-taneli karbürden daha yüksek sertliğe ve aşınma direncine sahiptir. Bazı özel sert dökme demir, östenitik paslanmaz çelik, ısıya-dirençli alaşım, titanyum alaşımı, sert bronz ve aşınmaya{{9}dirençli yalıtım malzemelerinin işlenmesi için uygundur.
YT-tipi karbürün göze çarpan avantajları, yüksek sertlik, iyi ısı direnci, yüksek sıcaklıkta YG-tipine göre daha yüksek sertlik ve basınç dayanımı ve iyi oksidasyon direncidir. Bu nedenle bıçağın daha yüksek ısı direncine ve aşınma direncine sahip olması gerektiğinde, daha yüksek TiC içeriğine sahip bir kalite seçilmelidir. YT-tipi alaşımlar, çelik gibi plastik malzemelerin işlenmesi için uygundur, ancak titanyum alaşımlarının ve silikon-alüminyum alaşımlarının işlenmesi için uygun değildir.
YW-tipi alaşımlar, YG ve YT-tipi alaşımların özelliklerine sahiptir ve iyi kapsamlı özelliklere sahiptir. Çelik, dökme demir ve-demir dışı metallerin işlenmesinde kullanılabilir. Bu tür alaşımın kobalt içeriği uygun şekilde arttırılırsa, mukavemet çok yüksek olabilir ve işlenmesi zor çeşitli malzemelerin kaba işlenmesi ve aralıklı kesimi için kullanılabilir-.
6. Yüksek-hız çeliği aletler
Yüksek-hız çeliği (HSS), W, Mo, Cr ve V gibi büyük miktarda alaşım elementi içeren yüksek-alaşımlı bir takım çeliğidir. Yüksek-hız çeliği takımlar; güç, dayanıklılık ve işlenebilirlik açısından mükemmel kapsamlı performansa sahiptir. Yüksek-hız çeliği, özellikle delik işleme takımları, freze takımları, diş açma takımları, broşlar, dişli kesme takımları ve diğer karmaşık bıçak-şekilli takımların imalatında olmak üzere, karmaşık takımlarda hala önemli bir konuma sahiptir. Yüksek-hız çeliği aletlerin bilenmesi kolaydır.
Farklı kullanımlara göre, yüksek-hız çeliği genel-amaçlı yüksek-hız çeliği ve yüksek-performanslı yüksek-hız çeliği olarak ikiye ayrılabilir.
(1) Genel-amaçlı yüksek-hız çeliği aletler
Genel-yüksek-hız çeliği. Genel olarak tungsten çeliği ve tungsten-molibden çeliğine ayrılabilir. Bu tür yüksek-hız çeliği %0,7 ila %0,9 (C) içerir. Çelikteki farklı tungsten içeriğine göre %12 veya %18 W içeren tungsten çeliği, %6 veya %8 W içeren tungsten-molibden çeliği ve %2 veya hiç W içermeyen molibden çeliği olarak ayrılabilir. Genel-yüksek{17}}yüksek hız çeliği belirli bir sertliğe (63~66HRC) ve aşınma direncine, yüksek mukavemete ve tokluk, iyi esneklik ve işleme teknolojisi nedeniyle çeşitli karmaşık aletlerin imalatında yaygın olarak kullanılır.
① Tungsten çeliği: Genel-amaçlı yüksek-hız çeliği tungsten çeliğinin tipik sınıfı, iyi bir kapsamlı performansa sahip olan W18Cr4V'dir (W18 olarak kısaltılır). 6000 derecede yüksek sıcaklık sertliği 48.5HRC'dir ve bu, çeşitli karmaşık aletlerin imalatında kullanılabilir. İyi öğütülebilirlik ve düşük dekarbürizasyon hassasiyeti avantajlarına sahiptir, ancak yüksek karbür içeriği, eşit olmayan dağılım, büyük parçacıklar, düşük mukavemet ve tokluk nedeniyle.
② Tungsten-molibden çeliği: Tungsten çeliğindeki tungstenin bir kısmının molibden ile değiştirilmesiyle elde edilen yüksek-hız çeliğini ifade eder. Tungsten-molibden çeliğinin tipik kalitesi W6Mo5Cr4V2'dir (M2 olarak kısaltılır). M2'nin karbür parçacıkları ince ve tekdüzedir ve mukavemet, dayanıklılık ve yüksek{11}}sıcaklık esnekliği W18Cr4V'den daha iyidir. Tungsten-molibden çeliğinin başka bir türü W9Mo3Cr4V'dir (W9 olarak kısaltılır), M2 çeliğinden biraz daha yüksek termal stabiliteye, W6M05Cr4V2'den daha iyi bükülme mukavemetine ve tokluğa sahiptir ve iyi işlenebilirliğe sahiptir.
(2) Yüksek-performanslı, yüksek-hız çeliği aletler
Yüksek-performanslı yüksek-hız çeliği, genel yüksek-hız çeliği bileşimine bir miktar karbon içeriği, vanadyum içeriği ve Co ve Al gibi alaşım elementleri ekleyen, böylece ısı direncini ve aşınma direncini artıran yeni bir çelik türünü ifade eder. Temel olarak aşağıdaki kategoriler vardır:
① Yüksek-karbonlu yüksek-hız çeliği. Yüksek-karbonlu yüksek-hız çeliği (95W18Cr4V gibi) oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıkta yüksek sertliğe sahiptir. Sıradan çelik ve dökme demirin işlenmesine yönelik takımların, matkapların, raybaların, kılavuzların ve frezelerin yüksek aşınma direnci gereksinimleri olan veya daha sert malzemelerin işlenmesine yönelik imalatı için uygundur. Büyük darbeler için uygun değildir.
② Yüksek-vanadyum yüksek-hız çeliği. W12Cr4V4Mo (EV4 olarak kısaltılır) gibi tipik kaliteler, %3~%5 arasında V içerir, aşınma direnci iyidir, fiber, sert kauçuk, plastik vb. gibi çok fazla takım aşınmasına sahip malzemeleri kesmek için uygundur; aynı zamanda paslanmaz çelik, yüksek-mukavemetli çelik ve yüksek{11}}sıcaklık alaşımlarını işlemek için de kullanılabilir.
③ Kobalt yüksek-hız çeliği. Kobalt-içeren süper-sert yüksek-hız çeliğidir. W2Mo9Cr4VCo8 (M42 olarak kısaltılır) gibi tipik kaliteler, 69~70HRC'ye ulaşabilen yüksek sertliğe sahiptir. Yüksek-ısıya-dirençli çelik, yüksek-sıcaklık alaşımı, titanyum alaşımı ve işlenmesi-zor olan diğer-malzemelerin işlenmesi için uygundur. M42 iyi taşlanabilirliğe sahiptir ve hassas ve karmaşık takımların yapımı için uygundur, ancak darbeli kesme koşulları altında çalışmaya uygun değildir.
④ Alüminyum yüksek-hız çeliği. Alüminyum-içeren süper-sert yüksek-hız çeliğidir. Tipik kaliteler arasında W6Mo5Cr4V2Al (501 olarak kısaltılır) bulunur. 6000 derecedeki yüksek sıcaklık sertliği de 54HRC'ye ulaşır. Kesme performansı M42'ye eşdeğerdir. Frezeleme kesicileri, matkaplar, raybalar, dişli kesiciler, broşlar vb. üretimi için uygundur ve alaşımlı çelik, paslanmaz çelik, yüksek-mukavemetli çelik ve yüksek-sıcaklık alaşımlarını işlemek için kullanılır.
⑤ Azot süper-sert yüksek-hız çeliği. Tipik kaliteler arasında W12M03Cr4V3N (V3N olarak kısaltılır) bulunur. Nitrojen-içeren süper-sert yüksek-hız çeliğidir. Sertliği, mukavemeti ve tokluğu M42'ye eşdeğerdir. Yüksek hız çeliği içeren kobaltın-yerine kullanılabilir ve işlenmesi zor malzemelerin düşük-hızda kesilmesi ve düşük-hızlı-hassas işleme için kullanılır.
(3) Yüksek-hız çeliğinin eritilmesi ve toz metalurjisi yüksek-hız çeliğinin eritilmesi
Farklı üretim süreçlerine göre, yüksek-hız çeliği, eritilmiş yüksek-hız çeliği ve toz metalurjili yüksek-hız çeliği olarak ikiye ayrılabilir.
① Yüksek-hız çeliğinin eritilmesi: Sıradan yüksek-hız çeliği ve yüksek-performanslı yüksek-hız çeliğinin her ikisi de eritme yöntemleriyle üretilir. Eritme, külçe dökümü, kaplama ve haddeleme gibi işlemlerle kesici takımlara dönüştürülürler. Yüksek hız çeliğinin eritilmesinde ortaya çıkması kolay olan ciddi sorun-karbür ayrışmasıdır. Sert ve kırılgan karbürler, yüksek-hız çeliğinde eşit olmayan şekilde dağılmıştır ve taneler kabadır (onlarca mikrona kadar), bu da yüksek-hız çeliği takımların aşınma direnci, tokluğu ve kesme performansı üzerinde olumsuz etkiye sahiptir.
② Toz metalurjisi yüksek-hız çeliği (PM HSS): Toz metalurjisi yüksek-hız çeliği (PM HSS), yüksek-frekanslı bir indüksiyon ocağında eritilen, yüksek-basınçlı argon veya saf nitrojen ile atomize edilen ve daha sonra ince ve düzgün bir kristal yapı (yüksek-hız çeliği tozu) elde etmek üzere hızla soğutulan bir çelik sıvısıdır. Elde edilen toz daha sonra yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında bir bıçak ham parçasına preslenir veya önce çelik kütük haline getirilir ve daha sonra dövülerek bir alet şekline dönüştürülür. Eritme yöntemiyle üretilen yüksek-hız çeliğiyle karşılaştırıldığında PM HSS, ince ve tek biçimli karbür taneleri avantajına sahiptir ve eritme yüksek-hız çeliğinden çok daha yüksek mukavemet, tokluk ve aşınma direncine sahiptir. Karmaşık CNC takımları alanında PM HSS takımları daha da gelişecek ve önemli bir konuma gelecektir. F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN vb. gibi tipik kaliteler, büyük-boyutlu, ağır-yüklü ve yüksek-darbeli takımların imalatında kullanılabilir ve aynı zamanda hassas takımların imalatında da kullanılabilir.
3
CNC takım malzemelerinin seçimine ilişkin ilkeler
Şu anda yaygın olarak kullanılan CNC takım malzemeleri arasında esas olarak elmas takımlar, kübik bor nitrür takımlar, seramik takımlar, kaplamalı takımlar, karbür takımlar ve yüksek-hız çeliği takımlar yer almaktadır. Birçok alet malzemesi sınıfı vardır ve performansları büyük ölçüde farklılık gösterir. Çeşitli takım malzemelerinin ana performans göstergeleri aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.
Çeşitli takım malzemelerinin ana performans göstergeleri
CNC işleme için takım malzemeleri, işlenen iş parçasına ve işleme özelliklerine göre seçilmelidir. Alet malzemelerinin seçimi, işleme nesnesi ile makul şekilde eşleştirilmelidir. Kesici takım malzemelerinin ve işlenen nesnelerin eşleştirilmesi, esas olarak en uzun takım ömrünü ve maksimum kesme verimliliğini elde etmek için ikisinin mekanik özelliklerinin, fiziksel özelliklerinin ve kimyasal özelliklerinin eşleştirilmesi anlamına gelir.
1. Kesici takım malzemeleri ile işleme nesneleri arasındaki mekanik özelliklerin uyumu
Kesici takımlar ve işlenen nesneler arasındaki mekanik özellik eşleştirme problemi, temel olarak takımlar ve iş parçası malzemeleri arasındaki mukavemet, tokluk ve sertlik gibi mekanik özellik parametrelerinin eşleştirilmesine atıfta bulunur. Farklı mekanik özelliklere sahip takım malzemeleri, farklı iş parçası malzemelerinin işlenmesi için uygundur.
① The order of tool material hardness is: diamond tool> cubic boron nitride tool> ceramic tool> cemented carbide>yüksek-hız çeliği.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide> ceramic tool>elmas ve kübik bor nitrür aletler.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel> cemented carbide>kübik bor nitrür, elmas ve seramik aletler.
Yüksek-sertlikteki iş parçası malzemeleri, daha yüksek sertlikte takımlarla işlenmelidir. Takım malzemelerinin sertliğinin iş parçası malzemelerinden daha yüksek olması gerekir ve genellikle 60HRC'nin üzerinde olması gerekir. Takım malzemelerinin sertliği ne kadar yüksek olursa, aşınma direnci de o kadar iyi olur. Örneğin semente karbürün kobalt içeriği arttığında mukavemeti ve tokluğu artar, sertliği azalır, bu da kaba işlemeye uygundur; kobalt içeriği azaldığında sertliği ve aşınma direnci artar, bu da ince işlemeye uygundur.
Mükemmel yüksek-sıcaklık mekanik özelliklerine sahip aletler, özellikle yüksek-hızlı kesim için uygundur. Seramik takımların mükemmel yüksek-sıcaklık performansı, yüksek hızlarda kesmelerine olanak tanır ve izin verilen kesme hızı, semente karbür ile karşılaştırıldığında 2 ila 10 kat artırılabilir.
2. Kesici takım malzemelerinin ve işleme nesnelerinin fiziksel özelliklerinin eşleştirilmesi
Yüksek ısı iletkenliğine ve düşük erime noktasına sahip yüksek-hız çeliği takımlar, yüksek erime noktasına ve düşük ısıl genleşmeye sahip seramik aletler, yüksek ısı iletkenliğine ve düşük ısıl genleşmeye sahip elmas aletler vb. gibi farklı fiziksel özelliklere sahip aletler, farklı iş parçası malzemelerinin işlenmesi için uygundur. Isıl iletkenliği zayıf iş parçalarını işlerken, kesme ısısının hızlı bir şekilde aktarılmasına ve kesme sıcaklığının düşürülmesine olanak sağlamak için iyi ısıl iletkenliğe sahip takım malzemeleri kullanılmalıdır. Elmas yüksek ısıl iletkenliğe ve ısı yayılımına sahiptir, dolayısıyla kesme ısısının dağıtılması kolaydır ve büyük ısıl deformasyona neden olmaz; bu, özellikle yüksek boyutsal doğruluk gereksinimleri olan hassas işleme takımları için önemlidir.
① Çeşitli takım malzemelerinin ısıya-dayanıklı sıcaklığı: Elmas takımlar için 700-8000 derece, PCBN takımlar için 13000-15000 derece, seramik aletler için 1100-12000 derece, TiC (N) bazlı semente karbür için 900-11000 derece, WC bazlı için 800-9000 derece ultra ince taneli semente karbür ve HSS için 600-7000 derece.
② The order of thermal conductivity of various tool materials: PCD>PCBN>WC-based cemented carbide>TiC (N)-based cemented carbide>HSS>Si3N4-based ceramics>A1203 bazlı seramikler.
③ The order of thermal expansion coefficients of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>TiC (N)>A1203-based ceramics>PCBN>Si3N4-based ceramics>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC-based cemented carbide>Si3N4-based ceramics>PCBN>PCD>TiC (N)-based cemented carbide>A1203 bazlı seramikler.
3. Kesici takım malzemeleri ile işleme nesnelerinin kimyasal performans uyumu
Kesici takım malzemeleri ve işleme nesnelerinin kimyasal performans uyumu sorunu esas olarak takım malzemelerinin ve iş parçası malzemelerinin kimyasal afinitesi, kimyasal reaksiyonu, difüzyonu ve çözünmesi gibi kimyasal performans parametrelerine atıfta bulunur. Farklı malzemelere sahip takımlar, farklı iş parçası malzemelerinin işlenmesi için uygundur.
① The anti-adhesion temperature of various tool materials (with steel) is: PCBN>ceramics>ceramics>HSS.
② The anti-oxidation temperature of various tool materials is: ceramics>PCBN>ceramics>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of various tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4-based ceramics>PCBN>A1203-based ceramics. Diffusion strength (for titanium) is: A1203-based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>elmas.
4. CNC takım malzemelerinin makul seçimi
Genel olarak konuşursak, PCBN, seramik takımlar, kaplamalı karbür ve TiCN-bazlı karbür takımlar, çelik gibi demirli metallerin CNC ile işlenmesi için uygundur; PCD takımları ise Al, Mg, Cu ve bunların alaşımları gibi-demir içermeyen metal malzemeleri ve-metalik olmayan malzemeleri işlemek için uygundur. Aşağıdaki tablo, yukarıdaki takım malzemeleriyle işlemeye uygun bazı iş parçası malzemelerini listelemektedir.
