1. לכלי צריכים להיות פונקציות בסיסיות
לבחירת כלי החיתוך יש השפעה רבה על חיי הכלי, כוח העיבוד, איכות העיבוד ועלות העיבוד. כאשר הכלי חותך, הוא נתון להשפעות של לחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה, חיכוך, זעזועים ורטט. לכן, הכלי צריך לכלול את הפונקציות הבסיסיות הבאות:
(1) קשיות ועמידות בפני שחיקה. הקשיות של הכלי חייבת להיות גבוהה יותר מהקשיות של חומר העבודה, בדרך כלל נדרשת להיות מעל 60HRC. ככל שהכלי קשה יותר, כך עמידות הבלאי טובה יותר.
(2) חוזק ועמידות. הכלי צריך להיות בעל חוזק וקשיחות גבוהים על מנת לעמוד בכוח חיתוך, זעזועים ורעידות, ולמנוע שבר שביר ושבר של הכלי.
(3) עמידות בחום. עמידות החום של הכלי טובה יותר, היא יכולה לעמוד בטמפרטורת חיתוך גבוהה, ויש לה עמידות טובה לחמצון.
(4) תפקוד תהליך וכלכלה. לכלי החיתוך צריך להיות פונקציית יציקה טובה, פונקציית טיפול בחום, פונקציית ריתוך; פונקציית עיבוד טחינה וכו', וצריכה לשאוף ליחס מחיר פונקציה גבוה.
2. סוגים, פונקציות, מאפיינים ושימוש בכלים
1. כלי קרמי
לכלים קרמיים מאפיינים של קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה טובה, עמידות מצוינת בחום ויציבות כימית, ואינם קלים לחיבור למתכת. כלים קרמיים תופסים מקום חשוב מאוד בעיבוד שבבי CNC. כלי קרמיקה הפכו לאחד הכלים החשובים ביותר לחיתוך מהיר וחומרים קשים לעיבוד. כלי חיתוך קרמיים נמצאים בשימוש נרחב בחיתוך מהיר, חיתוך יבש, חיתוך קשה וחיתוך של חומרים קשים לעיבוד. סכינים קרמיות יכולות לעבד ביעילות חומרים קשים שסכינים מסורתיות לא יכולות לעבד כלל, תוך הבנה של "החלפת השחזה במכונית"; מהירות החיתוך האופטימלית של סכינים קרמיות יכולה להיות גבוהה פי 2 עד 10 מזו של סכיני קרביד בטון, ובכך לשפר מאוד את יעילות הייצור של עיבוד חיתוך חומר הגלם העיקרי המשמש סכינים קרמיות הוא היסוד הנפוץ ביותר בקרום כדור הארץ. לכן, הפופולריות והיישום של סכינים קרמיות היא בעלת משמעות רבה לשיפור הפרודוקטיביות, הפחתת עלויות העיבוד וחיסכון של מתכות יקרות אסטרטגיות, וגם יקדם מאוד את התקדמות טכנולוגיית החיתוך.
⑴ סוגי כלים קרמיים
ניתן לחלק את זני הכלים הקרמיים בדרך כלל לשלוש קטגוריות: קרמיקה על בסיס אלומינה, קרמיקה על בסיס סיליקון ניטריד וקרמיקה מורכבת על בסיס סיליקון ניטריד-אלומינה. ביניהם, כלים קרמיים מבוססי אלומינה וכלים קרמיים מבוססי סיליקון ניטריד הם הנפוצים ביותר. הפונקציה של קרמיקה על בסיס סיליקון ניטריד עדיפה על זו של קרמיקה על בסיס אלומינה.
⑵ פונקציות ותכונות של כלים קרמיים
① קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה: למרות שהקשיות של כלים קרמיים אינה גבוהה כמו של PCD ו-PCBN, היא גבוהה בהרבה מזו של כלי קרביד צמנט וכלי פלדה מהירים, ומגיעה ל-93-95HRA. כלים קרמיים יכולים לעבד חומרים בעלי קשיות גבוהה שקשה לעבד בכלים מסורתיים, ומתאימים לחיתוך מהיר וחיתוך קשה.
② עמידות בטמפרטורה גבוהה ועמידות בחום טובה: כלים קרמיים עדיין יכולים לחתוך בטמפרטורות גבוהות מעל 1200 מעלות. לסכינים קרמיות יש תכונות מכניות טובות בטמפרטורה גבוהה, ולסכינים קרמיות A12O3 יש תכונות אנטי חמצון טובות במיוחד. גם אם קצה החיתוך נמצא במצב אדום-לוהט, ניתן להשתמש בו ברציפות. לכן, כלי קרמיקה יכולים לבצע חיתוך יבש, ולאחר מכן ניתן להשמיט נוזל חיתוך.
③ יציבות כימית טובה: סכינים קרמיות לא קלות לחיבור עם מתכת, והן עמידות בפני קורוזיה ויציבות כימית, מה שיכול להפחית את בלאי ההדבקה של הכלי.
④ מקדם חיכוך נמוך: הזיקה בין כלי חיתוך קרמיים למתכת קטנה, ומקדם החיכוך נמוך, מה שיכול להפחית את כוח החיתוך וטמפרטורת החיתוך.
⑶ נעשה שימוש בכלים קרמיים
קרמיקה היא אחד מחומרי הכלים המשמשים בעיקר לגימור במהירות גבוהה ולחצי גימור. כלי חיתוך קרמיים מתאימים לחיתוך כל מיני ברזל יצוק (ברזל יצוק אפור, ברזל רקיע, ברזל יצוק ברזל, ברזל יצוק צונן, ברזל יצוק עמיד בסגסוגת גבוהה) ופלדה (פלדה מבנית פחמן, פלדה מבנית מסגסוגת, פלדה בעלת חוזק גבוה. , פלדת מנגן גבוהה, פלדה מרווה וכו'), ניתן להשתמש גם לחיתוך סגסוגות נחושת, גרפיט, פלסטיק הנדסי וחומרים מרוכבים.
לכלי חיתוך קרמיים יש בעיות של חוזק כיפוף נמוך ועמידות ירודה בפגיעה, ואינם מתאימים לחיתוך במהירות נמוכה ועומס פגיעה.
2. כלי יהלום
יהלום הוא אלוטרופ של פחמן, והוא החומר הקשה ביותר שנמצא בטבע. לכלי יהלום יש קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה גבוהה ומוליכות תרמית גבוהה, והם נמצאים בשימוש נרחב בעיבוד מתכות לא ברזליות ולא מתכת. במיוחד בחיתוך מהיר של אלומיניום וסגסוגות סיליקון-אלומיניום, כלי יהלום הם הסוגים העיקריים של כלי חיתוך שקשה להחליף. כלי יהלום שיכולים להשיג הספק גבוה, יציבות גבוהה ועיבוד חיים ארוכים הם כלים חיוניים וחשובים בעיבוד CNC מודרני.
⑴ סוגי כלי יהלום
① כלי יהלום טבעי: היהלום הטבעי שימש ככלי חיתוך במשך מאות שנים. כלי היהלום החד-גביש הטבעי נטחן דק, וניתן לטחון את קצה החיתוך בצורה חדה במיוחד. רדיוס קצה החיתוך יכול להגיע ל-0.002 מיקרומטר, מה שיכול להשלים חיתוך דק במיוחד והוא כלי עיבוד עדין במיוחד מוכר, אידיאלי ובלתי ניתן להחלפה לעיבוד דיוק חלקי עבודה גבוה במיוחד וחספוס משטח נמוך במיוחד.
② כלי יהלום PCD: יהלום טבעי הוא יקר, ויהלום פוליגריסטלי (PCD) נמצא בשימוש נרחב בחיתוך. לאחר ההצלחה, הוחלפו כלי יהלום טבעיים ביהלום פוליגריסטלי מלאכותי בהזדמנויות רבות. PCD עשיר בחומרי גלם, ומחירו הוא עשיריות בודדות עד עשירית מהיהלומים הטבעיים. לא ניתן לטחון כלי PCD לחדים במיוחד. חוד החיתוך, איכות פני השטח של חומר העבודה המעובד אינה טובה כמו יהלום טבעי, ולא נוח לייצר להבי PCD עם שוברי שבבים בתעשייה. לכן, PCD יכול לשמש רק לחיתוך עדין של מתכות לא ברזליות ולא מתכות, מה שקשה להשיג חיתוך מראה סופר עדין.
③ כלי יהלום CVD: מסוף שנות ה-70 ועד תחילת שנות ה-80, טכנולוגיית יהלומי CVD הופיעה ביפן. יהלום CVD מתייחס לשימוש בתצהיר אדים כימי (CVD) ליצירת סרט יהלום על מצע הטרוגני (כגון קרביד צמנט, קרמיקה וכו'). ליהלום CVD יש בדיוק את אותם מבנה ומאפיינים כמו ליהלום טבעי. הביצועים של יהלום CVD קרובים מאוד לאלו של יהלום טבעי. יש לו את היתרונות של יהלום קריסטל חד-גביש טבעי ויהלום פולי-גבישי (PCD), והוא מתגבר על החסרונות שלהם במידה מסוימת.
⑵ תכונות של כלי יהלום
① קשיות גבוהה במיוחד ועמידות בפני שחיקה: יהלום טבעי הוא החומר הקשה ביותר שנמצא בטבע. ליהלום עמידות בפני שחיקה גבוהה במיוחד. בעת עיבוד חומרים בעלי קשיות גבוהה, אורך החיים של כלי יהלום הוא פי 10 עד 100 מזה של כלי קרביד צמנט, או אפילו מאות פעמים.
② מקדם חיכוך נמוך מאוד: מקדם החיכוך בין יהלום למתכות לא ברזליות מסוימות נמוך מזה של כלים אחרים, מקדם החיכוך נמוך, העיוות קטן במהלך העיבוד וניתן להפחית את כוח החיתוך.
③ קצה החיתוך חד מאוד: ניתן להשחיז את קצה החיתוך של כלי היהלום, וכלי היהלום הקריסטל הטבעי יכול להגיע עד ל-0.002-0.008μm, שיכול לבצע ביצועים אולטרה- חיתוך דק ועיבוד עדין במיוחד.
④ מוליכות תרמית גבוהה: ליהלום יש מוליכות תרמית ודיפוזיה תרמית גבוהה, חום החיתוך מתפזר בקלות והטמפרטורה של החלק החיתוך של הכלי נמוכה.
⑤ מקדם התפשטות תרמית נמוך: מקדם ההתפשטות התרמית של יהלום קטן פי כמה מזה של קרביד צמנט, והשינוי בגודל הכלי הנגרם על ידי חום החיתוך הוא קטן מאוד, וזה חשוב במיוחד עבור עיבוד עדין ודק במיוחד הדורש עיבוד גבוה דיוק ממדי.
⑶ השימוש בכלי יהלום
כלי יהלום משמשים בעיקר לחיתוך עדין וקימום של מתכות לא ברזליות ולא מתכות במהירות גבוהה. זה מתאים לעיבוד מגוון לא-מתכות עמידות בפני שחיקה, כגון חלקי מתכות אבקת FRP, קרמיקה וכו'; מתכות לא ברזליות עמידות בפני שחיקה, כגון סגסוגות סיליקון-אלומיניום שונות; ועיבוד גמר של מתכות לא ברזליות שונות.
החיסרון של כלי יהלום הוא שהם בעלי יציבות תרמית ירודה. כאשר טמפרטורת החיתוך עולה על 700 מעלות צלזיוס ~ 800 מעלות צלזיוס, היא תאבד לחלוטין את הקשיות שלה; בנוסף, הוא אינו מתאים לחיתוך מתכות ברזליות, מכיוון שקל ליצור קשר עם יהלום (פחמן) עם ברזל בטמפרטורות גבוהות. האפקט האטומי הופך את אטומי הפחמן למבנה גרפיט, והסכינים ניזוקים בקלות.