Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, se utilizan cada vez más materiales de ingeniería con alta dureza, mientras que la tecnología de torneado tradicional no es competente o no puede lograr el procesamiento de algunos materiales de alta dureza en absoluto. El carburo recubierto, la cerámica, el PCBN y otros materiales de herramientas superduros tienen alta dureza a altas temperaturas, resistencia al desgaste y estabilidad termoquímica, lo que proporciona el requisito previo más básico para el corte de materiales de alta dureza y ha logrado importantes beneficios en la producción. El material utilizado por la herramienta superdura y su estructura de herramienta y parámetros geométricos son los elementos básicos para realizar torneado en duro. Por lo tanto, cómo seleccionar el material de herramienta superduro y diseñar una estructura de herramienta y parámetros geométricos razonables es crucial para lograr un torneado en duro estable.
(1) Carburo cementado recubierto
Aplicar una o más capas de TiN, TiCN, TiAlN y Al3O2 con buena resistencia al desgaste sobre herramientas de carburo cementado con buena tenacidad y el espesor del recubrimiento es de 2-18 μm. El recubrimiento suele tener una conductividad térmica mucho menor que el sustrato de la herramienta y el material de la pieza de trabajo, lo que debilita el efecto térmico del sustrato de la herramienta; Por otro lado, puede mejorar eficazmente la fricción y la adherencia en el proceso de corte y reducir la generación de calor de corte.
Aunque el recubrimiento PVD muestra muchas ventajas, algunos recubrimientos como el Al2O3 y el diamante tienden a adoptar la tecnología de recubrimiento CVD. Al2O3 es un tipo de recubrimiento con fuerte resistencia al calor y a la oxidación, que puede separar el calor generado al cortar de la herramienta específica. La tecnología de recubrimiento CVD también puede integrar las ventajas de varios recubrimientos para lograr el mejor efecto de corte y satisfacer las necesidades de corte.
En comparación con las herramientas de carburo cementado, las herramientas de carburo cementado recubiertas han mejorado enormemente en cuanto a resistencia, dureza y resistencia al desgaste. Al tornear la pieza de trabajo con una dureza de HRC45~55, el carburo cementado recubierto de bajo costo puede realizar torneado a alta velocidad. En los últimos años, algunos fabricantes han mejorado el rendimiento de las herramientas recubiertas mejorando los materiales de recubrimiento y otros métodos. Por ejemplo, algunos fabricantes de Estados Unidos y Japón utilizan material de recubrimiento suizo AlTiN y una nueva tecnología patentada de recubrimiento para producir hojas recubiertas con una dureza de hasta HV4500~4900, que pueden cortar acero para troqueles HRC47~58 a una velocidad de 498,56 m/min. . Cuando la temperatura de giro es de hasta 1500~1600 °C, la dureza aún no disminuye ni se oxida. La vida útil de la hoja es cuatro veces mayor que la de la hoja recubierta general, mientras que el costo es sólo del 30% y la adherencia es buena.
(2) material cerámico
Con la mejora continua de su composición, estructura y proceso de prensado, especialmente el desarrollo de la nanotecnología, los materiales cerámicos para herramientas permiten endurecer las herramientas cerámicas. En un futuro próximo, la cerámica puede provocar la tercera revolución en el corte, después del acero rápido y el carburo cementado. Las herramientas cerámicas tienen las ventajas de alta dureza (HRA91~95), alta resistencia (resistencia a la flexión 750~1000MPa), buena resistencia al desgaste, buena estabilidad química, buena resistencia a la adhesión, bajo coeficiente de fricción y bajo precio. No solo eso, las herramientas cerámicas también tienen una dureza alta a alta temperatura, que alcanza HRA80 a 1200 °C.
Durante el corte normal, la herramienta cerámica tiene una durabilidad muy alta y su velocidad de corte puede ser de 2 a 5 veces mayor que la del carburo cementado. Es especialmente adecuado para el mecanizado de materiales de alta dureza, acabados y mecanizados de alta velocidad. Puede cortar varios tipos de acero endurecido y hierro fundido endurecido con una dureza de hasta HRC65. Se utilizan comúnmente cerámicas a base de alúmina, cerámicas a base de nitruro de silicio, cermets y cerámicas endurecidas con bigotes.
Las herramientas cerámicas a base de alúmina tienen una mayor dureza al rojo que el carburo cementado. Generalmente, el filo no producirá deformación plástica en condiciones de corte a alta velocidad, pero su resistencia y tenacidad son muy bajas. Para mejorar su tenacidad y resistencia al impacto se puede añadir ZrO o una mezcla de TiC y TiN. Otro método consiste en añadir bigotes de metal puro o carburo de silicio. Además de una alta dureza al rojo, las cerámicas a base de nitruro de silicio también tienen buena tenacidad. En comparación con las cerámicas a base de alúmina, su desventaja es que es fácil producir difusión de alta temperatura al mecanizar acero, lo que agrava el desgaste de la herramienta. Las cerámicas a base de nitruro de silicio se utilizan principalmente para el torneado y fresado intermitente de fundición gris.
Cermet es un tipo de material a base de carburo, en el que TiC es la principal fase dura (0,5-2 μm). Se combinan con aglutinantes de Co o Ti y son similares a las herramientas de carburo cementado, pero tienen baja afinidad, buena fricción y buena resistencia al desgaste. Puede soportar temperaturas de corte más altas que el carburo cementado convencional, pero carece de la resistencia al impacto del carburo cementado, la tenacidad durante el corte pesado y la resistencia a baja velocidad y gran avance.
(3) Nitruro de boro cúbico (CBN)
El CBN ocupa el segundo lugar después del diamante en dureza y resistencia al desgaste, y tiene una excelente dureza a altas temperaturas. En comparación con la cerámica, su resistencia al calor y su estabilidad química son ligeramente pobres, pero su resistencia al impacto y su rendimiento antiaplastamiento son mejores. Es ampliamente aplicable al corte de acero endurecido (HRC ≥ 50), fundición gris perlítica, fundición enfriada y superaleaciones. En comparación con las herramientas de carburo cementado, su velocidad de corte se puede aumentar en un orden de magnitud.
La herramienta compuesta de nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) con alto contenido de CBN tiene alta dureza, buena resistencia al desgaste, alta resistencia a la compresión y buena tenacidad al impacto. Sus desventajas son la mala estabilidad térmica y la baja inercia química. Es adecuado para cortar aleaciones resistentes al calor, hierro fundido y metales sinterizados a base de hierro. El contenido de partículas de CBN en las herramientas PCBN es bajo y la dureza de las herramientas PCBN que utilizan cerámica como aglutinante es baja, pero compensa la escasa estabilidad térmica y la baja inercia química del material anterior y es adecuada para cortar acero endurecido.
Al cortar hierro fundido gris y acero endurecido, se puede seleccionar una herramienta de cerámica o una herramienta de CBN. Por esta razón se debe realizar un análisis de costo-beneficio y calidad de procesamiento para determinar cuál elegir. Cuando la dureza de corte es inferior a HRC60 y se adopta una velocidad de avance pequeña, la herramienta cerámica es una mejor opción. Las herramientas PCBN son adecuadas para cortar piezas de trabajo con una dureza superior a HRC60, especialmente para mecanizado automático y mecanizado de alta precisión. Además, la tensión residual en la superficie de la pieza de trabajo después del corte con la herramienta PCBN también es relativamente estable que con la herramienta cerámica bajo la misma condición de desgaste de flanco.
Cuando se utiliza la herramienta PCBN para cortar en seco acero endurecido, también se deben seguir los siguientes principios: seleccionar una profundidad de corte lo más grande posible bajo la condición que la rigidez de la máquina herramienta lo permita, para que el calor generado en el área de corte pueda suavizarse. el metal en la parte frontal del borde localmente, lo que puede reducir efectivamente el desgaste de la herramienta PCBN. Además, cuando se utiliza una profundidad de corte pequeña, también se debe considerar que la mala conductividad térmica de la herramienta PCBN puede hacer que el calor en el área de corte sea demasiado tarde para difundirse, y el área de corte también puede producir un efecto obvio de ablandamiento del metal, reduciendo la desgaste del filo.
2. Estructura de la hoja y parámetros geométricos de herramientas superduras.
La determinación razonable de la forma y los parámetros geométricos de la herramienta es muy importante para aprovechar al máximo el rendimiento de corte de la herramienta. En términos de resistencia de la herramienta, la resistencia de la punta de la herramienta de varias formas de hoja, de mayor a menor, es: redonda, diamante de 100 °, cuadrada, diamante de 80 °, triangular, diamante de 55 °, diamante de 35 °. Después de seleccionar el material de la hoja, se seleccionará la forma de la hoja con la mayor resistencia. Las hojas de torneado duro también deben seleccionarse lo más grandes posible, y el mecanizado en desbaste debe realizarse con hojas circulares y con un radio de arco de punta grande. El radio del arco de la punta es de aproximadamente 0,8 al terminar μ Aproximadamente m.
Las virutas de acero endurecido son cintas rojas y suaves, de gran fragilidad, fáciles de romper y no aglutinantes. La superficie de corte de acero endurecido es de alta calidad y generalmente no produce acumulación de viruta, pero la fuerza de corte es grande, especialmente la fuerza de corte radial es mayor que la fuerza de corte principal. Por lo tanto, la herramienta debe utilizar un ángulo frontal negativo (ir ≥ - 5°) y un ángulo posterior grande (ao=10°~15°). El ángulo de desviación principal depende de la rigidez de la máquina herramienta, generalmente de 45 ° a 60 °, para reducir la vibración de la pieza de trabajo y la herramienta.
Hora de publicación: 24 de febrero de 2023