Процес виготовлення твердосплавних пластин

Що таке твердосплавні вставки?

Твердосплавні вставкиє основними компонентами змінних ріжучих інструментів, виготовлених за допомогою процесів порошкової металургії. Вони в основному використовуються в операціях різання металу, таких як токарна обробка, фрезерування та свердління. На відміну від традиційних суцільних ріжучих інструментів, твердосплавні пластини не використовуються безпосередньо як готові інструменти. Замість цього вони встановлюються на тримачі інструментів або інструментальні головки для ефективного та багаторазового використання.

• Висока твердість: здатний витримувати високу-швидкість різання та високий-знос.
• Відмінна зносостійкість: продовжує термін служби інструменту та зменшує частоту заміни інструменту.
• Відмінна міцність: Нелегко відколюється під час перерваного різання або ударів
• Висока точність різання: забезпечує якість оброблених поверхонь і стабільність розмірів.
• Стійкість до високих температур: підходить для високошвидкісного-різання або високотемпературної обробки.
• Широкий спектр застосування: Його можна використовувати в різних операціях обробки металу, таких як токарна обробка, фрезерування та свердління.

У сфері різання металу твердосплавні пластини є майже синонімом високо-ефективної обробки. Однак у фактичному процесі закупівель або відбору багато інженерів і персонал із закупівель насправді не розуміють, як виготовляються твердосплавні пластини, не кажучи вже про відмінності у виробничих процесах, які часто є ключовими факторами, що визначають термін служби, стабільність і постійність пластин.

Ця стаття починається з джерела виробництва та систематично аналізує повний процес виробництва твердосплавних різальних інструментів, від сировини до готової продукції.

Вибір основної сировини

Твердосплавні пластини не виготовляються безпосередньо з металевих прутків або блоків; скоріше, це типові продукти порошкової металургії. Усі робочі характеристики твердосплавних вставок по суті виникають на стадії порошку.

Основна сировина, яка використовується у виробництві, в основному включає:

• Порошок карбіду вольфраму (WC) забезпечує високу твердість і зносостійкість.
• Кобальт (Co) та інші металеві сполучні використовуються для балансування міцності матеріалу та покращення ударостійкості.

Чистота, діапазон розмірів частинок і точність дозування порошку безпосередньо визначають теоретичну верхню межу продуктивності ріжучого інструменту. Високоякісні-різальні інструменти з твердого сплаву часто використовують порошкові системи з вужчим розподілом частинок за розміром і суворішим контролем домішок, що забезпечує стабільну основу для наступних процесів.

Інгредієнти та змішування

У процесі виробництва твердосплавних ріжучих інструментів етап змішування порошку є одним із ключових процесів, який визначає подальшу продуктивність різального інструменту. Високоякісні-різальні інструменти з твердого сплаву — це не просто змішування порошку карбіду вольфраму та кобальту; скоріше, вони потребують високорівномірного розподілу складу на мікромасштабі. Будь-яка локальна сегрегація або агломерація частинок можуть утворювати мікротріщини під час наступної стадії спікання, що впливає на термін служби та стабільність інструменту.

Як правило, виробники використовують мокре кульове подрібнення для диспергування порошків, одночасно додаючи спеціальні диспергатори, щоб запобігти агломерації порошку під час процесу змішування.

Ми коригуємо рецептуру відповідно до різних сортів і застосувань леза, щоб досягти найкращого балансу між твердістю, міцністю та зносостійкістю в кінцевому продукті.

Нарешті, змішаний порошок проходить тестування на вологість і домішки, щоб переконатися, що в ньому немає надмірних оксидів або вологи, які можуть призвести до пористості або локальних структурних дефектів під час спікання. Хоча весь процес дозування та змішування може здатися простим, він є вирішальною основою для визначення продуктивності та консистенції ріжучих інструментів із твердого сплаву.

Процес формування леза

У процесі виготовлення цементуєтьсятвердосплавні ріжучі інструменти, процес формування є вирішальним кроком у перетворенні однорідно змішаного порошку в зелену заготовку ріжучого інструменту з попередньою геометричною формою. Формування не тільки визначає зовнішні розміри ріжучого інструменту, а й безпосередньо впливає на щільність і внутрішню структурну однорідність при подальшому спіканні.

Загальні методи формування включають:

• Однонаправлене натискання: Підходить для лез стандартної форми, порошок пресується у формі тиском форми; перевагами є зріла технологія, висока ефективність і придатність для масового виробництва.
• Холодне ізостатичне пресування: Застосовуючи рівномірний тиск із гідравлічним тиском, порошок піддається однаковому тиску в усіх напрямках, що призводить до більш однорідної та щільної заготовки; підходить для лез складної форми або високих вимог до продуктивності.

Зелена заготовка точної форми не лише зберігає основні геометричні контури остаточного різального інструменту, але й закладає основу для процесу ущільнення під час високо-температурного спікання. Точність і стабільність етапу формування безпосередньо визначають кінцеву консистенцію розмірів і продуктивність ріжучого інструменту, що робить його невід'ємною частиною всього виробничого процесу.

Депарафінізація та попереднє{0}}спікання

Перш ніж потрапити на стадію високотемпературного спікання, зелена заготовка різальних інструментів з цементованого твердого сплаву має пройти стадію депарафінізації та попереднього спікання. Хоча цей процес часто ігнорується, він відіграє вирішальну роль у забезпеченні кінцевої продуктивності та однорідності внутрішньої структури різального інструменту.

Зелена заготовка містить невелику кількість органічного в’яжучого або антисептику, який необхідно повністю розкласти та видалити при високих температурах. Якщо обробка недостатня, залишок може утворювати мікропори або дефекти всередині леза, що призведе до тріщин або недостатньої локальної міцності під час подальшого спікання.

Крім того, етап попереднього спікання також відіграє важливу роль у початковому ущільненні, змушуючи частинки порошку починати злегка зв’язуватися на мікромасштабі, закладаючи основу для формального спікання. Цей крок не тільки визначає цілісність внутрішньої структури ріжучого інструменту, але також впливає на ефект зв'язування наступного тонкого шліфування та покриття.

Коротше кажучи, стадії депарафінізації та попереднього{0}}спікання є ключовими перехідними процесами, що поєднують формування та спікання. Хороший контроль процесу може значно збільшити термін служби та стабільність обробки різальних інструментів. Для ріжучих інструментів, які вимагають високої консистенції та високої зносостійкості, цей етап не слід недооцінювати.

Процес спікання леза

Спікання є одним із найважливіших процесів у виробництві ріжучих інструментів із твердого сплаву, який безпосередньо визначає твердість, ударну в’язкість і стійкість до сколів. Високо{1}}температурне спікання не тільки міцно зв’язує частинки порошку, але й надає інструменту здатність витримувати високі швидкості та температури під час різання.

Під час процесу спікання порошкова пресова проходить такі важливі етапи:

• Етап нагріву: Повільне нагрівання, щоб клей почав танути, одночасно видаляючи залишковий газ, щоб запобігти утворенню пор.
• Етап високотемпературної ізоляції-: Частинки карбіду вольфраму перегруповуються та дифундують разом із сполучною речовиною для досягнення ущільнення.
• Стадія охолодження: Контрольоване охолодження, щоб уникнути термічного навантаження, що спричиняє мікротріщини або викривлення.

Ми також поєднуємо характеристики порошків з різними формулами та регулюємо параметри спікання для досягнення найкращого балансу між твердістю, міцністю та зносостійкістю леза.

Контроль швидкості усадки при спіканні та компенсації розміру

Під час високо{0}}температурного спікання ріжучі інструменти з твердого сплаву зазнають об’ємної усадки, що є неминучим фізичним явищем під час спікання порошку. Різний склад порошку, щільність формування та вміст сполучної речовини впливають на швидкість усадки. Таким чином, точна компенсація повинна бути зроблена заздалегідь у проектуванні форми та процесі виробництва, щоб гарантувати, що розміри готового продукту відповідають вимогам конструкції.

Основні контрольні точки включають:

• Розрахунок усадки: На основі співвідношення матеріалу та очікуваної щільності спрогнозуйте лінійну та об’ємну усадку леза під час спікання.
• Розмір форми: Розмір прес-форми має бути трохи більшим за кінцевий цільовий розмір, щоб забезпечити компенсацію усадки.
• Контроль параметрів процесу: Швидкість нагрівання, час витримки та атмосфера печі впливають на рівномірність усадки.

Крім того, різні сорти леза та матеріали для застосування мають різні допуски до усадки. Для високо-точних або багато-лез лез навіть незначна нерівномірна усадка може призвести до відхилення країв або проблем із встановленням. Завдяки тривалому-накопичуванню процесу та зворотному зв’язку поведінка спікання в усадці кожної партії точно-налаштовується, щоб забезпечити постійність розмірів і взаємозамінність.

Таким чином, контроль усадки при спіканні та розмірної компенсації є не лише технічною проблемою у виробничому процесі, але й безпосередньо визначає геометричну точність, затискну посадку та стабільність різання твердосплавних пластин. Для високоякісних пластин вимоги до точності на цьому етапі зазвичай можуть досягати рівня 0,01–0,02 мм, що відображає суворі вимоги виробничого процесу.

Контроль внутрішньої пористості та щільності

У процесі виготовленнятвердосплавні ріжучі інструментиЩільність внутрішньої структури безпосередньо визначає продуктивність і термін служби інструменту. Навіть якщо твердість і склад матеріалу відповідають вимогам, якщо всередині є мікропори або нерівна структура, інструмент все одно може передчасно відколотися або зламатися під час різання.

Контроль щільності в основному відображається в наступних аспектах:

• Контроль умов спікання: Необхідно точно контролювати температуру, час витримки, атмосферу та швидкість нагрівання, щоб забезпечити повну дифузію та зчеплення між частинками порошку та мінімізувати залишкові пори.
• Характеристики частинок порошку: Розмір частинок, форма та розподіл порошку мають значний вплив на кінцеву щільність. Сферичні порошки, швидше за все, будуть щільно упаковані під час пресування та спікання, тоді як не-сферичні порошки можуть покращити структурну стабільність за певних пропорцій.
• Метод пресування: Однонаправлене пресування, холодне ізостатичне пресування (CIP) або композитне пресування впливатиме на однорідність щільності початкової заготовки. Чим рівномірніша щільність, тим менша пористість після спікання.

Завдяки цим технологічним заходам виробники можуть забезпечити однорідну внутрішню структуру леза, значно підвищивши його стійкість до сколів, ударостійкість і стабільність під високим-навантаженням обробки.

Хоча контроль внутрішньої щільності є «невидимим» етапом процесу, він є одним із ключових факторів, який визначає, чи можна стабільно підтримувати продуктивність твердосплавних пластин з точки зору фактичного ефекту різання.

Точне шліфування лез

Хоча вставки зі спеченого твердого сплаву мають основну твердість і в’язкість, вони все ще вважаються «напів-фабрикатами» і не можуть безпосередньо використовуватися для високо-точного різання. Точне шліфування є вирішальним кроком у перетворенні пластин на справжні ріжучі інструменти та життєво важливим процесом, який визначає стабільність і термін служби різального інструменту.

На завершальному етапі ріжучий інструмент проходить високо{0}}точне шліфування для формування остаточної геометрії ріжучої кромки. Основні контрольні точки включають:

• Кути ріжучої кромки: різні матеріали та умови різання відповідають різним переднім кутам і кутам зазору.
• Радіус вершини леза: малий радіус на кінчику леза може ефективно зменшити ризик відколів.
• Шорсткість поверхні ріжучої кромки: гладка ріжуча кромка зменшує опір різанню та покращує зносостійкість.

Зазвичай ми використовуємо багато{0}}осьові шліфувальні верстати з ЧПК у поєднанні з онлайн-системами вимірювання, щоб забезпечити узгодженість розміру та найсучаснішої геометрії для кожної партії пластин. На додаток до звичайного шліфування ми іноді виконуємо мікро-обробку кромок, щоб ще більше підвищити стійкість пластин до сколів і стабільність різання.

Обробка поверхні перед нанесенням покриття

Перш ніж приступити до процесу нанесення покриття, обробка поверхні ріжучого інструменту є критично важливим кроком для забезпечення надійності та терміну служби покриття. Високо{1}}покриття (такі як TiAlN, AlTiN, TiN) можуть значно покращити зносостійкість і стабільність ріжучого інструменту при високій{2}}температурній обробці, але якщо стан поверхні основи не відповідає стандартам, адгезія покриття буде значно знижена, і навіть може статися передчасне відшарування під час фактичної обробки.

У професійних виробничих процесах обробка поверхні перед нанесенням покриття зазвичай включає такі етапи:

• Очищення та знежирення: видаляє залишки полірувальної олії, пил і забруднення для забезпечення чистоти поверхні.
• Поверхнева активація: Застосовуючи незначну хімічну або фізичну обробку, на поверхні створюється мікроскопічна шорсткість, що покращує адгезію покриття.
• Перевірка та контроль: Перевірте шорсткість поверхні та рівень забруднення, щоб забезпечити однорідність.

Крім того, залежно від матеріалу леза та передбачуваного використання може знадобитися мікро-полірування або легке зняття фаски для оптимізації адгезії покриття та міцності кінчика леза.

Попередня -обробка поверхні покриття є не лише необхідною умовою для процесу нанесення покриття, але й основним етапом, який визначає стабільність твердосплавних пластин під час фактичної обробки. Оволодіння ключовими моментами цього процесу є важливим показником, який відрізняє звичайні вставки від високо-вставок.

Процес покриття леза

У більшості сучасних твердосплавних пластин використовується технологія покриття для покращення їх зносостійкості, термостійкості та анти-адгезійних властивостей за високої-швидкості, високої-температури та складних умов різання. Покриття не тільки збільшують термін служби пластин, але й гарантують ефективність і якість обробки.

Процеси покриття в основному включають дві категорії:

• Хімічне осадження з парової фази (CVD): покриття має високу твердість і чудову -стійкість до високих температур, що робить його придатним для сталевих деталей і високо{1}}швидкісної обробки.
• Фізичне осадження з парової фази (PVD): Чудова адгезія, підходить для точної обробки нержавіючої сталі та застосувань, що вимагають високої зносостійкості.

Перед нанесенням покриття поверхня леза повинна пройти ретельну обробку, включаючи очищення, видалення залишків шліфувального середовища та активацію поверхні. Цей крок є вирішальним, оскільки стан поверхні безпосередньо впливає на адгезію та однорідність покриття.

Вибір матеріалів покриття та кількість шарів також буде оптимізовано відповідно до різних умов обробки:

• Одношарове-покриття: підходить для загальної обробки сталі з нижчою ціною.
• Багатошарове композитне покриття-: для високо{0}}твердих матеріалів або складних умов різання він може одночасно підвищити зносостійкість і міцність.
• Особливі функціональні покриття: такі як -антипригарні покриття, які використовуються для обробки матеріалів, які мають тенденцію прилипати до інструменту.

Зрештою, твердосплавні пластини з покриттям не тільки значно подовжують термін служби пластин, але й покращують стабільність різання та якість поверхні. Завдяки правильному дизайну покриття продуктивність пластини може бути максимально збільшена за різних матеріалів і умов різання.

Виявлення та контроль консистенції

У процесі виробництва твердосплавних ріжучих інструментів перевірка та контроль консистенції є не лише завершальним етапом перевірки якості, але й невід’ємною частиною всієї виробничої системи, яка безпосередньо впливає на надійність ріжучих інструментів і досвід користувача. Висока-точність,-постійність ріжучих інструментів неможлива без наскрізного--моніторингу та зворотного зв’язку даних від сировини до готової продукції.

Перш ніж покинути завод, кваліфіковані ріжучі леза зазвичай проходять численні випробування, включаючи, але не обмежуючись:

• Перевірка розмірів і геометричних допусків
• Перевірка зовнішнього вигляду та дефектів
• Випробування на твердість і в'язкість
• Оцінка консистенції партії

Водночас у процес тестування впроваджується система відстеження даних процесу, яка реєструє та пов’язує кожну партію порошку, номер партії, номер печі для спікання, параметри шліфування, процес нанесення покриття тощо. Таким чином, навіть якщо під час майбутнього використання виникнуть аномалії, можна відстежити конкретний етап процесу, швидко знайти причину та вжити заходів щодо виправлення.

Крім того, ми проводимо функціональні симуляційні випробування пластин, як-от випробування на довговічність різання, моделювання руйнування стружки або перевірку високо{0}}температурної обробки, щоб забезпечити стабільну продуктивність продукту в реальних робочих умовах. Цей --наскрізний контроль узгодженості від виробництва до функціональності є ключовим фактором у забезпеченні- довгострокової надійності твердосплавних пластин і довіри клієнтів.

На закінчення

Процес виробництва твердосплавних вставок — від формування порошку до контролю спікання, а потім до точного шліфування та покриття — це, по суті, дуже систематичний і точний інженерний процес. Справжнє розуміння того, як виготовляються твердосплавні пластини, допомагає не тільки оцінювати якість продукції, але й допомагає компаніям робити більш раціональний вибір щодо вартості, терміну служби та ефективності обробки.

Якщо ви шукаєте постачальника твердосплавних ріжучих інструментів зі стабільним, послідовним і відстежуваним процесом виробництва.

WAT Tool може надати вам:

• Твердосплавні ріжучі інструменти з різними сортами та застосуванням
• Підтримує потреби OEM і налаштування
• Професійна технічна підтримка токарної, фрезерної та механічної обробки складних матеріалів.

Зверніться до WAT Toolщоб отримати твердосплавну пластину, яка підходить для ваших умов обробки.