Бурхливий розвиток ножів супроводжувався розвитком парових машин та інших машин наприкінці 18 століття.
У 1783 р. Французький Рене вперше виготовив фрези. У 1923 році німець Шретер винайшов цементований карбід. При використанні цементованого твердого сплаву ефективність більш ніж удвічі перевищує ефективність використання швидкорізальної сталі, а також якість поверхні та точність розмірів заготовок, оброблених різанням, також значно покращуються.
Оскільки швидкорізальна сталь та цементований карбід є відносно дорогими, у 1938 році німецька компанія Degussa отримала патент на керамічні ножі. У 1972 році компанія General Electric Company з США виробляла полікристалічні синтетичні алмази та полікристалічні кубічні лопатки нітриду бору. Ці неметалеві інструментальні матеріали дозволяють різати інструмент на більш високих швидкостях.
У 1969 р. Шведський металургійний завод Сандвік отримав патент на виробництво карбідних лопатей з покриттям з карбіду титану шляхом хімічного осадження парів. У 1972 р. Бангсар і Лаголан у США розробили метод фізичного осадження парами для нанесення твердого шару карбіду титану або нітриду титану на поверхню цементованого карбіду або швидкорізальних інструментів. Метод поверхневого покриття поєднує високу міцність і в'язкість основного матеріалу з високою твердістю та зносостійкістю поверхневого шару, завдяки чому цей композитний матеріал має кращі результати різання.
Завдяки деталям, що працюють при високій температурі, високому тиску, високошвидкісному та агресивному середовищі, застосовується все більше і більше важких для обробки матеріалів, а рівень автоматизації обробки різання та вимоги до точності обробки стають все вищими та вищими . Вибираючи кут нахилу інструменту, слід враховувати вплив багатьох факторів, таких як матеріал заготовки, матеріал інструменту, обробні властивості (шорсткі та обробні) тощо, які повинні бути обрані обґрунтовано відповідно до конкретної ситуації.
Поширені інструментальні матеріали: високошвидкісна сталь, цементований карбід (включаючи металокераміку), кераміка, CBN (кубічний нітрид бору), PCD (полікристалічний алмаз), оскільки його твердість важча за іншу, тому загалом швидкість різання також одна вище іншого.
Аналіз продуктивності матеріалу інструменту
Високошвидкісна сталь:
можна розділити на звичайну швидкорізальну сталь і високопродуктивну швидкорізальну сталь.
Звичайна швидкорізальна сталь, така як W18Cr4V, широко використовується у виробництві різних складних інструментів. Швидкість різання, як правило, не надто висока, 40-60 м / хв при різанні звичайної сталі.
Високопродуктивна швидкорізальна сталь, така як W12Cr4V4Mo, виготовляється шляхом додавання деякого вмісту вуглецю, вмісту ванадію та додавання кобальту, алюмінію та інших елементів до звичайної швидкорізальної сталі. Його довговічність в 1,5-3 рази перевищує звичайну швидкорізальну сталь.
Карбід:
Відповідно до GB2075-87 (див. Стандарт 190), його можна розділити на три категорії: цементований карбід типу P в основному використовується для обробки чорних металів довгими стружками, а синій використовується як марка; Тип М в основному використовується для обробки чорних металів. А кольорові метали використовують як марку жовтий колір, також відомий як загальновизнаний цементований карбід, тип К в основному використовується для обробки чорнових металів, кольорових металів та металеві матеріали, а червоний колір використовується як знак.
Арабські цифри, що стоять за P, M, K, вказують на його експлуатаційні характеристики та умови несучої або умови обробки під час обробки. Чим менше число, тим вища твердість і гірша в'язкість.
Кераміка:
Керамічні матеріали мають хорошу зносостійкість і можуть обробляти високотверді матеріали, які важко або неможливо обробити традиційними інструментами. Крім того, керамічні ріжучі інструменти дозволяють уникнути енергоспоживання при відпалі, а отже, також можуть збільшити твердість заготовки та продовжити термін служби машин та обладнання.
Тертя між керамічними лезами та металом невелике при різанні, нелегко прилипати до лез під час різання, а також нелегко отримати нарощений край, і можливе високошвидкісне різання. Тому за тих самих умов шорсткість поверхні заготовки є відносно низькою. Довговічність інструменту в кілька разів або навіть у десятки разів перевищує традиційні інструменти, зменшуючи кількість змін інструменту при обробці; стійкість до високих температур, гарна червона твердість. Він може постійно різати при 1200 ℃. Отже, швидкість різання керамічних пластин може бути набагато вищою, ніж у цементованого карбіду. Він може здійснювати високошвидкісне різання або реалізовувати GG; точіння та фрезерування замість шліфування" ;. Ефективність різання в 3-10 разів вища, ніж у традиційних інструментів, що дозволяє економити 30% -70% і більше людських годин, електроенергії та верстатів.
CBN:
Це другий за величиною твердість на сьогоднішній день матеріал. Твердість композиційного листа CBN, як правило, становить HV3000 ～ 5000, яка має високу термостійкість і твердість при високій температурі, а також має високу стійкість до окислення навіть при 1000 ℃. Відбувається окислення, і воно не реагує хімічно на матеріали на основі заліза при 1200 ℃ ～ 1300 ℃. Він має гарну теплопровідність і низький коефіцієнт тертя.
Полікристалічний алмаз PCD:
Алмазний ніж має характеристики високої твердості, високої міцності на стиск, хорошої теплопровідності та зносостійкості, а також може отримати високу точність обробки та ефективність обробки при високошвидкісному різанні. Оскільки структура PCD є дрібнозернистим алмазним спеченим тілом з різною орієнтацією, хоча додається сполучна речовина, його твердість та зносостійкість все ще нижчі, ніж у монокристалічного алмазу. Спорідненість із кольоровими металами та неметалевими матеріалами дуже мала, і чіпси непросто прикріпити до кінчика інструменту в процесі обробки, щоб сформувати нарощений край.
Відповідний діапазон застосування матеріалів:
Високошвидкісна сталь: в основному використовується для формування інструментів та складних форм та в інших випадках, що вимагають високої в'язкості
Цементований карбід: найширший діапазон застосування, в основному він може висохнути;
Кераміка: в основному використовується для точіння твердих деталей та чорнової обробки та швидкісної обробки чавунних деталей;
CBN: В основному використовується для точіння твердих деталей та високошвидкісної обробки чавунних деталей (загалом кажучи, він ефективніший за кераміку з точки зору зносостійкості, ударної в'язкості та стійкості до руйнування);
PCD: В основному використовується для високоефективного різання кольорових та неметалевих матеріалів.
Вимоги верстатів з ЧПУ до інструментальних матеріалів
Висока твердість і зносостійкість
Твердість ріжучої частини інструменту повинна бути вище твердості матеріалу заготовки. Чим вища твердість матеріалу інструменту, тим краща його зносостійкість. Твердість матеріалу інструменту при кімнатній температурі повинна бути вище HRC62.
Достатня міцність і в'язкість
Інструмент чинить сильний тиск під час надмірного різання, а іноді працює в умовах удару та вібрації. Щоб інструмент не посікався і не ламався, матеріал інструменту повинен мати достатню міцність і в’язкість. Як правило, міцність на вигин використовується для вираження міцності матеріалу інструменту. Значення удару використовується для вираження в'язкості матеріалу інструменту.
Висока термостійкість
Термостійкість відноситься до характеристик інструментальних матеріалів для підтримки твердості, зносостійкості, міцності та в’язкості при високих температурах. Це основний показник для вимірювання ефективності різання інструментальних матеріалів. Цю продуктивність ще називають червоною твердістю інструментальних матеріалів.
краща теплопровідність
Чим більша теплопровідність матеріалу інструменту, тим більше теплоти інструмент передає, що корисно зменшити температуру різання інструменту та поліпшити довговічність інструменту.
Хороша обробка
Щоб полегшити обробку та виготовлення інструментів, інструментальні матеріали повинні мати хороші технологічні властивості, такі як ковка, прокат, зварювання, різання та шліфування, характеристики термообробки та високотемпературні характеристики пластичної деформації інструментальних матеріалів. Для цементованих твердосплавних та керамічних інструментів Матеріал також вимагає хороших властивостей спікання та формування тиску.