В последние годы в связи с большим прогрессом в области материалов инструмента, структуры хвостовика и технологии нанесения покрытий. Инструменты с ЧПУ достигли стремительного развития. Некоторые эффективные и экологически чистые технологии резки с ЧПУ, такие как высокоскоростная резка и сухая резка, все более широко используются в области машиностроения.

Станки с ЧПУ, которые представляют собой высочайший уровень производственных технологий, стали основным оборудованием современной машиностроительной отрасли, а разработка инструментов с ЧПУ стала лопастью машиностроительной промышленности. Хотя станки с ЧПУ интегрируют новые технологии во многих областях, уровень развития инструментов оказывает большое влияние на развитие технологии ЧПУ, следует сказать, что развитие инструментальной технологии в значительной степени способствовало развитию технологии ЧПУ и значительно улучшило функциональный уровень станков с ЧПУ, тем самым также способствуя развитию обрабатывающей промышленности в целом.

Исходя из текущей ситуации, многофункциональные составные инструменты и современные высокоэффективные инструменты являются основным направлением инструментальной разработки. Растущее развитие технологий резания, быстрое развитие инструментальных материалов и быстрое развитие технологии нанесения покрытий в значительной степени способствовали развитию инструментов.

1. Состояние развития технологии резки

Резка является одним из наиболее широко используемых методов обработки в области механической обработки, высокой эффективности, высокого качества, низкой стоимости и экологичной защиты окружающей среды, что является конечной целью, преследуемой технологией резки. В настоящее время высокоскоростная резка, сухая резка, твердая резка и составная резка стали важнейшими направлениями развития технологии резки.

1. Высокоскоростная резка - высокая эффективность

Появление систем держателей высокоскоростных режущих инструментов, таких как инструменты из поликристаллического алмаза (PCD) и HSK, способствовало быстрому развитию технологии высокоскоростной резки. В настоящее время технология высокоскоростной резки широко используется в таких промышленных областях, как автомобилестроение, авиация, аэрокосмическая промышленность и производство строительных материалов, для обработки неметаллических материалов и цветных металлов, что значительно повысило эффективность производства при экспоненциальном снижении производственных затрат.

2. Сухая рубка - охрана окружающей среды

Сухая резка также является важным направлением развития современной технологии резки. На самом деле, при использовании сухой резки скорость резки должна быть увеличена, чтобы тепловая энергия, вырабатываемая в процессе резки, отводилась стружкой. Такой способ обработки не только повышает эффективность производства, но и является очень экологичным; Кроме того, поскольку при сухой резке не используется СОЖ, или используется только очень небольшое количество СОЖ, это значительно снижает себестоимость продукции предприятия и в наибольшей степени исключает последующую переработку отработанной СОЖ и смешанных промышленных отходов металлической стружки.

В настоящее время инструменты с покрытием методом физического осаждения из газовой фазы (PVD) широко используются в жестовой резке, которая позволяет получить более тонкие покрытия, лучшую адгезию и лучшую теплоизоляцию, что максимизирует теплоизоляцию за пределами инструмента во время процесса резки, так что большая часть режущего тепла отводится стружке. В настоящее время сухая резка активно развивается и применяется в Германии, и доля сухой резки в немецкой машиностроении может достигать более 20%.

2. Разработка материалов инструмента с ЧПУ

1. Порошковая металлургия высокоскоростная

На основе традиционной плавки быстрорежущей стали, порошковая быстрорежущая сталь изготавливается с использованием процесса горячего изостатического прессования, который обычно распыляется в мелкий порошок азотом или аргоном под высоким давлением, а затем прессуется в тонкие заготовки под высокой температурой и давлением и, наконец, раскатывается в материалы из быстрорежущей стали. Его преимущество в том, что деформация при термообработке небольшая, особенно подходит для изготовления прецизионного инструмента и сложного инструмента.

По сравнению с обычной быстрорежущей сталью, порошковая быстрорежущая сталь имеет более высокую твердость, лучшую ударную вязкость и большую износостойкость. При одинаковых условиях твердости прочность порошковой быстрорежущей стали увеличивается на 20% ~ 30%, а ударная вязкость увеличивается в 1,5-2 раза. Ввиду превосходных комплексных свойств порошковой быстрорежущей стали и рыночного спроса, можно предвидеть, что данный вид материала станет важным направлением для развития инструментальных материалов.

2. Сверхмелкозернистый твердый сплав

Твердый сплав появился в 30-х годах прошлого века, в основном карбиды и связующие металлические элементы группы Б изготавливаются методом порошковой металлургии. Твердый сплав стал основным направлением развития инструментальных материалов, в настоящее время основными типами являются вольфрам, кобальт, вольфрам, титан, вольфрам, титан, тантал, а теперь разработаны мелкозернистые и ультрамелкозернистые твердые сплавы, причем размер частиц зерна может достигать наноуровня.

Чтобы повысить ударную вязкость материала, содержание кобальта в ультрамелкозернистом твердом сплаве часто выше, чем в обычном твердом сплаве, но поскольку сверхмелкозернистость зерна компенсирует потерю твердости, вызванную высоким содержанием кобальта, а также может значительно увеличить срок службы инструмента, а также значительно улучшается острота режущей кромки, что позволяет обрабатывать материалы с высокой вязкостью, поэтому ультрамелкозернистый твердый сплав все больше и больше нравится пользователям.

3. Сверхтвердый материал инструмента

    a. Керамические ножи являются одними из самых перспективных ножей в настоящее время. С развитием станков с ЧПУ керамические инструменты имеют врожденные преимущества в достижении экологически чистой резки и резки твердых материалов. Добавление карбида кремния в керамическую матрицу триоксида алюминия может быть использовано для изготовления усеточных керамических материалов, или добавление металлических материалов с содержанием менее lO% для изготовления металлической керамики, что может значительно повысить ударную вязкость керамических инструментов и расширить область использования.

b. Структура кубического нитрида бора аналогична структуре алмаза, с твердостью 8 000-9 000 HV. При высокой температуре и давлении микрочастицы кубического нитрида бора спекаются вместе, образуя поликристаллический кубический нитрид бора. Этот материал может обрабатывать не только более твердые материалы, такие как быстрорежущая сталь, закаленная сталь, чугун, твердый сплав, но и сложные материалы, такие как материалы термического напыления и жаропрочные сплавы.

c. Алмаз является самым твердым веществом среди всех известных природных материалов и широко используется в обработке цветных и неметаллических металлов. В 70-х годах прошлого века в некоторых развитых странах были разработаны поликристаллические алмазные ножи. Композитный лист из поликристаллического алмаза (PCD) представляет собой новый материал заготовки, изготовленный из частиц алмаза размером микрон, смешанных с металлическими порошками, такими как кобальт и никель, и спеченных на подложке из карбида вольфрама (WC) под высоким давлением и высокой температурой. Этот материал не только обладает различными отличными свойствами алмаза, но и обладает хорошей ударной вязкостью и проводимостью, поэтому его можно обрабатывать на электроэрозионных станках.

ТриРазработка держателей инструментов с ЧПУ

С развитием технологии высокоскоростной резки на станках с ЧПУ требования к системам зажима инструмента становились все выше и выше, а система держателей инструмента, которая адаптируется к высокоскоростной резке, активно разрабатывалась и развивалась. В настоящее время система держателей инструмента HSK, разработанная немецкой компанией OTT, признана системой зажима с наилучшими характеристиками.

Державка инструмента HSK представляет собой типичный одновременный контакт с короткой поверхностью конуса, коническим хвостовиком и торцом шпинделя в соотношении 1:10. Поскольку в держателе инструмента HSK используется принцип двойного позиционирования и взаимодействия, при зажиме, под действием достаточной силы натяжения, полый конический хвостовик держателя инструмента HSK и конус шпинделя L, поверхность конуса и плоскость зажима находятся в контакте одновременно, вызывая трение, обеспечивая радиальное позиционирование и плоское положение зажима закрытой конструкции. Таким образом, державки HSK обладают такими характеристиками, как высокая статическая и динамическая жесткость, большая передача крутящего момента, точное радиальное позиционирование и высокая повторяемость смены инструмента.

ЧетыреРазработка покрытий для инструментов с ЧПУ

В настоящее время, за исключением некоторых высокоскоростных инструментов, не имеющих покрытия, подавляющее большинство всех видов инструментов имеют структуру покрытия. Среди существующих в настоящее время различных инструментальных покрытий преобладают покрытия из нитрида титана (TiN), а также многослойные покрытия, изготовленные с использованием TiN в качестве базового слоя, и PVD-покрытия с нитридом титана (TiAlN) являются важными направлениями развития.

Физическое осаждение из газовой фазы (PVD) — это процесс испарения, ионизации или распыления, в ходе которого образуются металлические частицы и они вступают в реакцию с реактивными газами с образованием соединений, осажденных на поверхности заготовки. По сравнению с химическим осаждением из газовой фазы (CVD), PVD-покрытия тоньше и обладают лучшей адгезией. PVD-покрытие из алюминида нитрида титана (TiAlN) обладает более высокой твердостью и лучшей термостойкостью за счет окисления поверхности покрытия при высоких температурах с образованием аморфной пленки триоксида алюминия. При сухой резке покрытие действует как тепловой барьер, который имеет гораздо меньшую теплопроводность, чем матрица инструмента и материал заготовки, поэтому инструмент с покрытием может поглощать меньше тепла резания и выдерживать более высокие температуры резания, тем самым увеличивая скорость резки и обеспечивая срок службы инструмента.

Вывод: Передовые инструменты являются основой для содействия развитию технологии резки с ЧПУ. Большой прогресс в области инструментальных материалов, инструментальных конструкций и технологий нанесения покрытий на инструменты способствовал развитию инструментов с ЧПУ в двух направлениях: обобщение и специализация. С развитием производительности и увеличением применения труднообрабатываемых материалов, новые инструменты с ЧПУ обязательно будут сопровождать быстрое развитие станков с ЧПУ и играть все более важную роль в национальной экономике.