Un bon cheval a besoin d’une bonne selle et utilise un équipement d’usinage CNC avancé. Si les mauvais outils sont utilisés, cela ne servira à rien ! La sélection du matériau d'outil approprié a un impact important sur la durée de vie de l'outil, l'efficacité du traitement, la qualité du traitement et le coût du traitement. Cet article fournit des informations utiles sur les connaissances en matière de couteaux, collectez-les et transmettez-les, apprenons ensemble.
Les matériaux des outils doivent avoir des propriétés de base
La sélection des matériaux des outils a un impact important sur la durée de vie de l'outil, l'efficacité du traitement, la qualité du traitement et le coût du traitement. Les outils doivent résister à des pressions élevées, des températures élevées, des frottements, des impacts et des vibrations lors de la coupe. Par conséquent, les matériaux des outils doivent avoir les propriétés de base suivantes :
(1) Dureté et résistance à l’usure. La dureté du matériau de l'outil doit être supérieure à la dureté du matériau de la pièce, qui doit généralement être supérieure à 60HRC. Plus la dureté du matériau de l'outil est élevée, meilleure est la résistance à l'usure.
(2) Force et ténacité. Les matériaux des outils doivent avoir une résistance et une ténacité élevées pour résister aux forces de coupe, aux chocs et aux vibrations, et empêcher la rupture fragile et l'écaillage de l'outil.
(3) Résistance à la chaleur. Le matériau de l'outil a une bonne résistance à la chaleur, peut résister à des températures de coupe élevées et présente une bonne résistance à l'oxydation.
(4) Performance et économie du processus. Les matériaux des outils doivent avoir de bonnes performances de forgeage, de traitement thermique et de soudage ; performances de meulage, etc., et devraient rechercher un rapport performance-prix élevé.
Types, propriétés, caractéristiques et applications des matériaux d'outils
1. Matériaux pour outils diamantés
Le diamant est un allotrope du carbone et constitue le matériau le plus dur trouvé dans la nature. Les outils de coupe diamantés ont une dureté élevée, une résistance à l'usure élevée et une conductivité thermique élevée, et sont largement utilisés dans le traitement des métaux non ferreux et des matériaux non métalliques. En particulier dans la coupe à grande vitesse de l'aluminium et des alliages silicium-aluminium, les outils diamantés constituent le principal type d'outils de coupe difficiles à remplacer. Les outils diamantés capables d'atteindre un rendement élevé, une stabilité élevée et une longue durée de vie sont des outils indispensables et importants dans l'usinage CNC moderne.
⑴ Types d'outils diamantés
① Outils en diamant naturel : les diamants naturels sont utilisés comme outils de coupe depuis des centaines d'années. Les outils diamantés monocristallins naturels ont été finement meulés pour rendre le tranchant extrêmement tranchant. Le rayon de coupe peut atteindre 0,002 μm, ce qui permet d'obtenir une coupe ultra fine. Il peut traiter des pièces avec une précision extrêmement élevée et une rugosité de surface extrêmement faible. C’est un outil d’usinage d’ultra précision reconnu, idéal et irremplaçable.
② Outils de coupe diamantés PCD : les diamants naturels sont chers. Le diamant le plus largement utilisé dans le traitement de la taille est le diamant polycristallin (PCD). Depuis le début des années 1970, le diamant polycristallin (diamant polycristallin, appelé lames PCD) préparé à l'aide d'une technologie de synthèse à haute température et haute pression a été développé. Après son succès, les outils de coupe en diamant naturel ont été remplacés à de nombreuses reprises par du diamant polycristallin artificiel. Les matières premières PCD sont riches en sources et leur prix ne représente que quelques à un dixième de celui du diamant naturel. Les outils de coupe PCD ne peuvent pas être meulés pour produire des outils de coupe extrêmement tranchants. La qualité de surface du tranchant et de la pièce traitée n'est pas aussi bonne que celle du diamant naturel. Il n'est pas encore pratique de fabriquer des lames PCD avec des brise-copeaux dans l'industrie. Par conséquent, le PCD ne peut être utilisé que pour la découpe de précision de métaux non ferreux et de non-métaux, et il est difficile d'obtenir une découpe de très haute précision. Découpe miroir de précision.
③ Outils de coupe diamantés CVD : De la fin des années 1970 au début des années 1980, la technologie diamantée CVD est apparue au Japon. Le diamant CVD fait référence à l'utilisation du dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour synthétiser un film de diamant sur une matrice hétérogène (telle que du carbure cémenté, de la céramique, etc.). Le diamant CVD a exactement la même structure et les mêmes caractéristiques que le diamant naturel. Les performances du diamant CVD sont très proches de celles du diamant naturel. Il présente les avantages du diamant monocristallin naturel et du diamant polycristallin (PCD) et surmonte dans une certaine mesure leurs inconvénients.
⑵ Caractéristiques de performance des outils diamantés
① Dureté et résistance à l'usure extrêmement élevées : le diamant naturel est la substance la plus dure trouvée dans la nature. Le diamant présente une résistance à l’usure extrêmement élevée. Lors du traitement de matériaux de haute dureté, la durée de vie des outils diamantés est 10 à 100 fois supérieure à celle des outils en carbure, voire des centaines de fois.
② A un très faible coefficient de frottement : le coefficient de frottement entre le diamant et certains métaux non ferreux est inférieur à celui des autres outils de coupe. Le coefficient de frottement est faible, la déformation pendant le traitement est faible et la force de coupe peut être réduite.
③ Le tranchant est très tranchant : le tranchant de l'outil diamanté peut être affûté de manière très tranchante. L'outil diamanté monocristallin naturel peut atteindre 0,002 ~ 0,008 μm, ce qui permet d'effectuer une coupe ultra-fine et un traitement ultra-précis.
④ Conductivité thermique élevée : le diamant a une conductivité thermique et une diffusivité thermique élevées, de sorte que la chaleur de coupe est facilement dissipée et la température de la partie coupante de l'outil est basse.
⑤ A un coefficient de dilatation thermique inférieur : le coefficient de dilatation thermique du diamant est plusieurs fois inférieur à celui du carbure cémenté, et le changement de taille de l'outil provoqué par la chaleur de coupe est très faible, ce qui est particulièrement important pour l'usinage de précision et d'ultra-précision qui nécessite une grande précision dimensionnelle.
⑶ Application des outils diamantés
Les outils diamantés sont principalement utilisés pour la coupe fine et l'alésage des métaux non ferreux et des matériaux non métalliques à des vitesses élevées. Convient au traitement de divers non-métaux résistants à l'usure, tels que les ébauches de métallurgie des poudres de fibre de verre, les matériaux céramiques, etc. divers métaux non ferreux résistants à l'usure, tels que divers alliages silicium-aluminium ; et le traitement de finition de divers métaux non ferreux.
L’inconvénient des outils diamantés est qu’ils ont une mauvaise stabilité thermique. Lorsque la température de coupe dépasse 700 ℃ ~ 800 ℃, ils perdent complètement leur dureté. De plus, ils ne conviennent pas à la coupe des métaux ferreux car le diamant (carbone) réagit facilement avec le fer à haute température. L'action atomique convertit les atomes de carbone en structure de graphite et l'outil est facilement endommagé.
2. Matériau de l'outil en nitrure de bore cubique
Le nitrure de bore cubique (CBN), le deuxième matériau ultra-dur synthétisé à l'aide d'une méthode similaire à celle du diamant, est juste derrière le diamant en termes de dureté et de conductivité thermique. Il possède une excellente stabilité thermique et peut être chauffé jusqu’à 10 000 °C dans l’atmosphère. Aucune oxydation ne se produit. Le CBN possède des propriétés chimiques extrêmement stables pour les métaux ferreux et peut être largement utilisé dans la transformation des produits sidérurgiques.
⑴ Types d'outils de coupe en nitrure de bore cubique
Le nitrure de bore cubique (CBN) est une substance qui n'existe pas dans la nature. Il est divisé en monocristallin et polycristallin, à savoir le monocristallin CBN et le nitrure de bore cubique polycristallin (bornnitrure cubique polycristallin, PCBN en abrégé). Le CBN est l'un des allotropes du nitrure de bore (BN) et possède une structure similaire à celle du diamant.
Le PCBN (nitrure de bore cubique polycristallin) est un matériau polycristallin dans lequel de fins matériaux CBN sont frittés ensemble à travers des phases de liaison (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) sous haute température et pression. Il s’agit actuellement du deuxième matériau synthétisé artificiellement le plus dur. Le matériau d'outil diamanté, avec le diamant, est collectivement appelé matériau d'outil super dur. Le PCBN est principalement utilisé pour fabriquer des couteaux ou d’autres outils.
Les outils de coupe PCBN peuvent être divisés en lames PCBN solides et lames composites PCBN frittées au carbure.
Les lames composites PCBN sont fabriquées en frittant une couche de PCBN d'une épaisseur de 0,5 à 1,0 mm sur un carbure cémenté présentant une bonne résistance et ténacité. Ses performances combinent une bonne ténacité avec une dureté et une résistance à l'usure élevées. Il résout les problèmes de faible résistance à la flexion et de soudage difficile des lames CBN.
⑵ Principales propriétés et caractéristiques du nitrure de bore cubique
Bien que la dureté du nitrure de bore cubique soit légèrement inférieure à celle du diamant, elle est beaucoup plus élevée que celle des autres matériaux à haute dureté. L'avantage exceptionnel du CBN est que sa stabilité thermique est bien supérieure à celle du diamant, atteignant des températures supérieures à 1 200 °C (le diamant est de 700 à 800 °C). Un autre avantage remarquable est qu’il est chimiquement inerte et ne réagit pas avec le fer à 1 200-1 300°C. réaction. Les principales caractéristiques de performance du nitrure de bore cubique sont les suivantes.
① Dureté et résistance à l'usure élevées : la structure cristalline CBN est similaire au diamant et a une dureté et une résistance similaires à celles du diamant. Le PCBN est particulièrement adapté au traitement de matériaux de haute dureté qui ne pouvaient être meulés qu'au préalable et peut obtenir une meilleure qualité de surface de la pièce.
② Stabilité thermique élevée : la résistance thermique du CBN peut atteindre 1 400 ~ 1 500 ℃, ce qui est presque 1 fois supérieure à la résistance thermique du diamant (700 ~ 800 ℃). Les outils PCBN peuvent couper des alliages à haute température et de l'acier trempé à des vitesses élevées 3 à 5 fois supérieures à celles des outils en carbure.
③ Excellente stabilité chimique : il n'a aucune interaction chimique avec les matériaux à base de fer jusqu'à 1 200-1 300 °C et ne s'usera pas aussi brusquement que le diamant. À ce stade, il peut encore maintenir la dureté du carbure cémenté ; Les outils PCBN conviennent à la coupe de pièces en acier trempé et de fonte réfrigérée et peuvent être largement utilisés dans la coupe à grande vitesse de la fonte.
④ Bonne conductivité thermique : bien que la conductivité thermique du CBN ne puisse pas suivre celle du diamant, la conductivité thermique du PCBN parmi divers matériaux d'outils est juste derrière le diamant et bien supérieure à celle de l'acier rapide et du carbure cémenté.
⑤ A un coefficient de frottement inférieur : un faible coefficient de frottement peut entraîner une réduction de la force de coupe lors de la coupe, une réduction de la température de coupe et une amélioration de la qualité de la surface usinée.
⑶ Application des outils de coupe en nitrure de bore cubique
Le nitrure de bore cubique convient à la finition de divers matériaux difficiles à couper tels que l'acier trempé, la fonte dure, les alliages à haute température, le carbure cémenté et les matériaux de pulvérisation de surface. La précision du traitement peut atteindre IT5 (le trou est IT6) et la valeur de rugosité de surface peut être aussi petite que Ra1,25 ~ 0,20 μm.
Le matériau de l'outil en nitrure de bore cubique a une ténacité et une résistance à la flexion médiocres. Par conséquent, les outils de tournage en nitrure de bore cubique ne conviennent pas à l'usinage grossier à basse vitesse et à des charges d'impact élevées ; en même temps, ils ne conviennent pas à la coupe de matériaux à haute plasticité (tels que les alliages d'aluminium, les alliages de cuivre, les alliages à base de nickel, les aciers à haute plasticité, etc.), car la coupe de ces arêtes accumulées importantes se produira lors du travail avec du métal, détériorant la surface usinée.
3. Matériaux d'outils en céramique
Les outils de coupe en céramique ont les caractéristiques d'une dureté élevée, d'une bonne résistance à l'usure, d'une excellente résistance à la chaleur et d'une stabilité chimique, et ne sont pas faciles à lier au métal. Les outils en céramique jouent un rôle très important dans l'usinage CNC. Les outils en céramique sont devenus l'un des principaux outils de découpe et de traitement à grande vitesse de matériaux difficiles à usiner. Les outils de coupe en céramique sont largement utilisés dans la coupe à grande vitesse, la coupe à sec, la coupe dure et la coupe de matériaux difficiles à usiner. Les outils en céramique peuvent traiter efficacement des matériaux très durs que les outils traditionnels ne peuvent pas du tout traiter, réalisant ainsi « un tournage au lieu d'un meulage » ; la vitesse de coupe optimale des outils en céramique peut être 2 à 10 fois supérieure à celle des outils en carbure, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la production de coupe. ; Les principales matières premières utilisées dans les matériaux d'outils en céramique sont les éléments les plus abondants dans la croûte terrestre. Par conséquent, la promotion et l’application des outils en céramique revêtent une grande importance pour améliorer la productivité, réduire les coûts de traitement et économiser les métaux précieux stratégiques. Cela favorisera également grandement le développement de la technologie de découpe. progrès.
⑴ Types de matériaux d'outils en céramique
Les types de matériaux d'outils en céramique peuvent généralement être divisés en trois catégories : les céramiques à base d'alumine, les céramiques à base de nitrure de silicium et les céramiques composites à base de nitrure de silicium et d'alumine. Parmi eux, les matériaux d'outils céramiques à base d'alumine et de nitrure de silicium sont les plus largement utilisés. Les performances des céramiques à base de nitrure de silicium sont supérieures à celles des céramiques à base d'alumine.
⑵ Performances et caractéristiques des outils de coupe en céramique
① Dureté élevée et bonne résistance à l'usure : bien que la dureté des outils de coupe en céramique ne soit pas aussi élevée que celle du PCD et du PCBN, elle est beaucoup plus élevée que celle des outils de coupe en carbure et en acier rapide, atteignant 93-95HRA. Les outils de coupe en céramique peuvent traiter des matériaux très durs qui sont difficiles à traiter avec des outils de coupe traditionnels et conviennent à la coupe à grande vitesse et à la coupe dure.
② Résistance aux hautes températures et bonne résistance à la chaleur : les outils de coupe en céramique peuvent toujours couper à des températures élevées supérieures à 1 200 °C. Les outils de coupe en céramique ont de bonnes propriétés mécaniques à haute température. Les outils de coupe en céramique A12O3 ont une résistance à l'oxydation particulièrement bonne. Même si le tranchant est chauffé au rouge, il peut être utilisé en continu. Par conséquent, les outils en céramique peuvent réaliser une coupe à sec, éliminant ainsi le besoin de liquide de coupe.
③ Bonne stabilité chimique : les outils de coupe en céramique ne sont pas faciles à lier au métal, sont résistants à la corrosion et ont une bonne stabilité chimique, ce qui peut réduire l'usure de liaison des outils de coupe.
④ Faible coefficient de frottement : l'affinité entre les outils en céramique et le métal est faible et le coefficient de frottement est faible, ce qui peut réduire la force de coupe et la température de coupe.
⑶ Les couteaux en céramique ont des applications
La céramique est l'un des matériaux d'outils principalement utilisés pour la finition et la semi-finition à grande vitesse. Les outils de coupe en céramique conviennent à la coupe de diverses fontes (fonte grise, fonte ductile, fonte malléable, fonte réfrigérée, fonte hautement alliée résistante à l'usure) et de matériaux en acier (acier de construction au carbone, acier de construction allié, acier à haute résistance, acier à haute teneur en manganèse, acier trempé, etc.), peut également être utilisé pour couper des alliages de cuivre, du graphite, des plastiques techniques et des matériaux composites.
Les propriétés matérielles des outils de coupe en céramique présentent des problèmes de faible résistance à la flexion et de mauvaise résistance aux chocs, ce qui les rend impropres à la coupe à basse vitesse et sous des charges d'impact.
4. Matériaux d'outils revêtus
Le revêtement des outils de coupe est l’un des moyens importants d’améliorer les performances des outils. L'émergence des outils revêtus a entraîné une avancée majeure dans les performances de coupe des outils de coupe. Les outils revêtus sont recouverts d'une ou plusieurs couches de composés réfractaires présentant une bonne résistance à l'usure sur le corps de l'outil et une bonne ténacité. Il combine la matrice de l'outil avec le revêtement dur, améliorant ainsi considérablement les performances de l'outil. Les outils revêtus peuvent améliorer l'efficacité du traitement, améliorer la précision du traitement, prolonger la durée de vie des outils et réduire les coûts de traitement.
Environ 80 % des outils de coupe utilisés dans les nouvelles machines-outils CNC utilisent des outils revêtus. Les outils revêtus constitueront à l'avenir la variété d'outils la plus importante dans le domaine de l'usinage CNC.
⑴ Types d'outils revêtus
Selon différentes méthodes de revêtement, les outils revêtus peuvent être divisés en outils revêtus par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et en outils revêtus par dépôt physique en phase vapeur (PVD). Les outils de coupe en carbure revêtus utilisent généralement la méthode de dépôt chimique en phase vapeur et la température de dépôt est d'environ 1 000 °C. Les outils de coupe en acier rapide revêtus utilisent généralement la méthode de dépôt physique en phase vapeur et la température de dépôt est d'environ 500 °C ;
Selon les différents matériaux de substrat des outils revêtus, les outils revêtus peuvent être divisés en outils revêtus de carbure, outils revêtus d'acier rapide et outils revêtus de céramique et de matériaux superdurs (diamant et nitrure de bore cubique).
Selon les propriétés du matériau de revêtement, les outils revêtus peuvent être divisés en deux catégories, à savoir les outils à revêtement « dur » et les outils à revêtement « doux ». Les principaux objectifs poursuivis par les outils à revêtement « dur » sont une dureté et une résistance à l'usure élevées. Ses principaux avantages sont une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure, généralement les revêtements TiC et TiN. L'objectif poursuivi par les outils de revêtement « doux » est un faible coefficient de frottement, également connu sous le nom d'outils autolubrifiants, qui frottent avec le matériau de la pièce. Le coefficient est très faible, seulement environ 0,1, ce qui peut réduire l'adhérence, réduire le frottement et réduire la coupe. force et température de coupe.
Des outils de coupe par nanorevêtement (Nanoeoating) ont été récemment développés. De tels outils revêtus peuvent utiliser différentes combinaisons de matériaux de revêtement (tels que métal/métal, métal/céramique, céramique/céramique, etc.) pour répondre à différentes exigences fonctionnelles et de performances. Des nano-revêtements correctement conçus peuvent donner aux matériaux d'outils d'excellentes fonctions de réduction du frottement et anti-usure ainsi que des propriétés autolubrifiantes, ce qui les rend adaptés à la coupe à sec à grande vitesse.
⑵ Caractéristiques des outils de coupe revêtus
① Bonnes performances mécaniques et de coupe : les outils revêtus combinent les excellentes propriétés du matériau de base et du matériau de revêtement. Ils maintiennent non seulement la bonne ténacité et la haute résistance du matériau de base, mais présentent également une dureté élevée, une résistance à l'usure élevée et un faible coefficient de friction. Par conséquent, la vitesse de coupe des outils revêtus peut être augmentée de plus de 2 fois par rapport à celle des outils non revêtus, et des vitesses d'avance plus élevées sont autorisées. La durée de vie des outils revêtus est également améliorée.
② Forte polyvalence : les outils revêtus ont une grande polyvalence et élargissent considérablement la plage de traitement. Un outil revêtu peut remplacer plusieurs outils non revêtus.
③ Épaisseur du revêtement : à mesure que l'épaisseur du revêtement augmente, la durée de vie de l'outil augmentera également, mais lorsque l'épaisseur du revêtement atteint la saturation, la durée de vie de l'outil n'augmentera plus de manière significative. Lorsque le revêtement est trop épais, il provoquera facilement un pelage ; lorsque le revêtement est trop fin, la résistance à l'usure sera médiocre.
④ Réaffûtabilité : les lames revêtues ont une faible réaffûtabilité, un équipement de revêtement complexe, des exigences de processus élevées et un long temps de revêtement.
⑤ Matériau de revêtement : les outils avec différents matériaux de revêtement ont des performances de coupe différentes. Par exemple : lors de la coupe à basse vitesse, le revêtement TiC présente des avantages ; lors de la coupe à grande vitesse, le TiN est plus approprié.
⑶Application des outils de coupe revêtus
Les outils revêtus ont un grand potentiel dans le domaine de l'usinage CNC et constitueront à l'avenir la variété d'outils la plus importante dans le domaine de l'usinage CNC. La technologie de revêtement a été appliquée aux fraises en bout, aux alésoirs, aux forets, aux outils de traitement de trous composites, aux fraises-mères à engrenages, aux fraises à façonner les engrenages, aux fraises à raser les engrenages, aux broches de formage et à diverses plaquettes indexables serrées par machine pour répondre aux diverses exigences du traitement de coupe à grande vitesse. Les besoins de matériaux tels que l'acier et la fonte, les alliages résistants à la chaleur et les métaux non ferreux.
5. Matériaux d'outils en carbure
Les outils de coupe en carbure, en particulier les outils de coupe en carbure indexables, sont les principaux produits des outils d'usinage CNC. Depuis les années 1980, les variétés de divers outils de coupe ou plaquettes en carbure intégraux et indexables ont été étendues à différents types. Une variété de domaines d'outils de coupe, dans lesquels les outils en carbure indexables se sont étendus des simples outils de tournage et des fraises à surfacer à divers domaines d'outils de précision, complexes et de formage.
⑴ Types d'outils de coupe en carbure
Selon la composition chimique principale, le carbure cémenté peut être divisé en carbure cémenté à base de carbure de tungstène et en carbure cémenté à base de carbone de titane (nitrure) (TiC (N)).
Le carbure cémenté à base de carbure de tungstène comprend trois types : le tungstène-cobalt (YG), le tungstène-cobalt-titane (YT) et le carbure rare ajouté (YW). Chacun a ses propres avantages et inconvénients. Les principaux composants sont le carbure de tungstène (WC) et le carbure de titane. (TiC), carbure de tantale (TaC), carbure de niobium (NbC), etc. La phase de liaison métallique couramment utilisée est le Co.
Le carbure cémenté à base de carbone (nitrure) de titane est un carbure cémenté dont le TiC est le composant principal (certains ajoutent d'autres carbures ou nitrures). Les phases de liaison métallique couramment utilisées sont Mo et Ni.
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) divise le carbure de coupe en trois catégories :
La classe K, y compris Kl0 ~ K40, est équivalente à la classe YG de mon pays (le composant principal est WC.Co).
La catégorie P, y compris P01 ~ P50, est équivalente à la catégorie YT de mon pays (le composant principal est WC.TiC.Co).
La classe M, y compris M10~M40, est équivalente à la classe YW de mon pays (le composant principal est WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Chaque nuance représente une série d'alliages allant d'une dureté élevée à une ténacité maximale avec un nombre compris entre 01 et 50.
⑵ Caractéristiques de performance des outils de coupe en carbure
① Haute dureté : les outils de coupe en carbure sont fabriqués à partir de carbures de dureté et de point de fusion élevés (appelés phase dure) et de liants métalliques (appelés phase de liaison) grâce à la métallurgie des poudres, avec une dureté de 89 à 93HRA. , beaucoup plus élevé que l'acier rapide. À 5 400 °C, la dureté peut encore atteindre 82 ~ 87 HRA, ce qui équivaut à la dureté de l'acier rapide à température ambiante (83 ~ 86 HRA). La valeur de dureté du carbure cémenté change avec la nature, la quantité, la granulométrie des carbures et la teneur en phase de liaison métallique, et diminue généralement avec l'augmentation de la teneur en phase de liaison métallique. Lorsque la teneur en phase liante est la même, la dureté des alliages YT est supérieure à celle des alliages YG, et les alliages additionnés de TaC (NbC) ont une dureté à haute température plus élevée.
② Résistance à la flexion et ténacité : La résistance à la flexion du carbure cémenté couramment utilisé est comprise entre 900 et 1 500 MPa. Plus la teneur en phase liante métallique est élevée, plus la résistance à la flexion est élevée. Lorsque la teneur en liant est la même, la résistance de l'alliage de type YG (WC-Co) est supérieure à celle de l'alliage de type YT (WC-TiC-Co), et à mesure que la teneur en TiC augmente, la résistance diminue. Le carbure cémenté est un matériau fragile et sa résistance aux chocs à température ambiante n'est que de 1/30 à 1/8 de celle de l'acier rapide.
⑶ Application d'outils de coupe en carbure couramment utilisés
Les alliages YG sont principalement utilisés pour le traitement de la fonte, des métaux non ferreux et des matériaux non métalliques. Le carbure cémenté à grain fin (tel que YG3X, YG6X) a une dureté et une résistance à l'usure plus élevées que le carbure à grain moyen avec la même teneur en cobalt. Il convient au traitement de certaines fontes dures spéciales, d'acier inoxydable austénitique, d'alliages résistants à la chaleur, d'alliages de titane, de bronze dur et de matériaux isolants résistants à l'usure, etc.
Les avantages exceptionnels du carbure cémenté de type YT sont une dureté élevée, une bonne résistance à la chaleur, une dureté et une résistance à la compression à haute température supérieures à celles du type YG et une bonne résistance à l'oxydation. Par conséquent, lorsque le couteau doit avoir une résistance à la chaleur et à l’usure plus élevées, une nuance avec une teneur en TiC plus élevée doit être sélectionnée. Les alliages YT conviennent au traitement des matières plastiques telles que l'acier, mais ne conviennent pas au traitement des alliages de titane et des alliages silicium-aluminium.
L'alliage YW possède les propriétés des alliages YG et YT et possède de bonnes propriétés complètes. Il peut être utilisé pour traiter l'acier, la fonte et les métaux non ferreux. Si la teneur en cobalt de ce type d'alliage est augmentée de manière appropriée, la résistance peut être très élevée et peut être utilisée pour l'usinage grossier et la coupe interrompue de divers matériaux difficiles à usiner.
6. Outils de coupe en acier rapide
L'acier rapide (HSS) est un acier à outils fortement allié qui ajoute davantage d'éléments d'alliage tels que W, Mo, Cr et V. Les outils de coupe en acier rapide ont d'excellentes performances globales en termes de résistance, de ténacité et de transformabilité. Dans les outils de coupe complexes, en particulier ceux dotés de formes de lame complexes, tels que les outils de traitement de trous, les fraises, les outils de filetage, les outils de brochage, les outils de coupe d'engrenages, etc., l'acier rapide est toujours utilisé. occupent une position dominante. Les couteaux en acier rapide sont faciles à affûter pour produire des bords tranchants.
Selon différentes utilisations, l'acier rapide peut être divisé en acier rapide à usage général et en acier rapide haute performance.
⑴ Outils de coupe en acier rapide à usage général
Acier rapide à usage général. Généralement, il peut être divisé en deux catégories : l’acier au tungstène et l’acier au tungstène-molybdène. Ce type d'acier rapide contient 0,7% à 0,9% (C). Selon les différentes teneurs en tungstène de l'acier, il peut être divisé en acier au tungstène avec une teneur en W de 12 % ou 18 %, en acier au tungstène-molybdène avec une teneur en W de 6 % ou 8 % et en acier au molybdène avec une teneur en W. de 2% ou pas de W. . L'acier rapide à usage général a une certaine dureté (63-66HRC) et résistance à l'usure, une résistance et une ténacité élevées, une bonne plasticité et une bonne technologie de traitement, il est donc largement utilisé dans la fabrication de divers outils complexes.
① Acier au tungstène : La qualité typique de l'acier au tungstène à usage général à grande vitesse est W18Cr4V (appelé W18). Il a de bonnes performances globales. La dureté à haute température à 6 000 °C est de 48,5 HRC et peut être utilisée pour fabriquer divers outils complexes. Il présente les avantages d'une bonne broyabilité et d'une faible sensibilité à la décarburation, mais en raison de sa teneur élevée en carbure, de sa répartition inégale, de ses grosses particules et de sa faible résistance et ténacité.
② Acier tungstène-molybdène : désigne un acier rapide obtenu en remplaçant une partie du tungstène de l'acier au tungstène par du molybdène. La qualité typique de l'acier au tungstène-molybdène est W6Mo5Cr4V2 (appelée M2). Les particules de carbure de M2 sont fines et uniformes, et sa résistance, sa ténacité et sa plasticité à haute température sont meilleures que celles du W18Cr4V. Un autre type d’acier tungstène-molybdène est le W9Mo3Cr4V (W9 en abrégé). Sa stabilité thermique est légèrement supérieure à celle de l'acier M2, sa résistance à la flexion et sa ténacité sont meilleures que celles du W6M05Cr4V2 et il a une bonne aptitude au traitement.
⑵ Outils de coupe en acier rapide haute performance
L'acier rapide haute performance fait référence à un nouveau type d'acier qui ajoute une certaine teneur en carbone, en vanadium et des éléments d'alliage tels que Co et Al à la composition de l'acier rapide à usage général, améliorant ainsi sa résistance à la chaleur et à l'usure. . Il existe principalement les catégories suivantes :
① Acier rapide à haute teneur en carbone. L'acier rapide à haute teneur en carbone (tel que 95W18Cr4V) a une dureté élevée à température ambiante et à haute température. Il convient à la fabrication et au traitement de l'acier et de la fonte ordinaires, des forets, des alésoirs, des tarauds et des fraises ayant des exigences élevées en matière de résistance à l'usure, ou des outils pour le traitement de matériaux plus durs. Il n’est pas adapté pour résister à des impacts importants.
② Acier rapide à haute teneur en vanadium. Les nuances typiques, telles que W12Cr4V4Mo (appelées EV4), ont une teneur en V augmentée de 3 % à 5 %, ont une bonne résistance à l'usure et conviennent à la coupe de matériaux qui provoquent une forte usure des outils, tels que les fibres, le caoutchouc dur, les plastiques. , etc., et peut également être utilisé pour traiter des matériaux tels que l'acier inoxydable, l'acier à haute résistance et les alliages à haute température.
③ Acier rapide au cobalt. Il s’agit d’un acier rapide ultra-dur contenant du cobalt. Les nuances typiques, telles que W2Mo9Cr4VCo8 (appelées M42), ont une dureté très élevée. Sa dureté peut atteindre 69-70HRC. Il convient au traitement des aciers à haute résistance et résistants à la chaleur, des alliages à haute température, des alliages de titane, etc. Matériaux de traitement: M42 a une bonne aptitude au broyage et convient à la fabrication d'outils de précision et complexes, mais il ne convient pas pour travailler dans des conditions de coupe par impact.
④ Acier rapide en aluminium. Il s’agit d’un acier rapide ultra-dur contenant de l’aluminium. Les qualités typiques sont, par exemple, W6Mo5Cr4V2Al (appelé 501). La dureté à haute température à 6000C atteint également 54HRC. Les performances de coupe sont équivalentes à M42. Il convient à la fabrication de fraises, de forets, d'alésoirs, de fraises à engrenages et de broches. etc., utilisés pour traiter des matériaux tels que l'acier allié, l'acier inoxydable, l'acier à haute résistance et les alliages à haute température.
⑤ Acier rapide ultra-dur à l'azote. Les nuances typiques, telles que W12M03Cr4V3N, appelées (V3N), sont des aciers rapides ultra-durs contenant de l'azote. La dureté, la résistance et la ténacité sont équivalentes à M42. Ils peuvent être utilisés comme substitut aux aciers rapides contenant du cobalt et sont utilisés pour la coupe à basse vitesse de matériaux difficiles à usiner et d'aciers à basse vitesse et de haute précision. traitement.
⑶ Fusion d'acier rapide et d'acier rapide de métallurgie des poudres
Selon différents processus de fabrication, l'acier rapide peut être divisé en acier rapide de fusion et en acier rapide de métallurgie des poudres.
① Fusion d'acier rapide : l'acier rapide ordinaire et l'acier rapide haute performance sont fabriqués par des méthodes de fusion. Ils sont transformés en couteaux grâce à des processus tels que la fusion, la coulée de lingots, le placage et le laminage. Un problème sérieux qui survient facilement lors de la fusion d’acier rapide est la ségrégation du carbure. Les carbures durs et cassants sont inégalement répartis dans l'acier rapide et les grains sont grossiers (jusqu'à des dizaines de microns), ce qui affecte la résistance à l'usure et la ténacité des outils en acier rapide. et affecter négativement les performances de coupe.
② Acier rapide de métallurgie des poudres (PM HSS) : L'acier rapide de métallurgie des poudres (PM HSS) est un acier liquide fondu dans un four à induction à haute fréquence, atomisé avec de l'argon à haute pression ou de l'azote pur, puis trempé pour obtenir cristaux fins et uniformes. Structurez (poudre d'acier rapide), puis pressez la poudre obtenue dans une ébauche de couteau à haute température et haute pression, ou fabriquez d'abord une billette d'acier, puis forgez-la et roulez-la en forme de couteau. Par rapport à l'acier rapide fabriqué par la méthode de fusion, le PM HSS présente les avantages suivants : les grains de carbure sont fins et uniformes, et la résistance, la ténacité et la résistance à l'usure sont bien améliorées par rapport à l'acier rapide fondu. Dans le domaine des outils CNC complexes, les outils PM HSS continueront à se développer et occuperont une place importante. Les nuances typiques, telles que F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., peuvent être utilisées pour fabriquer des outils de coupe de grande taille, lourdement chargés et à fort impact, ainsi que des outils de coupe de précision.
Principes de sélection des matériaux des outils CNC
Actuellement, les matériaux d'outils CNC largement utilisés comprennent principalement les outils diamantés, les outils en nitrure de bore cubique, les outils en céramique, les outils revêtus, les outils en carbure, les outils en acier rapide, etc. Il existe de nombreuses qualités de matériaux d'outils et leurs propriétés varient considérablement. Le tableau suivant présente les principaux indicateurs de performance de divers matériaux d'outils.
Les matériaux des outils pour l'usinage CNC doivent être sélectionnés en fonction de la pièce à usiner et de la nature du traitement. La sélection des matériaux d'outils doit être raisonnablement adaptée à l'objet à traiter. L'appariement des matériaux des outils de coupe et des objets à traiter fait principalement référence à l'appariement des propriétés mécaniques, physiques et chimiques des deux pour obtenir la durée de vie de l'outil la plus longue et une productivité de coupe maximale.
1. Faire correspondre les propriétés mécaniques des matériaux des outils de coupe et des objets de traitement
Le problème de l'adéquation des propriétés mécaniques de l'outil de coupe et de l'objet à traiter se réfère principalement à l'adéquation des paramètres de propriétés mécaniques tels que la résistance, la ténacité et la dureté de l'outil et du matériau de la pièce. Les matériaux d'outils ayant des propriétés mécaniques différentes conviennent au traitement de différents matériaux de pièces.
① L'ordre de dureté du matériau de l'outil est le suivant : outil diamanté > outil en nitrure de bore cubique > outil en céramique > carbure de tungstène > acier rapide.
② L'ordre de résistance à la flexion des matériaux des outils est le suivant : acier rapide > carbure cémenté > outils en céramique > outils en diamant et en nitrure de bore cubique.
③ L'ordre de ténacité des matériaux des outils est le suivant : acier rapide> carbure de tungstène> nitrure de bore cubique, outils diamantés et céramiques.
Les matériaux de pièce à haute dureté doivent être traités avec des outils de dureté plus élevée. La dureté du matériau de l'outil doit être supérieure à la dureté du matériau de la pièce, qui doit généralement être supérieure à 60HRC. Plus la dureté du matériau de l'outil est élevée, meilleure est sa résistance à l'usure. Par exemple, lorsque la teneur en cobalt du carbure cémenté augmente, sa résistance et sa ténacité augmentent et sa dureté diminue, ce qui le rend approprié pour l'usinage grossier ; lorsque la teneur en cobalt diminue, sa dureté et sa résistance à l'usure augmentent, ce qui le rend adapté à la finition.
Les outils dotés d'excellentes propriétés mécaniques à haute température sont particulièrement adaptés à la coupe à grande vitesse. Les excellentes performances à haute température des outils de coupe en céramique leur permettent de couper à des vitesses élevées, et la vitesse de coupe autorisée peut être 2 à 10 fois supérieure à celle du carbure cémenté.
2. Faire correspondre les propriétés physiques du matériau de l'outil de coupe à l'objet usiné
Les outils aux propriétés physiques différentes, tels que les outils en acier rapide à haute conductivité thermique et à faible point de fusion, les outils en céramique à point de fusion élevé et à faible dilatation thermique, les outils diamantés à haute conductivité thermique et à faible dilatation thermique, etc., conviennent pour traiter différents matériaux de pièces à usiner. Lors du traitement de pièces à faible conductivité thermique, des matériaux d'outils ayant une meilleure conductivité thermique doivent être utilisés afin que la chaleur de coupe puisse être rapidement transférée et que la température de coupe puisse être réduite. En raison de sa conductivité thermique et de sa diffusivité thermique élevées, le diamant peut facilement dissiper la chaleur de coupe sans provoquer de déformation thermique importante, ce qui est particulièrement important pour les outils d'usinage de précision qui nécessitent une précision dimensionnelle élevée.
① La température de résistance à la chaleur de divers matériaux d'outils : les outils diamantés sont de 700 ~ 8 000 C, les outils PCBN sont de 13 000 ~ 15 000 C, les outils en céramique sont de 1100 ~ 12 000 C, le carbure cémenté à base de TiC (N) est de 900 ~ 11 000 C, ultra-fin à base de WC. Le carbure de grains est de 800 ~ 9000C, le HSS est de 600 ~ 7000C.
② L'ordre de conductivité thermique des différents matériaux d'outils : PCD>PCBN>carbure cémenté à base de WC>carbure cémenté à base de TiC(N)>HSS>céramique à base de Si3N4>céramique à base d'A1203.
③ L'ordre des coefficients de dilatation thermique des différents matériaux d'outils est le suivant : HSS>Carbure cémenté à base de WC>TiC(N)>Céramique à base d'A1203>PCBN>Céramique à base de Si3N4>PCD.
④ L'ordre de résistance aux chocs thermiques des différents matériaux d'outils est le suivant : HSS>Carbure cémenté à base de WC>Céramique à base de Si3N4>PCBN>PCD>Carbure cémenté à base de TiC(N)>Céramique à base d'A1203.
3. Faire correspondre les propriétés chimiques du matériau de l'outil de coupe à l'objet usiné
Le problème de la correspondance des propriétés chimiques des matériaux des outils de coupe et des objets de traitement se réfère principalement à la correspondance des paramètres de performance chimique tels que l'affinité chimique, la réaction chimique, la diffusion et la dissolution des matériaux des outils et des matériaux de la pièce. Les outils avec différents matériaux conviennent au traitement de différents matériaux de pièce.
① La résistance à la température de liaison de divers matériaux d'outils (avec l'acier) est : PCBN>céramique>carbure de tungstène>HSS.
② La température de résistance à l'oxydation de divers matériaux d'outils est la suivante : céramique> PCBN> carbure de tungstène> diamant> HSS.
③ La force de diffusion des matériaux de l'outil (pour l'acier) est la suivante : diamant> céramiques à base de Si3N4> PCBN> céramiques à base d'A1203. L'intensité de diffusion (pour le titane) est : Céramique à base d'A1203>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4. Sélection raisonnable des matériaux d'outils CNC
D'une manière générale, les outils en PCBN, en céramique, en carbure revêtu et en carbure à base de TiCN conviennent au traitement CNC des métaux ferreux tels que l'acier ; tandis que les outils PCD conviennent aux matériaux métalliques non ferreux tels que l'Al, le Mg, le Cu et leurs alliages et au traitement des matériaux non métalliques. Le tableau ci-dessous répertorie certains des matériaux de pièce à usiner pour lesquels les matériaux d'outils ci-dessus conviennent au traitement.
Les outils CNC Xinfa présentent les caractéristiques d'une bonne qualité et d'un prix bas. Pour plus de détails, veuillez visiter :
Fabricants d'outils CNC - Usine et fournisseurs d'outils CNC en Chine (xinfatools.com)
Heure de publication : 01 novembre 2023
