Alates 21. sajandisse sisenemisest on tootmistehnoloogia globaliseerumise trendiga konkurents töötlevas tööstuses muutunud üha teravamaks. Tööpinkidest, lõiketööriistadest, kinnitusdetailidest ja toorikutest koosnevas lõikeprotsessisüsteemis on lõiketööriist aktiivne tegur. Seetõttu on kiire töötlustehnoloogia laialdane rakendamine tootmises tänapäeval üha enam väärtustatud suure jõudlusega lõiketööriistu ning need asendavad suurtes kogustes traditsioonilisi lõiketööriistu. Kuigi suure jõudlusega lõikeriistad on kallimad kui traditsioonilised tööriistad, isegi 10 korda kallimad, võib suure jõudlusega lõikeriistade kasutamine siiski tootmiskulusid tõhusalt vähendada.
Lõikeriistade materjal, geomeetrilised parameetrid ja struktuur on olulised võtmetehnoloogiad suure jõudlusega lõikeriistade projekteerimisel ja valmistamisel, nagu on näidatud joonisel 1. Praegu arenevad kiiresti täiustatud lõikeriistad ja mitmesugused spetsialiseerunud suure jõudlusega lõiketööriistad. tööriistu uuendatakse pidevalt. Tööriistamaterjalide osas on laialdaselt kasutatud ülipeeneteralist kõvasulamist tööriistu ja ülikõvast materjalist tööriistu; Pinnakate osas on mitmekihilised gradientkomposiitkatted ja ülitugevad kuumuskindlad nanokatted samuti teinud märkimisväärset edu ning neid on kasutatud sellistes valdkondades nagu lennundus, autotööstus ja laevaehitus; Tööriistastruktuuri osas areneb see indekseeritavate, multifunktsionaalsete, spetsiaalsete komposiittööriistade ja modulaarsete suundade suunas, nagu on näidatud joonisel 2.
Tööriistamaterjalide uued edusammud
Viimastel aastatel on tööstusriigid üle maailma pühendunud täiustatud lõiketööriistade materjalide väljatöötamisele, mis sobivad kiirete, tõhusate ja kvaliteetsete lõikeprotsessidega. Tööriistamaterjalidel on oluline mõju tööriista elueale, töötlemise efektiivsusele, töötlemise kvaliteedile ja töötlemiskuludele. Lõikeriistadega lõikamisel peavad need vastu pidama kõrgele rõhule, kõrgele temperatuurile, hõõrdumisele, löökidele ja vibratsioonile. Seetõttu peavad tööriista materjalil olema järgmised põhiomadused: kõrge kõvadus, see tähendab, et tööriista materjali kõvadus peab olema kõrgem kui töödeldaval materjalil; Suur tugevus ja sitkus nõuavad, et tööriista lõikeosa materjalile avaldatakse lõikamise ajal märkimisväärseid lõike- ja löögijõude, seetõttu peab tööriista materjal olema piisava tugevuse ja sitkusega; Hea kulumiskindlus ja kuumakindlus. Üldiselt võib öelda, et mida kõrgem on tööriista materjali kõvadus, seda parem on selle kulumiskindlus. Samal ajal on tööriista kulumiskindlus ja kuumakindlus tihedalt seotud; Hea soojusjuhtivus, mida parem on soojusjuhtivus, seda madalam on lõikeosa temperatuur, vähendades seeläbi tööriista kulumist; Hea käsitöö ja ökonoomne.
(1) Uus kiirteras.
Kiirteras (HSS) on tugevalt legeeritud tööriistateras, mis sisaldab legeerelemente, nagu W, Mo, Cr ja V. Kuigi praegu on saadaval mitut tüüpi lõiketööriistade materjale, on kiirterasel tugevuse eelised, sitkus, kuumuskõvenemine, töödeldavus ja eriti teravus (tööriista otsa raadius võib ulatuda 12-15) μm) Sellel on suurepärane igakülgne jõudlus teatud raskesti töödeldavate materjalide lõikamisel ja sellel on endiselt oluline osa keerukate tööriistade valmistamisel , eriti hammasrataste lõikeriistad, avasid ja otsafreesid.
(2) Uut tüüpi peeneteralised ja ülipeeneteralised kõvasulamid.
Kõvasulam on kõrge kõvadusega ja tulekindlate metalliühendite (peamiselt WC, TiC jne, tuntud ka kui kõrgtemperatuursed karbiidid) mikronisuurune pulber, mis paagutatakse pulbermetallurgia toodeteks, kasutades sideainena metalle nagu koobalt või nikkel. Kõvasulam on praeguses lõikevaldkonnas laialdaselt kasutatav lõikeriistade materjal, mille lõiketõhusus on ligikaudu 5-10 korda suurem kui kiirterasel. Kõvade sulamite tootmine kogu maailmas kasvab kiiresti ning pidevalt tekib uusi materjale ja kõvasulamite lõikeriistade sorte, mis moodustavad üha suurema osa kõigist lõikeriistadest. Kuid selle viimistletud oskused on kehvad ja selle kasutamine keeruliste lõikeriistade jaoks on endiselt väga piiratud.
Peened terad (1–0,5 μm) ja ülipeened terad (alla 0,5 μm) Kõvade sulamite materjalide ja integreeritud kõvasulami lõikeriistade väljatöötamine on oluliselt parandanud paindetugevust kõvasulamid, mis võivad asendada kiirterast suuremahuliste üldotstarbeliste tööriistade (nt väikesed puurid, otsafreesid ja kraanid) valmistamisel. Selle lõikekiirus ja tööriista tööiga ületavad kõvasti kiirterase oma. Sisseehitatud kõvasulamist lõikeriistade kasutamine võib oluliselt parandada lõikamise efektiivsust enamikus rakendusvaldkondades, kus algselt kasutati kiirterast. Kõvade sulamite sitkuse parandamiseks kasutatakse tavaliselt Co sisalduse suurendamise meetodit. Sellest tulenevat kõvaduse langust saab nüüd kompenseerida terasuure rafineerimisega ning kõvasulamite paindetugevust suurendada 4,3 GPa-ni, mis on saavutanud ja ületanud tavalise kiirterase paindetugevuse. Peeneteraliste kõvasulamite eeliseks on ka see, et tööriista serv on terav, sobides eriti hästi kleepuvate ja sitkete materjalide kiireks lõikamiseks.
(3) ülikõvad lõiketööriistad.
Niinimetatud ülikõvad tööriistamaterjalid viitavad tehisteemant- ja kuupboornitriidile, samuti nende pulbrite ja sideainetega paagutatud polükristallilisele teemandile ja polükristallilisele kuupmeetrile boornitriidile. Tänu oma suurepärasele kulumiskindlusele ja võimele kohaneda suurema lõikekiirusega, on ülikõvad lõiketööriistad muutunud kiire lõikamise peamiseks tööriistamaterjaliks ja mis veelgi olulisem, need suudavad rahuldada raskesti töödeldavate materjalide lõikevajadusi. Seetõttu on ülikõvad tööriistamaterjalid mänginud üha olulisemat rolli kogu lõikamisprotsessi valdkonnas.