Твердосплавные пластины широко используются в металлообрабатывающей промышленности для различных операций механической обработки, таких как точение, фрезерование, сверление и растачивание. Твердосплавные пластины обеспечивают превосходные характеристики, производительность и срок службы инструмента по сравнению с другими режущими материалами, такими как быстрорежущая сталь (HSS) или напаянные твердосплавные инструменты. Однако не все твердосплавные пластины одинаковы. При выборе подходящей твердосплавной пластины для конкретного применения обработки необходимо учитывать множество факторов, например:

  • Материал заготовки и ее обрабатываемость.
  • Скорость резания, подача и глубина резания.
  • Геометрия инструмента, такая как форма, размер, подготовка кромки и радиус вершины.
  • Тип и толщина покрытия
  • Держатель инструмента и система зажима

В этом сообщении блога мы обсудим некоторые основные аспекты выбора твердосплавных пластин и дадим несколько советов и рекомендаций, которые помогут вам оптимизировать результаты обработки.

Материал заготовки и обрабатываемость

Первым и наиболее важным фактором, который следует учитывать при выборе твердосплавной пластины, является материал заготовки и ее обрабатываемость. Различные материалы имеют разные свойства, такие как твердость, ударная вязкость, абразивность, теплопроводность и химическая активность, которые влияют на износ и режимы отказов режущего инструмента. Например, сталь обычно тверже и более абразивна, чем алюминий, но алюминий имеет более высокую теплопроводность и меньшее химическое сродство с карбидом. Поэтому для разных материалов требуются разные марки твердого сплава и покрытия, чтобы достичь наилучшего баланса между износостойкостью и вязкостью.

Обрабатываемость материала является мерой того, насколько легко или сложно его обрабатывать данным режущим инструментом. Обрабатываемость зависит от различных факторов, таких как состав материала, микроструктура, твердость, прочность, пластичность и состояние поверхности. Обрабатываемость часто выражается в процентах или рейтинге, основанном на стандартном материале, например автоматной стали. Чем выше обрабатываемость, тем легче обрабатывать материал с высокой скоростью резания, подачей и глубиной резания и тем дольше срок службы инструмента.

Как правило, обрабатываемость материала снижается по мере увеличения его твердости и прочности, и наоборот. Однако есть некоторые исключения, например чугун, который обладает высокой твердостью, но также и высокой обрабатываемостью благодаря содержанию графита. Некоторые материалы, такие как нержавеющая сталь, титан и сплавы на основе никеля, классифицируются как труднообрабатываемые материалы, поскольку они имеют низкую обрабатываемость и высокую склонность к износу и поломке инструмента. Эти материалы требуют специальных марок твердого сплава и покрытий, способных выдерживать высокие температуры, давления и химические реакции на режущей кромке.

Скорость резания, подача и глубина резания

Второй фактор, который следует учитывать при выборе твердосплавной пластины, — это скорость резания, подача и глубина резания. Это основные параметры, определяющие условия резания и скорость съема материала при обработке. Они также влияют на температуру, давление и напряжение на режущей кромке и, следовательно, на износ и виды отказов инструмента.

Скорость резания — это линейная скорость режущей кромки относительно поверхности заготовки. Обычно оно выражается в метрах в минуту (м/мин) или поверхностных футах в минуту (sfm). Скорость резания зависит от материала заготовки, материала инструмента, геометрии инструмента и типа покрытия. Как правило, чем выше скорость резания, тем выше производительность и меньше срок службы инструмента, и наоборот. Однако для каждой комбинации материала и инструмента существует оптимальный диапазон скоростей резания, при котором срок службы инструмента максимизируется, а износ инструмента минимизируется. Этот оптимальный диапазон скоростей резания можно определить путем проведения испытаний на резку или ознакомления с рекомендациями производителя.

Скорость подачи — это линейное расстояние, на которое режущая кромка продвигается в заготовку за один оборот шпинделя или за зуб инструмента. Обычно он выражается в миллиметрах на оборот (мм/об) или дюймах на оборот (ipr) для токарной обработки и в миллиметрах на зуб (мм/зуб) или дюймах на зуб (ipt) для фрезерования. Скорость подачи зависит от материала заготовки, материала инструмента, геометрии инструмента и типа покрытия. Как правило, чем выше скорость подачи, тем выше производительность и скорость съема материала, но также выше силы резания и износ инструмента, и наоборот. Однако для каждой комбинации материала и инструмента существует оптимальный диапазон подачи, при котором качество поверхности и точность размеров оптимизируются, а износ инструмента сводится к минимуму. Этот оптимальный диапазон подачи можно определить, проведя испытания на резание или ознакомившись с рекомендациями производителя.

Глубина резания — это перпендикулярное расстояние, на которое режущая кромка проникает в заготовку. Обычно он выражается в миллиметрах (мм) или дюймах (дюймах). Глубина резания зависит от материала заготовки, материала инструмента, геометрии инструмента и типа покрытия. Как правило, чем выше глубина резания, тем выше производительность и скорость съема материала, но также выше силы резания и износ инструмента, и наоборот. Однако для каждого материала и комбинации инструментов существует оптимальный диапазон глубины резания, при котором срок службы и стабильность инструмента максимальны, а износ и вибрация инструмента сведены к минимуму. Этот оптимальный диапазон глубины резания можно определить путем проведения испытаний на резание или ознакомления с рекомендациями производителя.

Геометрия инструмента

Третий фактор, который следует учитывать при выборе твердосплавной пластины, — это геометрия инструмента, такая как форма, размер, подготовка кромки и радиус вершины. Геометрия инструмента влияет на производительность резания, качество поверхности, точность размеров и срок службы пластины.

Форма пластины определяет количество режущих кромок, формирование стружки и эвакуацию стружки. Доступны различные формы вставок, такие как треугольные, квадратные, ромбические, круглые и неправильные. Каждая форма имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от операции обработки и геометрии заготовки. Например, треугольные пластины имеют три режущие кромки и могут использоваться для операций точения, обработки канавок и нарезания резьбы. Однако они имеют небольшой задний угол и слабую режущую кромку, что ограничивает их применение при легкой и средней обработке. Квадратные пластины имеют четыре режущие кромки и могут использоваться для токарных, фрезерных и торцевых операций. Однако они имеют большой задний угол и прочную режущую кромку, что делает их пригодными для тяжелой и прерывистой обработки.

Размер пластины определяет прочность, стабильность и силу резания инструмента. Размер вставки обычно выражается двумя параметрами: диаметром вписанной окружности (IC) и толщиной (Т). IC — это диаметр наибольшего круга, который можно вписать в форму вставки. T — расстояние между верхней и нижней поверхностями вставки. Как правило, чем больше размер пластины, тем прочнее и стабильнее инструмент, но при этом тем выше силы резания и энергопотребление, и наоборот. Поэтому размер пластины следует выбирать в соответствии с требованиями обработки и возможностями станка.

Подготовка кромки пластины определяет остроту, износостойкость и прочность режущей кромки. Подготовка кромки – это изменение геометрии режущей кромки путем шлифовки, хонингования или нанесения покрытия. Доступны различные виды подготовки кромок: острые, хонингованные, с фаской и закругленные. Каждая обработка кромки имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от материала заготовки и условий резания. Например, острые кромки имеют низкую силу резания и высокое качество поверхности, но также низкую износостойкость и высокую склонность к сколам или разрушению. Хонингованные кромки обладают высокой износостойкостью и высокой прочностью, но также имеют высокие силы резания и низкую чистоту поверхности. Скошенные кромки представляют собой компромисс между острыми и хонингованными кромками, с умеренной силой резания, износостойкостью и чистотой поверхности. Закругленные кромки имеют плавный переход между передней и боковой гранями, что снижает концентрацию напряжений и увеличивает срок службы инструмента.

Радиус вершины пластины определяет качество поверхности, точность размеров и срок службы инструмента. Радиус при вершине — это радиус дуги на кончике пластины. Как правило, чем больше радиус вершины, тем лучше качество поверхности и точность размеров, но также выше силы резания и износ инструмента, и наоборот. Поэтому радиус при вершине пластины следует выбирать в соответствии с требованиями к чистоте поверхности и точности размеров заготовки.

Тип и толщина покрытия

Четвертый фактор, который следует учитывать при выборе твердосплавной пластины, — это тип и толщина покрытия. Покрытие представляет собой тонкий слой твердого и износостойкого материала, который наносится на поверхность твердосплавной подложки методами физического или химического осаждения из паровой фазы (PVD или CVD). Покрытие повышает производительность и срок службы пластины, обеспечивая:

  • Повышенная твердость и износостойкость
  • Снижение трения и адгезии
  • Повышенная термическая и химическая стабильность.
  • Более высокая стойкость к окислению и коррозии

Доступны различные материалы покрытия, такие как карбид титана (TiC), нитрид титана (TiN), карбонитрид титана (TiCN), оксид алюминия (Al2O3) и алмазоподобный углерод (DLC). Каждый материал покрытия имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от материала заготовки и условий резания. Например, TiC обладает высокой твердостью и износостойкостью, но также высокой хрупкостью и низкой термической стабильностью. TiN имеет низкое трение и адгезию, а также низкую твердость и износостойкость. TiCN представляет собой компромисс между TiC и TiN, с умеренной твердостью, износостойкостью, трением и адгезией. Al2O3 обладает высокой термической и химической стабильностью, а также высоким трением и адгезией. DLC имеет низкое трение и адгезию, но также низкую термическую и химическую стабильность.

Толщина покрытия определяет баланс между износостойкостью и прочностью пластины. Как правило, чем толще покрытие, тем выше износостойкость,