Cos'è uno strumento CNC?
La combinazione di apparecchiature di elaborazione avanzate e utensili da taglio CNC ad alte prestazioni può sfruttare appieno le prestazioni dovute e ottenere buoni vantaggi economici. Con il rapido sviluppo dei materiali per utensili da taglio, vari nuovi materiali per utensili da taglio hanno notevolmente migliorato le loro proprietà fisiche, meccaniche e le prestazioni di taglio, e anche la loro gamma di applicazioni ha continuato ad espandersi.
La composizione strutturale degli utensili CNC?
Gli strumenti CNC (Computer Numerical Control) sono macchine utensili azionate da comandi programmati codificati su un supporto di memorizzazione, come un computer. Questi strumenti utilizzano un sistema controllato da computer per eseguire operazioni di lavorazione di precisione, come taglio, foratura, fresatura e modellatura. Gli strumenti vengono utilizzati nei processi di produzione, in particolare in settori quali quello aerospaziale, automobilistico, medico e della lavorazione dei metalli.
Gli strumenti CNC includono una gamma di macchine, come ad esempioFresatura CNCmacchine, CNCprocesso del tornio, router CNC, macchine da taglio al plasma CNC e macchine da taglio laser CNC. Questi strumenti funzionano spostando un utensile da taglio o un pezzo in lavorazione su tre o più assi utilizzando il controllo numerico computerizzato.
Gli utensili CNC sono noti per la loro precisione, accuratezza e ripetibilità, che li rendono ideali per la produzione di parti e componenti complessi con tolleranze strette. Sono inoltre in grado di produrre prodotti di alta qualità a un ritmo più rapido rispetto alle tradizionali macchine manuali, il che aiuta ad aumentare la produttività e l’efficienza nella produzione.
Quali proprietà di base dovrebbero avere i materiali per utensili CNC?
1. Durezza: i materiali degli utensili CNC devono essere sufficientemente duri da resistere all'usura durante il processo di lavorazione.
2. Robustezza: i materiali degli utensili CNC devono essere sufficientemente resistenti da resistere a urti e carichi d'urto.
3. Resistenza al calore: i materiali degli utensili CNC dovrebbero essere in grado di resistere alle alte temperature generate durante il processo di lavorazione senza perdere resistenza o durata.
4. Resistenza all'usura: i materiali degli utensili CNC devono essere resistenti all'usura abrasiva causata dal contatto con il pezzo in lavorazione.
5. Stabilità chimica: i materiali degli utensili CNC devono essere chimicamente stabili per evitare corrosione e altre forme di danni chimici.
6. Lavorabilità: i materiali degli utensili CNC devono essere facili da lavorare e modellare nella forma desiderata.
7. Rapporto costo-efficacia: i materiali per utensili CNC dovrebbero essere convenienti ed economici, considerando le loro prestazioni e longevità.
Tipi, proprietà, caratteristiche e applicazioni dei materiali per utensili da taglio
Ogni tipo di materiale ha le sue proprietà, caratteristiche e applicazioni uniche. Ecco alcuni materiali comuni per utensili da taglio, insieme alle loro proprietà e applicazioni:
1. Acciaio ad alta velocità (HSS):
L'HSS è un materiale per utensili da taglio comunemente utilizzato, costituito da una combinazione di acciaio, tungsteno, molibdeno e altri elementi. È noto per la sua elevata durezza, resistenza all'usura e tenacità, che lo rendono adatto alla lavorazione di un'ampia gamma di materiali, inclusi acciai, leghe di alluminio e plastica.
2. Carburo:
Il carburo è un materiale composito costituito da una miscela di particelle di carburo di tungsteno e un legante metallico, come il cobalto. È noto per la sua eccezionale durezza, resistenza all'usura e resistenza al calore, che lo rendono ideale per la lavorazione di materiali tenaci, come acciaio inossidabile, ghisa e leghe ad alta temperatura.
3. Ceramica:
Gli utensili da taglio in ceramica sono realizzati con una varietà di materiali ceramici, come ossido di alluminio, nitruro di silicio e zirconio. Sono noti per la loro elevata durezza, resistenza all'usura e stabilità chimica, che li rendono adatti alla lavorazione di materiali duri e abrasivi, come ceramica, compositi e superleghe.
4. Nitruro di boro cubico (CBN):
Il CBN è un materiale sintetico costituito da cristalli di nitruro di boro cubico. È noto per la sua eccezionale durezza, resistenza all'usura e resistenza al calore, che lo rendono adatto alla lavorazione di acciai temprati e altri materiali difficili da lavorare utilizzando altri materiali per utensili da taglio.
5. Diamante:
Gli utensili da taglio diamantati sono realizzati con diamanti naturali o sintetici. Sono noti per la loro eccezionale durezza, resistenza all'usura e resistenza al calore, che li rendono adatti alla lavorazione di metalli non ferrosi, compositi e altri materiali duri e abrasivi.
Esiste anche un tipo speciale di strumento chiamato strumento rivestito.
Generalmente, i materiali di cui sopra vengono utilizzati come rivestimenti e sono ampiamente utilizzati nelle macchine utensili CNC.
Uno strumento rivestito è uno strumento con un sottile strato di materiale applicato sulla sua superficie per migliorarne le prestazioni e prolungarne la durata. Il materiale di rivestimento viene scelto in base all'uso previsto dello strumento e i materiali di rivestimento comuni includono nitruro di titanio (TiN), carboni di titanio (TiCN) e carbonio simile al diamante (DLC).
I rivestimenti possono migliorare le prestazioni di uno strumento in vari modi, ad esempio riducendo l'attrito e l'usura, aumentando la durezza e la tenacità e migliorando la resistenza alla corrosione e ai danni chimici. Ad esempio, una punta rivestita in TiN può durare fino a tre volte di più di una non rivestita e una fresa rivestita in TiCN può tagliare materiali più duri con minore usura.
Gli utensili rivestiti sono comunemente utilizzati in settori quali quello manifatturiero, aerospaziale, automobilistico e di dispositivi medici. Possono essere utilizzati per taglio, foratura, fresatura, rettifica e altre operazioni di lavorazione.
Principi di scelta dei materiali per utensili CNC
La selezione dei materiali degli utensili CNC è una considerazione importante durante la progettazione e la produzione di precisioneparti rotanti. La selezione del materiale dell'utensile si basa su una serie di fattori, tra cui il tipo di materiale da lavorare, l'operazione di lavorazione e la finitura desiderata.
Ecco alcuni dei principi di selezione dei materiali per utensili CNC:
1. Durezza:Il materiale dell'utensile deve essere sufficientemente duro da resistere alle forze e alle temperature generate durante la lavorazione. La durezza viene generalmente misurata sulla scala Rockwell C o sulla scala Vickers.
2. Robustezza:Il materiale dell'utensile deve inoltre essere sufficientemente resistente da resistere a fratture e scheggiature. La tenacità viene solitamente misurata dalla resistenza all'impatto o dalla tenacità alla frattura.
3. Resistenza all'usura:Il materiale dell'utensile deve avere una buona resistenza all'usura per mantenere il tagliente ed evitare guasti all'utensile. La resistenza all'usura di un materiale viene spesso misurata dal volume di materiale che viene rimosso dall'utensile durante una certa quantità di lavorazione.
4. Conduttività termica: Il materiale dell'utensile deve avere una buona conduttività termica per dissipare il calore generato durante la lavorazione. Ciò aiuta a evitare guasti all'utensile e a mantenere la precisione dimensionale.
5. Stabilità chimica:Il materiale dell'utensile deve essere chimicamente stabile per evitare reazioni chimiche con il materiale del pezzo.
6. Costo:Anche il costo del materiale dell'utensile è una considerazione importante, soprattutto per i cicli di produzione di volumi elevati.
I materiali comuni utilizzati per gli utensili CNC includono carburo, acciaio ad alta velocità, ceramica e diamante. La selezione del materiale dell'utensile dipende dall'operazione di lavorazione specifica e dalla finitura desiderata, nonché dai materiali da lavorare e dalle attrezzature disponibili.
1）Il materiale dell'utensile da taglio corrisponde alle proprietà meccaniche dell'oggetto lavorato
La corrispondenza del materiale dell'utensile da taglio alle proprietà meccaniche dell'oggetto lavorato è una considerazione importante nella lavorazione CNC. Le proprietà meccaniche dell'oggetto lavorato includono, tra le altre, durezza, tenacità e duttilità. La scelta di un materiale per utensili da taglio che corrisponda o integri le proprietà meccaniche dell'oggetto lavorato può migliorare le prestazioni e l'efficienza della lavorazione, ridurre l'usura degli utensili e migliorare la qualità della parte finita.
① L'ordine della durezza del materiale dell'utensile è: utensile diamantato>utensile in nitruro di boro cubico>utensile in ceramica>carburo di tungsteno>acciaio ad alta velocità.
② L'ordine di resistenza alla flessione dei materiali degli utensili è: acciaio rapido > carburo cementato > utensili in ceramica > utensili in diamante e nitruro di boro cubico.
③ L'ordine di tenacità dei materiali degli utensili è: acciaio rapido > carburo cementato > nitruro di boro cubico, utensili diamantati e ceramici.
Ad esempio, se l'oggetto lavorato è costituito da un materiale duro e fragile come acciaio temprato o ghisa, un utensile da taglio realizzato in materiale duro e resistente all'usura come carburo o ceramica potrebbe essere la scelta migliore. Questi materiali possono resistere alle elevate forze di taglio e alle temperature generate durante la lavorazione e mantenere i taglienti affilati per periodi di tempo più lunghi.
D'altra parte, se l'oggetto lavorato è costituito da un materiale più morbido e duttile come l'alluminio o il rame, un utensile da taglio realizzato con un materiale più resistente come l'acciaio rapido potrebbe essere più appropriato. L'acciaio ad alta velocità può assorbire meglio gli urti e le vibrazioni durante la lavorazione, riducendo il rischio di rottura dell'utensile e migliorando la durata dell'utensile.
2）Abbinamento del materiale dell'utensile da taglio alle proprietà fisiche dell'oggetto lavorato
Anche l'abbinamento del materiale dell'utensile da taglio alle proprietà fisiche dell'oggetto lavorato è una considerazione importante nella lavorazione CNC. Le proprietà fisiche dell'oggetto lavorato includono, tra gli altri, la conduttività termica, il coefficiente di dilatazione termica e i requisiti di finitura superficiale. La scelta di un materiale per utensili da taglio che corrisponda o integri le proprietà fisiche dell'oggetto lavorato può migliorare le prestazioni di lavorazione, ridurre l'usura degli utensili e migliorare la qualità della parte finita.
① Temperatura resistente al calore di vari materiali per utensili: 700-8.000 C per utensili diamantati, 13.000-15.000 C per utensili PCBN, 1.100-12.000 C per utensili in ceramica, 900-11.000 C per carburo cementato a base di TiC(N) e 900-11.000 C per WC Il carburo cementato a grana ultrafine è 800~9000C, l'HSS è 600~7000C.
②L'ordine di conduttività termica dei vari materiali per utensili: PCD>PCBN>carburo cementato a base WC>carburo cementato a base TiC(N)>HSS>ceramica a base Si3N4>ceramica a base A1203.
③ L'ordine del coefficiente di dilatazione termica dei vari materiali dell'utensile è: HSS>carburo cementato a base WC>TiC(N)>ceramica a base A1203>PCBN>ceramica a base Si3N4>PCD.
④L'ordine di resistenza allo shock termico dei vari materiali dell'utensile è: HSS>carburo cementato a base WC>ceramica a base Si3N4>PCBN>PCD>carburo cementato a base TiC(N)>ceramica a base A1203.
Ad esempio, se l'oggetto lavorato ha un'elevata conduttività termica, come il rame o l'alluminio, un utensile da taglio con elevata conduttività termica e basso coefficiente di dilatazione termica potrebbe essere la scelta migliore. Ciò consente all'utensile di dissipare il calore in modo efficiente durante la lavorazione e riduce il rischio di danni termici sia all'utensile che all'oggetto lavorato.
Allo stesso modo, se l’oggetto lavorato ha severi requisiti di finitura superficiale, un utensile da taglio con elevata resistenza all’usura e basso coefficiente di attrito può essere la scelta migliore. Ciò può aiutare a ottenere la finitura superficiale desiderata senza un'eccessiva usura dell'utensile o danni all'oggetto lavorato.
3）Adattamento del materiale dell'utensile da taglio alle proprietà chimiche dell'oggetto lavorato
Anche la corrispondenza del materiale dell'utensile da taglio alle proprietà chimiche dell'oggetto lavorato è una considerazione importante nella lavorazione CNC. Le proprietà chimiche dell'oggetto lavorato includono, tra le altre, la sua reattività, la resistenza alla corrosione e la composizione chimica. La scelta di un materiale per utensili da taglio che corrisponda o integri le proprietà chimiche dell'oggetto lavorato può migliorare le prestazioni di lavorazione, ridurre l'usura degli utensili e migliorare la qualità del pezzo finito.
Ad esempio, se l'oggetto lavorato è costituito da un materiale reattivo o corrosivo come il titanio o l'acciaio inossidabile, un utensile da taglio realizzato con un materiale resistente alla corrosione come il diamante o il PCD (diamante policristallino) può essere la scelta migliore. Questi materiali possono resistere ad ambienti corrosivi o reattivi e mantenere i bordi affilati per periodi di tempo più lunghi.
Allo stesso modo, se l’oggetto lavorato ha una composizione chimica complessa, un utensile da taglio realizzato con un materiale chimicamente stabile e inerte, come il diamante o il nitruro di boro cubico (CBN), può essere la scelta migliore. Questi materiali possono evitare reazioni chimiche con il materiale del pezzo da lavorare e mantenere le loro prestazioni di taglio nel tempo.
① La temperatura anti-incollaggio di vari materiali per utensili (con acciaio) è: PCBN>ceramica>lega dura>HSS.
② La temperatura di resistenza all'ossidazione di vari materiali per utensili è la seguente: ceramica>PCBN>carburo di tungsteno>diamante>HSS.
③La forza di diffusione dei materiali dell'utensile (per l'acciaio) è: diamante>ceramica a base Si3N4>PCBN>ceramica a base A1203. L'intensità di diffusione (per il titanio) è: ceramica a base A1203>PCBN>SiC>Si3N4>diamante.
4）Selezione ragionevole di materiali per utensili da taglio CNC
La selezione dei materiali per utensili da taglio CNC dipende da vari fattori come il materiale del pezzo, l'operazione di lavorazione e la geometria dell'utensile. Tuttavia, alcune linee guida generali per la selezione dei materiali da taglio per la lavorazione CNC includono:
1. Proprietà del materiale del pezzo: considerare le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche del materiale del pezzo quando si seleziona il materiale dell'utensile da taglio. Abbina il materiale dell'utensile da taglio al materiale del pezzo da lavorare per ottenere una lavorazione efficiente e di alta qualità.
2. Operazione di lavorazione: considerare il tipo di operazione di lavorazione da eseguire, ad esempio tornitura, fresatura, foratura o rettifica. Diverse operazioni di lavorazione richiedono geometrie e materiali diversi degli utensili da taglio.
3. Geometria dell'utensile: considerare la geometria dell'utensile da taglio quando si seleziona il materiale dell'utensile. Scegliere un materiale in grado di mantenere un tagliente affilato e di resistere alle forze di taglio generate durante l'operazione di lavorazione.
4. Usura dell'utensile: considerare il tasso di usura dell'utensile quando si seleziona il materiale dell'utensile da taglio. Scegliere un materiale in grado di resistere alle forze di taglio e mantenere il tagliente affilato il più a lungo possibile per ridurre al minimo i cambi utensile e migliorare l'efficienza della lavorazione.
5. Costo: considerare il costo del materiale dell'utensile da taglio quando si seleziona l'utensile. Scegli un materiale che offra il miglior equilibrio tra prestazioni di taglio e costi.
Alcuni materiali comuni per utensili da taglio utilizzati inLavorazione CNCincludono acciaio ad alta velocità, carburo, ceramica, diamante e CBN. Ogni materiale presenta vantaggi e svantaggi e la scelta del materiale dell'utensile dovrebbe basarsi su una conoscenza approfondita dell'operazione di lavorazione e del materiale del pezzo.
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Orario di pubblicazione: 08-marzo-2023