1. Công cụ nên có các chức năng cơ bản
Việc lựa chọn dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ dụng cụ, công suất xử lý, chất lượng xử lý và chi phí xử lý. Khi dụng cụ cắt, nó chịu tác động của áp suất cao, nhiệt độ cao, ma sát, sốc và rung. Do đó, công cụ nên có các chức năng cơ bản sau:
(1) Độ cứng và khả năng chống mài mòn. Độ cứng của dụng cụ phải cao hơn độ cứng của vật liệu phôi, thường phải trên 60HRC. Dụng cụ càng cứng thì khả năng chống mài mòn càng tốt.
(2) Sức mạnh và độ bền. Dụng cụ phải có độ bền và độ dẻo dai cao để chịu được lực cắt, sốc và rung, đồng thời ngăn ngừa gãy và sứt mẻ của dụng cụ.
(3) Khả năng chịu nhiệt. Khả năng chịu nhiệt của dụng cụ tốt hơn, nó có thể chịu được nhiệt độ cắt cao và khả năng chống oxy hóa tốt.
(4) Chức năng quy trình và tính kinh tế. Dụng cụ cắt phải có chức năng đúc tốt, chức năng xử lý nhiệt, chức năng hàn; chức năng xử lý mài, v.v., và nên theo đuổi tỷ lệ giá chức năng cao.
2. Chủng loại, chức năng, đặc điểm và cách sử dụng dụng cụ
1. Công cụ gốm sứ
Dụng cụ gốm có đặc điểm là độ cứng cao, chống mài mòn tốt, khả năng chịu nhiệt và ổn định hóa học tuyệt vời, không dễ kết dính với kim loại. Dụng cụ gốm chiếm một vị trí rất quan trọng trong gia công CNC. Các công cụ gốm đã trở thành một trong những công cụ quan trọng nhất để cắt tốc độ cao và các vật liệu khó gia công. Dụng cụ cắt gốm được sử dụng rộng rãi trong cắt tốc độ cao, cắt khô, cắt cứng và cắt các vật liệu khó gia công. Dao gốm có thể xử lý hiệu quả các vật liệu có độ cứng cao mà dao truyền thống hoàn toàn không thể xử lý, hiện thực hóa việc "thay thế mài bằng ô tô"; tốc độ cắt tối ưu của dao gốm có thể cao hơn từ 2 đến 10 lần so với dao cacbua xi măng, do đó cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất của quá trình cắt. Nguyên liệu thô chính mà dao gốm sử dụng là nguyên tố dồi dào nhất trong vỏ trái đất. Do đó, việc phổ biến và ứng dụng dao gốm có ý nghĩa to lớn để nâng cao năng suất, giảm chi phí xử lý và tiết kiệm kim loại quý chiến lược, đồng thời sẽ thúc đẩy mạnh mẽ sự tiến bộ của công nghệ cắt.
⑴ Các loại dụng cụ gốm sứ
Các loại công cụ gốm nói chung có thể được chia thành ba loại: gốm dựa trên alumina, gốm dựa trên silicon nitride và gốm dựa trên silicon nitride-alumin tổng hợp. Trong số đó, các công cụ gốm dựa trên alumina và silicon nitride được sử dụng rộng rãi nhất. Chức năng của gốm dựa trên silicon nitride vượt trội so với gốm dựa trên alumina.
⑵ Chức năng và đặc điểm của dụng cụ gốm sứ
① Độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt: Mặc dù độ cứng của dụng cụ gốm không cao bằng PCD và PCBN, nhưng nó cao hơn nhiều so với độ cứng của dụng cụ bằng cacbua xi măng và thép tốc độ cao, đạt 93-95HRA. Các công cụ gốm có thể xử lý các vật liệu có độ cứng cao khó xử lý bằng các công cụ truyền thống và phù hợp để cắt tốc độ cao và cắt cứng.
② Khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chịu nhiệt tốt: Dụng cụ bằng sứ vẫn có thể cắt ở nhiệt độ cao trên 1200 độ. Dao gốm có tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao và dao gốm A12O3 có đặc tính chống oxy hóa đặc biệt tốt. Ngay cả khi lưỡi cắt ở trạng thái nóng đỏ, nó vẫn có thể được sử dụng liên tục. Do đó, các công cụ gốm có thể thực hiện cắt khô và sau đó có thể bỏ qua chất lỏng cắt.
③ Ổn định hóa học tốt: Dao gốm không dễ kết dính với kim loại, đồng thời có khả năng chống ăn mòn và ổn định về mặt hóa học, có thể làm giảm độ mài mòn liên kết của dụng cụ.
④ Hệ số ma sát thấp: Ái lực giữa dụng cụ cắt gốm và kim loại nhỏ, hệ số ma sát thấp có thể làm giảm lực cắt và nhiệt độ cắt.
⑶ Dụng cụ gốm sứ được sử dụng
Gốm sứ là một trong những vật liệu công cụ chủ yếu được sử dụng để hoàn thiện tốc độ cao và bán hoàn thiện. Dụng cụ cắt gốm phù hợp để cắt tất cả các loại gang (gang xám, gang dẻo, gang dẻo, gang nguội, gang chịu mài mòn hợp kim cao) và thép (thép kết cấu carbon, thép kết cấu hợp kim, thép cường độ cao) , thép mangan cao, thép tôi, v.v.), cũng có thể được sử dụng để cắt hợp kim đồng, than chì, nhựa kỹ thuật và vật liệu composite.
Dụng cụ cắt gốm có vấn đề về độ bền uốn thấp và khả năng chống va đập kém, không thích hợp để cắt ở tốc độ thấp và tải trọng va đập.
2. Công cụ kim cương
Kim cương là một thù hình của carbon, và nó là vật liệu cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Dụng cụ kim cương có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn cao và tính dẫn nhiệt cao, được sử dụng rộng rãi trong gia công kim loại màu và phi kim loại. Đặc biệt là trong quá trình cắt nhôm và hợp kim nhôm-silicon tốc độ cao, dụng cụ kim cương là loại dụng cụ cắt chính khó thay thế. Các công cụ kim cương có thể đạt được công suất cao, độ ổn định cao và tuổi thọ cao là những công cụ quan trọng và không thể thiếu trong gia công CNC hiện đại.
⑴ Các loại công cụ kim cương
① Công cụ kim cương tự nhiên: kim cương tự nhiên đã được sử dụng làm công cụ cắt hàng trăm năm. Dụng cụ kim cương đơn tinh thể tự nhiên đã được mài mịn và lưỡi cắt có thể được mài cực sắc. Bán kính lưỡi cắt có thể đạt tới 0.002μm, có thể hoàn thành quá trình cắt siêu mỏng và có thể. Nó là một công cụ gia công siêu mịn được công nhận, lý tưởng và không thể thay thế để xử lý độ chính xác phôi cực cao và độ nhám bề mặt cực thấp.
② Công cụ kim cương PCD: kim cương tự nhiên đắt tiền và kim cương đa tinh thể (PCD) được sử dụng rộng rãi trong cắt. Sau thành công, các công cụ kim cương tự nhiên đã được thay thế bằng kim cương đa tinh thể nhân tạo trong nhiều trường hợp. PCD rất giàu nguyên liệu thô và giá của nó chỉ bằng vài phần mười đến một phần mười kim cương tự nhiên. Các công cụ PCD không thể được mài thành cực kỳ sắc bén. Lưỡi cắt, chất lượng bề mặt của phôi gia công không tốt bằng kim cương tự nhiên và không thuận tiện để sản xuất lưỡi PCD với máy cắt phoi trong ngành. Do đó, PCD chỉ có thể được sử dụng để cắt tinh các kim loại màu và phi kim loại, rất khó để đạt được khả năng cắt gương siêu mịn.
③ Công cụ kim cương CVD: Từ cuối những năm 1970 đến đầu những năm 1980, công nghệ kim cương CVD đã xuất hiện ở Nhật Bản. CVD kim cương đề cập đến việc sử dụng lắng đọng hơi hóa học (CVD) để tạo thành màng kim cương trên chất nền không đồng nhất (chẳng hạn như cacbua xi măng, gốm sứ, v.v.). Kim cương CVD có cấu trúc và đặc tính hoàn toàn giống với kim cương tự nhiên. Hiệu suất của kim cương CVD rất gần với kim cương tự nhiên. Nó có những ưu điểm của kim cương đơn tinh thể tự nhiên và kim cương đa tinh thể (PCD), đồng thời khắc phục những thiếu sót của chúng ở một mức độ nhất định.
⑵ Đặc điểm của công cụ kim cương
① Độ cứng và khả năng chống mài mòn cực cao: Kim cương tự nhiên là chất cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Kim cương có khả năng chống mài mòn cực cao. Khi xử lý vật liệu có độ cứng cao, tuổi thọ của dụng cụ kim cương gấp 10 đến 100 lần so với dụng cụ cacbua xi măng, thậm chí hàng trăm lần.
② Hệ số ma sát rất thấp: hệ số ma sát giữa kim cương và một số kim loại màu thấp hơn so với các công cụ khác, hệ số ma sát thấp, biến dạng nhỏ trong quá trình gia công và lực cắt có thể giảm.
③ Lưỡi cắt rất sắc: lưỡi cắt của dụng cụ kim cương có thể được mài sắc hơn và dụng cụ kim cương đơn tinh thể tự nhiên có thể cao tới 0.002-0.008μm, có thể thực hiện siêu sắc nét cắt mỏng và xử lý siêu mịn.
④ Độ dẫn nhiệt cao: kim cương có độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán nhiệt cao, nhiệt cắt dễ bị tiêu tán và nhiệt độ của phần cắt của dụng cụ thấp.
⑤ Hệ số giãn nở nhiệt thấp: Hệ số giãn nở nhiệt của kim cương nhỏ hơn nhiều lần so với cacbua xi măng và sự thay đổi kích thước dụng cụ do nhiệt cắt gây ra là rất nhỏ, điều này đặc biệt quan trọng đối với gia công tinh và siêu mịn đòi hỏi cao độ chính xác kích thước.
⑶ Việc sử dụng các công cụ kim cương
Dụng cụ kim cương chủ yếu được sử dụng để cắt tinh và doa kim loại màu và phi kim loại ở tốc độ cao. Nó phù hợp để xử lý các loại phi kim loại chịu mài mòn khác nhau, chẳng hạn như phôi luyện kim bột FRP, gốm sứ, v.v.; các kim loại màu chịu mài mòn khác nhau, chẳng hạn như các hợp kim nhôm-silic khác nhau; và xử lý hoàn thiện các kim loại màu khác nhau.
Nhược điểm của công cụ kim cương là chúng có độ ổn định nhiệt kém. Khi nhiệt độ cắt vượt quá 700 độ C ~ 800 độ C, nó sẽ mất hoàn toàn độ cứng; Ngoài ra, nó không thích hợp để cắt kim loại đen, vì kim cương (cacbon) dễ tiếp xúc với sắt ở nhiệt độ cao. Hiệu ứng nguyên tử biến các nguyên tử carbon thành cấu trúc than chì và dao dễ bị hỏng.