Análise completa de propriedades, características e aplicações de materiais de ferramentas de corte superduros

Análise completa de propriedades, características e aplicações de materiais de ferramentas de corte superduros

Nas áreas de fabricação de precisão e usinagem de alta-velocidade, materiais de ferramentas superduros se tornaram a "arma" da usinagem de precisão devido ao seu excelente desempenho. Este artigo começará com dois materiais superduros convencionais - diamante e nitreto cúbico de boro (CBN), apresentando a resistência do núcleo duro dos "dentes industriais" a partir de seus tipos, propriedades e cenários de aplicação!

Ⅰ. Ferramentas de corte de diamante: o “rei da dureza” na natureza

O diamante é um isômero do carbono com microdureza de 10.000HV, o que o torna a substância mais dura conhecida na natureza. Suas ferramentas de corte são conhecidas por sua alta dureza, alta resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito e excelente condutividade térmica, tornando-as a "arma definitiva" para o processamento de metais não-ferrosos e não{3}}metálicos.

 

1. Os três principais tipos de ferramentas de corte diamantadas
(1) Ferramentas de corte de diamante natural

• O "rei da usinagem de precisão" com cem anos de história, com raio de aresta de corte de até 0,002 μm, pode atingir cortes ultra-finos e rugosidade superficial extremamente baixa, tornando-o uma ferramenta insubstituível em áreas como aeroespacial e óptica.

 

(2) Ferramentas de corte PCD (diamante policristalino)

• Após o avanço da tecnologia de síntese de alta-temperatura e{1}}alta pressão na década de 1970, as lâminas de PCD se tornaram a tendência principal da indústria com baixo custo e alta resistência ao desgaste. Suas fontes de matéria-prima são abundantes e seu preço é de apenas 1/10 a 1/50 do diamante natural. É amplamente utilizado no corte de precisão de metais não ferrosos, como alumínio e cobre.

 

(3) Ferramentas de corte de diamante CVD

• Sintetizado por deposição química de vapor em substratos heterogêneos, a estrutura é consistente com o diamante natural e combina as vantagens do monocristalino e do policristalino. Surgiu em áreas como processamento de madeira e semicondutores.

 

2. Características de desempenho: duro, rápido, estável, preciso
(1) Dureza e resistência ao desgaste:

• A dureza do diamante natural é 10-100 vezes maior que a das ligas duras, melhorando significativamente a vida útil da ferramenta.

 

(2) Baixo coeficiente de atrito:

• coeficiente de atrito extremamente baixo com metais-não ferrosos, baixa força de corte e deformação mínima.

(3) Ponta ultra afiada:

• O raio da aresta de corte do diamante natural pode chegar a 0,002 m, suportando usinagem de ultra precisão.

(4) Alta condutividade térmica:

• o calor de corte se dissipa rapidamente, a temperatura da ferramenta é baixa, o coeficiente de expansão térmica é pequeno e a estabilidade dimensional é excelente.

 

3. Cenários de aplicação:
(1) Corte de precisão de alta velocidade:

• materiais-resistentes ao desgaste, como liga de silício e alumínio, fibra de vidro, cerâmica etc.

(2) Processo de acabamento:

• Polir a superfície de metais não-ferrosos.

(3) Limitações:

• Má estabilidade térmica. A dureza cai drasticamente quando a temperatura de corte excede 700-800 graus. Não é adequado para a interação entre diamante (carbono) e átomos de ferro em altas temperaturas em metais negros, pois os átomos de carbono se transformarão em estruturas de grafite e a ferramenta de corte estará sujeita a danos.

 

Ⅱ. Nitreto Cúbico de Boro (CBN): A 'Guerra de Alta Temperatura' dos Metais Negros

1. Dois tipos principais de ferramentas de corte de nitreto cúbico de boro
(1) Lâmina PCBN integrada

Todo o corpo é sinterizado em CBN policristalino, adequado para usinagem-de alta velocidade com grandes quantidades de corte, como torneamento duro de engrenagens automotivas após têmpera.

 

(2) Lâmina composta PCBN
Composto de camada de PCBN de 0,5-1,0 mm de espessura em substrato de liga dura, equilibrando tenacidade e resistência ao desgaste, amplamente utilizado na usinagem de precisão de aço para rolamentos e aço para moldes.

 

 

2. Características de desempenho:
(1) Alta dureza e resistência ao desgaste: A dureza é próxima à do diamante, adequada para processar materiais de alta dureza (como aço temperado).

 

(2) Estabilidade térmica ultra-alta: A resistência ao calor atinge 1400 ~ 1500 graus, o que é o dobro do diamante e suporta corte em alta-velocidade.

 

(3) Inércia química: Nenhuma reação com materiais à base de ferro-a 1200-1300 graus, evitando desgaste severo.

 

(4) Boa condutividade térmica: A condutividade térmica perde apenas para o diamante, excedendo em muito o aço rápido e a liga dura.

 

(5) Baixo coeficiente de atrito: baixa força de corte, alta qualidade superficial.

 

 

3. Cenário de aplicação: O "inimigo" do aço temperado e do ferro fundido duro
(1) Processamento de materiais difíceis de cortar:

aço temperado, ferro fundido duro, ligas-de alta temperatura, materiais pulverizados em superfície

 

(2) Usinagem de alta precisão:

Alta precisão, com rugosidade superficial tão baixa quanto Ra0,20m.

 

(3) Limitações:

Baixa tenacidade, não adequada para usinagem em desbaste em baixas velocidades e cargas de alto impacto. O corte de materiais plásticos, como ligas de alumínio, ligas de cobre, etc., é propenso ao acúmulo de cavacos.

 

Ⅲ. Guia de seleção para ferramentas de corte superduras

1. Ferramentas de corte de diamante:

É dada prioridade à usinagem de alta{0}}precisão de metais não-ferrosos e não metálicos, e é necessário um controle rigoroso da temperatura de corte.

 

2. Ferramentas de corte de nitreto cúbico de boro:

especializada em usinagem-de alta velocidade de metais pretos e materiais duros, especialmente adequada para aço temperado e ferro fundido.

 

Ⅳ. Conclusão

 

Da "precisão máxima" do diamante ao "estemor em altas-temperaturas" do PCBN, materiais de ferramentas superduros estão constantemente ultrapassando os limites de processamento. Quer nos domínios aeroespacial, da indústria automóvel ou dos chips eletrónicos, todos eles são forças fundamentais que impulsionam o progresso industrial. No futuro, com o avanço da ciência dos materiais, as ferramentas de corte superduras certamente abrirão mais possibilidades!

 

Materiais superduros são amplamente utilizados. As ferramentas diamantadas e ferramentas CBN produzidas por nossa empresa são uma pequena parte de todo o campo de ferramentas para materiais superduros.