Различные физические явления в процессе резания, особенно износ инструмента и характер инструментального материала, имеют большое значение. Требования к деревообрабатывающим инструментам - поддерживать точность режущего инструмента в течение длительного времени в условиях высокой скорости и повышенного тепла в зоне резания. По этой причине материал деревообрабатывающего инструмента должен обладать необходимой твердостью и износостойкостью, достаточной прочностью и ударной вязкостью.
В настоящее время оптимальным инструментом является порошковый материал, изготовленный из очень жесткого, огнеупорного карбида металла (WC, TiC) спекаемого с Co, Ni в качестве связующего вещества. Его производительность в основном зависит от типа, количества, размера частиц и связующего материала из карбида металла.
Твердость твердого сплава составляет HRC74 ~ 81,5, и его твердость уменьшается по мере увеличения содержания связующего. Содержание высокотемпературного карбида в цементированном карбиде превышает содержание высокоскоростной стали, поэтому оно обладает хорошей термопластичностью и выдерживает температуру резания до 800-1000 ° C.
Режущие инструменты для заготовок из древесных композитов в основном изготовлены из твердых карбидов YG с металлическим кобальтом (Co) в качестве связующего и карбида вольфрама (WC). Поскольку цементированный карбид является хрупким материалом, его прочность на изгиб составляет примерно 1/4 до 1/2 от обычной высокоскоростной стали, ударная вязкость составляет от 1/30 до 1/4 обычной высокоскоростной стали, а режущая кромка не может быть отполирована как высокоскоростная сталь.
Аспекты дальнейшего улучшения режущий свойств инструмента для обработки дерева
Изменение зерна
Изменение размера зерна, увеличение площади поверхности между зернами и повышение сцепления сила между зернами меняют прочность и износостойкость. Когда размер зерен WC уменьшается ниже субмикронной шкалы, повышается твердость, ударная вязкость, прочность и износостойкость материала, снижается температуру разрушения.
Размер зерна обычного цементированного карбида составляет около 3 ~ 5 мкм, размер зерна мелкозернистого цементированного карбида составляет 1 ~ 1,5 мкм, а размер зерна сверхмелкозернистого цементированного карбида может достигать 0,5 мкм или менее.
По сравнению с обычными твердыми сплавами с таким же составом, ультрамелкозернистые карбиды могут повысить твердость более чем на 2HRA, а прочность на изгиб можно увеличить на 600 ~ 800 МПа. Сверхмелкий зернистый карбид все чаще применяется при изготовлении режущего инструмента.
Обработка поверхность режущего инструмента
Поверхности твердого сплава можно эффективно улучшить. Использование процесса циклической термообработки для снятия или устранения напряжения между границами зерен может всесторонне улучшить свойства материала из твердого сплава.
Добавление дополнительных металлов в сплав.
Добавление TaC, NbC и других карбидов редкоземельных металлов к материалам из цементированного карбида позволяет сформировать сложную структуру твердого раствора, что дополнительно усиливает структуру твердой фазы. Рост зерна, повышение однородности и другие эффекты значительно улучшат режущие свойства материала.
Добавление редкоземельных элементов
Добавление небольшого количества редкоземельных элементов, таких как тантал в материал из цементированного карбида, может эффективно улучшить ударную вязкость и прочность на изгиб материала, а также износостойкость. Это связано с тем, что редкоземельный элемент может усилить твердую фазу и фазу связующего, очистить границу зерен и улучшить смачиваемость твердого раствора карбида до связующей фазы. Карбидные сплавы, содержащие редкоземельные элементы, наиболее подходят для грубой обработки и особенно подходят для резки и обработки деревянных и древесных композиционных материалов.
Покрытие карбидом
На карбидную подложку можно наносить с помощью CVD (химическое осаждение из паровой фазы), PVD (физическое осаждение из паровой фазы), PVCD (плазменное усиление химического осаждения из паровой фазы), HVOF (высокоскоростное тепловое покрытие).
Покрытие повышает твердость TiC (HV3200), износостойкость, при этом толщина покрытия обычно составляет 5 ~ 7 мкм.
Низкая твердость TiN (HV1800 ~ 2100) имеет низкую силу связывания с подложкой, но имеет хорошую теплопроводность и высокую ударную вязкость.Толщина покрытия может достигать 8 ~ 12 мкм, а ударная вязкость подложки может сочетаться с износостойкостью покрытия.
Режущий инструмент с покрытием имеет хорошую износостойкость и термостойкость и особенно подходит для высокоскоростной обработки. Благодаря своей высокой долговечности и универсальности, его можно использовать для уменьшения количества необходимого инструмента и эффективности обработки.
Испытания
Однако использование методов нанесения покрытий по-прежнему не в корне решает проблему плохой вязкости и ударопрочности материалов из твердых сплавов. Было обнаружено, что когда использовались пильные диски с покрытием из TiN улучшалась износостойкость переднего края пильных зубов.
Испытание на резку пиломатериалов с покрытием PVD-покрытием доказало, что пилы из WC с покрытием из TiN (предварительно покрытая поверхность зуба) уменьшают количество износа пильного диска. Однако более высокая температура CVD-покрытия приводит к образованию хрупкой связующей фазы между подложкой и покрытием. Покрытие на режущей кромке быстро отслаивается.
