In den letzten Jahren aufgrund großer Fortschritte in den Bereichen Werkzeugwerkstoffe, Schaftaufbau und Beschichtungstechnik. CNC-Werkzeuge haben eine rasante Entwicklung erreicht. Einige effiziente und umweltfreundliche CNC-Schneidtechnologien wie Hochgeschwindigkeitsschneiden und Trockenschneiden werden im Bereich des Maschinenbaus immer häufiger eingesetzt.

CNC-Werkzeugmaschinen, die das höchste Niveau der Fertigungstechnologie darstellen, sind zur Mainstream-Ausrüstung des heutigen Maschinenbaus geworden, und die Entwicklung von CNC-Werkzeugen ist zum Leitmotiv des Maschinenbaus geworden. Obwohl CNC-Werkzeugmaschinen neue Technologien in vielen Bereichen integrieren, hat das Entwicklungsniveau von Werkzeugen einen großen Einfluss auf die Entwicklung der CNC-Technologie, es sollte gesagt werden, dass die Entwicklung der Werkzeugtechnologie die Entwicklung der CNC-Technologie stark gefördert und das Funktionsniveau von CNC-Werkzeugmaschinen erheblich verbessert hat, wodurch auch die Entwicklung der Fertigungsindustrie als Ganzes gefördert wurde.

Aus heutiger Sicht sind multifunktionale Verbundwerkzeuge und moderne Hochleistungswerkzeuge der Mainstream der Werkzeugentwicklung. Die zunehmende Entwicklung der Schneidtechnologie, die rasante Entwicklung der Werkzeugwerkstoffe und die rasante Entwicklung der Beschichtungstechnologie haben die Entwicklung von Werkzeugen stark vorangetrieben.

1. Der Entwicklungsstand der Schneidtechnik

Das Schneiden ist eine der am weitesten verbreiteten Verarbeitungsmethoden im Bereich der Zerspanung, hohe Effizienz, hohe Qualität, niedrige Kosten und grüner Umweltschutz, was das ultimative Ziel ist, das mit der Schneidtechnologie verfolgt wird. Gegenwärtig sind das Hochgeschwindigkeitsschneiden, das Trockenschneiden, das Hartschneiden und das Verbundschneiden die wichtigsten Entwicklungsrichtungen der Schneidtechnik.

1. Hochgeschwindigkeitsschneiden - hohe Effizienz

Das Aufkommen von Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeughaltersystemen wie polykristallinen Diamantwerkzeugen (PKD) und HSK hat zur rasanten Entwicklung der Hochgeschwindigkeits-Schneidtechnologie beigetragen. Gegenwärtig ist die Hochgeschwindigkeitsschneidtechnologie in industriellen Bereichen wie Automobilen, Luft- und Raumfahrt, Luft- und Raumfahrt und Baustoffen für die Verarbeitung von nichtmetallischen Materialien und Nichteisenmetallen weit verbreitet, was die Produktionseffizienz erheblich verbessert und gleichzeitig die Produktionskosten exponentiell gesenkt hat.

2. Trockenschnitt - Umweltschutz

Der Trockenschnitt ist auch eine wichtige Entwicklungsrichtung der aktuellen Fertigungstechnologie für das Schneiden. Beim Trockenschnitt muss nämlich die Schnittgeschwindigkeit erhöht werden, damit die während des Schneidvorgangs entstehende Wärmeenergie von den Spänen abgeführt wird. Diese Verarbeitungsmethode verbessert nicht nur die Produktionseffizienz, sondern ist auch sehr umweltfreundlich. Da beim Trockenschneiden keine Kühlschmierstoffe oder nur eine sehr geringe Menge an Kühlschmierstoff verwendet wird, werden die Produktionskosten des Unternehmens erheblich gesenkt und die anschließende Verarbeitung von Abfällen von Kühlschmierstoffen und Metallspänen in gemischten Industrieabfällen weitgehend eliminiert.

Gegenwärtig werden Werkzeuge, die mit dem PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) beschichtet sind, häufig beim Gestenschneiden verwendet, wodurch dünnere Beschichtungen, eine bessere Haftung und eine bessere Wärmedämmung erzielt werden, wodurch die Wärmeisolierung außerhalb des Werkzeugs während des Schneidvorgangs maximiert wird, so dass der größte Teil der Schnittwärme von den Spänen abgeführt wird. Gegenwärtig ist der Trockenschnitt in Deutschland stark entwickelt und angewandt worden, und der Anteil des Trockenschnitts im deutschen Maschinenbau kann mehr als 20 % erreichen.

2. Die Entwicklung von CNC-Werkzeugwerkstoffen

1. Pulvermetallurgie mit hoher Geschwindigkeit

Auf der Grundlage des traditionellen Schmelzens von Schnellarbeitsstahl wird Pulverschnellarbeitsstahl im Heißisostatischen Pressverfahren hergestellt, das in der Regel mit Hochdruckstickstoff oder Argon zu feinem Pulver zerstäubt und dann unter hoher Temperatur und hohem Druck zu feinen Knüppeln gepresst und schließlich zu Schnellarbeitsstahlwerkstoffen gewalzt wird. Sein Vorteil ist, dass die Verformung der Wärmebehandlung gering ist, was sich besonders für die Herstellung von Präzisionswerkzeugen und komplexen Werkzeugen eignet.

Im Vergleich zu gewöhnlichem Schmelzen von Schnellarbeitsstahl weist pulverförmiger Schnellarbeitsstahl eine höhere Härte, eine bessere Zähigkeit und eine höhere Verschleißfestigkeit auf. Unter den gleichen Härtebedingungen wird die Festigkeit von Pulverschnellarbeitsstahl um 20% ~ 30% erhöht und die Zähigkeit um das 1,5- bis 2-fache erhöht. Angesichts der hervorragenden umfassenden Eigenschaften von pulverförmigem Schnellarbeitsstahl und der Marktnachfrage ist absehbar, dass diese Art von Werkstoffen eine wichtige Richtung für die Entwicklung von Werkzeugwerkstoffen sein wird.

2. Ultrafeinkörniges Hartmetall

Hartmetall kam in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts auf, hauptsächlich Karbide und Bindemittel von Metallelementen der Gruppe B werden durch das pulvermetallurgische Verfahren hergestellt. Hartmetall ist zu einer Mainstream-Entwicklungsrichtung von Werkzeugmaterialien geworden, derzeit sind die Haupttypen Wolfram-Kobalt, Wolfram-Kobalt-Titan, Wolfram-Titan-Tantal und jetzt wurden Feinkorn und ultrafeines Zementkarbid entwickelt, und die Partikelgröße des Korns kann die Nanoebene erreichen.

Um die Zähigkeit des Materials zu verbessern, ist der Kobaltgehalt von ultrafeinkörnigem Hartmetall oft höher als der von allgemeinem Hartmetall, aber weil die ultrafeine des Korns den durch den hohen Kobaltgehalt verursachten Härteverlust ausgleicht und auch die Standzeit erheblich verbessern kann, und die Schärfe der Schneide wird ebenfalls stark verbessert, wodurch Materialien mit starker Viskosität verarbeitet werden können, so dass ultrafeines Kornhartmetall von den Anwendern immer mehr bevorzugt wird.

3. Superhartes Werkzeugmaterial

    a. Keramikmesser sind derzeit eines der vielversprechendsten Messer. Mit der Entwicklung von CNC-Werkzeugmaschinen haben keramische Werkzeuge von Natur aus Vorteile bei der Erzielung von schadstofffreiem Schneiden und Schneiden von hartem Material. Das Hinzufügen von Siliziumkarbid zur Aluminiumtrioxid-Keramik-Matrix kann zur Herstellung von Whisker-gehärteten Keramikmaterialien verwendet werden, oder das Hinzufügen von Metallmaterialien mit einem Gehalt von weniger als lO% zur Herstellung von Metallkeramik, wodurch die Zähigkeit von Keramikwerkzeugen erheblich verbessert und der Anwendungsbereich erweitert werden kann.

b) Die Struktur von kubischem Bornitrid ähnelt der von Diamant mit einer Härte von 8 000-9 000 HV. Unter hoher Temperatur und hohem Druck werden kubische Bornitrid-Mikropartikel zu polykristallinem kubischem Bornitrid zusammengesintert. Mit diesem Werkstoff können nicht nur härtere Werkstoffe wie Schnellarbeitsstahl, gehärteter Stahl, Gusseisen, Hartmetall verarbeitet werden, sondern auch schwierige Werkstoffe wie thermisch gespritzte Werkstoffe und Superlegierungen.

c. Diamant ist die härteste Substanz unter allen bekannten Naturmaterialien und wird häufig in der Nichteisen- und Nichtmetallverarbeitung verwendet. In den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts haben einige Industrieländer polykristalline Diamantmesser entwickelt. Polykristalline Diamant (PKD)-Verbundplatten sind ein neues Rohmaterial, das aus Diamantpartikeln mit Mikrometergröße besteht, die mit Metallpulvern wie Kobalt und Nickel gemischt und unter hohem Druck und hoher Temperatur auf Wolframkarbid (WC)-Substrat gesintert werden. Dieses Material hat nicht nur verschiedene hervorragende Eigenschaften von Diamant, sondern auch eine gute Zähigkeit und Leitfähigkeit, so dass es mit Drahterodiermaschinen bearbeitet werden kann.

DreiDie Entwicklung von CNC-Werkzeughaltern

Mit der Entwicklung der Hochgeschwindigkeitsschneidtechnologie von CNC-Werkzeugmaschinen sind die Anforderungen an Werkzeugspannsysteme immer höher geworden, und das Werkzeughaltersystem, das sich an das Hochgeschwindigkeitsschneiden anpasst, wurde energisch weiterentwickelt und weiterentwickelt. Gegenwärtig gilt das von der deutschen Firma OTT entwickelte Werkzeughaltersystem HSK als das Spannsystem mit der besten Leistung.

Der HSK-Werkzeughalter ist ein typischer 1:10-Kontakt mit kurzer Kegelfläche, Kegelschaft und Spindelfläche. Da der HSK-Werkzeughalter ein duales Positionierungs- und Kooperationsprinzip anwendet, stehen beim Spannen unter Einwirkung ausreichender Spannkraft der Hohlkegelschaft des HSK-Werkzeughalters und der Spindelkegel L die Kegelfläche und die Spannebene gleichzeitig in Kontakt, was zu Reibung führt, wodurch die radiale Positionierung und die ebene Spannpositionierung der geschlossenen Struktur gewährleistet wird. Daher zeichnen sich HSK-Werkzeughalter durch hohe statische und dynamische Steifigkeit, große Drehmomentübertragung, genaue radiale Positionierung und hohe Wiederholgenauigkeit des Werkzeugwechsels aus.

VierDie Entwicklung der CNC-Werkzeugbeschichtung

Mit Ausnahme einiger Hochgeschwindigkeitswerkzeuge, die nicht beschichtet sind, hat derzeit die überwiegende Mehrheit aller Arten von Werkzeugen eine Beschichtungsstruktur. Unter den derzeit verschiedenen Werkzeugbeschichtungen dominieren Titannitrid (TiN)-Beschichtungen, und Mehrschichtschichten, die mit TiN als Basisschicht aufgebaut sind, und PVD-Beschichtungen mit Titanaluminidnitrid (TiAlN) sind wichtige Entwicklungsrichtungen.

Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ist der Prozess des Verdampfens, Ionisierens oder Sputterns, bei dem Metallpartikel erzeugt und mit reaktiven Gasen reagiert, um Verbindungen zu bilden, die sich auf der Oberfläche des Werkstücks ablagern. Im Vergleich zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) sind PVD-Beschichtungen dünnflüssiger und haben eine bessere Haftung. Die PVD-Beschichtung aus Titannitrid-Aluminid (TiAlN) weist eine höhere Härte und eine bessere Hitzebeständigkeit auf, da die Beschichtungsoberfläche bei hohen Temperaturen zu einem amorphen Aluminiumtrioxidfilm oxidiert wird. Beim Trockenschnitt wirkt die Beschichtung wie eine Wärmebarriere, die eine viel geringere Wärmeleitfähigkeit als die Werkzeugmatrix und das Werkstückmaterial aufweist, so dass das beschichtete Werkzeug weniger Schnittwärme aufnehmen und höheren Schnitttemperaturen standhalten kann, wodurch die Schnittgeschwindigkeit erhöht und gleichzeitig die Lebensdauer des Werkzeugs gewährleistet wird.

Fazit: Fortschrittliche Werkzeuge sind die Grundlage, um die Entwicklung der CNC-Schneidtechnologie voranzutreiben. Der große Fortschritt bei Werkzeugwerkstoffen, Werkzeugstrukturen und Werkzeugbeschichtungstechnologien hat die Entwicklung von CNC-Werkzeugen in zwei Richtungen gefördert: Generalisierung und Spezialisierung. Mit der Entwicklung der Produktivität und der zunehmenden Verwendung schwer zerspanbarer Materialien werden neue CNC-Werkzeuge definitiv die rasante Entwicklung der CNC-Werkzeugmaschinen begleiten und eine immer wichtigere Rolle in der Volkswirtschaft spielen.