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Documento sobre tecnología de fabricación ecológica: herramientas PCBN y tecnología de fabricación ecológica
El nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN para abreviar) es un nuevo material para herramientas con una dureza solo superada por el diamante. Sus propiedades físicas, propiedades químicas y excelentes características de corte en seco lo hacen adecuado no sólo para cortar metales no ferrosos y sus aleaciones, sino también para cortar metales ferrosos y sus aleaciones. Cuando se cumplen ciertas condiciones, cumple con los requisitos de la tecnología de fabricación ecológica y tiene perspectivas de desarrollo muy amplias.
Herramientas de corte PCBN; fabricación ecológica; fluido de corte; corte en seco; dureza roja
La fabricación ecológica es un modelo de fabricación moderno y la encarnación de la estrategia de desarrollo sostenible humano en la fabricación moderna. La fabricación ecológica también se conoce como fabricación respetuosa con el medio ambiente y fabricación orientada al medio ambiente. Es un modelo de fabricación moderno que considera de manera integral el impacto ambiental y la eficiencia de los recursos. Su objetivo es minimizar el impacto ambiental (efectos negativos), maximizar la utilización de recursos y coordinar y optimizar los beneficios económicos y sociales de la empresa durante todo el ciclo de vida del producto, desde el diseño, la fabricación, el embalaje, el transporte y el uso hasta el desecho.
Proteger el medio ambiente global es la máxima prioridad en el siglo XXI. En el campo del procesamiento mecánico, la investigación y el desarrollo de algunas medidas de protección ambiental y sus resultados se han utilizado ampliamente. En la actualidad, se está acelerando la investigación sobre tecnologías de corte ecológico y tecnologías de aplicación, como la tecnología de corte en seco, la tecnología de corte semiseco, el corte microlubricado y el corte microlubricado a baja temperatura.
1 El impacto del fluido de corte en la tecnología de fabricación ecológica
En términos de ahorro de energía, la energía consumida por el fluido de corte en la fabricación de maquinaria representa más del 60% de la energía total. y el fluido de corte representa el 15% del costo de producción, el costo de la herramienta solo representa del 3% al 4%, por lo tanto, la tecnología de corte en seco y semiseco es práctica y efectiva para ahorrar energía;
En términos de reducción de residuos, lo principal es reducir la cantidad de residuos de fluido de corte. En la actualidad, la mayor parte del trabajo de investigación se dedica al desarrollo y aplicación de tecnologías como el fluido de corte de larga duración y el reciclaje repetido. En cuanto a fluidos de corte de larga duración, uno de los proyectos de desarrollo es la síntesis de fluidos de corte. Los fluidos de corte sintéticos están basados en aceites sintetizados químicamente. Su afinidad con el agua nos obliga a tratar las aguas residuales generadas. Los costos de transporte, recuperación, filtración y mantenimiento del fluido de corte son elevados, lo que incrementa los costos de producción. El fluido de corte también eliminará el fluido lubricante de las piezas deslizantes. Las fugas y el desbordamiento del fluido de corte contaminarán el medio ambiente, provocarán fácilmente accidentes de seguridad y calidad y tendrán un impacto negativo en el sistema eléctrico. Los compuestos de cloro contenidos en los fluidos de corte de alta carga se utilizan como aditivos de aceite lubricante a alta presión. Producen sustancias altamente tóxicas durante el corte a alta temperatura y el procesamiento de combustión de aceite usado, lo que afecta la calidad de la superficie mecanizada y se han abolido gradualmente. Como parte importante de la producción limpia, la investigación sobre el corte en verde muestra que la combinación orgánica de corte en seco y corte de alta velocidad será un corte en verde ideal con alta eficiencia, bajo consumo, alta calidad, baja contaminación ambiental y buenos beneficios integrales. es el futuro del corte mecánico.
El corte en seco es el corte en verde.
El papel del corte en seco en el mecanizado es encontrar una alternativa a la refrigeración y lubricación. Actualmente existen dos métodos exitosos de corte en seco: corte en seco a alta velocidad y corte con aire frío a baja temperatura.
2.1 Método de corte en seco de alta velocidad. El método de mecanizado consiste en utilizar altas velocidades de corte para cortar sin necesidad de refrigeración ni lubricantes. Se deben seleccionar condiciones de corte adecuadas para el corte en seco. Primero use una alta velocidad de corte para acortar el tiempo de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo tanto como sea posible, luego use aire comprimido u otros métodos similares para eliminar las virutas y controlar la temperatura del área de trabajo. Con la aplicación generalizada de la tecnología CNC, la rigidez y el rendimiento dinámico de las máquinas herramienta continúan mejorando, por lo que no es difícil aumentar la velocidad de corte de las máquinas herramienta. La práctica ha demostrado que cuando los parámetros de corte se configuran correctamente, las virutas pueden eliminar el 80% del calor generado durante el corte.
2.2 Ventajas del método de corte en seco de alta velocidad. La tecnología de corte en seco se ha utilizado ampliamente en los países industrializados occidentales. ¿Recomendado por Makino USA? ¿Luna roja? (Red Moon) La tecnología de corte en seco no solo puede aprovechar al máximo el rendimiento de corte de la herramienta, sino que también mejora en gran medida la productividad que el corte en húmedo. El mecanismo es en realidad un efecto de ablandamiento del metal: debido a la alta velocidad de corte, el calor generado se concentra frente a la herramienta, lo que hace que el material cerca del área de corte alcance un estado al rojo vivo y reduzca el límite elástico, mejorando así la eficiencia del corte. .
El método de corte en seco de alta velocidad tiene las siguientes ventajas: en primer lugar, dado que se omite el proceso de separación de virutas de aceite, no hay un tanque de aceite lubricante de refrigeración, un dispositivo de separación de virutas de aceite ni el equipo eléctrico correspondiente, y la máquina La estructura de la herramienta es compacta. En segundo lugar, este método mejora enormemente el entorno de procesamiento; el costo de procesamiento también se reduce considerablemente. Proporciona una garantía para prolongar aún más la vida útil de la herramienta y mejorar la calidad de la pieza de trabajo.
2.3 Requisitos de herramientas de corte para métodos de corte en seco de alta velocidad. El método de corte en seco de alta velocidad tiene requisitos estrictos para la herramienta de corte: ① La herramienta de corte debe tener una excelente resistencia a altas temperaturas y puede funcionar sin fluido de corte ② El coeficiente de fricción entre la viruta y la herramienta de corte debe ser lo más pequeño posible; y la herramienta de corte debe complementarse con una buena estructura de eliminación de virutas para reducir la acumulación de calor; ③ Las herramientas de corte en seco también deben tener mayor resistencia y tenacidad al impacto que las herramientas de corte en húmedo.
En términos generales, el proceso de corte en seco requiere que a temperaturas de corte más altas, la resistencia del material que se está cortando se reduzca significativamente y sea más fácil de cortar, mientras que la resistencia del material de la herramienta debe tener una buena dureza al rojo y Resistencia al calor. Estabilidad, así como mejor resistencia al desgaste y antiadherencia en el mismo estado.
La máquina cortadora de 3 PCBN puede realizar cortes en seco en verde.
3.1 Materiales de herramientas PCBN. El nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) es un cuerpo sinterizado de partículas y aglutinantes de nitruro de boro cúbico (CBN) a alta temperatura y alta presión. El CBN también se sintetiza artificialmente a alta temperatura y alta presión. Su dureza es superada solo por el diamante, pero mucho más alta. que otros materiales. PCBN se utiliza en diversos campos del procesamiento de corte debido a su rendimiento de corte superior, especialmente adecuado para cortar materiales de alta dureza y materiales difíciles de mecanizar. Es adecuado para tecnología de corte de alta y ultra alta velocidad y puede procesar piezas de alta precisión (dispersión de tamaño pequeño) a altas velocidades de corte durante mucho tiempo. La rugosidad de la superficie del acero templado después del torneado fino puede alcanzar Ra 0,3 ~ 0,6 y la precisión dimensional se puede controlar a 0,013 mm. El número de cambios de herramienta y el tiempo de inactividad por compensación del desgaste de la herramienta se reducen considerablemente. Por lo tanto, es muy adecuado para máquinas herramienta CNC y equipos de procesamiento con un alto grado de automatización, y puede aprovechar al máximo la alta eficiencia del equipo.
3.2 Las herramientas PCBN cumplen mejor con los requisitos de la tecnología de fabricación ecológica. La conductividad térmica y la estabilidad termoquímica de la aleación de nitruro de boro cúbico (PCBN) la hacen muy estable térmicamente. Además de su alta dureza, alta dureza al rojo, alta resistencia al desgaste y bajo coeficiente de fricción, PCBN no solo es adecuado para cortar metales no ferrosos y sus aleaciones, sino que también cumple mejor con los requisitos de corte de metales ferrosos y sus aleaciones. tecnología de fabricación ecológica y puede procesar acero de alta velocidad, carburo cementado, cerámica y otros materiales nuevos para piezas de trabajo. Es reconocido en el país y en el extranjero como un material de herramienta ideal para corte duro, corte a alta velocidad y corte en seco. Se utiliza principalmente para procesar acero templado, hierro fundido, aleaciones de alta temperatura y materiales de pulverización superficial. La eficiencia de corte del hierro fundido de alta aleación resistente al desgaste utilizado en equipos de centrales eléctricas de petróleo es más de 4 veces mayor que la de las herramientas de carburo, y el costo de una sola herramienta se reduce a 1/5. Además, las herramientas PCBN también muestran un buen rendimiento de corte al cortar materiales sinterizados como el carburo cementado. Las herramientas de corte PCBN se utilizan ampliamente para cortar materiales de hierro fundido en las industrias de fabricación de automóviles extranjeras. Las herramientas de corte PCBN se han convertido en una nueva generación de herramientas de corte utilizadas en las líneas de producción de los principales fabricantes de automóviles extranjeros. 3.3 Selección de parámetros de corte de herramientas PCBN durante el corte en seco. Las herramientas PCBN se utilizan principalmente para acabado y semiacabado durante el corte en seco. Tiene las ventajas de un bajo coeficiente de fricción, una eliminación suave de virutas y una disipación de calor más rápida que el material que se procesa. Siempre que se seleccionen los parámetros adecuados, la pérdida de dureza de los materiales PCBN a altas temperaturas es muy pequeña. Después de que la velocidad de procesamiento alcanza un cierto valor, la relación entre la velocidad de corte y la vida útil de la herramienta ya no se ajusta a la fórmula de Taylor. Sin embargo, después de que la velocidad de corte supera un cierto valor, la vida útil aumenta debido a la alta temperatura de corte durante el corte en seco. y la dureza roja y la estabilidad térmica de las herramientas PCBN, de modo que la pérdida de dureza es menor a altas temperaturas, mientras que la pérdida de dureza del material de la pieza de trabajo es mayor a altas temperaturas y es más fácil de cortar después de que se reduce la dureza (referido). (como el efecto de ablandamiento del metal). El corte es más fácil sin utilizar líquido de corte. Estas propiedades del PCBN son muy adecuadas para el corte en seco de materiales de alta dureza. Utilizando torneado, fresado y taladrado en lugar de rectificado se puede obtener una calidad de superficie que antes solo se podía obtener mediante rectificado, siempre que los parámetros de corte se seleccionen correctamente.
Al seleccionar los parámetros geométricos de los accesorios de la herramienta, la punta de la herramienta a menudo se rectifica formando un arco (? = 0,4 ~ 1,2 mm) para mejorar la resistencia de la punta de la herramienta, y la resistencia del borde se logra rectificando el negativo. chaflán para mejorar, con un pequeño ángulo trasero (?蔇6?), ángulo frontal? 0?, lanzador=0? , el ángulo de desviación principal es de 45° según la rigidez de la máquina herramienta. Ajuste entre ~60°, dependiendo de las condiciones de procesamiento.
En la selección de parámetros de corte, la selección de velocidad de corte, profundidad y avance está determinada por las propiedades únicas del material de herramienta PCBN. Por ejemplo: velocidad de corte alta o ultraalta, profundidad de corte inferior a 1 mm pero no demasiado pequeña, selección de una gran cantidad de avance (para producir un efecto de ablandamiento del metal) y ajuste integral de los tres indicadores para lograr un corte alto. precisión de materiales de alta dureza y superficie lisa de la pieza de trabajo. La integridad es buena, la textura de la superficie de corte es limpia, brillante y ra. Hola 8? m, casi no hay daños a la estructura de la superficie de la pieza de trabajo y no hay capa suavizante de recocido o capa modificada, logrando el propósito de utilizar torneado en lugar de rectificado, reduciendo costos y logrando buenos beneficios económicos.
4 Conclusión
En resumen, la tecnología de fabricación avanzada es la principal tecnología para el desarrollo de la fabricación en el mundo actual, y la tecnología de fabricación ecológica es el resultado inevitable de la preocupación de las personas por el medio ambiente. y uso racional de los recursos. Como tecnología de fabricación ecológica, la tecnología de fabricación de corte en seco es de gran importancia para ahorrar recursos, proteger el medio ambiente y reducir costos, y las herramientas de corte PCBN son muy adecuadas para el corte en seco de materiales duros. Después de más de diez años, especialmente en los últimos años, con investigación continua y avances en tecnología de corte de alta velocidad, materiales de herramientas y tecnología de recubrimiento, junto con leyes y regulaciones más estrictas sobre requisitos de protección ambiental, la aplicación de tecnología de fabricación ecológica se ha vuelto más y más extendido, y materiales de herramientas PCBN La aplicación será más extensa.
Referencia
1 Guo Lijun. Aplicación de herramientas de corte PCBN en procesos de corte. Investigación sobre mecanización agrícola, 2005 (11): 205-206.
2 Gracias. Investigación sobre la aplicación de herramientas de corte PCBN en corte en seco. Ingeniero mecánico, 2006 (2): 82-83
3 Jiang Xiangdong. Rendimiento y selección de herramientas de corte de nitruro de boro cúbico policristalino. Investigación sobre Mecanización Agrícola, 2006 (2): 133-134
4. El estado actual de la aplicación y las ideas sobre las herramientas PCBN en el mercado chino. Red de maquinaria de China, 2009-04-01.
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