Обработка твердосплавных материалов с алмазным покрытием.микрофрезерные концевые фрезы с шаровым наконечником

При наличии подходящих инструментов и станков фрезерование твердых материалов, таких как инструментальная сталь D-2 с твердостью HRC60, не представляет сложности. Однако фрезерование более твердых материалов, таких как твердые сплавы, не так просто. Эти материалы обычно можно получить только шлифованием или электроэрозионной обработкой.

С появлением микрофрезерных концевых фрез серии UDCB от Union Tool Inc. многое изменилось. «Компания Makino считает разработку этого инструмента важной, возможно, столь же важной, как и внедрение фрезерования твердых материалов в середине 1990-х годов», — говорит Джон Брэдфорд, руководитель отдела исследований и разработок в области микроизготовления в Makino. — «Раньше процент успешного фрезерования заготовок из твердых сплавов с помощью фрез из твердых сплавов составлял всего 10-20%».

На выставке IMTS 2012 компания Muye District продемонстрировала использование UDCB диаметром 1 мм для чернового и чистого фрезерования твердосплавных пуансонов микрофрезерными концевыми фрезами с шаровым наконечником, имеющими твердость не менее HRA93, на своем микрообрабатывающем центре IQ300 (рисунки 1 и 2). После 38 минут обработки износ инструмента составил всего 1,8 м. Если заготовка обрабатывается электроэрозионным методом, это занимает не менее четырех часов (включая программирование электрода, обработку электрода и электроэрозионную обработку заготовки). «Необходимо обработать как минимум три медно-вольфрамовых электрода. В большинстве случаев, чтобы поддерживать точность 5M или выше, необходимо обработать четыре электрода», — сказал Брэдфорд.

Рис. 1udcb микрофрезы с шаровидным наконечником и алмазным покрытием

Рис. 2 твердосплавные пуансоны

Для фрезерования нескольких заготовок глубиной 2200 мм использовались двухсторонние микрофрезы с шаровым наконечником UDCB со скоростью вращения шпинделя 30 000 об/мин и подачей 300 мм/мин, а нагрузка на лезвие составляла 10 м стружки. Микрофрезы с шаровым наконечником крепились к быстрозагрузочному инструментальному патрону MST Uno, а максимальная погрешность скачка диаметра, согласно заводской сертификации, составляла 600 нм.

Диаметр двухсторонних микрофрез с шаровым наконечником UDCB, разработанных компанией Joint Tool, составляет 0,2-6 мм. По словам Джонатана Хэя, старшего вице-президента компании по продажам и маркетингу, алмазные покрытия, нанесенные методом CVD с использованием горячей нити, толщиной более 10 мкм, обеспечивают хорошую износостойкость при точно контролируемых условиях обработки и минимизируют эффект радиуса скругления углов. По сравнению с плазменным CVD, CVD с использованием горячей нити позволяет наносить более равномерные покрытия на поверхности сложной формы.

Твердость алмазного покрытия на микрошаровых концевых фрезах UDCB составляет около 100 ГПа (9000 HV), что очень близко к твердости монокристаллического алмаза. Кроме того, благодаря точному контролю границы раздела фаз, адгезия между алмазным покрытием и подложкой очень прочная.

Поскольку сила резания при фрезеровании твердых сплавов примерно в 2 раза больше, чем при фрезеровании инструментальной стали D-2 (HRC60), для минимизации вибрации необходимо использовать высокопрочный станок при работе с микрошаровыми концевыми фрезами UDCB и постепенно обрабатывать заготовку спиральным инструментом. Во время демонстрации обработки на выставке IMTS компания Makino использовала станок 1.Угол спирали ° и снижение скорости подачи на 90% при обработке заготовки фрезой.

«Мы обнаружили, что шнековая подача более надежна, поскольку сила резания более равномерна», — говорит Хей, отмечая, что подача может оставаться постоянной на протяжении всего процесса резания. Микрошаровые концевые фрезы UDCB используют стандартную спиральную канавку для повышения жесткости инструмента. Равномерные и однородные силы резания помогают избежать повреждения очень хрупких деталей, подложек инструмента и покрытий.

В ходе демонстрации обработки Муино использует обдув сухим воздухом для удаления стружки и охлаждения зоны контакта инструмента и заготовки. Хэй утверждает, что этот метод превосходит распылительное охлаждение с использованием смазочно-охлаждающей жидкости на водной основе и охлаждение масляным туманом. «При охлаждении масляным туманом могут образовываться небольшие комки масла, содержащие стружку из твердого сплава. Непрерывный обдув воздухом более надежен и экологичен».

Как упоминалось выше, хотя штампы из твердых сплавов и другие заготовки аналогичной твердости могут обрабатываться шлифованием, однако типы обрабатываемых элементов (особенно микроэлементов) ограничены возможностями алмазного круга по их проникновению. Хотя существуют и другие инструменты из сверхтвердых материалов, такие как инструменты из поликристаллического кубического нитрида бора (PCBN) и поликристаллического алмаза (PCD), их стоимость может быть в четыре раза выше, чем у микрофрез с шаровым наконечником из поликристаллического кубического нитрида бора (UDCB) (534,50–674,50 долларов США в зависимости от диаметра), и эти режущие инструменты в процессе обработки, как правило, не изнашиваются постепенно. «Изготовление инструментов из PCBN очень сложно», — говорит Хэй. «Материалы PCD не обладают анизотропией (анизотропные материалы имеют разные свойства, измеряемые в разных направлениях), поэтому они склонны к разрушению».

Брэдфорд сказал, что был несколько удивлен реакцией посетителей во время демонстрации: «Они не могут поверить своим глазам. Производители твердосплавных инструментов получат новые инструменты. Это исторический технологический прорыв».