Sejak memasuki abad ke-21, dengan tren globalisasi teknologi manufaktur, persaingan dalam industri manufaktur menjadi semakin ketat. Dalam sistem proses pemotongan yang terdiri dari peralatan mesin, peralatan pemotong, perlengkapan, dan benda kerja, peralatan pemotong merupakan faktor aktif. Oleh karena itu, dengan meluasnya penerapan teknologi pemesinan kecepatan tinggi dalam produksi saat ini, peralatan pemotong berkinerja tinggi semakin dihargai dan menggantikan peralatan pemotong tradisional dalam jumlah besar. Meskipun peralatan pemotong berkinerja tinggi lebih mahal daripada peralatan tradisional, bahkan 10 kali lebih mahal, penggunaan peralatan pemotong berkinerja tinggi tetap dapat secara efektif mengurangi biaya produksi.
Material, parameter geometri, dan struktur alat pemotong merupakan teknologi kunci penting untuk desain dan pembuatan alat pemotong berkinerja tinggi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Saat ini, alat pemotong canggih berkembang pesat, dan berbagai alat pemotong berkinerja tinggi yang terspesialisasi terus berinovasi. Dalam hal material alat, alat paduan keras berbutir sangat halus dan alat material superkeras telah banyak digunakan; Dalam hal pelapisan, pelapis komposit gradien multilapis dan pelapis nano tahan panas berkekuatan tinggi juga telah membuat kemajuan signifikan dan telah diterapkan di bidang-bidang seperti kedirgantaraan, otomotif, dan pembuatan kapal; Dalam hal struktur alat, ia akan berkembang menuju alat komposit yang dapat diindeks, multifungsi, terspesialisasi, dan arah modular, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Kemajuan Baru dalam Material Alat
Dalam beberapa tahun terakhir, negara-negara industri di seluruh dunia telah berkomitmen untuk mengembangkan material alat pemotong canggih yang sesuai dengan proses pemotongan berkecepatan tinggi, efisien, dan berkualitas tinggi. Material alat memiliki dampak yang signifikan terhadap masa pakai alat, efisiensi pemrosesan, kualitas pemrosesan, dan biaya pemrosesan. Saat memotong dengan alat pemotong, material tersebut harus tahan terhadap tekanan tinggi, suhu tinggi, gesekan, benturan, dan getaran. Oleh karena itu, material alat harus memiliki sifat dasar berikut: kekerasan tinggi, yaitu kekerasan material alat harus lebih tinggi daripada kekerasan material yang sedang diproses; kekuatan dan ketangguhan yang tinggi mengharuskan material bagian pemotongan alat untuk mengalami gaya pemotongan dan benturan yang signifikan selama pemotongan, oleh karena itu material alat harus memiliki kekuatan dan ketangguhan yang cukup; ketahanan aus dan ketahanan panas yang baik. Secara umum, semakin tinggi kekerasan material alat, semakin baik ketahanan ausnya. Pada saat yang sama, ketahanan aus dan ketahanan panas alat saling terkait erat; konduktivitas termal yang baik, semakin baik konduktivitas termal, semakin rendah suhu bagian pemotongan, sehingga mengurangi keausan alat; pengerjaan dan ekonomi yang baik.
(1) Baja kecepatan tinggi baru.
Baja kecepatan tinggi (HSS) merupakan baja perkakas paduan tinggi yang mengandung unsur paduan seperti W, Mo, Cr, dan V. Meskipun saat ini terdapat banyak jenis material alat potong yang tersedia untuk digunakan, baja kecepatan tinggi memiliki keunggulan dalam hal kekuatan, ketangguhan, pengerasan panas, kemampuan proses, dan terutama ketajaman (radius ujung alat dapat mencapai 12-15) μ m) Baja ini memiliki kinerja komprehensif yang sangat baik dalam memotong material tertentu yang sulit untuk dikerjakan mesin dan masih memegang proporsi yang signifikan dalam pembuatan perkakas yang kompleks, terutama perkakas potong roda gigi, broaches, dan end mill.
(2) Jenis baru paduan keras butiran halus dan butiran sangat halus.
Paduan keras adalah bubuk berukuran mikron dengan kekerasan tinggi dan senyawa logam tahan api (terutama WC, TiC, dll., juga dikenal sebagai karbida suhu tinggi), yang disinter menjadi produk metalurgi serbuk menggunakan logam seperti kobalt atau nikel sebagai pengikat. Paduan keras adalah bahan alat pemotong yang banyak digunakan di bidang pemotongan saat ini, dengan efisiensi pemotongan sekitar 5-10 kali lipat dari baja kecepatan tinggi. Produksi paduan keras di seluruh dunia berkembang pesat, dan bahan serta mutu baru alat pemotong paduan keras terus bermunculan, yang mencakup proporsi yang semakin meningkat dari semua alat pemotong. Namun, pengerjaannya buruk, dan penggunaannya untuk alat pemotong yang rumit masih sangat terbatas.
Butiran halus (1~0.5 μ m) Dan butiran sangat halus (kurang dari 0.5 μ m) Pengembangan material paduan keras dan alat pemotong paduan keras integral telah sangat meningkatkan kekuatan tekuk paduan keras, yang dapat menggantikan baja kecepatan tinggi dalam pembuatan alat serba guna skala besar seperti bor kecil, penggilingan ujung, dan keran. Kecepatan pemotongan dan umur pahatnya jauh melampaui baja kecepatan tinggi. Penggunaan alat pemotong paduan keras integral dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi pemotongan di sebagian besar area aplikasi tempat baja kecepatan tinggi awalnya digunakan. Untuk meningkatkan ketangguhan paduan keras, metode peningkatan kandungan Co biasanya diadopsi. Penurunan kekerasan yang dihasilkan sekarang dapat dikompensasi dengan memperbaiki ukuran butiran, dan kekuatan tekuk paduan keras dapat ditingkatkan hingga 4,3GPa, yang telah mencapai dan melampaui kekuatan tekuk baja kecepatan tinggi biasa. Keuntungan lain dari paduan keras berbutir halus adalah tepi pahatnya tajam, terutama cocok untuk pemotongan berkecepatan tinggi pada material yang lengket dan keras.
(3) Alat pemotong ultra keras.
Material perkakas superkeras yang dimaksud adalah berlian buatan dan boron nitrida kubik, serta berlian polikristalin dan boron nitrida kubik polikristalin yang disinter dengan bubuk dan pengikat ini. Berkat ketahanan aus yang unggul dan kemampuan beradaptasi dengan kecepatan pemotongan yang lebih tinggi, perkakas pemotong superkeras telah menjadi material perkakas utama untuk pemotongan berkecepatan tinggi, dan yang lebih penting, perkakas ini dapat memenuhi kebutuhan pemotongan material yang sulit dikerjakan. Oleh karena itu, material perkakas superkeras telah memainkan peran yang semakin penting dalam seluruh bidang proses pemotongan.