Le frese in metallo duro WC-Co sono comunemente utilizzate per la fresatura di leghe di titanio. Le caratteristiche del materiale degli utensili influiscono direttamente sulla durata dell'utensile e sull'efficienza di fresatura. L'estensione della durata dell'utensile della lavorazione della lega di titanio e il miglioramento dell'efficienza della lavorazione sono sempre stati temi caldi nel settore.

In questo studio, sono stati preparati due diversi materiali del corpo della matrice per prestazioni ad alta temperatura aggiungendo tracce di carburo di TaC (NbC) al corpo della matrice di carburo. La durezza ad alta temperatura e la tenacità alla frattura ad alta temperatura dei due carburi sono state testate utilizzando un durometro Vickers ad alta temperatura. Sono state preparate frese integrali in metallo duro con gli stessi parametri geometrici sulla base dei due materiali del corpo della matrice e sono state eseguite prove di fresatura in lega di titanio TC4. Analizzando la durata dell'utensile ei modelli di usura, è stato studiato l'impatto del TaC (NbC) sulle prestazioni di usura degli utensili di fresatura in metallo duro nella fresatura ad alta velocità.

 

Condizioni sperimentali e metodi di prova

Per l'esperimento sono stati preparati due diversi materiali in carburo a base di WC-Co con diverse composizioni, denominati A e B. Tracce di carburo di TaC (NbC) sono state aggiunte al materiale A, con una frazione di massa inferiore a 0,1%. Le composizioni dei due carburi sono riportate nella Tabella 1.

La durezza ad alta temperatura e la tenacità alla frattura ad alta temperatura dei materiali A e B a diverse temperature sono mostrate rispettivamente nelle Figure 2 e 3.

Sulla base dei due materiali in metallo duro A e B, sono state preparate di conseguenza le frese a candela piana a quattro taglienti A e B con gli stessi parametri geometrici. Le specifiche e i parametri degli strumenti sono mostrati nella Tabella 2.

Il materiale del pezzo per la prova di fresatura è la lega di titanio ricotto TC4, con una durezza del materiale di 28,2 HRC. Il test di fresatura è stato eseguito su un centro di lavoro verticale Mazak Nexus 430A-II e i parametri di lavorazione sono riportati nella Tabella 3.

Risultati sperimentali e discussione

Nelle stesse condizioni di fresatura, le curve di usura sul fianco delle frese A e B nella lavorazione della lega di titanio TC4 sono mostrate in Figura 4. La Figura 5 mostra le morfologie di usura sul fianco delle due frese.

 

Dalle figure 4 e 5 si può vedere che quando la distanza di fresatura è inferiore a 60 m, entrambi i tipi di frese in metallo duro si trovano nella normale fase di usura e la quantità di usura sulla superficie posteriore dell'utensile aumenta lentamente. Questa fase è principalmente nella fase iniziale della fresatura, dove il rivestimento dell'utensile ha una buona resistenza all'usura e un buon isolamento, che protegge efficacemente il corpo della matrice dell'utensile durante questa fase.

Tuttavia, a causa dell'elevata temperatura di fresatura della lega di titanio, man mano che la fresatura continua, il rivestimento sul tagliente dell'utensile si consuma, esponendo il corpo della matrice dell'utensile. Il tagliente dell'utensile sopporta direttamente forti shock termici e meccanici. Poiché il corpo della matrice delle frese A è addizionato di carburo in lega traccia TaC (NbC), la sua durezza ad alta temperatura e tenacità alla frattura ad alta temperatura sono superiori a quelle delle frese B. Pertanto, le frese A presentano più vantaggi rispetto alle frese B in termini di quantità di usura sulla superficie posteriore dell'utensile.

 

Analisi del cedimento delle frese

Dopo aver fresato 200 m utilizzando le frese verticali A e B, le posizioni usurate delle punte degli utensili sono state analizzate utilizzando un microscopio elettronico a scansione. Le morfologie di usura della punta delle due frese verticali sono mostrate in Figura 6.

Dalla Figura 6, si può vedere che l'aggiunta di tracce di carburo di lega TaC(NbC) nella fresa verticale A ha migliorato la tenacità alla frattura ad alta temperatura del carburo WC-Co, ha soppresso la formazione e la propagazione di cricche all'interno del corpo della matrice dell'utensile e ha esteso la vita dell'utensile. D'altra parte, la tenacità alla frattura ad alta temperatura della fresa verticale B è inferiore a quella di A, e quando il bordo di fresatura è sottoposto a forti shock termici e carichi meccanici, le crepe si formano facilmente e si espandono continuamente, causando la matrice dell'utensile il materiale del corpo sul bordo di fresatura si rompa e, in ultima analisi, provochi il cedimento dell'utensile.

Conclusione

Sotto gli stessi elementi principali, il materiale in metallo duro A con tracce di carburo in lega TaC(NbC) ha una durezza alle alte temperature e una resistenza alla frattura più elevate rispetto al materiale in metallo duro B senza l'aggiunta di tracce di carburo in lega TaC(NbC). A 800 ℃, la durezza ad alta temperatura è aumentata di circa 14,5% e la tenacità alla frattura ad alta temperatura è aumentata di circa 10,2%.

Quando si fresa la lega di titanio TC4 nelle stesse condizioni, l'utensile con tracce aggiunte di carburo di lega TaC(NbC) ha una migliore resistenza all'usura. Quando la distanza di fresatura è di 200 m, la quantità di usura sulla superficie posteriore della fresa verticale A è di 0,076 mm, mentre la quantità di usura sulla superficie posteriore della fresa verticale B è di 0,13 mm.

La tenacità alla frattura ad alta temperatura del materiale in metallo duro A con l'aggiunta di TaC(NbC) è migliore. Nelle stesse condizioni di fresatura, la ritenzione del bordo di fresatura della fresa verticale A è migliore e vi sono significativamente meno cricche nell'area di rottura usurata rispetto alla fresa verticale B.