Высокоскоростное точение керамикой

Почему керамические пластины показывают превосходный результат при высокоскоростном точении металлов? Современные пластины из керамики при правильной эксплуатации являются эффективным средством для достижения высокой производительности по сравнению с твердосплавными пластинами.

Why ceramic tools are excellent in the high speed machining of metals? Modern ceramic tools at right operation are effective means for attainment of a high productivity in comparison with carbides.

Керамические сплавы имеют очень высокую твердость, хорошее сопротивление к окислению в сравнении с другими инструментальными материалами, а также стойкость к образованию трещин и ударопрочность при температуре свыше 1000 градусов. Однако, они являются достаточно ломкими при комнатной температуре. Механические и температурные свойства различных металлорежущих материалов показаны в таблице 1.

Алюмооксидная керамика (Al₂O₃) имеет великолепное сопротивление к окислению и высокую стойкость при высокоскоростном беспрерывном точении материалов на основе железа. Нитрид кремния (Si₃N₄) имеет высокую стойкость к образованию трещин и хорошее сопротивление к окислению. Это лучшее решение в черновой обработке материалов на основе железа.

В каких случаях лучше использовать керамические пластины?

Общепринято и справедливо считается, что керамические пластины следует применять для обработки каленых материалов. Например, при беспрерывном точении чугуна и прошедших термообработку материалов рекомендуется использовать керамику на основе оксида алюминия. А пластины на основе нитрида кремния лучше стоят при черновой обработке чугуна и высокоскоростной обработке жаропрочных материалов на основе никеля. Теперь подробнее.

1. Термообработанные материалы.
Керамика на основе оксида алюминия применяется для высокоскоростной обработки закаленной стали благодаря превосходному сопротивлению к окислению и температурной стабильности. TaeguTec имеет несколько видов таких керамических сплавов. Например, АВ30 (рис. 2) применяется для точения сталей, таких как углеродистые и низколегированные. АВ20 (рис. 3) — для высоколегированных материалов и сталей с высокой твердостью. ТВ650 (CBN) — сплав, который рекомендуется для обработки только закаленных сталей. На диаграмме (рис. 1) схематически показана область применения рассмотренных керамических пластин в зависимости от обрабатываемого материала и его твердости. Благодаря высокой твердости и стойкости к окислению сплав AB20 подходит для механической обработки сверхтвердых материалов типа CrMoNi и инструментальных сталей.

2. Чугун.
Как правило, действительно лучшим решением в высокоскоростной обработке чугуна являются керамические пластины за счет высокой твердости и умеренной вязкости. Керамический сплав из чистого оксида алюминия AW20 (рис. 4) лучше всего применять при высокоскоростной обработке чугунных деталей типа цилиндр. Обладая превосходной стойкостью к окислению и температурной стабильностью, этот материал значительно превосходит по этим параметрам аналогичные сплавы конкурентов. Керамика же на основе нитрида кремния (AS500 и AS10 (рис. 5)) имеет шикарное сопротивление к выкрашиванию и умеренную твердость. Поэтому данные сплавы рекомендуют использовать для черновых операций в токарной обработке чугуна. Например, для производства таких деталей, как чугунный автомобильный диск и фрезерование блока цилиндров.

3. Жаропрочные материалы. Высокопроизводительную обработку жаропрочных сталей, а также материалов на основе никеля лучше всего осуществлять керамическими пластинами. Данный тип материалов очень тяжел в обработке и его обычно применяют в аэрокосмической отрасли. Керамику на основе нитрида кремния (AS20) рекомендуют для высокоскоростной обработки точением и фрезерованием Инконеля 718. Данный сплав имеет высокую стойкость к выкрашиванию и умеренную температурную стабильность.

Какие преимущества в использовании керамики TaeguTec?

Керамические сплавы обеспечивают высокую производительность и значительно сокращают затраты на инструмент по сравнению с твердосплавными пластинами.

Как сказано выше, по своим характеристикам керамические сплавы значительно превышают физические характеристики твердых сплавов в случае правильного их применения. Физические характеристики керамических пластин TaeguTec представлены в таблице 2. Из нее видно, что сплавы на основе нитрида кремния (AS10 и AS500) имеют высокую стойкость к выкрашиванию по сравнению с материалами на основе оксида алюминия, показывающими более высокую твердость. Детальное сравнение сплавов на основе нитрида кремния и оксида алюминия можно посмотреть в таблице 3. По продолговатой микроструктуре видно, что нитрид кремния более вязок, чем оксид алюминия. В то же время оксид алюминия является более жестким материалом по причине жесткой мелкозернистой структуре. Поэтому мы рекомендуем сплав AS10 (или AS500) для черновой обработки чугунов, тогда как AW20, AB20 и AB30 применяются для беспрерывного точения на высоких скоростях.

Если говорить об опыте применения таких материалов в промышленности, то следует рассмотреть следующие примеры.

1. Высокоскоростное точение цилиндров.
Очень хороший результат в обработке цилиндров показывает сплав AW20 (AW1030). Он демонстрирует высокую стойкость по сравнению с другими сплавами и оставляет после обработки хорошее качество поверхности. Полноценный пример показан на рисунке 6. Стойкость сплава AW1030 вдвое превышает стойкость пластины конкурента (А1). Сплав AW1030 – керамика из чистых оксидов с PVD TiAlN покрытием и специально подготовленной кромкой, за счет чего достигается превосходная стойкость пластины. Данная разработка запатентована.

2. Точение диска.
Для высокоскоростного точения чугунных дисков лучше всего подходит сплав AS500. Он имеет высокую твердость и к тому же хорошую стойкость к выкрашиванию благодаря специальному дизайну и новой технологии изготовления. Надежность этого сплава была подтверждена большим количеством производственных испытаний по всему миру. Рисунок 3 показывает керамические пластины после точения дисков. Сплав AS500 имеет стойкость на 30% выше, чем у ближайшего по качеству конкурента со сходным составом сплава.

Благодаря сочетанию двойной альфа/бета фазы сплава SiAlON и кристаллической связки мы получаем великолепную стойкость инструмента. Альфа фаза сплава SiAlON обеспечивает хорошую износостойкость, а бета фаза увеличивает устойчивость к выкрашиванию. В сумме эти свойства обеспечивают высокую производительность по сравнению с любыми конкурентами в операции точения диска.

3. Стальные валки.
Керамические пластины – хороший выбор для чернового точения валков на основе железа с высокой твердостью, особенно из быстрорежущей, высокохромистой или никельсодержащей сталей. Сплав AS500 рекомендуют для чернового точения, в то время как АВ20 применяется для чистовой обработки чрезвычайно твердых валков. К примеру, черновое точение валков показано на рисунке 8. На нем видно, что у сплава AS500 стойкость на 40% выше, чем у сплава конкурента на основе SiN. Чистовое точение показано на примере испытания на рисунке 9. Сплав АВ20 имеет превосходную стойкость на финишных операциях обработки быстрорежущих валков.

Итог

Компания TaeguTec изготавливает уникальные и высококачественные металлорежущие керамические пластины для различных операций, таких как высокоскоростное точение блоков цилиндров или обработка большими пластинами твердосплавных валков. Сплав на основе SiAlON AS500 является новейшей разработкой для высокоскоростного точения чугунных дисков, бандажей подшипников и чернового точения железосодержащих валков. PVD сплав AW11030 лучшее решение в беспрерывном точении серого чугуна. В то время как сплав PVD AB2010 имеет высокую стойкость инструмента, в скоростном точении закаленных сталей. Рекомендуемые сплавы и режимы резания показаны в таблице 4.

Более подробную информацию о новых разработках и новинках мирового лидера в металлообработке компании TaeguTec можно узнать на официальном сайте украинского филиала «ТАЕГУТЕК УКРАИНА».К Вашим услугам — высококвалифицированный штат технологов и логистов (более 20 человек), оперативный склад инструмента в Днепропетровске, а также поставки из Южной Кореи — 1–2 раза в неделю.

ООО «ТаегуТек Украина»
г. Днепропетровск,
пр. Пушкина, 40-б
Тел.: 38 056 790-70-99
Факс: 38 056 790-71-18
td@taegutec.com.ua
http://www.taegutec.com.ua