Na indústria de fabricação de motores de aviação, as propriedades dos materiais estão constantemente melhorando, e a tecnologia de usinagem CNC para materiais difíceis de usinar (ligas de alta temperatura) se tornou uma preocupação comum na indústria. Os materiais de ferramentas de corte de cerâmica têm as características de alta dureza, boa resistência ao desgaste e ao calor, excelente estabilidade química e não são fáceis de unir com metais. Tornou-se um dos principais materiais de ferramentas para corte de alta velocidade de ligas de alta temperatura. Além disso, a velocidade de corte ideal das ferramentas de cerâmica é de 8 a 10 vezes maior do que a das ferramentas de carboneto cimentado, o que pode melhorar muito a eficiência do corte. Atualmente, novas ferramentas de cerâmica estão constantemente surgindo, e as ferramentas de cerâmica serão responsáveis por 15% a 20% de ferramentas de processamento mecânico em todo o mundo. Seu desenvolvimento pode causar outra revolução no campo do processamento de corte.
Desvantagens das ferramentas de carboneto no processamento de materiais de alta temperatura
Ligas de alta temperatura (principalmente ligas à base de níquel ou cobalto) têm excelente estabilidade e resistência à fluência em altas temperaturas. GH4169 tem alta dureza em temperatura ambiente (até HRC35-47) e boa tenacidade. No entanto, comparado com peças de aço comuns, seu desempenho de usinagem é ruim, e o processo de corte consome mais energia.
Nos últimos 10 anos, a aplicação de ferramentas de carboneto para processar ligas de alta temperatura à base de titânio, níquel e cobalto tem sido amplamente popularizado. A alta dureza e alta tenacidade dos materiais de carboneto em temperaturas de trabalho abaixo de 600 °C o tornam uma ferramenta ideal para cortar ligas de alta temperatura e ligas de titânio. No entanto, as ferramentas de carboneto têm uma fraqueza fatal. Seu ponto de fusão é de cerca de 1200 °C. Quando a temperatura na zona de corte é superior a 800 °C, a resistência e a dureza da lâmina cairão significativamente e o desgaste aumentará. É até difícil concluir o corte normal.
Portanto, ao usar ferramentas de carboneto para cortar materiais de liga de alta temperatura, a fim de evitar temperaturas excessivamente altas na zona de corte, a velocidade linear só pode ser mantida em cerca de 40 m/min. Para peças com grande tolerância de usinagem, devido à baixa velocidade de corte, a taxa de remoção de metal é muito baixa, o tempo da máquina é muito longo e o custo de produção é muito aumentado. Isso faz com que o potencial das modernas máquinas-ferramentas CNC esteja longe de ser totalmente utilizado. Com a melhoria contínua do desempenho de novos motores e o surgimento de novos materiais, as ferramentas de carboneto têm sido difíceis de se adaptar. Portanto, encontrar uma ferramenta de corte mais ideal se tornou uma prioridade máxima.
Vantagens das ferramentas de corte de cerâmica para processamento de materiais de alta temperatura
Já há 20 anos, empresas de motores de aeronaves em países desenvolvidos (como a GE nos Estados Unidos e a Rolls-Royce no Reino Unido) começaram a usar ferramentas de cerâmica para processar materiais de liga de alta temperatura. A maior característica dos materiais cerâmicos é seu alto ponto de fusão (acima de 2000℃). A dureza não cai muito a 1200℃. É um material ideal para substituir ferramentas de carboneto para obter cortes de alta velocidade. No entanto, no meu país, devido a vários motivos, o uso dessas ferramentas não foi amplamente popularizado.
A formação de cavacos no processamento de corte é um processo típico de grande deformação, envolvendo não linearidade de material, não linearidade geométrica e não linearidade de contorno. No processo de corte de alta velocidade, também envolve problemas de acoplamento térmico.
Os famosos especialistas em corte Piisnen e Merchant apontaram no mecanismo de formação de cavacos proposto já em 1945. Sob a ação da força de cisalhamento (força de corte), os limites dos grãos próximos à superfície de cisalhamento começam a ser rasgados e deformados, separados da matriz para formar cavacos e gerar muito calor. Na verdade, cerca de 80% do calor de corte é gerado por isso.
O cerne do uso de ferramentas cerâmicas para obter cortes de alta velocidade é fazer uso total das características de alta temperatura dos materiais cerâmicos. Aumentar a velocidade de corte fará com que o calor de corte se acumule continuamente, a temperatura da zona de corte aumentará, os cavacos serão amolecidos e o corte se tornará muito fácil. Embora a tenacidade e a resistência ao desgaste dos materiais cerâmicos sejam muito diferentes daquelas dos materiais de carboneto cimentado, sua estabilidade em alta temperatura está muito além do alcance das ferramentas de carboneto cimentado. Portanto, aumentar a velocidade linear é a maneira mais eficaz de aumentar a temperatura da zona de corte. Teoricamente, a velocidade de corte e a taxa de remoção de metal das ferramentas cerâmicas devem ser de 5 a 10 vezes ou até mais do que as das ferramentas de carboneto cimentado.
Ao promover, os fabricantes de ferramentas apenas propuseram que ferramentas de cerâmica são adequadas para processar materiais acima de HRC55, e não há relatórios correspondentes sobre materiais menores que HRC55. Este artigo fala sobre minha própria experiência no processamento de materiais menores que HRC55.
Devido ao uso de longo prazo de ferramentas de metal duro, os operadores se acostumaram ao corte de baixa velocidade, e este método de processamento adequado para metal duro é precisamente o maior tabu no processamento de ferramentas de cerâmica. Ao usar ferramentas de cerâmica, por razões de segurança, os operadores sempre têm medo de aumentar a velocidade e até esperam usar ferramentas de cerâmica em tornos comuns. A maioria dos problemas encontrados no uso de ferramentas de cerâmica no passado foram causados por velocidade de corte insuficiente.
Questões que requerem atenção no processamento de ferramentas de corte de cerâmica
A velocidade é a chave para a vida útil da lâmina. Devemos mudar nossa mentalidade e aumentar corajosamente a velocidade de corte. Garantir que calor de corte suficiente seja gerado durante o processo de corte é a chave para melhorar a vida útil da ferramenta. No entanto, quanto maior a velocidade de corte, melhor. Se a temperatura de corte for muito alta, muito calor de corte não pode ser retirado e permanece na matriz, fazendo com que a temperatura das peças aumente e as peças se deformem devido ao estresse térmico. Além disso, no teste, descobrimos que, uma vez que a velocidade excede um certo limite, a lâmina se desgasta muito rapidamente.
A resistência ao desgaste de materiais cerâmicos não é tão boa quanto a do carboneto cimentado. Se vários cortes forem feitos com profundidade de corte igual, o desgaste da ranhura perpendicular à lâmina inevitavelmente aparecerá no ponto de contato entre a lâmina e a peça. Portanto, é necessário mudar constantemente o ponto de contato entre a lâmina e a peça de trabalho. Este método é muito eficaz para estender a vida útil da lâmina.
Comparados com o carboneto cimentado, os materiais cerâmicos ainda são relativamente frágeis. Portanto, a vibração deve ser eliminada resolutamente durante o processo de corte. Isso requer que a máquina-ferramenta tenha potência suficiente, o fuso gire suavemente, o avanço seja uniforme e a rota de corte seja "corte por pressão". Não tente usar ferramentas cerâmicas em máquinas-ferramentas comuns.
Para materiais de dureza diferente, parâmetros de corte e trajetórias de ferramentas razoáveis devem ser selecionados. Otimize a combinação de avanço e velocidade de corte, somente dessa forma pode-se garantir um corte eficiente.
Se ocorrer lascamento local na parte frontal da lâmina, ele é causado pela pressão gerada pelo aumento do desgaste na lateral. Esse fenômeno geralmente não afeta o desempenho da ferramenta. Na verdade, depois que a parte frontal da lâmina é lascada, uma nova lâmina afiada será produzida, e o corte pode continuar com resultados de corte satisfatórios. Na usinagem fina, o "lascamento" afetará o acabamento e produzirá "rebarbas". Ao "lascar", faíscas podem ser vistas na frente da lâmina. Essa faísca é causada pelos cavacos de ferro de alta temperatura que passam pela superfície áspera da lâmina. O avanço deve ser reduzido para concluir esse corte.
Antes do próximo corte, verifique se a lâmina precisa ser substituída. Ao usinar grosseiramente, faça uso total da lâmina “lascada” e não decida abandonar a lâmina precipitadamente. A lâmina “lascada” pode continuar a ser usada até que ela realmente não consiga cortar.
As lâminas de cerâmica não quebram seriamente e não causam acidentes, a menos que erros sérios sejam cometidos. As principais formas de desgaste das lâminas de cerâmica são lascas e desgaste da face posterior. O chamado desgaste de flanco é uma forma de desgaste progressivo, que existe em todos os tipos de ferramentas. Seu grau de desgaste e velocidade de corte correspondente são indicadores da vida útil da ferramenta. Para peças de liga à base de níquel, o desgaste da ranhura das lâminas de cerâmica ocorre na linha de profundidade de corte. O método de aplicação ideal deve ser que o desgaste da ranhura atinja o máximo enquanto o desgaste do flanco também atinja o máximo. O desgaste da ranhura pode se estender até 1/3 da espessura da lâmina. O desgaste rápido da ranhura ou lascas geralmente ocorre na área de corte, o que é causado por calor insuficiente na área de corte. Pode ser corrigido aumentando a velocidade de corte ou reduzindo o avanço ou ajustando ambos ao mesmo tempo.
O caminho da ferramenta para ferramentas de carboneto deve ser diferente daquele para lâminas de cerâmica. Lâminas de cerâmica falharão rapidamente devido ao desgaste do sulco. O método de programação e o caminho da ferramenta de corte de ferramenta de cerâmica não são completamente os mesmos que os das ferramentas de carboneto. Caminhos de ferramenta e parâmetros de corte apropriados devem ser usados.
Ferramentas de cerâmica não são adequadas para acabamento de peças de paredes finas com espessura de parede inferior a 2 mm. Ferramentas de carboneto ainda devem ser usadas. Conclusão Os materiais cerâmicos são os materiais de ferramentas mais promissores e competitivos do século XXI. Seu desenvolvimento pode causar outra revolução no campo do processamento de corte. Embora tenhamos adquirido alguma experiência no processo de tentativa, ainda precisamos conduzir mais experimentos para expandir a variedade de materiais de processamento. Somente dominando o desempenho das ferramentas de cerâmica podemos aplicá-las melhor ao processamento de ligas de alta temperatura.
