Мы знаем, что керамика режущие инструменты очень подходят для обработки закаленной стали, жаропрочных сплавов или жаропрочных сплавов, но операторы часто ошибочно следуют методам обработки твердого сплава. Им необходимо развязать этот «карбидный комплекс» и учесть особые требования обработки керамического инструмента. Выберите подходящую форму вставки и жесткость станка, инструментальной планки и приспособления в соответствии с обрабатываемым материалом.
Комплекс твердосплавных инструментов: неправильное использование керамических инструментов
Высокие температуры являются главным врагом обработки карбида. Поэтому большинство операторов будут снижать скорость резания и увеличивать скорость подачи, а когда ситуация плохая, они будут еще больше снижать скорость шпинделя. Однако этот метод обработки, который наиболее подходит для карбида, как раз и является самым большим табу в обработке керамического инструмента, поскольку большинство проблем, возникающих при обработке керамического инструмента, вызваны недостаточной скоростью резания и чрезмерной скоростью подачи.
Высокая температура оказывает на керамику иное воздействие, чем на твердосплавные фрезерные инструменты. В процессе резки разрезаемый материал отталкивается от зоны сдвига на передней поверхности инструмента, и тепло резки также накапливается в этой зоне. По мере увеличения скорости резания тепло, выделяемое в зоне сдвига, не может быть отведено стружкой отходов за короткое время, что приведет к образованию высокой температуры и эффекту размягчения.
Режущие свойства керамических инструментов
Температура плавления твердого сплава составляет около 1199℃, и высокая температура может легко вызвать деформацию и повреждение матрицы твердосплавных пластин. Поэтому снижение скорости резания часто может обеспечить разумный срок службы твердосплавных пластин. Температура плавления керамических материалов достигает 1999℃, поэтому высокая температура, возникающая во время высокоскоростной обработки, полезна для керамических пластин.
Наиболее подходящая скорость резания для керамических пластин намного выше, чем у твердосплавных пластин. Высокотемпературный эффект, возникающий при высокоскоростной резке, размягчает обрабатываемый материал, тем самым значительно снижая сопротивление при резке. Поэтому при тех же условиях выбор керамических пластин, которые более хрупкие, чем твердосплавные пластины, может легко достичь того же эффекта резания, что и твердосплавные пластины. Иногда использование керамических инструментов может увеличить скорость съема материала с сотен футов в минуту до тысяч футов в минуту.
Правильное сочетание скорости резания и скорости подачи создаст идеальную среду для керамических вставок в зоне сдвига. Но снижение скорости шпинделя приведет к искрообразованию инструмента, что приведет к выходу из строя лезвия и инструмента.
Материал керамических вставок, с покрытием или без покрытия, основан на матрице из нитрида кремния или оксида алюминия. Керамические инструменты на основе нитрида кремния обычно обладают хорошей прочностью и больше подходят для черновой токарной обработки и фрезерования ковкого чугуна, ковкого чугуна и других труднообрабатываемых чугунов и высокотвердых сплавов. Помимо того, что они очень подходят для обработки чугуна, керамические инструменты на основе нитрида кремния также подходят для обработки стальных материалов с твердостью ниже HRC65. Их можно использовать при токарной обработке валков и обработке высокотемпературных сплавов, где нельзя использовать керамику, армированную нитевидными кристаллами, из-за слишком низкой скорости. При токарной обработке и фрезеровании чугуна линейная скорость поверхности 1524 м/мин может обеспечить наиболее экономичный срок службы инструмента.
Классификация и применение керамических инструментальных материалов
Керамика на основе оксида алюминия имеет хорошую износостойкость и умеренную твердость и является наиболее экономичным керамическим инструментальным материалом. Однако их следует избегать при прерывистой, ударной или высокотвердой обработке материалов. Керамика на основе оксида алюминия в основном используется для получистовой и чистовой обработки серого чугуна. Высокая прочность на сжатие этого материала делает его очень подходящим для расточки чугуна. Однако керамика на основе оксида алюминия имеет плохую термостойкость и поэтому не подходит для использования охлаждающих жидкостей во время обработки.
Новые керамики на основе оксида алюминия, содержащие монокристаллы или нитевидные кристаллы карбида кремния (SiC), имеют высокие температуры плавления, высокую прочность и хорошую химическую стабильность, износостойкость и стойкость к тепловому удару. Усики повышают прочность керамических материалов на излом.
Керамические вставки, армированные нитевидными кристаллами, редко ломаются или ломаются так катастрофически, как традиционные карбидные вставки. Обычно керамические вставки, армированные нитевидными кристаллами, изнашиваются только постепенно в предсказуемом режиме повреждения.
Керамика, армированная нитевидными кристаллами, прочнее других керамических материалов и отлично подходит для обработки высокотемпературных сплавов и подобных материалов, таких как закаленная сталь, высокотвердый чугун, плазменное напыление и обработка поверхности сваркой. Например, при использовании керамики, армированной нитевидными кристаллами, для обработки сплавов с высоким содержанием никеля температура интерфейса может достигать 982°C, а скорость съема материала может быть в 10 раз выше, чем у твердосплавных инструментов. Высокая прочность керамики, армированной нитевидными кристаллами, делает ее очень подходящей для прерывистой токарной обработки, фрезерования и обработки штампов/пресс-форм.
Благодаря хорошей устойчивости к тепловому удару керамические инструменты с нитевидными кристаллами можно использовать для сухой и влажной резки, а также для периодического охлаждения, не беспокоясь о сколах или термических трещинах.
Керамика с покрытием, армированная нитевидными кристаллами, очень подходит для непрерывных получистовых и чистовых операций и аналогичных легких и среднеинтенсивных операций, требующих длительного срока службы инструмента. Срок службы керамических инструментов с покрытием в три раза превышает срок службы керамических инструментов без покрытия, но они не подходят для обработки в жестких условиях, таких как фрезерование и прерывистая резка.
Керамические инструменты не рекомендуются для обработки титановых металлов. Титан имеет очень низкую температуру возгорания, и обработка керамическим инструментом неизбежно приведет к возникновению высоких температур, которые могут легко вызвать пожар.
Требования к зажиму и жесткости керамических инструментов
Жесткость инструментальной планки так же важна, как и жесткость станка. В условиях большого объема керамические вставки должны быть закреплены на специальных инструментальных планках, которые не позволяют вставкам совершать небольшие перемещения. Жесткость инструментальной планки особенно важна при точении с длинными вылетами. Большие вылеты облегчают инструментальной планке небольшие прогибы во время высокоскоростной резки, а прогибы вызывают вибрации, которые повреждают керамический инструмент. Поэтому длина вылета инструментальных планок для керамических вставок должна быть как можно короче, поскольку сила, создаваемая прогибом инструментальной планки, увеличивается кубически с длиной вылета. То есть, если другие условия остаются неизменными, вылет инструментальной планки увеличивается в 1 раз, а прогиб инструментальной планки увеличивается в 8 раз по сравнению с предыдущим.
Расточные резцы обычно имеют большее отношение сторон, чем внешние токарные резцы, поэтому разумно использовать тяжелые металлические и твердосплавные расточные резцы. В общем, сплавы на основе никеля можно обрабатывать стальными расточными резцами с отношением сторон в 3 раза, тяжелыми металлическими расточными резцами с отношением сторон в 5 раз (например, тяжелые металлические антивибрационные резцы) и твердосплавными расточными резцами с отношением сторон в 7 раз.
