Zalety i wady noży ceramicznych

Narzędzia ceramiczne wykazały coraz szerszą perspektywę zastosowania w dziedzinie cięcia metali ze względu na ich doskonałą oporność o wysokiej temperaturze i możliwości przetwarzania szybkiego. Jednak ze względu na ograniczone zrozumienie narzędzi ceramicznych w branży wiele firm przetwórczych nie wykorzystało jeszcze w pełni potencjału tego rodzaju narzędzia i nawet nie zdało sobie sprawy z jego wykonalności i ekonomii w zastępowaniu tradycyjnych narzędzi w niektórych obszarach.

 

1. Podstawowe zalety narzędzi ceramicznych

Materiały ceramiczne mają doskonałą przewodność cieplną podczas cięcia, co może skutecznie prowadzić dużą ilość ciepła wytwarzanego w obszarze cięcia od krawędzi tnącej, przedłużając żywotność krawędzi tnącej i poprawiając ogólną żywotność narzędzia. W przeciwieństwie do tego, powszechnie używane materiały, takie jak cementowany węglik, azotek boru sześciennego (CBN) i polikrystaliczny diament (PCD) mają słabą przewodność cieplną, a ciepło można łatwo skoncentrować w pobliżu krawędzi tnącej, powodując przyspieszone zużycie narzędzia.

Ze względu na dobrą przewodność cieplną narzędzia ceramiczne można wyciąć przy znacznie wyższych prędkościach liniowych. Na przykład, podczas obróbki stopów opornych na ciepło, typowa prędkość cięcia narzędzi cementowanych węglika wynosi około 125 SFM (stóp powierzchni na minutę), podczas gdy prędkość cięcia narzędzi ceramicznych może osiągnąć od 800 do 1500 SFM, a niektóre zaawansowane materiały ceramiczne mogą nawet osiągnąć 1600 SFM. Ta szybka zdolność obróbki znacznie poprawia wydajność produkcji na jednostkę czasu.

 

2. Ograniczenia narzędzi ceramicznych

Pomimo zalet szybkiego obróbki, narzędzia ceramiczne mają również pewne ograniczenia. Po pierwsze, ze względu na twardość i kruchość samego materiału, narzędzia ceramiczne trudno jest wytwarzać bardzo ostre krawędzie, co powoduje niższą ostrość cięcia niż narzędzia z węglikiem cementowym. Ponadto narzędzia ceramiczne mają wysokie koszty produkcji. Przykładowując wkładki, które można indeksować jako przykład, wkładki ceramiczne wymagają wielu precyzyjnych procesów szlifowania po utworzeniu i trudno jest osiągnąć tanie produkcję masy, takich jak węgliek cementowany. W zależności od określonych wymagań dotyczących wielkości i kształtu cena wkładek ceramicznych może wynosić 1,5 do 4 razy większe niż tradycyjne wstawki; a koszt całego narzędzia ceramicznego może wynosić 2 do 4 razy więcej narzędzi.

Ponadto szybka operacja wymaga dużego sprzętu. Chociaż niektóre firmy są zainteresowane narzędziami ceramicznymi, często nie mogą one pełna gry w wydajności narzędzi ceramicznych, ponieważ narzędzia maszynowe nie mogą osiągnąć wymaganej prędkości wysokiej wrzeciona lub nie ma odpowiedniej wiedzy parametrów narzędzia.

 

3. Typowe obszary zastosowania

Narzędzia ceramiczne są szeroko stosowane w różnych materiałach o wysokiej temperaturze, wysokiej jakości lub trudnych do przetwarzania, w tym między innymi:

1. Stal nierdzewna o wysokiej twardości
Narzędzia ceramiczne nadają się do przetwarzania stali nierdzewnej o twardości Rockwell od 32 do 35 lub wyższych. W tak wysokiej twardości temperatura obszaru przetwarzania jest wyjątkowo wysoka, a stabilność termiczna i szybka wydajność ceramiki są w pełni wykorzystywane. Jeśli twardość przetworzonego materiału jest niska, łatwo jest powodować problemy z topieniem powierzchni, a nawet spalanie z powodu gromadzenia się ciepła cięcia.

 

2. Materiały metalurgiczne proszku
Metallurgia proszkowa jest szeroko stosowana w produkcji części samochodowych. Ma zarówno cechy ścierne, jak i wysokiej temperatury, a narzędzie bardzo szybko się nosi. Chociaż narzędzia CBN są zwykle używane do przetwarzania, ich koszt jest wyjątkowo wysoki. Narzędzia ceramiczne dobrze działają na takich materiałach i są znacznie tańsze niż CBN.

 

3. Zakresowane grafitowe żeliwo (CGI)
CGI to nowy rodzaj żeliwa o wysokiej wytrzymałości, który jest szeroko stosowany w produkcji bloków cylindrów silnika Diesla. Tradycyjne narzędzia są bardzo łatwe w noszeniu i drogie. Narzędzia ceramiczne wykazują dobrą opłacalność w przetwarzaniu CGI, a ich żywotność usług może osiągnąć ponad 10 razy więcej narzędzi do węglików.

 

4. Alternatywny proces szlifowania
Podczas przetwarzania niektórych części o wysokiej twardości ceramiczne narzędzia mogą zastąpić zewnętrzne cylindryczne procesy mielenia lub szlifowania powierzchni, znacznie poprawić szybkość usuwania materiału i skrócić ogólny czas przetwarzania. Jednocześnie, w przeciwieństwie do ograniczeń tworzenia koła szlifowania, narzędzia ceramiczne mogą osiągnąć bardziej elastyczne kontury przetwarzania poprzez programowanie CNC.

 

5. Wymiana obróbki elektrospark (EDM)
W niektórych przetwarzaniach sprzętu do produkcji lub stwardnienia formy ceramiczne młyny końcowe mogą zastąpić proces zgrubnego obróbki w tworzeniu wyładowania elektrod, szybko usunąć materiały, a tym samym zmniejszyć liczbę wymaganych elektrod i ich czas przetwarzania.

 

4. Nowy postęp w materiałach i procesach

W ostatnich latach ceramiczne materiały i procesy narzędzi były stale aktualizowane, znacznie poprawiając ich właściwości mechaniczne i możliwość dostosowania przetwarzania. Na przykład:

Materiały wzmacniające ceramiczne wąsy: Poprzez wzrost struktur fazowych wzmacniających (takich jak wąsy) w matrycy ceramicznej, odporność na pęknięcie i odporność na uderzenie narzędzia są znacznie ulepszone, dzięki czemu nadaje się do przybliżonych obróbki i nieciągłych warunków cięcia.

 

Kompozytowe ceramiczne materiały konstrukcyjne: nowe materiały łączą ceramikę i węgliki w sposób i wykorzystują synergiczny wpływ ceramicznej przewodności cieplnej i ścieżek przewodzenia termicznego węgla. Bez dodawania spoiwa kobaltu poprawia się wydajność dyfuzji ciepła i żywotność narzędzia. Ten rodzaj materiału został wykorzystany w przetwarzaniu stopów o wysokiej temperaturze, takich jak silniki samolotów, a prędkość cięcia może osiągnąć dwukrotność tradycyjnej ceramiki.

 

Wniosek

Postęp technologiczny narzędzi ceramicznych sprawił, że są wysoce konkurencyjne na polach stopów w wysokiej temperaturze, metalurgii proszku, CGI i tradycyjnego szlifowania. Chociaż nadal istnieją problemy, takie jak wysokie koszty, wąskie okno przetwarzania i ograniczony kształt narzędzia, jego zalety w zwiększaniu prędkości cięcia, zmniejszaniu cyklu przetwarzania i przedłużenia żywotności narzędzia nie można zignorować. Wraz z ciągłym postępem technologii maszynowej i gromadzeniem się doświadczenia użytkowania, oczekuje się, że narzędzia ceramiczne będą szeroko stosowane w większej liczbie dziedzin.