Výhody a nevýhody keramických nožov

Keramické nástroje preukázali čoraz širokejšiu perspektívu aplikácií v oblasti rezania kovov kvôli vynikajúcej vysokej teplotnej odolnosti a vysokorýchlostným schopnostiam spracovania. Z dôvodu obmedzeného porozumenia keramických nástrojov v priemysle však mnoho spoločností spracovania zatiaľ nevyužívalo potenciál tohto typu nástroja a ani si neuvedomili svoju uskutočniteľnosť a hospodárstvo pri nahradení tradičných nástrojov v niektorých oblastiach.

 

1. Základné výhody keramických nástrojov

Keramické materiály majú počas rezania vynikajúcu tepelnú vodivosť, ktorá môže účinne vykonávať veľké množstvo tepla generovaného v reznej ploche od špičkovej hrany, čím sa rozširuje životnosť reznej hrany a zlepšuje celkovú životnosť nástroja. Naopak, bežne používané materiály, ako je cementovaný karbid, kubický bór nitrid (CBN) a polykryštalický diamant (PCD), majú zlú tepelnú vodivosť a teplo sa ľahko koncentruje blízko reznej hrany, čo spôsobuje zrýchlené opotrebenie nástroja.

Kvôli dobrej tepelnej vodivosti je možné keramické nástroje rezať oveľa vyššími lineárnymi rýchlosťami. Napríklad pri obrábaní zliatiny odolných voči teplom je typická rýchlosť rezania cementovaných karbidových nástrojov asi 125 SFM (povrchové nohy za minútu), zatiaľ čo rýchlosť rezania keramických nástrojov môže dosiahnuť 800 až 1500 SFM a niektoré pokročilé keramické materiály môžu dokonca dosiahnuť 1600 SFM. Táto vysokorýchlostná schopnosť obrábania výrazne zlepšuje účinnosť výroby na jednotkový čas.

 

2. Obmedzenia keramických nástrojov

Napriek výhodám vysokorýchlostného obrábania majú keramické nástroje aj určité obmedzenia. Po prvé, z dôvodu tvrdosti a krehkosti samotného materiálu je pre keramické nástroje ťažké produkovať veľmi ostré hrany, čo vedie k nižšej reznej ostrosti ako nástroje s cementovaným karbidom. Keramické nástroje majú okrem toho vysoké náklady na výrobu. Ako príklad, ktorý je možné indexovať, si po vytvorení vyžadujú veľa presných procesov mletia a je ťažké dosiahnuť nízkonákladovú hmotnostnú výrobu, ako je cementovaný karbid. V závislosti od požiadaviek na konkrétnu veľkosť a tvar môže byť cena keramických vložiek 1,5 až 4 -násobok tradičných vložiek; a náklady na celý keramický nástroj môžu byť 2 až 4 -násobok bežných nástrojov.

Okrem toho vysokorýchlostná prevádzka vyžaduje vysoké vybavenie. Aj keď sa niektoré spoločnosti zaujímajú o keramické nástroje, často nemôžu plnej hry hrať výkon keramických nástrojov, pretože obrábacie stroje nemôžu dosiahnuť požadovanú rýchlosť vysokého vretena alebo chýbajú príslušné znalosti o parametroch nástroja.

 

3. Typické oblasti aplikácií

Keramické nástroje sa široko používajú v rôznych materiáloch s vysokou teplotou, vysokou tvrdosťou alebo ťažko spracovateľnými materiálmi vrátane, ale nielen na nasledujúce:

1. Nerezová oceľ s vysokou tvrdosťou
Keramické nástroje sú vhodné na spracovanie nehrdzavejúcej ocele s tvrdosťou Rockwell 32 až 35 alebo viac. V takýchto vysokých podmienkach tvrdosti je teplota v oblasti spracovania extrémne vysoká a tepelná stabilita a vysokorýchlostný výkon keramiky sa úplne využívajú. Ak je tvrdosť spracovaného materiálu nízka, je ľahké spôsobiť topenie povrchu alebo dokonca aj problémy s pálením v dôsledku akumulácie rezného tepla.

 

2. Materiály pre práškové metalurgy
Pri výrobe automobilových častí sa široko používa prášková metalurgia. Má abrazívne aj vysokoteplotné charakteristiky a nástroj sa nosí veľmi rýchlo. Aj keď sa nástroje CBN zvyčajne používajú na spracovanie, ich náklady sú mimoriadne vysoké. Keramické nástroje fungujú dobre na takýchto materiáloch a sú výrazne lacnejšie ako CBN.

 

3. Zhutnený grafit liatiny (CGI)
CGI je nový typ liatinového železa s vysokou pevnosťou, ktorý sa široko používa pri výrobe blokov valcov naftového motora. Tradičné nástroje sa dajú ľahko nosiť a drahé. Keramické nástroje vykazujú dobrú nákladovú efektívnosť pri spracovaní CGI a ich životnosť môže dosiahnuť viac ako 10-násobok životnosti nástrojov karbidu.

 

4. Alternatívny proces mletia
Pri spracovaní niektorých častí s vysokou tvrdosťou môžu keramické nástroje nahradiť externé valcové mletie alebo procesy mletia povrchu, výrazne zlepšiť rýchlosť odstraňovania materiálu a skrátiť celkový čas spracovania. Zároveň na rozdiel od obmedzení formovania brúsenia kolesa môžu keramické nástroje dosiahnuť flexibilnejšie kontúry spracovania prostredníctvom programovania CNC.

 

5. Výmena obrábania elektrosharku (EDM)
V niektorých hardvérových spracovaní na výrobu plesní alebo tvrdenia môžu keramické koncové mlyny vymeniť proces drsného obrábania pri vytváraní výboja elektród, rýchlo odstrániť materiály, a tak znížiť počet požadovaných elektród a ich čas spracovania.

 

4. Nový pokrok v materiáloch a procesoch

V posledných rokoch sa materiály a procesy keramických nástrojov neustále aktualizovali, čo výrazne zlepšuje ich mechanické vlastnosti a prispôsobenie spracovania. Napríklad:

Keramické materiály vystužené fúzrstvom: Pestovaním zosilniacich fázových štruktúr (ako sú fúzy) v keramickej matrici sa výrazne vylepšuje odolnosť proti trhlinám a odolnosť proti nárazu nástroja, vďaka čomu je vhodná na drsné obrábanie a nepokojné rezacie podmienky.

 

Kompozitné keramické konštrukčné materiály: Nové materiály kombinujú keramiku a karbidy sieťovým spôsobom a využívajú synergický účinok keramickej tepelnej vodivosti a dráh tepelného vodivého karbidu. Bez pridania kobaltového spojiva sa zlepšuje účinnosť difúzie tepla a životnosť nástroja. Tento typ materiálu sa použil pri spracovaní zliatin s vysokým teplotou, ako sú motory lietadiel, a rýchlosť rezania môže dosiahnuť dvojnásobok tradičnej keramiky.

 

Záver

Technologický pokrok keramických nástrojov ich urobil vysoko konkurencieschopným v oblasti zliatin s vysokým teplotou, práškovou metalurgiou, CGI a niektorými tradičnými mletými. Aj keď stále existujú problémy, ako sú vysoké náklady, úzke spracovanie okna a obmedzený tvar nástroja, jeho výhody pri zvyšovaní rýchlosti rezania, znižovania cyklu spracovania a predĺženia životnosti nástroja nie je možné ignorovať. S nepretržitým rozvojom technológie strojových strojov a hromadením skúseností s využitím sa očakáva, že keramické nástroje budú široko používané vo viacerých oblastiach.