Fördelar och nackdelar med keramiska knivar

Keramiska verktyg har visat en allt bredare appliceringsutsikt inom metallskärning på grund av deras utmärkta höga temperaturmotstånd och höghastighetsbehandlingsfunktioner. På grund av den begränsade förståelsen av keramiska verktyg i branschen har dock många bearbetningsföretag ännu inte utnyttjat potentialen för denna typ av verktyg och har inte ens insett dess genomförbarhet och ekonomi när det gäller att ersätta traditionella verktyg i vissa områden.

 

1. Kärnfördelar med keramiska verktyg

Keramiska material har utmärkt värmeledningsförmåga under skärning, vilket effektivt kan genomföra en stor mängd värme som genereras i skärområdet bort från banbrytande och därigenom förlänga livslängden och förbättra det övergripande verktygslivet. Däremot har vanligt använda material såsom cementerad karbid, kubisk bornitrid (CBN) och polykristallin diamant (PCD) dålig värmeledningsförmåga, och värme koncentreras lätt nära banbrytande, vilket orsakar accelererat verktygsslitage.

På grund av god värmeledningsförmåga kan keramiska verktyg skäras med mycket högre linjära hastigheter. Till exempel, när bearbetning av värmebeständiga legeringar är den typiska skärhastigheten för cementerade karbidverktyg cirka 125 SFM (ytfötter per minut), medan skärhastigheten för keramiska verktyg kan nå 800 till 1500 SFM, och vissa avancerade keramiska material kan till och med nå 1600 SFM. Denna höghastighetsbearbetningsförmåga förbättrar avsevärt produktionseffektiviteten per tid.

 

2. Begränsningar av keramiska verktyg

Trots fördelarna med höghastighetsbearbetning har keramiska verktyg också vissa begränsningar. För det första, på grund av materialets hårdhet och sprödhet, är det svårt för keramiska verktyg att producera mycket vassa kanter, vilket resulterar i lägre skärning av skärning än cementerade karbidverktyg. Dessutom har keramiska verktyg en hög tillverkningskostnad. Med indexerbara insatser som ett exempel kräver keramiska skär många precisionslipningsprocesser efter bildning, och det är svårt att uppnå lågkostnadsmassproduktion som cementerad karbid. Beroende på den specifika storleken och formkraven kan priset på keramiska insatser vara 1,5 till 4 gånger för traditionella insatser; och kostnaden för ett helt keramiskt verktyg kan vara 2 till 4 gånger för vanliga verktyg.

Dessutom kräver höghastighetsdrift hög utrustning. Även om vissa företag är intresserade av keramiska verktyg kan de ofta inte ge full spel till prestanda för keramiska verktyg eftersom maskinverktygen inte kan nå den nödvändiga höga spindelhastigheten eller saknar motsvarande verktygsparameterkunskap.

 

3. Typiska tillämpningsområden

Keramiska verktyg används i stor utsträckning i en mängd högtemperatur, höghårdhet eller svårt att bearbeta material, inklusive men inte begränsat till följande:

1. rostfritt stål med hög hårdhet
Keramiska verktyg är lämpliga för bearbetning av rostfritt stål med en Rockwell -hårdhet på 32 till 35 eller högre. Under sådana höga hårdhetsförhållanden är temperaturen i bearbetningsområdet extremt hög, och den termiska stabiliteten och höghastighetsprestanda för keramik används fullt ut. Om hårdheten hos det bearbetade materialet är lågt är det lätt att orsaka ytsmältning eller till och med förbränna problem på grund av ackumulering av skärande värme.

 

2. Pulvermetallurgimaterial
Pulvermetallurgi används allmänt vid tillverkning av bildelar. Det har både slipande och högtemperaturegenskaper, och verktyget bär mycket snabbt. Även om CBN -verktyg vanligtvis används för bearbetning är deras kostnad extremt höga. Keramiska verktyg fungerar bra på sådana material och är betydligt billigare än CBN.

 

3. Komprimerad grafitgjutjärn (CGI)
CGI är en ny typ av gjutjärn med hög styrka som används allmänt vid tillverkning av dieselmotorcylinderblock. Traditionella verktyg är mycket enkla att bära och dyra. Keramiska verktyg visar god kostnadseffektivitet vid CGI-bearbetning, och deras livslängd kan nå mer än tio gånger för karbidverktyg.

 

4. Alternativ slipningsprocess
Vid bearbetning av vissa delar med hög hårdhet kan keramiska verktyg ersätta extern cylindrisk slipning eller ytslipningsprocesser, avsevärt förbättra materialborttagningshastigheten och minska den totala bearbetningstiden. Samtidigt, till skillnad från begränsningarna för slipningshjulformning, kan keramiska verktyg uppnå mer flexibla bearbetningskonturer genom CNC -programmering.

 

5. Erbyte av elektrosparkbearbetning (EDM)
I viss mögeltillverkning eller härdande hårdvarubehandling kan keramiska ändkvarnar ersätta den grova bearbetningsprocessen i elektrodutsläppsformning, snabbt ta bort material och därmed minska antalet elektroder som krävs och deras bearbetningstid.

 

4. Nya framsteg inom material och processer

Under de senaste åren har keramiska verktygsmaterial och processer uppdaterats kontinuerligt, vilket förbättrar deras mekaniska egenskaper avsevärt och bearbetning av anpassningsförmåga. Till exempel:

Keramiska whisker -förstärkta material: Genom att växa förstärkande fasstrukturer (såsom whiskers) i den keramiska matrisen, förbättras sprickmotståndet och slagmotståndet för verktyget kraftigt, vilket gör det lämpligt för grov bearbetning och diskontinuerliga skärförhållanden.

 

Komposit keramiska strukturella material: Nya material kombinerar keramik och karbider på ett nätverkssätt och använder den synergistiska effekten av keramisk termisk konduktivitet och karbid termiska ledningsvägar. Utan att tillsätta koboltbindemedel förbättras värmediffusionseffektiviteten och verktygets livslängd. Denna typ av material har använts vid bearbetning av högtemperaturlegeringar såsom flygmotorer, och skärhastigheten kan nå dubbelt så mycket som traditionell keramik.

 

Slutsats

Den tekniska framstegen med keramiska verktyg har gjort dem mycket konkurrenskraftiga inom områdena hög temperaturlegeringar, pulvermetallurgi, CGI och lite traditionell slipning. Även om det fortfarande finns problem som höga kostnader, smala bearbetningsfönster och begränsad verktygsform, kan dess fördelar med att öka skärhastigheten, minska bearbetningscykeln och förlänga verktygets livslängd kan ignoreras. Med kontinuerlig utveckling av maskinverktygsteknologi och ackumulering av användningsupplevelse förväntas keramiska verktyg användas i stor utsträckning i fler fält.