Prednosti in slabosti keramičnih nožev

Keramična orodja so na področju rezanja kovin pokazala vse bolj široko uporabo zaradi odlične visoke temperaturne odpornosti in zmogljivosti za obdelavo visoke hitrosti. Vendar pa zaradi omejenega razumevanja keramičnih orodij v industriji številna predelovalna podjetja še niso v celoti izkoristila potenciala te vrste orodja in sploh niso uresničila njene izvedljivosti in ekonomije pri nadomeščanju tradicionalnih orodij na nekaterih področjih.

 

1. Ključne prednosti keramičnih orodij

Keramični materiali imajo med rezanjem odlično toplotno prevodnost, ki lahko učinkovito izvede veliko količino toplote, ustvarjene na območju rezanja stran od rezalnega roba, s čimer podaljša življenjsko dobo vrhunske robe in izboljša celotno življenjsko dobo orodja. V nasprotju s tem imajo pogosto uporabljeni materiali, kot so cementirani karbid, kubični borov nitrid (CBN) in polikristalni diamant (PCD) slabo toplotno prevodnost, toplota pa se zlahka koncentrira v bližini rezalnega roba, kar povzroči pospešeno obrabo orodja.

Zaradi dobre toplotne prevodnosti lahko keramično orodje razrežemo z veliko višjimi linearnimi hitrostmi. Na primer, pri obdelavi toplotno odpornih zlitin je tipična hitrost rezanja cementiranega karbidnega orodja približno 125 sfm (površinske noge na minuto), medtem ko lahko hitrost rezanja keramičnih orodij doseže 800 do 1500 SFM, nekateri napredni keramični materiali pa lahko dosežejo celo 1600 SFM. Ta zmogljivost obdelave visoke hitrosti znatno izboljša učinkovitost proizvodnje na enoto.

 

2. Omejitve keramičnih orodij

Kljub prednostim hitre obdelave imajo tudi keramična orodja nekaj omejitev. Prvič, zaradi trdote in krhtice samega materiala je za keramično orodje težko proizvajati zelo ostre robove, kar ima za posledico nižjo ostrino rezanja kot cementirano orodje za karbide. Poleg tega imajo keramična orodja visoke stroške izdelave. Če jemo indeksni vložki kot primer, keramični vložki po oblikovanju zahtevajo veliko natančnih procesov mletja, in težko je doseči poceni masovno proizvodnjo, kot je cementirani karbid. Glede na potrebe po posebni velikosti in obliki je cena keramičnih vložkov lahko 1,5 do 4 -krat večja od tradicionalnih vložkov; in stroški celotnega keramičnega orodja so lahko 2 do 4 -krat večji od običajnih orodij.

Poleg tega je za visoko hitrost potrebna visoko opremo. Čeprav nekatera podjetja zanimajo keramična orodja, pogosto ne morejo v celoti igrati uspešnosti keramičnih orodij, ker obdelovalna orodja ne morejo doseči zahtevane visoke hitrosti vretena ali nimajo ustreznega znanja o parametrih orodij.

 

3. Tipična območja uporabe

Keramična orodja se pogosto uporabljajo v različnih visokotemperaturnih, visokih ali težko obdelanih materialih, vključno z naslednjo, vendar ne omejeno na naslednje:

1. Nerjavno jeklo z visoko trdoživo
Keramična orodja so primerna za predelavo nerjavečega jekla s trdoto Rockwell od 32 do 35 ali več. V tako visokih pogojih trdote je temperatura procesnega območja izjemno visoka, toplotna stabilnost in visoko hitrost keramike pa se v celoti uporabljata. Če je trdota predelanega materiala majhna, je enostavno povzročiti površinsko taljenje ali celo težave s kurjenjem zaradi kopičenja toplote.

 

2. materiali za metalurgije v prahu
Metalurgija v prahu se pogosto uporablja pri proizvodnji avtomobilskih delov. Ima tako abrazivne kot visokotemperaturne lastnosti, orodje pa se zelo hitro nosi. Čeprav se orodja CBN običajno uporabljajo za obdelavo, so njihovi stroški izjemno visoki. Keramična orodja dobro delujejo na takšnih materialih in so bistveno cenejša od CBN.

 

3. Zrakano grafitno lito železo (CGI)
CGI je nova vrsta visoke trdnosti litega železa, ki se pogosto uporablja pri proizvodnji blokov dizelskih motorjev. Tradicionalna orodja so zelo enostavna za nošenje in draga. Keramična orodja kažejo dobro stroškovno učinkovitost pri obdelavi CGI, njihova življenjska doba pa lahko doseže več kot 10-krat večja od karbidnih orodij.

 

4. Alternativni postopek mletja
Pri obdelavi nekaterih delov z visoko trdnostjo lahko keramična orodja nadomestijo zunanje valjasto brušenje ali površinsko brušenje, znatno izboljšajo hitrost odstranjevanja materiala in skrajšajo splošni čas obdelave. Hkrati lahko keramična orodja, za razliko od omejitev brušenja koles, dosežejo bolj prilagodljive obrise obdelave s programiranjem CNC.

 

5. Zamenjava obdelave elektrosporksa (EDM)
Pri nekaterih proizvodnji ali utrjevanju strojne opreme lahko keramični končni mlini nadomestijo grobi postopek obdelave pri oblikovanju elektrode, hitro odstranijo materiale in tako zmanjšajo število potrebnih elektrod in čas njihovega obdelave.

 

4. nov napredek v materialih in procesih

V zadnjih letih so bili nenehno posodobljeni materiali in procesi keramičnih orodij, kar bistveno izboljšuje njihove mehanske lastnosti in obdelavo prilagodljivosti. Na primer:

Keramični ojačevalni materiali: z gojenjem faznih struktur ojačitve (na primer muharjev) v keramični matriki se odpornost na razpoko in udarna odpornost orodja močno izboljšata, zaradi česar je primerna za grobe obdelave in prekinitvene razmere.

 

Kompozitni keramični strukturni materiali: Novi materiali združujejo keramiko in karbide na omrežni način ter uporabljajo sinergistični učinek keramične toplotne prevodnosti in karbidnih poti termične prevodnosti. Brez dodajanja kobaltnega veziva se izboljšata učinkovitost difuzije toplote in življenjsko dobo orodja. Ta vrsta materiala je bila uporabljena pri obdelavi visokotemperaturnih zlitin, kot so letalski motorji, in hitrost rezanja lahko doseže dvakrat več kot tradicionalna keramika.

 

Zaključek

Tehnološki napredek keramičnih orodij je bil zelo konkurenčen na področju visokotemperaturnih zlitin, praškaste metalurgije, CGI in nekaj tradicionalnega brušenja. Čeprav obstajajo še vedno težave, kot so visoki stroški, ozko obdelavo okna in omejena oblika orodja, njegove prednosti pri povečanju hitrosti rezanja, zmanjšanja cikla obdelave in razširitve življenja orodij ni mogoče prezreti. Z nenehnim napredkom tehnologije obdelovalnih strojev in kopičenjem izkušenj z uporabo naj bi se keramična orodja pogosto uporabljala na več poljih.