Режущая керамика
Промышленность выпускает четыре группы режущей керамики: оксидную (белая керамика) на основе Al2O3, оксикарбидную (черная керамика) на основе композиции Al2O3-TiC, оксиднонитридную (кортинит) на основе Al2O3-TiN и нитридную керамику на основе Si3N4.
Основной особенность режущей керамики является отсутствие связующей фазы, что значительно снижает степень ее разупрочнения при нагреве в процессе изнашивания, повышает пластическую прочность, что и предопределяет возможность применения высоких скоростей резания, намного превосходящих скорости резания инструментом из твердого сплава. Если предельный уровень скоростей резания для твердосплавного инструмента при точении сталей с тонкими срезами и малыми критериями затупления составляет 500-600 м/мин, то для инструмента, оснащенного режущей керамикой, этот уровень увеличивается до 900-1000 м/мин.
Составы основных типов режущей керамики и некоторые физико-механические свойства представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Состав, свойства и области применения керамики
Марка керамики |
Состав |
σизг,ГПа |
ρ,г/см^3 |
HRA |
Область применения |
Оксидная ЦМ332 |
Al2O3 – 99% MgO – 1% |
0,3-0,35 |
3,85-3,90 |
91 |
К01-К05 |
Оксидная ВО-13 |
Al2O3 – 99% |
0,45-0,5 |
3,92-3,95 |
92 |
Р01-Р10, К01-К05 |
Оксидная ВШ-75 |
Al2O3 |
0,25-0,3 |
3,98 |
91-92 |
К01-К05 |
Оксикарбид В-3 |
Al2O3 – 60% TiC – 40% |
0,6 |
4,2 |
94 |
Р01-Р10 |
Оксикарбид ВОК-63 |
Al2O3 – 60% TiC – 40% |
0,65-0,7 |
4,2-4,6 |
94 |
Р01-Р05, К01-К05 |
Оксикарбид ВОК-71 |
Al2O3 – 60% TiC – 40% |
0,7-0,75 |
4,5-4,6 |
94 |
Р01-Р05, К01-К05 |
Оксинит ОНТ-20 (кортинит) |
Al2O3 > 60% TiN – 30% |
0,64 |
4,3 |
90-92 |
К01-К05 |
Нитрид РК-30 (силинит-Р) |
Si3N4,Y2O3,TiC |
0,7-0,8 |
3,2-3,4 |
94 |
К10-К20 |
Недостаток оксидной керамики – ее относительно высокая чувствительность к резким температурным колебаниям (тепловым ударам). Поэтому охлаждение при резании керамикой не применяют.
Указанное является главной причиной микро- или макровыкрашиваний режущей керамики и контактных площадок инструмента уже на стадиях приработочного или начального этапа установившегося изнашивания, приводящего к отказам из-за хрупкого разрушения инструмента. Отмеченный механизм изнашивания керамического режущего инструмента является превалирующим.
В последние годы появились новые марки оксидной керамики в состав которых введены окись циркония (ZrO2) и армирование ее «нитевидными» кристаллами карбида кремния (SiC). Армированная керамика имеет высокую твердость (HRCА-92) и повышенную прочность (σизг до 1000 МПа).
Параллельно с совершенствованием керамических материалов на основе оксида алюминия созданы новые марки режущей керамики на основе нитрида кремния (силинит-Р). Такой керамический материал имеет высокую прочность на изгиб (σизг=800 МПа), низкий коэффициент термического расширения, что выгодно отличает его от оксидных керамических материалов. Это позволяет с успехом использовать нитридокремниевый инструмент при черновом точении, получистовом фрезеровании чугуна, а также чистовом точении сложнолегированных и термообработанных (до HRC 60) сталей и сплавов.
Режущую керамику выпускают в виде неперетачиваемых сменных пластин. Пластины изготавливают с отрицательными фасками по периметру с двух сторон. размер фаски f=0,2…0,8мм, угол ее наклона отрицательный от 10 до 30°. Фаска необходима для упрочнения режущей кромки.
Допустимый износ керамических пластин намного меньше износа твердосплавных пластин. Максимальный износ по задней поверхности не должен превышать 0,3…0,5мм, а при чистовых операциях 0,25…0,30мм.
При назначении режимов резания для керамики имеются рекомендации:
- Предпочтительна квадратная форма пластины с максимально возможным углом заострения β и наибольшим радиусом при вершине пластины rb.
- Ширину фаски f выбирают в зависимости от твердости обрабатываемого материала, чем тверже обрабатываемый материал, тем ширина фаски больше.
- Скорость резания нужно назначать максимально допустимой исходя из жесткости системы СПИД и характеристик оборудования.
- Заготовки, обрабатываемые пластинами из режущей керамики, должны иметь на входе и выходе резца фаски, ширина которых превышает припуски на обработку, а также канавки в местах перехода от цилиндрической поверхности к торцевой.
В настоящее время керамической инструмент рекомендуют для чистовой обработки серых, ковких, высокопрочных и отбеленных чугунов, низко- и высоколегированных сталей, в том числе улучшенных, термообработанных (HRC до 55-60), цветных сплавов, конструкционных полимерных материалов (К01-К05, Р01-Р05). В указанных условиях инструмент оснащенный пластинами из режущей керамики, заметно превосходит по работоспособности твердосплавный инструмент.
Применение керамического инструмента при обработке с повышенными значениями сечений среза (txS), при прерывистом резании резко снижает его эффективность вследствие высокой вероятности внезапного отказа из-за хрупкого разрушения режущей части инструмента. Во многом это объясняет сравнительно низкий объем используемого в промышленности Украины керамического инструмента (до 0,5% от общего объема режущего инструмента), для развитых стран Запада этот объем составляет от 2 до 5%.
Copyright toolmaterials.narod.ru © 2012 - 2015
Контакты
|