Vantaggi e svantaggi dei coltelli in ceramica

Gli strumenti in ceramica hanno mostrato una prospettiva di applicazione sempre più ampia nel campo del taglio dei metalli grazie alle loro eccellenti capacità di elaborazione ad alta temperatura e ad alta velocità. Tuttavia, a causa della limitata comprensione degli strumenti ceramici nel settore, molte aziende di trasformazione non hanno ancora utilizzato pienamente il potenziale di questo tipo di strumento e non hanno nemmeno realizzato la sua fattibilità e l'economia nel sostituire gli strumenti tradizionali in alcune aree.

 

1. Vantaggi fondamentali degli strumenti in ceramica

I materiali in ceramica hanno un'eccellente conduttività termica durante il taglio, che può effettivamente condurre una grande quantità di calore generato nell'area di taglio lontano dall'avanguardia, estendendo così la durata dell'autunno e migliorando la durata generale dello strumento. Al contrario, i materiali comunemente usati come il carburo cementato, il nitruro di boro cubico (CBN) e il diamante policristallino (PCD) hanno una scarsa conduttività termica e il calore è facilmente concentrato vicino al taglio, causando usura accelerata per gli utensili.

A causa della buona conducibilità termica, gli strumenti in ceramica possono essere tagliati a velocità lineari molto più elevate. Ad esempio, quando si lavora in leghe resistenti al calore, la tipica velocità di taglio degli strumenti in carburo cementati è di circa 125 SFM (piedi di superficie al minuto), mentre la velocità di taglio degli strumenti ceramici può raggiungere da 800 a 1500 SFM e alcuni materiali ceramici avanzati possono persino raggiungere 1600 SFM. Questa capacità di lavorazione ad alta velocità migliora significativamente l'efficienza di produzione per unità di tempo.

 

2. Limitazioni degli strumenti in ceramica

Nonostante i vantaggi della lavorazione ad alta velocità, anche gli strumenti in ceramica hanno alcuni limiti. Innanzitutto, a causa della durezza e della fragilità del materiale stesso, è difficile per gli strumenti ceramici produrre bordi molto affilati, con conseguente nitidezza da taglio inferiore rispetto agli strumenti in carburo cementati. Inoltre, gli strumenti in ceramica hanno un costo di produzione elevato. Prendendo inserti indicizzabili come esempio, gli inserti in ceramica richiedono molti processi di macinazione di precisione dopo la formazione ed è difficile ottenere una produzione di massa a basso costo come il carburo cementato. A seconda delle dimensioni specifiche e dei requisiti di forma, il prezzo degli inserti in ceramica può essere da 1,5 a 4 volte quello degli inserti tradizionali; E il costo di un intero strumento in ceramica può essere da 2 a 4 volte quello degli strumenti ordinari.

Inoltre, il funzionamento ad alta velocità richiede attrezzature elevate. Sebbene alcune aziende siano interessate agli strumenti di ceramica, spesso non possono dare il gioco completo alle prestazioni degli strumenti di ceramica perché le macchine utensili non possono raggiungere la velocità del mandrino elevata richiesta o mancanza della conoscenza dei parametri dello strumento corrispondente.

 

3. Aree di applicazione tipiche

Gli strumenti in ceramica sono ampiamente utilizzati in una varietà di materiali ad alta temperatura, ad alta danno o difficili da procedere, inclusi ma non limitati a quanto segue:

1. Acciaio inossidabile ad alta residenza
Gli strumenti in ceramica sono adatti per la lavorazione dell'acciaio inossidabile con una durezza rocciosa da 32 a 35 o superiore. In condizioni così elevate, la temperatura dell'area di trasformazione è estremamente elevata e la stabilità termica e le prestazioni ad alta velocità della ceramica sono completamente utilizzate. Se la durezza del materiale trasformato è bassa, è facile causare problemi di fusione superficiale o addirittura brucia a causa dell'accumulo di calore di taglio.

 

2. Materiali di metallurgia in polvere
La metallurgia delle polveri è ampiamente utilizzata nella produzione di parti automobilistiche. Ha caratteristiche sia abrasive che ad alta temperatura e lo strumento si consuma molto rapidamente. Sebbene gli strumenti CBN siano generalmente utilizzati per l'elaborazione, il loro costo è estremamente elevato. Gli strumenti di ceramica funzionano bene su tali materiali e sono significativamente più economici di CBN.

 

3. Ghisa di grafite compatta (CGI)
CGI è un nuovo tipo di ghisa ad alta resistenza ampiamente utilizzata nella produzione di blocchi cilindri del motore diesel. Gli strumenti tradizionali sono molto facili da indossare e costosi. Gli strumenti in ceramica mostrano una buona efficacia in termini di costi nell'elaborazione CGI e la loro durata di servizio può raggiungere più di 10 volte quella degli strumenti di carburo.

 

4. Processo di macinazione alternativa
Nell'elaborazione di alcune parti ad alta resistenza, gli strumenti di ceramica possono sostituire i processi di macinazione cilindrica esterna o macinazione superficiale, migliorare significativamente la velocità di rimozione del materiale e ridurre i tempi di elaborazione complessivi. Allo stesso tempo, a differenza dei limiti della formazione della ruota di macinazione, gli strumenti in ceramica possono ottenere contorni di elaborazione più flessibili attraverso la programmazione CNC.

 

5. Sostituzione di Machining Electropark (EDM)
In alcuni stampini o elaborazione hardware di indurimento, i mulini delle estremità in ceramica possono sostituire il processo di lavorazione approssimativa nella formazione di scarico dell'elettrodo, rimuovere rapidamente i materiali e quindi ridurre il numero di elettrodi richiesti e il loro tempo di elaborazione.

 

4. Nuovi progressi nei materiali e nei processi

Negli ultimi anni, i materiali e i processi degli strumenti in ceramica sono stati continuamente aggiornati, migliorando significativamente le loro proprietà meccaniche e l'adattabilità alla lavorazione. Per esempio:

Materiali rinforzati per il baffio in ceramica: in crescita delle strutture di fase di rinforzo (come i baffi) nella matrice ceramica, la resistenza alle crepe e la resistenza all'impatto dello strumento sono notevolmente migliorate, rendendolo adatto per le condizioni di taglio ruvide e discontinue.

 

Materiali strutturali ceramici compositi: i nuovi materiali combinano ceramica e carburi in modo di rete e utilizzano l'effetto sinergico della conduttività termica ceramica e dei percorsi di conduzione termica in carburo. Senza aggiungere il legante di cobalto, l'efficienza della diffusione del calore e la durata dello strumento sono migliorate. Questo tipo di materiale è stato utilizzato nella lavorazione di leghe ad alta temperatura come i motori dell'aeromobile e la velocità di taglio può raggiungere il doppio di quella della ceramica tradizionale.

 

Conclusione

Il progresso tecnologico degli strumenti ceramici li ha resi altamente competitivi nei campi di leghe ad alta temperatura, metallurgia delle polveri, CGI e alcune macinazione tradizionali. Sebbene ci siano ancora problemi come il costo elevato, la finestra di elaborazione stretta e la forma limitata dello strumento, i suoi vantaggi nell'aumentare la velocità di taglio, la riduzione del ciclo di elaborazione e l'estensione della durata dello strumento non possono essere ignorati. Con il continuo avanzamento della tecnologia di macchine utensili e l'accumulo dell'esperienza di utilizzo, si prevede che gli strumenti di ceramica siano ampiamente utilizzati in più campi.