Режущая керамика
2.4 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. 2.12.
Таблица 2.12 Состав, свойства и области применения керамики
| Марки керамики | Состав | sи,, Гпа | Рекомендуемые материалыFREE Маран Программная инженерия Техническое задание -9% КМ-3. ИДЗ-1 + КМ-4. ИДЗ 2 + КМ-5. ИДЗ-3 - Выполнение всех лаб по СПО в кратчайшие сроки! -16% Российско-белорусское сотрудничество в области торгово-экономических отношений 2015-2022 гг. Иностранный язык Lesson 1-15 КМ-4. Анализ организационной структуры предприятия. + КМ-5. Анализ бизнес-процесса предприятия. r, г/см3 | HRA, не менее | Область приме- нения | |
| О к с и д н а я | ЦМ332 | Al2O3 – 99% MgO – 1% | 0,3-0,35 | 3,85-3,90 | 91 | К01-К05 |
| ВО-13 | Al2O3 – 99% | 0,45-0,5 | 3,92-3,95 | 92 | Р01-Р10, К01-К05 | |
| ВШ-75 | Al2O3 | 0,25-0,3 | 3,98 | 91-92 | К01-К05 | |
| О к с и к а р б и д - н а я | В-3 | Al2O3 – 60% TiC – 40% | 0,6 | 4,2 | 94 | Р01-Р10 |
| ВОК-63 | Al2O3 – 60% TiC – 40% | 0,65-0,7 | 4,2-4,6 | 94 | Р01-Р05 К01-К05 | |
| ВОК-71 | Al2O3 – 60% TiC – 40% | 0,7-0,75 | 4,5-4,6 | 94 | Р01-Р05 К01-К05 | |
| О к с и н и т - р и д н а я | ОНТ-20 (корти нит) | Al2O3 > 60% TiN – 30% | 0,64 | 4,3 | 90-92 | К01-К05 |
| н и т р и д - н а я | РК-30 (сили нит-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 (sизг 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 (sизг=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:
Информация в лекции "47 Расчет коэффициентов запаса усталостной прочности" поможет Вам.
1. Предпочтительна квадратная форма пластины с максимально возможным углом заострения b и наибольшим радиусом при вершине пластины rb.
2. Ширину фаски f выбирают в зависимости от твердости обрабатываемого материала, чем тверже обрабатываемый материал, тем ширина фаски больше.
3. Скорость резания нужно назначать максимально допустимой исходя из жесткости системы СПИД и характеристик оборудования.
4. 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%.
