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#White Papers
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Dove si dovrebbero usare gli inserti in ceramica nella tornitura?
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Molte persone si astengono dall'usare inserti in ceramica per due motivi principali: Prezzo elevato: Il prezzo per tagliente di un inserto ceramico è circa 2-3 volte più alto rispetto ad un inserto in metallo duro della stessa forma e dimensione. Sfide tecniche: Gli inserti ceramici sono sensibili alle rotture quando non sono applicati correttamente.
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Tuttavia, se usati in modo professionale, gli inserti ceramici permettono di aumentare notevolmente le velocità di taglio e, di conseguenza, di ridurre i tempi ciclo e i costi di produzione.
Nella maggior parte dei casi, gli inserti in metallo duro sono la soluzione migliore per un'applicazione di tornitura, poiché offrono un eccellente equilibrio tra prestazioni e costi. Tuttavia, ci sono altre opzioni da considerare. La maggior parte di queste "altre" opzioni è l'uso di "Materiali da taglio avanzati"; un soprannome per un gruppo di diversi materiali con una durezza superiore al carburo che offrono soluzioni eccellenti in situazioni di lavorazione uniche.
Tutti loro condividono proprietà comuni (rispetto al metallo duro):
. Sono più duri.
. Permettono di lavorare a velocità di taglio più elevate.
. Sono adatti solo per applicazioni e materiali specifici.
. Sono più costosi.
. La durezza del materiale da taglio avanzato rispetto al carburo
La durezza del materiale da taglio avanzato rispetto al carburo
Proprietà del materiale da taglio avanzato rispetto al metallo duro
Materiale da taglio Durezza [HV] Prezzo per tagliente Applicazioni principali
Carburo 1.300 - 1.800 4$ - Tuttofare
Ceramica 2.100 - 2.400 10$ ... Tornitura di acciaio temprato fino a 55 HRC
.. Tornitura di ghisa ad alte velocità di taglio
velocità di taglio
.. Tornitura di HRSA ad alte velocità di taglio
velocità di taglio
CBN 4.500 - 5.000 40$ .. Tornitura di acciaio temprato fino a 65 HRC
PCD 5.000 - 6.000 160$ .. Tornitura di alluminio ad alte
velocità di taglio
A causa del costo elevato rispetto al metallo duro, la maggior parte dei macchinisti si astiene dall'utilizzarli proprio per questo motivo. Tuttavia, i benefici sono sostanziali in alcune applicazioni e forniscono massicci risparmi sui costi riducendo i tempi di ciclo. Questo articolo si concentrerà sui principali casi d'uso degli inserti in ceramica e su come applicarli correttamente e mantenere un processo sicuro.
Materiali da taglio in ceramica
Gli inserti di tornitura in ceramica sono fatti di ossido di alluminio Al2O3 o nitruro di silicio Si3N4. Rispetto al carburo, la ceramica offre questi vantaggi principali:
. La durezza dei gradi di carburo è compresa tra 1.300 e 1.800 HV; i gradi di ceramica sono molto più duri e possono raggiungere 2.500 HV.
. Hanno una migliore durezza a caldo e una superba stabilità chimica alle alte temperature.
A causa della loro bassa conducibilità termica, gli inserti in ceramica trasferiscono la maggior parte del calore al truciolo e non all'utensile da taglio.
Gli inserti ceramici sono divisi in diversi sottotipi (vedi tabella sottostante)
NOME COLORE COMPOSIZIONE APPLICAZIONI
Nitruro di silicio Nitruro di silicio grigio (Si3N4) Usato per la sgrossatura e la finitura
applicazioni in ghisa grigia.
Ceramica bianca Ossido di alluminio bianco (Al2O3) Usato per la sgrossatura e la finitura
applicazioni in ghisa legata.
Ceramica nera / mista Ossido di alluminio nero (Al2O3) Applicazioni di finitura su acciaio duro e
con ghisa al titanio
Sialon Grey α e β SiAlON Usato per la tornitura di leghe a base di nichel a
alte velocità di taglio. Forniscono prestazioni leggermente inferiori
prestazioni inferiori rispetto ai Whiskers
ma ad un prezzo molto più basso
Whiskers Baffi verdi in carburo di silicio Estrema tenacità. Usati per la tornitura
(SiCw) leghe a base di nichel a velocità di taglio molto elevate
Velocità
Le principali applicazioni di tornitura per la ceramica
Acciaio temprato tra 40 e 60 HRC:
Con gli inserti in metallo duro, è possibile lavorare acciaio fino ad una durezza di circa 45 HRC, se si mantiene una bassa velocità di taglio non superiore a 80 mm/min.
Con la ceramica, si può raddoppiare la velocità di taglio e lavorare il materiale fino a una durezza di 55-60 HRC.
Un'altra soluzione comune per la tornitura di acciaio temprato è l'uso di inserti CBN. Il CBN può funzionare più velocemente degli inserti ceramici e lavorare acciaio fino a 70 HRC, tuttavia, sono 4 volte più costosi. Gli inserti ceramici offrono un eccellente equilibrio tra prezzo e prestazioni per la tornitura di acciaio temprato nella gamma 45-55 HRC.
Velocità di taglio con il carburo 50-100 m/min (fino a 45 HRC)
Velocità di taglio con la ceramica 100-200 m/min (fino a 60 HRC)
Guadagno di produttività +100%
Tipo di ceramica consigliato Nero e misto
Ghisa
Molti componenti di produzione di massa dove il tempo di ciclo è critico sono fatti di ghisa. Un inserto in ceramica può funzionare ad una velocità di taglio fino a 750 m/min e ridurre il tempo di ciclo del 40-60%.
Velocità di taglio con il carburo 200 - 300 m/min
Velocità di taglio con la ceramica 400 - 750 m/min
Guadagno di produttività +150%
Tipo di ceramica consigliato Nitruro di silicio, bianco e nero
Superleghe a base di nichel
Una delle principali industrie che utilizzano inserti in ceramica è l'industria aerospaziale. Il motore a reazione è composto da molti pezzi di grandi dimensioni a base di nichel, alcuni dei quali possono raggiungere un diametro di 500 - 1.500 mm. Combinando le dimensioni con le lente velocità di taglio si ottengono lunghi tempi di ciclo. Pertanto, gli inserti in ceramica che possono funzionare fino a 6 volte più velocemente sono popolari in questo settore.
Velocità di taglio con il carburo 25 - 70 m/min
Velocità di taglio con la ceramica 150 - 400 m/min
Guadagno di produttività +500%
Tipo di ceramica raccomandato Sialon
Come lavorare correttamente con gli inserti in ceramica
L'elevata durezza della ceramica si accompagna ad un'estrema fragilità. Pertanto, la rottura precoce dell'inserto è un fenomeno tipico quando non viene usato correttamente. È una delle ragioni principali che spingono le persone a schivare gli inserti in ceramica. D'altra parte, quando si padroneggiano le tecniche corrette, è possibile ridurre drasticamente il tempo di ciclo e mantenere un processo sicuro.
Preparazione dei bordi:
La preparazione del bordo crea la micro-geometria del tagliente dell'inserto. Questa piccola zona che si estende a 0,03-0,2 mm dal bordo ha un effetto critico sulle prestazioni degli utensili da taglio. Nella ceramica, diventa un fattore vitale.
Quando si lavora con inserti ceramici, la scelta della giusta preparazione del tagliente per l'applicazione specifica è fondamentale. Pertanto, i fornitori di inserti ceramici dovrebbero avere diverse preparazioni del tagliente per ogni geometria nei loro cataloghi.
. Angolo di terra (zero o negativo)
. Larghezza del terreno
. Dimensione della levigatura
Più grande è ognuno di essi, più forte diventa il tagliente. Quando la vostra applicazione comporta tagli interrotti pesanti, dovreste optare per un ampio K-land con un angolo negativo. Per un pezzo continuo e liscio, la levigatura dovrebbe essere sufficiente.
Impegnare il pezzo da lavorare:
Impegnare il pezzo da lavorare tramite uno smusso. Usare un inserto in metallo duro per lavorare lo smusso, e dopo, inserire il pezzo con l'inserto in ceramica. Impegnare il pezzo con un inserto in ceramica su un angolo tagliente può rompere l'inserto.
Stabilità:
La stabilità è cruciale quando si lavora con la ceramica. Fate tutto il possibile per massimizzarla.
. Fissare saldamente l'utensile.
. Sporgenza corta.
. Buon supporto del pezzo.
Per maggiori informazioni, sito web: www.machiningdoctor.com