PFT, Shenzen
Scopo: quantificare la distanza tra gli inserti in metallo duro e ceramica durante la finitura-della tornitura delle pale della turbina Inconel 718 sotto la pressione del refrigerante del pavimento di produzione-(7 MPa).
Metodo: una prova fattoriale completa-a singolo punto- con velocità di taglio variata (vc 40–120 m/min) e avanzamento (fn 0,05–0,20 mm/giro). Il punto di fine vita dell'utensile- era un'usura sul fianco di 0,3 mm o una frattura catastrofica. Sono stati registrati potenza, rugosità superficiale (Ra) e profondità dello strato bianco-.
Risultati: a vc 80 m/min, gli inserti in ceramica rinforzata con whisker- hanno funzionato 2,1 minuti prima della frattura, ma hanno rimosso 4,8 volte il materiale di carburo rivestito (GC1115) che ha durato 11 minuti. Il carburo ha prodotto Ra 0,42 µm contro 0,78 µm per la ceramica. La profondità dello strato-bianco è rimasta inferiore a 5 µm per entrambi.
Conclusione: l'MRR triplo della ceramica è accettabile quando la velocità è maggiore o uguale a 80 m/min e il Ra superficiale inferiore o uguale a 0,8 µm; il carburo rimane più sicuro per Ra < 0,5 µm o tagli interrotti.
Inserto in metallo duro vs inserto in ceramica per pale di turbine in superleghe
Le lame in superlega a base di nichel- escono dalla fucina a 46 HRC e consumano i budget per gli utensili a colazione. I negozi di solito scelgono tra inserti in metallo duro ultra-resistenti e inserti in ceramica-rapidi senza numeri rigidi. Questa nota fornisce questi numeri-senza fronzoli di marketing.
2 Metodi di ricerca
2.1 Pezzo e macchina
Lega: Inconel 718, 46 HRC, barra Ø 85 mm, sbalzo 250 mm.
Tornio: DMG CTX beta 800, 12 kW, 7 MPa-refrigerante interno dell'utensile, ripetibilità di posizionamento 5 μm.
2.2 Utensili da taglio
| Parametro | Carburo | Ceramica |
|---|---|---|
| Inserire | CNMG120408-SFGC1115 | Baffo RNGN 120400 WH-Al₂O₃ rinforzato |
| Rivestimento | PVD TiAlN | Nessuno |
| Angolo di spoglia | −6 gradi | −15 gradi |
| Preparazione dei bordi | Levigare 25 µm | Smusso da 10 µm |
2.3 Procedura
Due passate per barra: sgrossatura fino a 1 mm di grezzo, finitura fino alla profondità finale di 0,2 mm.
Matrice fattoriale: vc 40, 60, 80, 100, 120 m/min × fn 0,05, 0,10, 0,15, 0,20 mm/giro.
Criteri di arresto: usura sul fianco VB=0.3 mm o frattura del bordo.
Misure: dinamometro (Kistler 9129A) per potenza, profilometro laser (Keyence LJ-V7080) per Ra, diffrazione di raggi X- per strato bianco.
3 Risultati e analisi
3.1 Durata dell'utensile
La Figura 1 mostra la durata dell'utensile rispetto a vc. Il carburo segue una classica pendenza di Taylor (n=0.24) che passa da 24 minuti a 40 m/min a 5 minuti a 120 m/min. La ceramica si disperde tra 0,7 e 2,1 minuti sopra gli 80 m/min a causa della fessurazione termica.
3.2 Tasso di rimozione materiale (MRR)
La tabella 1 mette a confronto l'MRR allo stesso punto di-fine vita- dello strumento.
| vc (m/min) | Metallo duro MRR (cm³/min) | Ceramica MRR (cm³/min) | Rapporto |
|---|---|---|---|
| 60 | 1.8 | 4.2 | 2.3 |
| 80 | 2.4 | 11.5 | 4.8 |
| 100 | 3.0 | 14.1 | 4.7 |
3.3 Integrità della superficie
Ra (μm): carburo 0,42 ± 0,05; ceramica 0,78 ± 0,12.
Profondità dello strato-bianco: < 5 µm per entrambi; nessun aumento misurabile della micro-durezza.
Sollecitazione residua: il carburo lascia 120 MPa di compressione, la ceramica 180 MPa di trazione-ancora entro i limiti OEM.
3.4 Assorbimento di potenza
Il carburo ha una potenza media di 2,1 kW; la ceramica ha raggiunto il picco di 3,8 kW, entro la riserva del mandrino.
4 Discussione
4.1 Meccanismi di usura
Il carburo si è ceduto a causa dell'usura sul fianco e della micro-scheggiatura, in linea con i rapporti Sandvik. La ceramica ha ceduto alle cricche da shock termico che si propagavano dallo smusso, accelerate dal refrigerante.
4.2 Cross-over economico
Utilizzando i fattori di costo-dell'officina (prezzo dell'inserto, variazione-nel tempo, velocità del mandrino), il pareggio-arriva a 110 m/min dove il 3× MRR della ceramica supera il 2× del prezzo dell'inserto e il rischio di scarto più elevato.
4.3 Limitazioni
Solo taglio continuo; tagli interrotti hanno frantumato la ceramica nei test pilota.
Una pressione del refrigerante > 8 MPa ha ridotto la durata della ceramica del 30%.
4.4 Riepilogo pratico
Scegliere la ceramica quando (a) la superficie Ra 0,8 µm è accettabile, (b) il mandrino può fornire una velocità maggiore o uguale a 100 m/min, (c) i tagli sono continui. Attaccare al carburo per la finitura finale del profilo alare o qualsiasi lavoro di fessura/spallatura.
5 Conclusione
Gli inserti in ceramica triplicano le velocità di rimozione del materiale in Inconel 718 oltre 80 m/min rispettando le specifiche dello strato bianco-, ma la ruvidità superficiale e il rischio di frattura favoriscono il carburo per Ra < 0,5 µm o geometria interrotta. Replica il fattoriale alla pressione del refrigerante per confermare il punto di incrocio prima di ri-quotare il lavoro.