요약: 세라믹 절삭 공구에 사용되는 재료는 고급 절삭 공구 재료로 주로 산화알루미늄 및 질화규소 모재와 일반적인 블랙 세라믹 절삭 공구와 같은 기타 재료로 구성된 절삭 공구로 구성됩니다. 알루미나-카바이드 복합 세라믹입니다. 질화 규소 기반 세라믹 소재는 CNC 공작 기계 가공 산업에서 자주 사용되며 성능이 좋기 때문에 가공 산업에서 널리 사용됩니다. 세라믹 공구 재료를 선택하려면 절삭 공구 재료가 가공 대상의 기계적, 물리적, 화학적 특성과 일치해야 합니다. 세라믹 공구재료의 종류와 선택에 대해 알아봅시다! 세라믹 도구 재료란 무엇인가요?
대부분의 현대 세라믹 도구 재료는 복합 세라믹입니다. 현재 국내외에서 널리 사용되는 세라믹 공구 재료와 개발 중인 세라믹 공구 재료는 기본적으로 미세 구조 설계를 위해 서로 다른 강인화 및 강화 메커니즘을 사용하는 조합입니다. 그 중 알루미늄 산화물(Al2O3) 기반 및 질화 실리콘( Si3N4) 기반의 세라믹 공구 재료가 가장 널리 사용됩니다.
1. 알루미나(Al2O3) 기반 세라믹 공구 재료
(1) 순수 알루미나 세라믹
순수 알루미나 세라믹의 Al2O3 성분은 99.9% 이상을 차지합니다. , 대부분은 흰색이며 일반적으로 백색 세라믹으로 알려져 있습니다. 초기에 사용된 세라믹으로 강도가 낮고 내열충격성이 낮으며 파괴인성이 낮아 절삭시 칩이 생기기 쉬우며 이하의 주철 및 강의 표면 황삭 및 준정삭에만 적합합니다. 300HBW. 사용 범위가 매우 제한되어 있어 다양한 Al2O3 기반 복합 세라믹으로 대체되었습니다.
(2) 알루미나-카바이드 복합 세라믹
Al2O3 매트릭스에 TiC나 SiC 등의 성분을 첨가한 후 열간압착하여 소결하여 만든 세라믹이다. 현재 국내외에서 가장 진보된 세라믹 칼 재료 중 하나입니다. 알루미나-카바이드 복합 세라믹은 다양한 철강 재료(탄소 구조강, 합금 구조강, 고강도강, 고망간강, 베어링강, 스테인레스강, 경화강 등) 및 다양한 주철(냉각 주철 포함) 가공에 적합합니다. 철, 고크롬 주철 등)은 구리 합금, 흑연, 엔지니어링 플라스틱 및 복합 재료도 가공할 수 있습니다. 가공 강철은 Si3N4 기반 세라믹 공구보다 우수하지만 알루미늄 합금, 티타늄 합금 및 탄탈 합금, 그렇지 않으면 화학적 마모가 발생하기 쉽습니다.
(3) 나노 서멧 공구
기존의 Al2O3/TiC 서멧에 나노 소재인 TiN(질화 티타늄)과 AlN(질화 알루미늄)을 첨가하여 만든 새로운 제품입니다. 변형된 Al2O3 기반 세라믹 도구 유형은 입자를 미세화하고 재료의 기계적 특성을 최적화할 수 있습니다. 사용에 따르면 이는 기술 함량이 높고 부가가치가 높은 새로운 유형의 공구로, 표면이 넓고 공구 수명이 많은 K20(YG8), P10(YT15) 및 기타 초경 공구를 부분적으로 대체할 수 있습니다. 2배 이상 늘릴 수 있고, 생산 단가는 K20(YG8) 공구와 같거나 약간 낮습니다. 현재 나노세라믹과 나노복합 세라믹 절단 도구는 첨단 세라믹 재료의 연구 개발에서 선두 분야가 되었습니다.
(4) Al2O3/SiCw 위스커 강화 세라믹
Al2O3 세라믹에 20%-30% SiCw 위스커(직경 0.6μm 미만, 길이 10?)를 추가합니다. 80μm 단결정으로 만들어진 Al2O3/SiCw 위스커 강화 세라믹은 특정 섬유 구조, 7GPa의 인장 강도, 700GPa 이상의 인장 탄성률을 가지며 단속 절단, 황삭 터닝 및 밀링에 효과적으로 사용될 수 있습니다. 그리고 구멍 확장 등의 가공에 적합하며 니켈계 합금, 고경도 주철, 경화강 등의 소재 가공에 적합합니다. SiCw 위스커는 철근 콘크리트의 강철 막대와 같은 역할을 하며 균열 발생을 차단하거나 변경하는 장애물로 작용하여 인성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
(5) Al2O3/(W, Ti)C 구배 기능성 세라믹
세라믹 재료의 조성 분포를 제어하여 합리적인 구배를 형성하여 공구 내부에 유익한 효과를 생성합니다. 절단 중 외부 하중 응력을 상쇄하기 위한 잔류 응력 분포. 표면 열전도율이 높아 절단 열 전달에 도움이 되고 열팽창 계수가 작으며 구조적 완전성이 우수하고 손상되기 쉽지 않은 특성을 가지고 있습니다. 강철 재료를 가공하는 데 사용할 경우 유사한 Al2O3/(W,Ti)C 복합 세라믹 SG-4보다 공구 수명이 1-1.5배 더 깁니다. 이 공구는 자체 연마 특성이 우수하며 후에도 일반 절단을 수행할 수 있습니다. 치핑.
(6) Al2O3/TiB2 및 Al2O3/ZrO2와 같은 복합 세라믹
Al2O3에 TiB2, Ti(C,N), ZrO2 및 기타 성분을 첨가한 세라믹은 재료의 특성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 물리적, 기계적 성질과 절삭성능이 있으며 그 중 Al2O3/TiB2와 Al2O3/ZrO2가 가장 많이 사용됩니다. 예를 들어, Al2O3/TiB2 세라믹 공구를 사용하여 40CrNiMoA 강철을 가공할 때 공구 수명은 Al2O3/TiC 공구의 3배입니다. 4Cr5MoVSi 강철을 가공할 때 공구의 경계 내마모성은 Al2O3/TiC 공구의 2배입니다. Al2O3/ZrO2 세라믹 공구 재료는 높은 파괴 인성, 강도 및 내마모성, 우수한 치핑 저항성을 가지고 있습니다. 예를 들어, CC620 블레이드를 주철 및 연성철과 같은 재료의 거친 선삭 및 반정삭 선삭에 사용하는 경우 합금강을 가공하는 데 사용할 경우 절삭 속도는 900m/min에 도달할 수 있으며 거친 선삭에 대한 절삭 속도는 도달할 수 있습니다. 200m/min, 마무리 절단 속도는 800m/min에 도달할 수 있습니다.
2. 질화규소(Si3N4) 기반 세라믹 공구 소재
Si3N4 세라믹은 최대 1800~2000HV의 경도와 우수한 열경도를 지닌 비산화물 엔지니어링 세라믹입니다. 1300~1400°C의 고온을 견딜 수 있고 탄소 및 금속 원소와의 화학 반응이 거의 없으며 마찰 계수가 낮습니다. 이 유형의 공구는 주철, 고온 합금 및 니켈 기반 합금과 같은 재료의 절삭에 적합하며 특히 대량 이송 또는 단속 절삭에 적합합니다. 순수 Si3N4 세라믹 공구는 긴 칩(예: 연강)을 절단할 때 크레이터 마모가 발생하기 쉽기 때문에 차세대 Si3N4 세라믹은 모두 Si3N4 복합 세라믹 공구입니다. 최신 Si3N4 복합 세라믹은 황삭 가공뿐만 아니라 단속 절삭, 절삭유 절삭에도 사용할 수 있습니다. 현재 Si3N4 기반 세라믹 공구의 치핑율은 2~3%로 초경합금과 동일하며 생산 라인에서 널리 사용할 수 있습니다. 이러한 유형의 세라믹 공구의 단점은 일반 Al2O3 세라믹보다 가공성이 나쁘다는 것입니다.
(1) Si3N4/TiC 복합 세라믹
인성과 굴곡 강도는 Al2O3 기반 세라믹보다 높지만 경도는 감소하지 않으며 열전도율도 더 높습니다. Al2O3 기반 세라믹보다 널리 사용됩니다.
(2) Si3N4/SiCw 위스커 강화 세라믹
Si3N4 매트릭스에 일정량의 탄화물 위스커를 첨가하여 만들어지며, 이는 세라믹 공구의 파괴 인성을 향상시킬 수 있습니다. . 중국에서 생산되는 브랜드로는 SW21(Si3N4/SiCw), FD03(Si3N4/TiCw) 등이 있다. 일부 외국 절단 전문가들은 Si3N4 기반 세라믹을 사용하여 강철을 절단하는 것이 Al2O3 기반 복합 세라믹만큼 효과적이지 않기 때문에 강철 가공에 사용하는 것을 권장하지 않는다고 생각합니다. 그러나 FD03 블레이드는 경화강(60-68HRC), 고망간강, 고크롬강 및 베어링강을 절단할 때도 더 나은 결과를 제공합니다.
(3) 사이알론 세라믹
경질상으로 Si3N4, 내마모상으로 Al2O3를 사용하고 소결조제 Y2O3를 소량 첨가하여 열간압착한다. 소결하여 만들어지며 흔히 시알론(Sialon)이라 불린다. Sialon은 실제로 Si3N4의 Si 및 N 원자를 Al 및 O 원자로 대체하여 형성된 대규모 고용체의 일반적인 이름입니다. β-Sialon, α-Sialon 및 O-Sialon, 특히 첫 번째 유형이 있습니다. 두 가지가 가장 일반적입니다. 이러한 종류의 세라믹은 높은 굽힘 강도와 파괴 인성, 우수한 내산화성과 고온 크리프 저항성, 높은 열 전도성, 작은 열팽창 계수 및 우수한 열충격 저항성을 가지며 주철 및 니켈 베이스의 거친 선삭 및 밀링에 적합합니다. . 고온 합금 및 기타 가공이 어려운 재료. 주철 및 내열 합금의 고속 가공을 위해 더 큰 이송과 절삭 속도를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 평면 밀링 커터에 이중 포지티브 경사각(측면 경사각과 후면 경사각이 모두 포지티브임)을 사용할 수 있습니다.
(4) 코팅된 Si3N4 세라믹 도구
Si3N4 기반 세라믹의 인성은 Al2O3 기반 세라믹보다 우수하지만 내마모성은 약간 더 나쁩니다. 주철을 절단할 때 Si3N4 세라믹 도구의 측면 마모는 Al2O3 세라믹 도구의 측면 마모보다 큽니다. 강철을 절단할 때 Si3N4 세라믹 도구의 크레이터 마모는 더 큽니다. 이러한 이유로 해외에서는 Si3N4 기반 세라믹 표면에 TiN, TiC, Ti(C_N) 및 Al2O3와 같은 코팅을 적용하고 있으며 단일 코팅 또는 다중 코팅을 사용할 수 있습니다. 코팅된 Si3N4 세라믹 공구의 마모량은 코팅되지 않은 세라믹 공구의 1/3로 일반 주철의 절삭 속도가 빨라지고 공구 수명이 길어집니다.
예를 들어, 샌드빅의 GC1690 코팅 질화규소 세라믹 공구는 고강도 회주철을 가공할 때 이송 속도가 0.4mm/r이고 절삭 속도가 500m/min입니다. 코팅된 질화규소 세라믹 공구는 강철을 절단할 때 크레이터 마모에 강한 저항성을 가지며 절단 속도는 Al2O3 기반 세라믹 공구의 절단 속도에 도달할 수 있지만 이송 속도는 후자보다 빠르고 코팅된 초경 공구의 절삭 속도에 가깝습니다. 그래서 재료 제거율이 크게 향상되었습니다.
적합한 세라믹 공구 재료를 선택하는 방법
1. 절삭 공구 재료와 가공 대상의 기계적 특성 일치
절삭 공구의 기계적 특성 일치 문제 및 가공 대상은 주로 공구와 공작물 재료의 강도, 인성 및 경도와 같은 기계적 특성 매개변수가 일치해야 함을 의미합니다. 다양한 기계적 특성을 지닌 공구 재료는 다양한 공작물 재료를 가공하는 데 적합합니다. 경도가 높은 공작물 재료는 경도가 높은 도구로 가공해야 합니다. 공구 재료의 경도는 일반적으로 60HRC 이상으로 요구되는 공작물 재료의 경도보다 높아야 합니다. 공구 재료의 경도가 높을수록 내마모성이 좋아집니다. 세라믹 절삭 공구는 고온 성능이 뛰어나 고속 절삭이 가능하며, 허용 절삭 속도는 초경합금에 비해 2~10배 더 높을 수 있습니다.
2. 절삭 공구 재료의 물리적 특성을 가공 대상과 일치시키십시오
예를 들어 열전도율이 낮은 공작물을 가공할 때 열전도율이 더 좋은 공구 재료를 사용해야 합니다. 절단 열을 빠르게 외부로 전달하여 절단 온도를 낮추는 데 사용됩니다.
3. 절삭 공구 재료와 가공 대상 간의 화학적 특성 매칭
절삭 공구 재료와 가공 대상 간의 화학적 특성 매칭 문제는 주로 화학적 친화성을 나타냅니다. 절삭 공구 재료와 공작물 재료 사이에서 화학 반응, 확산 및 용해와 같은 화학적 성능 매개변수가 일치해야 합니다. 다양한 재료를 사용한 공구는 다양한 공작물 재료를 가공하는 데 적합합니다.