Керамоматричные композиционные материалы (Ceramic Matrix Composites, CMC на основе SiC/SiC и C/SiC) и углерод-углеродные композиты представляют собой передовой класс термостойких конструкционных материалов для гиперзвуковой авиации и ракетных двигателей. Обработка этих сверхтвердых гетерогенных структур на станках ЧПУ сопровождается катастрофическим износом инструмента. При этом микротвердость волокон разрушает обычный твердый сплав. В нашей практике поликристаллический алмаз CVD Diamond продлевает стойкость инструмента в десятки раз.
Структура и сверхвысокая абразивность композитов SiC/SiC и C/SiC
Композиты CMC состоят из армирующего каркаса непрерывных углеродных или карбидокремниевых волокон, внедренных в жаропрочную матрицу из карбида кремния SiC с твердостью до двадцати восьми гигапаскалей. При резании алмазный зуб поочередно срезает пластичную матрицу и хрупкие высокомодульные волокна. А высокая абразивность микроосколков SiC мгновенно истирает стандартные твердосплавные пластины за считанные секунды.
Особенности структуры и физико-механических характеристик керамокомпозитов:
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-1050 G3
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-1050 F4
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-845 G3
- Твердость матрицы карбида кремния SiC достигает 2800 HV, уступая по абразивности лишь алмазу.
- Рабочая температура композитов SiC/SiC в окислительной среде превышает +1400 °C без потери прочности.
- Анизотропия прочностных свойств вызывает риск поверхностного микроскалывания при выходе фрезы.
Учет этих параметров требует применения специализированных алмазных фрез высокой твердости.
Стойкость монолитного алмазного инструмента с толстым CVD-покрытием
Для чистовой и черновой механической обработки композитов CMC применяются фрезы с толстым слоем поликристаллического алмаза CVD (толщина слоя до двадцати микрометров) либо напайные пластины из поликристаллического алмаза PCD. Алмаз обладает исключительной твердостью и высокой теплопроводностью, отводя тепло из зоны контакта. Наш цеховой опыт подтверждает многократное превосходство алмазного инструмента над сплавами с покрытием TiAlN.
Лазерная заточка режущих кромок алмазного инструмента обеспечивает радиус округления менее двух микрометров.
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-855S
FPV-30G фрезерный станок с ЧПУ
Фрезерный станок с ЧПУ RS 6090TT
Стойкость фрез с CVD-алмазным слоем при обработке C/SiC в пятьдесят раз превышает показатели твердого сплава.
Подобрать оборудование под вашу задачу
Оптимальные кинематические траектории без сколов кромок и микротрещин
Фрезерование керамоматричных заготовок выполняется с малой радиальной глубиной резания и высокими скоростями для создания режима микроскалывания хрупкой матрицы без расслоения слоев. При этом траектория инструмента проектируется с постоянным попутным направлением резания и плавным врезанием по дуге окружности без встречного фрезерования.
Расчет толщины несрезанного слоя стружки при микрофрезеровании керамокомпозитов:
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ RABBIT SF-6090
Фрезерный станок с ЧПУ EXT SHG 0404
Фрезерный станок с ЧПУ RABBIT SF-3030
\[h_{ex} = f_{z} \cdot \sqrt{\frac{a_{e}}{D_{tool}}}\]
где толщина среза \(h_{ex}\) поддерживается ниже критической глубины перехода к пластическому срезанию (около \(0.015\) мм).
| Тип композитного материала | Рекомендуемый тип инструмента | Скорость резания Vc | Подача на зуб fz |
|---|---|---|---|
| Углерод-углерод (C/C) | PCD пластины / CVD алмаз | 250 – 500 м/мин | 0.04 – 0.08 мм/зуб |
| Карбидокремниевый C/SiC | Монолитный CVD Diamond | 120 – 220 м/мин | 0.02 – 0.05 мм/зуб |
| Керамоматричный SiC/SiC | Шлифовальные алмазные головки | 80 – 160 м/мин | 0.01 – 0.03 мм/зуб |
Высокоэффективная промышленная аспирация и изоляция направляющих станка
Фрезерование композитов CMC сопровождается образованием тончайшей абразивной пыли с размером частиц от одного до пяти микрометров, представляющей смертельную опасность для здоровья оператора и направляющих станка. Обработка проводится в герметичной рабочей зоне с мощными вакуумными аспирационными установками производительностью от трех тысяч кубометров в час. А избыточное давление воздуха в шпинделе защищает подшипники от абразива.
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ RS 0609G
Фрезерный станок с ЧПУ RABBIT SF-1212
Фрезерный станок с ЧПУ RS 1313G
Специализированные HEPA-фильтры задерживают до 99.97% мелкодисперсных керамических микрочастиц.
| Узел защиты оборудования | Конструктивное решение | Предотвращаемый вид износа |
|---|---|---|
| Направляющие качения и ШВП | Двойные скребки и телескопические кожухи | Абразивный износ и заклинивание кареток |
| Шпиндельный узел ЧПУ | Пневматический лабиринтный подпор 2 бар | Попадание карбидной пыли в керамические подшипники |
| Зона резания станка | Локальный аспирационный раструб на шпинделе | Запыление рабочей камеры и органов оптического контроля |
Технические критерии оценки чистоты поверхности и износа режущих кромок
Контроль качества обработанной поверхности керамокомпозитов включает оптическую микроскопию на предмет отсутствия вырывов волокон и микротрещин матрицы. Допустимый критерий износа алмазного инструмента по задней грани не должен превышать пятидесяти микрометров. А своевременная замена изношенных фрез гарантирует сохранение расчетной прочности ответственных аэрокосмических узлов.
Практический регламент фрезерования керамоматричных деталей CMC на станках с ЧПУ:
- Проверка герметичности защитных кожухов станины и включение системы аспирации пыли.
- Входной оптический контроль геометрии режущих кромок алмазной CVD-фрезы на пресеттере.
- Фрезерование заготовки попутным методом с постоянным контролем виброакустического шума.
- Лазерная инспекция радиуса скругления кромок детали непосредственно на рабочем столе станка.
Соблюдение этого регламента исключает расслоение композита и обеспечивает авиационную надежность.
