Конструкционные соединения на основе карбида SiC и нитрида кремния Si3N4 обладают исключительной твердостью и термостойкостью при высоких температурах. Их используют в газовых турбинах, бронеплитах и полупроводниковом машиностроении. Высокая хрупкость кристаллов делает обработку лезвийным инструментом невозможной. Требуется алмазный инструмент. Технологический процесс строят на контролируемом шлифовании и пластичном съеме тончайшего припуска на скоростных станках с ЧПУ.
Механические свойства нитрида и карбида кремния
Кристаллическая решетка карбида кремния характеризуется ковалентными межатомными связями. Твердость по шкале Мооса достигает 9.5 единиц при модуле упругости свыше 400 ГПа. Нитрид кремния обладает улучшенной вязкостью разрушения благодаря игольчатой структуре зерен бета-фазы. Ударное воздействие абразива провоцирует зарождение подповерхностных трещин скола. Это требует специальной кинематики съема припуска на пониженных подачах.
Критическая глубина резания для реализации квазипластичного режима микроточения керамики рассчитывается по формуле Бисваса:
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
d_crit = 0.15 * (E_mod / H_v) * (K_1c / H_v)^2где параметр E_mod обозначает модуль упругости материала, величина H_v задает микротвердость по Виккерсу, коэффициент K_1c определяет вязкость разрушения керамики.
Реализация пластичного режима микрорезания керамики
При снижении глубины резания и подачи на зерно ниже порога d_crit в зоне контакта создается высокое гидростатическое давление. Под действием этого сжатия хрупкое минеральное тело переходит в пластичное состояние. Снимается тончайшая стружка без выкрашивания кромок. Процесс требует жесткого шпинделя с ЧПУ и прецизионного контроля подачи на оборот инструмента от десяти до пятидесяти нанометров.
Превышение критической толщины срезаемого слоя даже на пятьдесят нанометров мгновенно переводит процесс в режим хрупкого выкрашивания с образованием глубоких раковин на поверхности.
Технологические принципы обработки сверхтвердых заготовок включают следующие положения:
- Применение прецизионных высокооборотных шпинделей с радиальным биением менее одного микрона.
- Использование инструмента с мелким синтетическим алмазным зерном зернистостью от D15 до D46.
- Непрерывная подача высокоочищенной водорастворимой СОЖ для эффективного вымывания шлама.
- Ограничение радиальной глубины резания до субмикронных значений при чистовых проходах.
Подобрать оборудование под вашу задачу
Применение металлосвязанных алмазных микроинструментов
Фрезерование заготовок выполняется фасонными и концевыми алмазными фрезами на гальванической или металлической связке с высокой концентрацией зерен. Металлическая связка на основе бронзы обеспечивает прочное удержание алмазов при черновых переходах. Периодическое электрохимическое профилирование рабочей части инструмента прямо в шпинделе станка восстанавливает режущую способность без потери геометрии контура.
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
- Предварительное профилирование заготовки алмазными шлифовальными кругами грубой зернистости.
- Получистовое фрезерование контуров инструментом на металлической связке с шагом 5 мкм.
- Финишное квазипластичное выглаживание алмазными полировальниками зернистостью 1-3 мкм.
| Материал керамики | Твердость по Виккерсу HV, ГПа | Вязкость разрушения K1c, МПа*м^0.5 | Критическая глубина d_crit, нм |
|---|---|---|---|
| Карбид кремния SiC (реакционно-связанный) | 24 - 28 | 3.5 - 4.2 | 25 - 40 |
| Нитрид кремния Si3N4 (горячепрессованный) | 16 - 19 | 6.0 - 7.5 | 80 - 140 |
| Оксид циркония ZrO2 (стабилизированный) | 12 - 14 | 8.0 - 10.5 | 180 - 320 |
Ультразвуковое ротационное ассистирование фрезерования
Интеграция пьезоэлектрического преобразователя в шпиндель сообщает алмазной фрезе высокочастотные колебания с частотой 20-40 кГц и амплитудой 2-10 мкм. Прерывистый контакт зерен снижает силы резания и облегчает вымывание шлама из зоны контакта. Ультразвуковая обработка в два-три раза повышает скорость съема минерального материала при сохранении идеальной целостности острых кромок изделий.
Снижение механических нагрузок продлевает ресурс дорогостоящего алмазного инструмента в несколько раз.
Контроль микротрещиноватости и шероховатости деталей
Качество обработанных поверхностей оценивается методами оптической конфокальной микроскопии и люминесцентного контроля для выявления дефектов. Корректно настроенный процесс алмазного фрезерования гарантирует параметр шероховатости Ra менее 0.02 мкм без сколов. Изделия выдерживают высокие циклические тепловые нагрузки без риска внезапного хрупкого разрушения.
