Механообработка керамики на станках с ЧПУ

Изделия из керамики прочно вошли в повседневную жизнь человека. Керамика находит применение в производстве широкого спектра оптических, механических и электрических приборов. Тем не менее, современной тенденцией в производстве керамических изделий является обработка на станках с ЧПУ.
Обработка керамики на станках с ЧПУ облегчает производство деталей и изделий с уникальным внешним видом. Керамические детали, изготовленные на станке с ЧПУ, также обладают отличной стойкостью к сжатию, в отличие от тех, которые изготовлены в печи.
Итак, что именно влечет за собой процесс обработки керамики с ЧПУ? Каковы идеальные материалы и варианты обработки для этого процесса?

Процесс обработки керамики с ЧПУ включает в себя резку керамических материалов различной формы с использованием фрезерных станков с компьютерным управлением. Кроме того, резка керамики на станке с ЧПУ обеспечивает высокую точность и контроль, повышая качество резки. Жёсткость и хрупкость керамики делают обработку с ЧПУ предпочтительным процессом по сравнению с традиционной обработкой. Это облегчает создание деталей и изделий сложной формы и жёстких допусков.
Процесс обработки керамики начинается с создания CAD-модели желаемого изделия, детали или формы. Следующим этапом процесса является преобразование модели CAD в CAM. Автоматизированное производство (CAM) содержит G-код, необходимый для управления траекторией движения инструмента. Наконец, оператор передает код CAM на контроллер станка с ЧПУ, вырезая керамический материал с использованием указанной траекторией движения инструмен
та.

Не все керамические материалы идеально подходят для обработки на станке с ЧПУ из-за их различных механических, физических и химических свойств. Однако есть идеальные материалы для обработки на станках с ЧПУ.

Глинозёмная керамика

Глиноземная керамика, также известная как оксид алюминия, является универсальным и широко используемым материалом. Он обладает высокой твердостью, долговечностью, является хорошим электроизолятором, имеет высокую термостойкость и коррозионную стойкость. При обработке на станках с ЧПУ глиноземная керамика является популярным выбором для создания высокоточных компонентов.
Кроме того, высокая твёрдость и износостойкость глиноземной керамики делают ее идеальной для использования в режущих инструментах. Хотя их высокая термостойкость и хорошая электрическая изоляция делают их подходящими для использования в высокотемпературных и электрических компонентах техники.

Керамика из нитрида бора

Состоящий из бора и азота с химической формулой BN, нитрид бора, представляет собой уникальный класс керамики. Он имеет низкую диэлектрическую проницаемость, тепловое расширение и тангенс угла потерь. Кроме того, он химически инертен, обладает высокой устойчивостью к электричеству и хорошей стойкостью к тепловому удару.
Произведенный в виде твердого тела методом горячего прессования, BN дает пластинчатый кристалл и гексагональную структуру. Это делает возможной механическую обработку материала для создания сложных деталей с жёсткими допусками.
Кроме того, керамические детали из нитрида бора не требуют обжига или термической обработки. Эти тепловые свойства нитрида бора позволяют применять его в различных отраслях промышленности, в том числе в производстве полупроводников и плат для электроники.

Керамика из карбида кремния

Керамика из карбида кремния (SiC) представляет собой новое поколение передовой технической керамики, которая широко применяется в различных областях промышленности благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокие твердость, теплопроводность и устойчивость к тепловому удару/износу.
В станках с ЧПУ керамика SiC все чаще используется для производства режущих инструментов, изнашиваемых деталей и конструкционных компонентов. Кроме того, высокая твердость керамики SiC делает ее идеальной для обработки прочных и твердых материалов, таких как высокопрочные сплавы, закаленные стали и суперсплавы. Его высокая теплопроводность также обеспечивает эффективное рассеивание тепла во время обработки, снижая износ инструмента и повышая скорость, точность резания.
Также, керамика SiC обладает высокой устойчивостью к тепловому удару и хорошей химической стабильностью, что делает ее пригодной для использования в суровых условиях эксплуатации, таких как высокотемпературные и коррозионные среды.

Циркониевая керамика

Цирконий, также называемый диоксидом циркония, представляет собой передовой керамический материал, известный своими исключительными свойствами. Он обладает замечательной прочностью, ударной вязкостью и устойчивостью как к химическим веществам, так и к коррозии, что делает его востребованным в медицине и стоматологии. Кроме того, его высокая твердость увеличивает скорость резания при механической обработке.
Цирконий обладает исключительной термостойкостью, а его температура плавления превосходит температуру плавления оксида алюминия. По сравнению с другой керамикой он лучше поглощает нагрузку, что делает его идеальным материалом для конструкционных керамических деталей. Его ударная вязкость и механическая прочность не имеют себе равных при комнатной температуре, что делает обработку на станках с ЧПУ наиболее подходящим производственным процессом.
Различные конструкционные керамические компоненты, такие как мелющие и диспергирующие среды, шаровые краны, шаровые сёдла, оптоволоконные штифты, резцы, шарикоподшипники, вырезки и корпуса часов, широко используют цирконий, обработанный на станках с ЧПУ. Кроме того, превосходное тепловое расширение и изоляционные свойства материала делают его популярным выбором для изготовления функциональных керамических деталей, таких как индукционные нагревательные трубки и теплоэлементы..

Стеатит

Стеатит, также известный как высокочастотная керамика, состоит в основном из водного силиката магния, причем метасиликат магния присутствует в его кристаллической фазе. По сравнению с другими материалами, обсуждаемыми в этой статье, стеатит является более экономически выгодным вариантом. Этот материал на основе силиката магния обеспечивает исключительное электрическое сопротивление, особенно при высоких температурах, минимальные диэлектрические потери, низкий коэффициент рассеяния и впечатляющую механическую прочность. Благодаря своей способности выдерживать значительные нагрузки до разрушения стеатит является подходящим кандидатом для обработки на станках с ЧПУ.
Диэлектрические свойства стеатита с низкими потерями энергии делают его превосходным материалом для производства изоляторов, используемых в трансляционном радиооборудовании. Его способность противостоять нагреву, а также диэлектрические свойства стеатита также делают его отличной альтернативой для производства прочных и огнестойких клеммных колодок.

Кварц

Кварцевая керамика представляет собой тип керамики, состоящей из высокочистого кремнезема (диоксида кремния), обладающего исключительными оптическими и химическими свойствами. В дополнение к своим превосходным свойствам, этот материал также обладает отличной прочностью на растяжение, хорошей термической стабильностью и отличной теплоизоляцией, что делает его популярным выбором для осветительных и полупроводниковых приборов.
Из-за высокой твердости обработка кварцевой керамики требует использования прочных алмазных инструментов, водоструйной обработки или шлифовки. Этот материал особенно хорошо подходит для изготовления деталей, требующих точности, контроля загрязнения и термостойкости, что делает его идеальным для обработки на станках с ЧПУ.
Кварцевая керамика используется в различных областях промышленности, в том числе в ракетостроении, где она применяется для изготовления носовых обтекателей ракет, сопел двигателей и антенных пусковых устройств. Термическая стабильность кварца также делает его полезным в производстве соединителей, труб, клапанов, теплообменников, футеровки печей и теплозащитного оборудования для аэрокосмической техники.

Кордиерит керамический

Кордиеритовая керамика, состоящая из магния, алюминия и силиката, доступна в различных оттенках, включая голубой, светло-фиолетовый и бесцветный. Он широко используется в производстве деталей, требующих высокой ударопрочности и огнеупорных свойств. Кордиеритовая керамика также может похвастаться исключительной термостойкостью, что делает ее идеальной для производства керамических плит для обжига, шлаков, материалов для высокотемпературного теплового излучения и электронных упаковочных материалов.
Несмотря на хорошие электроизоляционные свойства, кордиеритовая керамика имеет более низкую теплоизоляцию по сравнению с другими керамическими материалами. Тем не менее, он может выдерживать постоянное нагревание и охлаждение без образования трещин, что делает его пригодным для производства таких продуктов, как каталитические нейтрализаторы.

Муллит

Муллитовая керамика представляет собой передовой технический керамический материал, который высоко ценится за его высокотемпературную стабильность, превосходную термостойкость, низкое тепловое расширение и хорошие механические свойства. Эти свойства делают муллиь подходящим для широкого спектра применений при высоких температурах и больших нагрузках, таких как футеровка печей, нагревательные элементы и компоненты печей.
В области обработки на станках с ЧПУ муллитовая керамика обычно используется для производства точных и сложных деталей для высокотемпературных применений. Обработка с ЧПУ позволяет получить жёсткие допуски, сложные формы и гладкую поверхность обрабатываемых деталей. Высокотемпературная стабильность муллитовой керамики также позволяет использовать ее в процессах высокотемпературной механообработки, таких как лазерная резка, фрезерование и сверление.
Однако механическая обработка муллитовой керамики может быть сложной задачей из-за ее высокой твердости, низкой теплопроводности и хрупкости. Чтобы предотвратить растрескивание и обеспечить хорошее качество поверхности, необходимо использовать специальные реж
ущие инструменты, системы охлаждения и параметры резки.

Существует множество методов изготовления керамических деталей, начиная от гидроабразивной резки и заканчивая лазерной резкой и даже с использованием печи. Однако есть несколько причин, по которым керамику лучше обрабатывать с помощью станков с ЧПУ.

Универсальность

Обработка керамики с ЧПУ — это высокоточный процесс, который позволяет создавать сложные детали из керамических материалов. Использование оборудования и программного обеспечения с ЧПУ позволяет точно контролировать инструменты для резки и формовки, что приводит к получению высококачественных и точных деталей, отвечающих даже самым строгим требованиям.

Экономическая эффективность

По сравнению с другими методами производства, такими как лазерная резка и гидроабразивная резка, изготовление керамических изделий с использованием ЧПУ может быть весьма рентабельным. Экономичность обусловлена меньшим количеством регистрируемых ошибок, а также высокой производительностью по сравнению с лазерной резкой. Кроме того, стоимость станков с ЧПУ для производства керамики значительно ниже, чем цена лазерной резки.

Качества керамики

Керамика обладает множеством замечательных свойств, которые делают ее идеальной для обработки с ЧПУ, включая долговечность и износостойкость. Она также обладают большой прочностью и твердостью, а также низкой электро- и теплопроводностью. Кроме того, большинство керамических изделий обладают жаростойкостью, вязкостью разрушения и механической прочностью.

Масштабируемость

Обработка керамики на станках с ЧПУ — это масштабируемый производственный процесс. Другими словами, обработка с ЧПУ позволяет увеличить или уменьшить количество керамических деталей, производимых по требованию рынка. Это сокращает материальные отходы, поскольку продукты производятся по запросу, а также гарантирует, что капитал не связан.



Недостатки обработки керамики на станках с ЧПУ

Хотя обработка керамики с ЧПУ имеет некоторые преимущества, недостатки также есть. Ниже приведены некоторые недостатки обработки керамики с ЧПУ.

Хрупкость материала

Керамические материалы прочны и тверды, но хрупки и имеют низкую ударную вязкость из-за их кристаллической структуры, лишенной пластичности металлов. Это делает их восприимчивыми к растрескиванию и сколам при нагрузке. . Но специализированные режущие инструменты, такие как фрезы с алмазными наконечниками, низкая скорость резания и низкая скорость подачи, могут снизить нагрузку и предотвратить появление трещин или сколов.

Слишком высокая твёрдость

Одной из основных проблем при обработке керамики является ее твёрдость. Керамика обычно намного твёрже, чем режущие инструменты, используемые в станках с ЧПУ. Это может привести к чрезмерному износу и повреждению режущего инструмента. Это может привести к увеличению затрат на инструмент, увеличению времени обработки и снижению качества деталей.

Длительное время выполнения заказа

Обработка керамики с ЧПУ часто сопровождается длительными сроками изготовления из-за природы керамических материалов и процесса обработки. Керамика тверже и более хрупкая, чем металлы, что делает процесс обработки очень трудоемким и медленным. Высокая точность, требуемая при обработке керамики, также требует специальных инструментов и оборудования, что еще больше увеличивает время выполнения заказа.