Metody obróbki węglika spiekanego
Szlifowanie, frezowanie, toczenie i obróbka elektroerozyjna prętów i półfabrykatów z węglika spiekanego
Węglik spiekany może być obrobiony na wiele sposób, a od rodzaju obróbki również zależą jego właściwości.
W tym artykule omówimy podstawę rodzaje obróbki węglików spiekanych.
Szlifowanie prętów i półfabrykatów z węglika spiekanego
Szlifowanie prętów z węglika spiekanego
Szlifowanie jest popularną metodą obróbki węglików spiekanych. Pozwala na osiągnięcie odpowiedniej chropowatości powierzchni i większości przypadków szlifowanie jest końcową metodą obróbki.
Ściernice są to narzędzia, które muszą mieć większą twardość od szlifowanych elementów.
Im większe ziarno w ściernicy tym:
- Większe siły szlifowania
- Niższa trwałość ściernic
- Bardziej precyzyjna jakość powierzchni po szlifowaniu
- Wyższa temperatura szlifowania
Im twardsze spoiwo w ściernicy tym:
- Większe siły szlifowania
- Wyższa trwałość ściernic
- Bardziej precyzyjna jakość powierzchni po szlifowaniu
- Wyższa temperatura szlifowania
Im wyższa koncentracja w ściernicy tym:
- Większe siły szlifowania
- Wyższa trwałość ściernic
- Bardziej precyzyjna jakość powierzchni po szlifowaniu
- Wyższa temperatura szlifowania
Najczęściej używanymi ściernicami do szlifowania węglików spiekanych są ściernice diamentowe.
- Ziarno D10-40 – szlifowanie wykańczające Ra 0,06-0,14 μm
- Ziarno D46 i D54 – szlifowanie właściwe Ra 0,16-0,18 μm
- Ziarno D64, D76 i D91 – szlifowanie pośrednie Ra0,20-0,35 μm
- Ziarno D107 i D126 – szlifowanie wstępne Ra0,40-0,70 μm
- Ziarno D151 i D181 – szlifowanie zgrubne Ra0,80 do 1,20 μm
W szlifowaniu węglika spiekanego niezmiernie ważny jest odpowiedni dobór chłodzenia. Podczas szlifowania węglika spiekanego należy stosować środek chłodząco-smarujący.
Rodzaje płynów smarująco-chłodzących:
Olej:
- Efekt smarowania: bardzo dobry
- Efekt chłodzenia: średni
- Zanieczyszczenie środowiska: wysokie
- Nakłady / Koszty: wysokie
- Podatność na korozję: mała
Emulsja:
- Efekt smarowania: średni
- Efekt chłodzenia: dobry
- Zanieczyszczenie środowiska: średnie
- Nakłady / Koszty: średnie
- Podatność na korozję: średnie
Woda:
- Efekt smarowania: dobry
- Efekt chłodzenia: niedostateczny
- Zanieczyszczenie środowiska: małe
- Nakłady / Koszty: małe
- Podatność na korozję: duża
Ponadto należy pamiętać, że środek smarująco-chłodzący podczas szlifowania węglika musi zostać koniecznie podany bezpośrednio w strefę skrawania!
Pozwoli to na osiągnięcie wyszlifowanej powierzchni bez zbędnych pęknięć.
Użycie odpowiedniego środka smarująco-chłodzącego podczas szlifowania wszelkiego typu węglików spiekanych (prętów i półfabrykatów węglikowych) skutkuje przyjęciem przez chłodziwo ponad 50% ciepła podczas obróbki oraz ok. 25-30% przez wióry, podczas gdy obrabiany przedmiot absorbuje 10-15% ciepła. W przeciwnym wypadku obrabiany przedmiot z węglika spiekanego może absorbować nawet ponad 40% ciepła co bardzo negatywnie wpływa na jego właściwości i trwałość.
Węglika spiekanego nie należy szlifować również za długo, żeby zmiany cieplne oraz rozkład naprężeń w warstwie wierzchniej nie wniknął zbyt głęboko w materiał.
Obróbka elektroerozyjna prętów i półfabrykatów z węglika spiekanego
Obróbka elektroerozyjna EDM listwy z węglika spiekanego
Obróbka elektroerozyjna węglika spiekanego polega na obróbce poprzez zjawisko przewodnictwa cieplnego. Węglik wolframu posiada takie właściwości i półfabrykaty z węglika spiekanego umieszczane są w dielektryku (wodzie lub oleju) i poprzez parę elektrod i wyładowania iskrowe z dużą częstotliwości, następuje obróbka.
Rozróżniamy dwie metody obróbki elektroerozyjnej:
- Elektrodrążenie wgłębne EDM
- Wycinanie elektroerozyjne drutem WEDM
Należy mieć na względzie, że są to metody kosztowne oraz wysokotemperaturowe. Przy zbyt wysokiej temperaturze obróbki węglik spiekany oraz dielektryk nie są w stanie odprowadzać ciepła co skutkuje pęknięciami oraz ryzykiem uwalniania kobaltu. Uwalnianie kobaltu w węglikach spiekanych podczas obróbki elektroerozyjnej zwiększa skłonność do reakcji elektrochemicznej, w tym wżerów oraz korozji. Niestety są to zmiany mikroskopijne i niewidoczne gołym okiem. Stąd obróbka elektroerozyjna półfabrykatów z węglika spiekanego musi być wykonana przez wysoko wykwalifikowany personel. W przypadku utraty właściwości warstwy wierzchniej, węglik należy szlifować na głębokość około 0,5mm.
Frezowanie prętów i półfabrykatów z węglika spiekanego
Frezowanie węglika spiekanego jest całkiem nową technologią i stosowaną od niedawna.
Zalety frezowania węglików spiekanych:
- Krótki czas obróbki – w porównaniu z obróbką elektroerozyjną węglików czas obróbki jest krótszy, ponieważ odpada obróbka elektrod i czasy pomocnicze są również krótsze
- Chropowatość powierzchni – poprzez frezowanie węglik spiekany może mieć chropowatość nawet rzędu Ra0,05 μm, po frezowaniu nie jest wymagane polerowanie
- Różnorodność kształtów – frezując można obrobić półfabrykat węglikowy na kształty jak podczas obróbki elektroerozyjnej
- Naprężenia ściskające – frezowanie węglików spiekanych zwiększa wytrzymałość obrabianych części i zapobiega powstawaniu pęknięć.
Wady frezowania węglików spiekanych:
- Duże naddatki – frezowaniem ze względów ekonomicznych nie obrabia się dużych naddatków
- Skomplikowane kształty – małe promienie mogą być problematyczne do obróbki
Narzędzia frezarskie do obróbki węglików spiekanych wykonane są diamentu polikrystalicznego PCD lub diamentu CVD. Są to narzędzia drogie o twardości 8000 do 10.000 HV30. Dzięki tak wysokiej twardości frezowanie węglika spiekanego o twardości 800 do 1860 HV30 nie stanowi problemu, niestety twardsze węgliki spiekane nie nadają się do frezowania.
Możliwe do osiągnięcia parametry frezowania prętów, części i półfabrykatów z węglika spiekanego:
- Prędkość skrawania d 20.000 rpm do 48.000 rpm
- Głębokość skrawania od 0,005 do 0,2 mm
- Posuw od 0,005 do 0,4 mm/min-1
Toczenie na twardo prętów z węglika spiekanego
Toczenie na twardo węglika spiekanego
Toczenie twardych materiałów dotyczy części o twardości 58 HRC w górę. Węglik spiekany można toczyć z zastrzeżeniem, że do maksymalnej twardości ok 1600 HV30. Do twardości węglika 1100 HV30 stosuje się płytki CNB (regularny azotek boru), a powyżej tej wartości PCD (diament). Poprzez toczenie węglików spiekanych można osiągnąć chropowatość Ra 0,1 μm.
Toczenie twardszych gatunków węglika spiekanego jest możliwe, aczkolwiek nie jest ekonomicznie opłacalne.
Możliwe do osiągnięcia parametry toczenia prętów, części i półfabrykatów z węglika spiekanego (obróbka PCD):
- Prędkość skrawania od 8 do 10 m/min (obróbka zgrubna)
- Prędkość skrawania od 15 do 35 m/min (obróbka wykańczająca)
- Posuw ok 0.1 (obróbka zgrubna) oraz 0.01 (obróbka wykańczająca)
Piaskowanie prętów i półfabrykatów z węglika spiekanego
Piaskowanie węglików spiekanych pozwala na zmniejszenie naprężeń w strefie jego wpływów podczas przyszłej obróbki części. Piaskowania pozwala po obróbce elektroerozyjnej na częściowe usunięcie tzw. warstwy białej. Ponadto piaskowanie zagęszcza warstwę wierzchnią węglika spiekanego i część naprężeń rozciągających ulega zamianie na pozytywne naprężenia ściskające.
Piaskowanie pozwala również na usunięcie mikropęknięć po szlifowaniu węglika spiekanego, stąd jest to często stosowany rodzaj obróbki wykańczającej, poprzedzający polerowanie.
Polerowanie prętów i półfabrykatów z węglików spiekanych
Pręty z węglika spiekanego poddane polerowaniu
Polerowanie jest ostatnim procesem poprawiającym jakość powierzchni obrabianego przedmiotu.
Polerowanie węglika spiekanego może zostać wykonane ręcznie, mechanicznie lub automatycznie.
- Polerowanie ręczne – za pomocą piast diamentowych, które nakładane są na obrabiany węglik za pomocą części drewnianych lub plastikowych. Kształty profili zewnętrznych i wewnętrznych polerowane są zazwyczaj wibracyjnie. Części o symetryczne osiowo zostać zamontowane na wrzecionie polerskim. W polerowaniu ręcznym węglika spiekanego możliwe jest użycie past o różnej wielkości ziarna, aby osiągnąć końcową chropowatość rzędu Ra 0,05 μm:
- Pasta diamentowa o ziarnie D45 – Ra 0,3 μm
- Pasta diamentowa o ziarnie D15 – Ra 0,15 μm
- Pasta diamentowa o ziarnie D3 – Ra 0,05 μm
- Polerowanie automatyczne:
- Polerowanie automatyczne wewnętrzne – nanoszone przez maszynę, jest to proces powtarzalny i umożliwiający obróbkę wykańczającą mały i głębokich otworów.
- Polerowanie automatyczne zewnętrzne – jest to polerowanie wirowe na specjalnych maszynach. Polerowane części z węglika spiekanego należy umieścić w zbiorniku wypełnionym odpowiednim nośnikiem (np. diament) lub granulatem (maszyny OTEC).
Rodzaje pokryć węglików spiekanych
Obecnie pokrywanie narzędzi skrawających (w tym również narzędzi skrawających węglikowych) jest szeroko stosowane. Powłoki zapewniają lepszą trwałość narzędzia i niejednokrotnie lepszą jakość obróbki.
Zakres rodzajów powłok jest obecnie bardzo szeroki, dwie najpopularniejsze metody to fizyczne odsadzane powłok z fazy gazowej – PVD oraz chemiczne osadzanie powłok z fazy gazowej CVD.
Po więcej informacji o rodzajach powłok zapraszamy do naszego innego artykułu: tutaj.
Zapraszamy również do zapoznania się z naszą ofertą oraz pozostałymi artykułami w zakresie prętów i półfabrykatów z węglika spiekanego:
- Oferta:
- Artykuły:
