Техническая мысль непрерывно идет вперед, принося с собой новые решения и возможности в области металлообработки. Речь идет о скорости процесса, где на первое место выходит использование прогрессивных металлообрабатывающих материалов. Историю их применения наглядно демонстрирует следующая таблица:

    На сегодняшний день для металлообработки чаще всего используются твердые сплавы на основе карбида вольфрама. Наибольшими ресурсами этого элемента обладает Китай (42 % мировых запасов), второе место делят Канада и Россия, на третьем находятся США. Значительная часть месторождений Канады и России расположены в условиях вечной мерзлоты и труднодоступных местах, а почти все американские кладовые законсервированы, выходит, что бесспорным монополистом на рынке вольфрама является Китай. И если учитывать, что процентное содержание вольфрама в земной коре составляет всего 0,00013 %, то Китай умело пользуется своим положением и постоянно поднимает цены. Только в 2005 году они выросли почти на 320 %!
    В связи с ростом цен на твердосплавный инструмент особое значение принимают альтернативные материалы, в частности металлорежущая керамика. Именно о ней пойдет речь в этой статье.
    Керамика — это неорганические неметаллические материалы, уплотненные путем термообработки и спекания. Керамические материалы в основном состоят из кремния и оксида алюминия (глинозем), но могут встречаться и другие компоненты: карбид бора и кремния, нитрид кремния, оксиды бериллия, магния, некоторых тяжелых металлов (например, циркония или меди).
    Керамические материалы во многом выигрывают за счет их термо- , износо- и коррозионной стойкости, электрических, магнитных и оптических свойств (оптическое стекловолокно - тоже керамический материал). Пластины изготавливаются исключительно из качественного сырья, используя высокотехнологические процессы при изготовлении.
    Неоспоримые достоинства металлорежущей керамики:
    — возможность высокоскоростной обработки благодаря теплостойкости режущих пластин;
    — возможность резания труднообрабатываемых материалов;
    — точность и низкая шероховатость обработанных поверхностей деталей (результат стабильности термохимических свойств и низкой адгезии);
    — увеличенный срок службы вследствие высокой износостойкости;
    И как следствие вышесказанного — использование керамики определенно ведет к повышению производительности и качеству обработки металла. Все чаще операции шлифовки закаленных сталей, высокопрочных и отбеленных чугунов заменяются на точение режущей керамикой, что дает значительную экономию. Кроме того, к основным преимуществам относятся также стабильная цена и практически неограниченные сырьевые ресурсы (алюмосиликаты составляют до 50 % массы земной коры).
    Одним из лидеров в производстве металлорежущей керамики является крупнейший концерн Южной Кореи — SsangYong. Его торговая марка режущих инструментов Cerabit зарегистрирована в 1986 году. Для нашего рынка эта продукция является наиболее оптимальной по соотношению цена — качество — производительность.
     Керамические материалы компании SsangYong обладают повышенной теплостойкостью, высокой прочностью и износостойкостью. За счет ноу-хау в процессе подготовки компонентов, рецептуре, а так же в процессе горячего изостатического прессования обеспечивается повышение их физико-механических свойств.

    Cerabit представляет три основные группы металлорежущей керамики:

    Первая группа — оксидная или «белая» керамика Al₂O₃ - ZrO₂
    SZ200 — это керамика, основанная на оксиде алюминия А1₂О₃ , легированная двуокисью циркония. Ее используют для всех видов обработки чугуна с нормальным и прерывистым резанием, так как за счет упрочнение удалось получить самый стабильный тип материалов в реакции между деталью и пластиной.
    Вторая группа — оксидно-карбидная (смешанная, «черная») керамика, состоящая из оксида А1₂О₃ (до 60 %) и TiC (до 20 — 40 %). Эта группа делится на две подгруппы по процентному содержанию основного элемента.
        Первая подгруппа с основным элементом А1₂О₃ , к этой группе относится:
    ST100 — керамика, которая отличается высокой теплостойкостью и износостойкостью, применяется для обработки закаленных сталей и труднообрабатываемых материалов. Возможно применение этой марки для чистовой прерывистой и получистовой безударной обработки деталей из серого чугуна.
    ST300 — керамика, которая предназначена для обработки материалов с высокой твердостью (50 HRC и выше).
        Вторая подгруппа с основным элементом TiC (карбид титана) содержит:
    SD200 — керамика системы TiC-AI, разработанная для получистовой и чистовой обработке высокопрочного чугуна. Сменные пластины этой марки имеют высокую износостойкость и прочные режущие кромки, что способствует их использованию и при получистовой обработке стали. При работе рекомендуется использовать СОЖ.
    Третья группа — керамика на основе нитрида кремния Si₃N₄
    SN26 — керамика для черновой и получистовой обработки чугуна с прерывистым резанием. Пластины из этой керамики отличаются высокой износостойкостью и прочностью при фрезеровании и черновом точении различных чугунов.
    SN300 — эта марка используется для скоростной обработки чугуна с тяжелым прерывистым резанием.
    SN400 — керамика с повышенной износостойкостью и прочностью режущих кромок, что дает возможность увеличить стойкость пластины при высокоскоростной обработке.
    SN500 — марка металлорежущей керамики с еще более высокой прочностью, что способствует увеличению их износостойкости при высокоскоростной обработке чугунных деталей с нормальным ударом.
    SN700 — композит, разработанный на основе Si₃N₄ с добавлением TiN. Эта композиция активно используется при обработке сплавов на основе никеля, когда образуются длинные упрочненные стружки и при обработке закаленных сталей с ударом. Возможна обработка чугуна с применением СОЖ.

    Примеры использования керамики на производстве

    Автомобильная и тракторная промышленность

    Пластина SNGN120408 Е040 сплав SZ200, деталь «Блок цилиндров» Чистовая расточка цилиндров. Высокая химическая стойкость. В сравнении с конкурентами износостойкость одинаковая, но Cerabit выигрывает по цене.
     • Скорость V = 450 м/мин
     • Припуск t = 0,5 мм
     • Подача f = 0,35 мм/об
     • Шероховатость Ra — 1,6 мкм

    Пластина SNMA120412 Е040 сплав SD200, деталь — барабан заднего тормоза. При данной обработке увеличена стойкость на 50 %, при этом устранена проблема с шероховатостью.
     • Скорость V = 500 м/мин
     • Припуск t = 0,5 мм
     • Подача f = 0,3 мм/об
     • Шероховатость Ra — 1,6 мкм

    Сплав ST300 используется во вспомогательных производствах при обработке закаленных деталей (50 — 65 HRC). Обрабатываемые детали: различные валы, толкатели, втулки, вставки и т.д. В ряде случаев есть возможность исключить операции шлифовки и полировки.
    Пластина TNGA160408 Е040 сплав ST300, Вал, сталь 45X HRC 55
     • Скорость V = 360 м/мин
     • Припуск t = 0,2 мм
     • Подача f = 0,05 мм/об
     • Шероховатость Ra — 1,6 мкм

    Пластина SNGN120416 Е100 сплав SN400. Обработка корпусных деталей — черновое фрезерование серых и высокопрочных чугунов. Применение этой марки керамики позволило на 60 % снизить затраты на обработку, учитывая стоимость станкочаса, при этом скорость резания возросла в три раза с 300 м/мин до 900 м/мин.
     • Скорость V = 900 м/мин
     • Припуск t = 1 — 4 мм
     • Подача f = 0,05 мм/зуб
     • Шероховатость Ra — 6,3 мкм

    Металлургическая промышленность

    Пластина SNGN120412 Е020 сплав ST300, изготовление прокатных валков.
     • Скорость V = 500 м/мин
     • Припуск t = 0,5 мм
     • Подача f = 0,3 мм/об
     • Шероховатость Ra — 1,6 мкм

    Подшипниковая отрасль

    Пластина CNGN120712 Е020 сплав ST300. Обрабатываемый материал: подшипниковая сталь ШХ15СГ HRC 61 — 63 керамика. Стойкость металорежущего инструмента Cerabit на 20 % выше, чем у основного конкурента, и еще одно преимущество — более низкая цена.
     • Скорость V = 75 — 80 м/мин
     • Припуск t=0,15 — 0,50 мм
     • Подача f =0,35 — 0,45 мм/об
     • Шероховатость Ra — 1,25 мкм (торцы 0,63 мкм)

    Это лишь немногие примеры применения металлорежущей керамики Cerabit. Специалисты ЗАО «ДИТЦ «Контакт» продолжают внедрять инструмент на основе керамики во все большее число производств, а специалисты SsangYong трудятся над новыми сплавами, непрерывно улучшая их характеристики.

    Новинки от SsangYong:

    ST500 — новый сплав, представляет собой продолжение серии ST(А1₂О₃ ). ST500 обладает более мелкой структурой, что обуславливает большую прочность чем у его предшественника ST300 (это хорошо видно при сильном увеличении — х 5000). Обладает высокой термостойкостью.
     Применение
     • Прерывистое резание сталей и чугунов
     • Чистовая и получистая обработка упрочненных и легированных сталей

    SN800 — новый сплав на основе нитрида кремния. В сравнении с применявшимся ранее сплавом SN700 располагает еще большими возможностями.
     Применение
     • Прерывистое резание чугунов
     • Обработка никелевых сплавов

Сплав	Состав	Цвет	Микро-твердость (ГПа)	Прочность (кН/мм2)	Применение	Характеристики
ST100	Al2O3 + TiC	черный	21,0	4,0	Обработка закаленной стали, чистовая и получистовая обработка сталей и чугунов	Отличная износостойкость. Высокая теплостойкость
ST300	Al2O3 + TiCN	Черный	22,0	4,5	Обработка закаленных и легированных сталей	Высокая износостойкость. Альтернатива эльбору
(CBN) SD200	TiC + Al2O3	Черный	22,5	4,5	Чистовая и получистовая обработка высокопрочного чугуна. Чистовая обработка закаленных сталей	Высокая теплостойкость. Возможно применение СОЖ
SZ200	Al2O3 + ZrO2	Белый	18,0	4,5	Чистовая и получистовая обработка серого чугуна, сталей и сталей твердостью HRC 45	Упрочнена ZrO2, высокая химическая стабильность
SN26	Si3N4	Черный	16,0	5,0	Черновая и прерывистая обработка чугуна. Фрезерование чугунов	Высокие прочность и теплостойкость. Сбалансированния износостойкость и жесткость
SN300	Si3N4	Серый	16,0	6,0	Высокоскоростная обработка чугунных деталей с тяжелым прерывистым резанием	Высокая прочность и теплостойкость. Высокая скорость обработки и ударная стойкость
SN400	Si3N4	Серый	16,8	6,0	Черновая обработка с тяжелым ударом серого чугуна. Высокоскоростная обработка чугуна	Повышенная износостойкость. Возможность высокоскоростной обработки при ударной нагрузке
SN500	Si3N4	Серый	17,0	6,0	Высокоскоростная обработка чугуна с ударом. Высокоскоростное фрезерование чугуна	Беспримесный нитрид кремния. Отличная износостойкость при очень высоких скоростях обработки
SN700	Si3N4 + TiN	Коричневый	17,5	6,5	Черновая и прерывистая обработка чугуна. Обработка сплавов на основе никеля. Ковкий чугун	Хорошая теплостойкость и теплоотдача. Высокая износостойкость и длительная работа при обработке сплавов на основе никеля. Используется с СОЖ