Ультразвуковая обработка: достижения в обработке твердых сплавов

В области прецизионного производства некоторые материалы представляют собой серьезную проблему для инженеров. Карбид вольфрама, также известный как твердый сплав, выделяется как один из таких «крепких орешков». Этот сплав, состоящий из вольфрама и карбидов, стал незаменимым для режущих инструментов и износостойких компонентов благодаря своей исключительной твердости, износостойкости и термической стабильности. Однако именно эти свойства создают значительные трудности при механической обработке, когда традиционные методы оказываются неадекватными, а специализированные методы борются с неэффективностью и быстрым износом инструмента.

Исключительные свойства карбида вольфрама — в 2–3 раза тверже стали с твердостью по шкале Мооса 8,5–9 — делают его превосходным по сравнению с большинством металлических материалов. Его химическая стабильность остается неизменной даже при высоких температурах и суровых условиях, что делает его идеальным для режущих инструментов и компонентов с высоким износом в металлообработке, горнодобывающей промышленности, формовке металла и применении в пильных полотнах.

Однако эта экстремальная твердость создает беспрецедентные проблемы при механической обработке. Традиционные методы точения, фрезерования и сверления оказываются неэффективными. Хотя можно использовать инструменты из поликристаллического алмаза (PCD), кубического нитрида бора (CBN) или керамики, они подвергаются ускоренному износу и быстрой потере остроты.

В настоящее время основными методами механической обработки являются шлифование алмазным кругом или электроэрозионная обработка (ЭЭО). Хотя эти подходы функциональны, они создают множество трудностей при достижении качественных результатов.

Препятствия при механической обработке проявляются в трех критических областях:

• Качество и долговечность инструмента: Экстремальная твердость материала сочетается с хрупкостью, что приводит к сколам, трещинам и быстрой деградации инструмента. Традиционные методы с трудом поддерживают качество, в то время как специализированные инструменты чрезмерно изнашиваются.
• Ограничения эффективности: Сочетание высокой плотности, твердости и хрупкости требует точного контроля вибрации и усилий резания. Неадекватный контроль приводит к микротрещинам и фрагментации, что делает процесс трудоемким и неприятным для производителей.

Недавние достижения в технологии ультразвуковой обработки предлагают многообещающие решения этих постоянных проблем. Эта инновационная технология накладывает высокочастотную вибрацию (более 20 000 микровибраций в секунду) на традиционные процессы механической обработки, создавая продольные вибрации инструмента во время вращения.

Преимущества этого механизма микровибрации включают:

• Снижение усилий резания: Более низкое трение между инструментом и заготовкой позволяет увеличить скорость подачи, улучшая качество поверхности и продлевая срок службы инструмента.
• Улучшенное удаление стружки: Высокочастотные вибрации способствуют разрушению стружки и предотвращают спутывание, повышая как качество, так и эффективность.

Пример 1: Шлифовка с зеркальной отделкой
Производитель добился качества поверхности оптического класса (Ra < 0,002 мкм) на заготовке из карбида вольфрама размером 20x20 мм, используя ультразвуковой держатель инструмента HSKE40 со встроенными CTS, ATC и ЧПУ автоматизацией. Одноинструментальный процесс выполнял все операции от черновой обработки до окончательной зеркальной отделки, что оказалось особенно ценным для прецизионных пресс-форм, пуансонов и компонентов клапанов высокого давления.

Пример 2: Нарезание резьбы
Другая операция заключалась в нарезании резьбы M10x1.5P и выполнении шлифовки H-образной формы на заготовке размером 50x70x10 мм с использованием ультразвукового держателя HSKA63. Время выполнения 5 часов представляло собой сокращение на 60% по сравнению с традиционными методами ЭЭО, при этом достигалась превосходная чистота поверхности (Ra 0,8 мкм).

Совместимость инструментов: Ультразвуковые системы автоматически сканируют инструменты на резонансные частоты (обычно 20–32 кГц) и могут адаптироваться к конкретным требованиям инструмента, при этом большинство стандартных инструментов оказываются совместимыми после обширной проверки.

Оптимизация параметров: Технология включает в себя всестороннюю поддержку для определения оптимальных скоростей подачи и амплитуд, гарантируя, что пользователи получат максимальную выгоду от системы.

Для производителей, сталкивающихся с проблемами механической обработки карбида вольфрама, ультразвуковая технология представляет собой значительный прогресс, предлагая повышенную эффективность, качество и долговечность инструмента по сравнению с традиционными методами.