НОВАЯ КЕРАМИКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

Максим Петрович Беляев, руководитель
отдела технической поддержки Sandvik Coromant Россия

В последнее время мировые авиаперевозчики остро нуждаются в расширении парка самолетов и замене машин, выработавших свой ресурс.

Высокий спрос на новые машины сохраняется во всех сегментах рынка от малогабаритных региональных самолетов до трансатлантических авиалайнеров. Но, несмотря на это, для производителей авиационной техники это рынок жесткой конкуренции, где выигрывает тот, кто может поставить конкурентоспособные авиалайнеры в нужном количестве и в сжатые сроки.

Такая ситуация подстегивает производителей к поиску путей сокращения времени производственных циклов изготовления, как планера, так и двигателей. В случае с двигателями, это непростая задача. Постоянно ужесточающиеся требования по экономичности и шуму заставляют конструкторов все в большей степени использовать при их изготовлении высокопрочные, легкие и жаростойкие сплавы и композиты. Их высокие физико-механические свойства позволяют поднять эксплуатационные свойства изделия в целом, но одновременно с этим, новые материалы обладают худшей обрабатываемостью резанием, что увеличивает стоимость и время технологического процесса изготовления большинства деталей. Например, современные жаропрочные сплавы (HRSA) прекрасно подходят для деталей камеры сгорания и турбины реактивного двигателя, где рабочие температуры достигают величины 1000 °C, но при этом они наиболее тяжело обрабатываются резанием. Механическая обработка сопровождается значительными усилиями и выделением тепла, что приводит к быстрому изнашиванию обычного твердосплавного инструмента.

Отличным решением для ускорения изготовления деталей горячей части газотурбинных двигателей является использование для обработки деталей из жаропрочных сплавов инструментов, оснащенных керамическими режущими пластинами. Режущая керамика обладает прекрасной стойкостью к высоким температурам и может применяться для чернового и получистового этапов обработки. Скорости резания при точении жаропрочных сплавов инструментами с керамическими пластинами варьируются в диапазоне 150…300 м/мин. Глубина резания может быть в пределах 0,2…4 мм и сильно зависит от размеров используемых пластин, жесткости оборудования и формы изделия. Но, в любом случае, это равносильно 5…10-кратному увеличению производительности обработки в сравнении с аналогичными операциями, выполняемыми твердосплавными резцами.

Sandvik Coromant предлагает несколько вариантов керамических инструментальных материалов для различных условий применения в широком диапазоне операций. Высокопрочная марка керамики СС670, армированная волокнами карбида кремния, уже давно доказала свою эффективность при черновой обработке жаропрочных сплавов.

В настоящее время Sandvik Coromant расширяет свое присутствие на рынке инструментов, предлагая керамики марок СС6065 и СС6060, которые предназначены для получистовой стадии обработки. Обе эти марки керамики построены на основе соединения Sialon. Данный тип керамики несколько уступает по прочности армированным маркам, поэтому применяется, в основном, для предварительно обработанных заготовок. Но благодаря тому, что соединение Sialon отличается более высокой термостойкостью и химической инертностью пластины характеризуются равномерным и прогнозируемым износом без проточин и выкрашиваний, удается даже увеличить глубину резания и уровень подач по сравнению с усиленной керамикой.

Марка СС6065 является первым выбором для операций, требующих прочности режущей кромки. Например, при прямом врезании в контур. Пластины из СС6065 работают надежно и предсказуемо, и могут стать экономичной заменой режущих пластин из армированной керамики.

СС6060 - новая марка керамики, обладающая прекрасной стойкостью к образованию износа в виде проточины.

Обе марки керамики могут использоваться также и для фрезерования. При обработке жаропрочных сплавов используются фрезы с круглыми пластинами. Удается достичь скоростей резания 800…1000 м/мин. при подачах на зуб 0,07…0,12 мм. Зачастую это равносильно увеличению удельного съема металла на два порядка в сравнении с твердосплавными фрезами. Обработка ведется без СОЖ, поэтому ограничением в использовании нового метода высокоскоростного фрезерования керамическими пластинами является опасность перегрева тонкой стенки или прижога обрабатываемой поверхности. Для промежуточных стадий обработки, где удаляется наибольшая часть припуска, эта технология является в настоящее время самой производительной.