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Precauzioni per la lavorazione CNC di parti in ceramica
La lavorazione CNC dei componenti ceramici presenta elevata resistenza alle alte temperature, alla corrosione, all'usura, proprietà isolanti e altre caratteristiche, ed è ampiamente utilizzata nei settori dei semiconduttori, delle comunicazioni in fibra ottica, dei laser, delle apparecchiature mediche, del petrolio, della metallurgia, dell'elettronica e in altri ambiti. Con lo sviluppo dell'industria, le tecnologie di lavorazione dei componenti ceramici si sono diversificate, includendo la pressatura a secco di materie prime ceramiche ad alta purezza, la sinterizzazione ad alta temperatura e la fresatura CNC. Tuttavia, la lavorazione CNC rimane la tecnologia di lavorazione più diffusa per i componenti ceramici. A causa della particolare fragilità dei materiali ceramici, i componenti ceramici sono soggetti a scheggiature durante la fresatura CNC. Pertanto, la lavorazione CNC di componenti ceramici richiede competenze tecniche più specifiche e una consolidata esperienza. Allo stesso tempo, la capacità di un'officina CNC di lavorare i componenti ceramici è un indicatore della sua competenza e capacità di lavorazione.
Precauzioni per la lavorazione CNC di ceramiche lavorabili
La ceramica è molto dura. La durezza della maggior parte delle ceramiche industriali è molto elevata, seconda solo a quella del diamante, ed è questo il motivo principale per cui la lavorazione CNC di componenti in ceramica è piuttosto difficile. La durezza dei materiali metallici come alluminio e acciaio è di gran lunga inferiore a quella dei materiali ceramici, e la rigidità delle normali macchine utensili CNC non è sufficiente, il che provoca forti vibrazioni durante la lavorazione, soprattutto per l'albero principale. Le vibrazioni eccessive possono causare il salto e la rottura dell'utensile, riducendone direttamente la durata e compromettendo la precisione di lavorazione. Inoltre, riducono anche la precisione del mandrino. I trucioli prodotti durante la lavorazione della ceramica lavorabile sono in forma di polvere, che può penetrare nei componenti di precisione all'interno della macchina, danneggiandoli (ad esempio viti, guide, ecc.) e riducendo la precisione della macchina stessa.
Sono necessarie macchine CNC per ceramica lavorabili professionali. Il limite superiore del limite di velocità della macchina CNC per ceramica lavorabile è superiore alla normale macchina CNC. Generalmente, la velocità massima della normale macchina CNC è di 24000 giri/min, mentre la velocità massima del CNC ceramico può raggiungere i 36000 giri/min, il che supporterà bene la lavorazione della macchina CNC di tali ceramiche dure e migliora anche la stabilità complessiva della macchina per evitare vibrazioni della macchina durante la lavorazione . Le macchine CNC per ceramica lavorabile richiedono una protezione multipla per evitare che la polvere ceramica entri nella macchina CNC. È necessario pulire continuamente la polvere di ceramica durante la lavorazione. Allo stesso tempo, è necessario controllare anche il sistema di raffreddamento, poiché il sistema di raffreddamento è molto importante per una macchina CNC ad alta velocità.
Sono richiesti utensili da taglio professionali. La durezza dei materiali ceramici è generalmente elevata, il che rende difficile la lavorazione. Ad esempio, la durezza della ceramica di allumina è compresa tra 80°-90, seconda solo al diamante, e anche la sua resistenza all'usura è piuttosto elevata, pari a 266 volte quella dell'acciaio al manganese. È 171.5 volte quella della ghisa al cromo, e ovviamente non è realistico lavorarla con il solito utensile in acciaio al tungsteno (la durezza dell'acciaio al tungsteno è compresa tra 45°-60°). Come accennato in precedenza, la durezza della maggior parte dei materiali ceramici è seconda solo al diamante, quindi la lavorazione della ceramica è inseparabile dal diamante. Gli utensili da taglio utilizzati per la lavorazione CNC di materiali ceramici lavorabili sono preferibilmente utensili diamantati ， che hanno la durata più lunga tra gli utensili da taglio. Lavorazione della ceramica lavorabile con utensili diamantati che diventa relativamente facile. Ma se si lavorano parti in ceramica lavorabili di alta qualità, ciò richiederà anche un operatore senior con molta esperienza.
Caratteristiche della ceramica
Come altri materiali, anche la ceramica ha le sue caratteristiche uniche, come la ceramica ha una resistenza ultraelevata, durezza estremamente elevata, alto modulo elastico, resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, resistenza all'ossidazione, resistenza agli shock termici, ecc. in vari settori.
Vantaggio della ceramica
1 ： Isolanti elettrici: la ceramica è un eccellente isolante elettrico. Pertanto, è utilizzato in fili e componenti isolanti critici.
2 ： Resistenza all'usura: la ceramica può resistere a temperature molto elevate e può sopportare cicli termici e attriti ripetuti ed estremi. Per questo motivo sono adatti per parti di macchine che richiedono attrito, come i cuscinetti.
3. Resistenti alla corrosione: sono chimicamente inerti; la ceramica non reagisce con altri prodotti chimici, quindi protegge gli strumenti sensibili dalla contaminazione.
4. Durezza e resistenza superiori: le ceramiche sono note per la loro incredibile durezza e resistenza. Hanno rapporti forza-densità molto elevati rispetto alla maggior parte delle leghe ingegneristiche moderne.
5. Colore: la ceramica può mantenere il colore più a lungo. Se dipingi materiale ceramico, il colore si attaccherà alla superficie e non verrà lavato via per gli anni a venire.
6. Facile da pulire: la ceramica non trattiene i residui e l'odore dei prodotti chimici. Sono resistenti alle macchie e molto facili da pulire.
Svantaggio della ceramica
1. Bassa resistenza alla trazione: inferiore al metallo. Pertanto, i metalli sono generalmente preferiti per le parti che richiedono un'elevata resistenza alla trazione.
2. Elevata fragilità: rispetto ai metalli, la ceramica è fragile e ha una duttilità molto bassa. La ceramica può rompersi se colpita da un oggetto pesante e può causare danni permanenti.
3. È difficile controllare la tolleranza dimensionale della ceramica durante la lavorazione.
Applicazione di parti in ceramica
Le proprietà fisiche, chimiche e uniche della ceramica hanno fornito molte parti insostituibili per diversi settori e raggiunto risultati elevati, che sono durabilità ed eccellenti caratteristiche di durezza. Quella che segue è un'introduzione agli esempi di applicazione della lavorazione CNC di parti in ceramica in alcuni settori.
Applicazioni mediche . I professionisti sanitari possono impiantare questi speciali tipi di ceramica nel corpo umano senza alcun tipo di reazione avversa. Un altro ambito è quello delle applicazioni odontoiatriche, dove si utilizzano denti realizzati in ceramica, come la zirconia, in sostituzione dei denti naturali.
Applicazioni industriali. I componenti ceramici complessi e di alta precisione hanno riscosso successo anche in ambito industriale. I componenti in ceramica presentano un'eccellente resistenza all'usura e possono essere utilizzati a lungo in alcune parti critiche.
Applicazioni elettroniche . I componenti in ceramica con isolamento elettrico rappresentano una scelta migliore per la protezione contro i rischi elettrici.
Come eseguire la lavorazione CNC per la ceramica?
Lavorazione della ceramica allo stato "biscotto". La lavorazione CNC della ceramica è più difficile se la ceramica è già stata sinterizzata, poiché trucioli e pezzi di grandi dimensioni si disperdono nell'aria. I componenti ceramici possono essere lavorati in modo più efficiente allo stato "verde" compattato o allo stato "biscotto" precotto prima della sinterizzazione finale. In genere, i pezzi ceramici allo stato pre-sinterizzato possono essere lavorati mediante fresatura, foratura, tornitura e altri metodi. Per quanto riguarda gli utensili da taglio, per la lavorazione della ceramica pre-sinterizzata si utilizzano utensili in acciaio rivestito di nitruro di titanio (TiN), utensili in carburo di tungsteno e utensili in diamante policristallino (PCD).
Processo di rettifica. Il processo di lavorazione più comune è la rettifica. La rettifica della ceramica si esegue al meglio con un liquido refrigerante per lubrificare la superficie di lavoro. Per la ceramica sinterizzata, si utilizzano preferibilmente mole abrasive legate con resina, in cui diamanti sintetici o naturali di diverse granulometrie sono pressati in resine polimeriche a concentrazioni variabili. Con l'aiuto delle mole abrasive, i pezzi in ceramica possono essere lucidati fino a ottenere una finitura a specchio.
Riservare un sovrametallo maggiore . Il pezzo viene lavorato con macchine CNC con un sovrametallo maggiore e poi rettificato con una rettificatrice per creare un componente ceramico di precisione.
l Lavorazione su entrambi i lati. Lavorare prima dal lato ceramico, fino a circa metà, rimuovere il pezzo, capovolgerlo e lavorare l'altro lato. Questo metodo presenta degli svantaggi, perché non vi è alcuna garanzia che non si verifichino errori nelle coordinate di posizione dei due morsetti, quindi si verificherà un disallineamento quando i due lati vengono uniti, ma il disallineamento non sarà eccessivo ed è accettabile nella maggior parte dei casi.
Suggerimenti per la progettazione di parti in ceramica
Quando si progettano parti in ceramica, è necessario considerare alcune proprietà intrinseche della ceramica. Tieni presente che la ceramica è molto fragile. Pertanto, è fondamentale evitare di concentrare lo stress su punti specifici. Padroneggiare l'arte della progettazione di parti in ceramica aiuterà nella lavorazione CNC:
l Conversione della sollecitazione di trazione in sollecitazione di compressione: ciò consentirà al materiale di assorbire più sollecitazioni senza rompersi.
l Evitare bordi lunghi e affilati.
l Utilizzare disegni circolari anziché ovali.
l Assicurarsi che i fori non siano troppo vicini tra loro.
l Evitare cambiamenti improvvisi della sezione trasversale.
l Evita disegni e forme complessi delle pareti e usa quelli semplici.
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