超合金タービンブレードの超硬インサートとセラミックインサートの比較

PFT、深セン

目的: 生産床冷却材圧力 (7 MPa) で-インコネル 718 タービン ブレードの旋削を終了するときの超硬インサートとセラミック インサート間のギャップを定量化します。-
方法: 単一点の完全な要因試験で、切削速度 (vc 40 ～ 120 m/min) と送り (fn 0.05 ～ 0.20 mm/r) を変化させました。-工具寿命の終点は 0.3 mm の逃げ面摩耗または壊滅的な破壊でした。-出力、表面粗さ（Ra）、および白色層の深さを記録しました。-
結果: vc 80 m/min では、ウィスカ-強化セラミックインサートは破損するまで 2.1 分走行しましたが、11 分間持続したコーティング超硬 (GC1115) の 4.8 倍の材料を除去しました。カーバイドの Ra は 0.42 μm でしたが、セラミックの場合は 0.78 μm でした。白色層の深さは両方とも 5 µm 未満にとどまりました。-
結論: 速度が 80 m/min 以上で、表面 Ra が 0.8 μm 以下であれば、セラミックは MRR を 3 倍にすることができます。超硬は、Ra < 0.5 µm または断続切削の場合でもより安全です。

超合金タービンブレードの超硬インサートとセラミックインサートの比較

ニッケル-ベースの超合金ブレードは 46 HRC で鍛造され、朝食の工具予算を消費します。通常、販売店は、明確な数字を示さずに、超-強靱な超硬合金か、超高速-セラミック インサートのどちらかを選択します。このメモでは、これらの数字を報告します。-マーケティング上の偽りはありません。

2 研究方法
2.1 ワークと機械

合金: インコネル 718、46 HRC、Ø 85 mm バー、250 mm オーバーハング。

旋盤: DMG CTX beta 800、12 kW、7 MPa - ツール冷却剤、位置再現性 5 μm。

2.2 切削工具

2.3 手順

バーごとに 2 回のパス: 1 mm のストックまで荒加工し、最終的な 0.2 mm の深さまで仕上げます。

階乗行列: vc 40、60、80、100、120 m/min × fn 0.05、0.10、0.15、0.20 mm/r。

停止基準: 逃げ面摩耗 VB=0.3 mm またはエッジ破損。

測定: 出力についてはダイナモメーター (Kistler 9129A)、Ra についてはレーザー表面形状計 (Keyence LJ-V7080)、白色層については X- 線回折。

3 結果と分析

3.1 工具寿命
図 1 は、工具寿命と vc の関係を示しています。カーバイドは、40 m/分で 24 分から 120 m/分で 5 分まで減少する古典的なテイラー勾配 (n=0.24) に従います。セラミックは、80 m/分を超えると、熱亀裂により 0.7 ～ 2.1 分で飛散します。

3.2 材料除去率 (MRR)
表 1 は、同じ工具-寿命終了-点における MRR を対比しています。

3.3 表面の完全性

Ra (μm): 超硬 0.42 ± 0.05;セラミック 0.78 ± 0.12。

白色層の深さ: 両方とも < 5 µm。測定可能な微小硬度の上昇はありません。-

残留応力: カーバイドの圧縮強度は 120 MPa、セラミックの引張強度は 180 MPa です。-依然として OEM の制限内にあります。

3.4 消費電力
カーバイドは平均 2.1 kW。セラミックのピークは 3.8 kW で、スピンドル予備の範囲内でした。

4 ディスカッション
4.1 摩耗のメカニズム
超硬は逃げ面摩耗とマイクロチッピングによって破損しました。これはサンドビックのレポートと一致しています。{0}セラミックは、冷媒によって加速され、面取り部から伝播する熱衝撃亀裂によって破壊されました。

4.2 経済のクロスオーバー-
製造現場のコスト要因（インサート価格、経時変化、スピンドル速度）を使用すると、セラミックの 3 倍の MRR が 2 倍のインサート価格とより高いスクラップ リスクを上回る 110 m/min で損益分岐点になります。{0}{0}

4.3 制限事項

連続カットのみ。パイロットテストでは、断続的な切断によりセラミックが粉砕されました。

クーラント圧力が 8 MPa を超えると、セラミックの寿命が 30 % 減少します。

4.4 実際のポイント
(a) 表面 Ra 0.8 µm が許容できる場合、(b) スピンドルの供給速度が 100 m/min 以上である場合、(c) 切断が連続である場合には、セラミックを選択してください。翼形の最終仕上げやスロット/ショルダーの加工には超硬を使用してください。

5 結論
セラミックインサートは、インコネル 718 で 80 m/分を超えると、白色層の仕様を満たしながら材料除去速度を 3 倍に高めますが、Ra < 0.5 µm または断続形状の場合は、表面粗さと破損リスクの点から超硬が有利です。ジョブを再見積もりする前に、クーラント圧力で階乗を複製してクロスオーバー ポイントを確認してください。-