PFT, Shenzhen
Propósito: Cuantificar la brecha entre los insertos de carburo y cerámica al terminar-de girar las palas de la turbina Inconel 718 bajo presión de producción-del refrigerante del piso (7 MPa).
Método: una prueba factorial completa-de un solo punto-varió la velocidad de corte (vc 40–120 m/min) y el avance (fn 0,05–0,20 mm/r). El punto final-de la vida útil de la herramienta fue un desgaste de flanco de 0,3 mm o una fractura catastrófica. Se registraron la potencia, la rugosidad de la superficie (Ra) y la profundidad de la capa blanca-.
Resultados: A vc 80 m/min, los insertos cerámicos reforzados con bigotes- funcionaron 2,1 minutos antes de la fractura, pero eliminaron 4,8 veces el material de carburo recubierto (GC1115) que duró 11 minutos. El carburo produjo Ra 0,42 µm frente a 0,78 µm de la cerámica. La profundidad de la capa blanca-se mantuvo por debajo de 5 µm para ambos.
Conclusión: La cerámica triplica el MRR cuando la velocidad mayor o igual a 80 m/min y la superficie Ra menor o igual a 0,8 µm es aceptable; El carburo sigue siendo más seguro para Ra < 0,5 µm o cortes interrumpidos.
Inserto de carburo versus inserto de cerámica para álabes de turbina de superaleación
Las hojas de superaleación a base de níquel- salen de la fragua a 46 HRC y se comen los presupuestos de herramientas para el desayuno. Los talleres suelen elegir entre insertos de carburo ultra-resistentes y ultrarrápidos-de cerámica sin números concretos. Esta nota ofrece esos números-sin tonterías de marketing.
2 métodos de investigación
2.1 Pieza de trabajo y máquina
Aleación: Inconel 718, 46 HRC, barra de Ø 85 mm, voladizo de 250 mm.
Torno: DMG CTX beta 800, 12 kW, 7 MPa a través de-refrigerante de herramienta, repetibilidad de posicionamiento de 5 μm.
2.2 Herramientas de corte
| Parámetro | Carburo | Cerámico |
|---|---|---|
| Insertar | CNMG 120408-SF GC1115 | RNGN 120400 WH bigote-Al₂O₃ reforzado |
| Revestimiento | PVD de TiAlN | Ninguno |
| ángulo de inclinación | −6 grados | −15 grados |
| Preparación de bordes | bruñido de 25 µm | chaflán de 10 µm |
2.3 Procedimiento
Dos pasadas por barra: desbaste hasta 1 mm de material, acabado hasta una profundidad final de 0,2 mm.
Matriz factorial: vc 40, 60, 80, 100, 120 m/min × fn 0,05, 0,10, 0,15, 0,20 mm/r.
Criterios de parada: desgaste de flanco VB=0.3 mm o fractura de borde.
Mediciones: dinamómetro (Kistler 9129A) para potencia, perfilómetro láser (Keyence LJ-V7080) para Ra, difracción de rayos X-para capa blanca.
3 Resultados y análisis
3.1 Vida útil de la herramienta
La Figura 1 muestra la vida útil de la herramienta versus vc. El carburo sigue una pendiente clásica de Taylor (n=0.24) que cae de 24 min a 40 m/min a 5 min a 120 m/min. La cerámica se dispersa entre 0,7 y 2,1 min por encima de 80 m/min debido al craqueo térmico.
3.2 Tasa de eliminación de material (MRR)
La Tabla 1 contrasta la MRR en el mismo punto-final de vida útil-de la herramienta.
| vc (m/min) | Carburo MRR (cm³/min) | Cerámica MRR (cm³/min) | Relación |
|---|---|---|---|
| 60 | 1.8 | 4.2 | 2.3 |
| 80 | 2.4 | 11.5 | 4.8 |
| 100 | 3.0 | 14.1 | 4.7 |
3.3 Integridad de la superficie
Ra (μm): carburo 0,42 ± 0,05; cerámica 0,78 ± 0,12.
Profundidad de la capa-blanca: < 5 µm para ambas; sin aumento mensurable de la micro-dureza.
Esfuerzo residual: el carburo deja 120 MPa de compresión, la cerámica 180 MPa de tracción-aún dentro de los límites del OEM.
3.4 Consumo de energía
El carburo promedió 2,1 kW; La cerámica alcanzó un máximo de 3,8 kW, dentro de la reserva del husillo.
4 Discusión
4.1 Mecanismos de desgaste
El carburo falló por desgaste del flanco y micro-astillas, según los informes de Sandvik. La cerámica sucumbió a las grietas por choque térmico que se propagaban desde el chaflán, aceleradas por el refrigerante.
4.2 Cruce económico-
Utilizando los factores de costo-del piso del taller (precio del inserto, cambio-con el tiempo, velocidad del husillo), el equilibrio-llega a 110 m/min, donde el MRR 3× de la cerámica supera el precio del inserto 2× y el mayor riesgo de desperdicio.
4.3 Limitaciones
Sólo corte continuo; cortes interrumpidos rompieron cerámica en pruebas piloto.
Una presión de refrigerante > 8 MPa redujo la vida útil de la cerámica en un 30 %.
4.4 Conclusiones prácticas
Elija cerámica cuando (a) la superficie Ra 0,8 µm sea aceptable, (b) el husillo pueda producir velocidades mayores o iguales a 100 m/min, (c) los cortes sean continuos. Utilice carburo para el acabado final del perfil aerodinámico o cualquier trabajo de ranura/hombro.
5 Conclusión
Las inserciones cerámicas triplican las tasas de eliminación de material en Inconel 718 por encima de 80 m/min y cumplen con las especificaciones de la capa blanca-, pero la rugosidad de la superficie y el riesgo de fractura favorecen al carburo para Ra < 0,5 µm o geometría interrumpida. Repita el factorial a su presión de refrigerante para confirmar el punto de cruce antes de volver a-cotizar el trabajo.