Verschiedene Arten der SiC-Bearbeitung

Siliziumkarbid (SiC) ist ein äußerst wertvoller Werkstoff in der Industrie. Zu seinen Vorteilen zählen Festigkeit, Verschleißfestigkeit und chemische Beständigkeit – doch seine extreme Härte und Sprödigkeit machen die Bearbeitung zu einer Herausforderung.

Dieser Artikel fasst Studien zum FRCMCs-SiC-Werkstoff mit unterschiedlichen Anteilen sowie zu verschiedenen konventionellen und nichtkonventionellen Bearbeitungstechnologien zusammen, um dessen Zerspanbarkeit zu untersuchen und Methoden zur Verbesserung der Bearbeitungseffizienz aufzuzeigen.

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) ist eine zunehmend beliebte Form der CNC-Bearbeitung, die die Produktivität steigert. Sie bietet gegenüber herkömmlichen Verfahren mehrere Vorteile, darunter kürzere Zykluszeiten und geringere Kosten bei der Fertigung komplexer Teile, eine hervorragende Oberflächenqualität sowie insgesamt schnellere Zykluszeiten und geringere Kosten. Leider erfordert die HSM für optimale Ergebnisse spezielle Werkzeuge und Maschinenkonstruktionen, die je nach Betrieb variieren können – es ist daher stets ratsam, einen Fachmann zu konsultieren, um mit der HSM optimale Ergebnisse zu erzielen.

Zu den Techniken der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gehören die Berechnung der Spanzufuhr, die Anpassung an die radiale Spankraftverringerung sowie der Einsatz innovativer Frässtrategien wie beispielsweise das Peel-Milling. Diese Strategien zielen darauf ab, die Produktivität zu maximieren und gleichzeitig die Stabilität der Schneidwerkzeuge zu gewährleisten; darüber hinaus sollte ein effizientes Kühlmittelsystem dazu beitragen, die Wärmeentwicklung in Schach zu halten und die Schnittzonen effizient zu schmieren.

Maschinisten müssen bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eine optimale Spannmethode anwenden, um Vibrationen und Rattern zu vermeiden, die die Oberflächenqualität beeinträchtigen und zu unebenen Oberflächen führen könnten. Eine ordnungsgemäße Spannung gewährleistet hochwertige Oberflächen.

Wählen Sie für jede Bearbeitung das geeignete Werkzeug aus, um ein gutes Ergebnis zu erzielen, da die Wahl eines ungeeigneten Werkzeugs sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück beschädigen könnte. Berücksichtigen Sie dabei sowohl die Geometrie des Werkzeugs als auch die Beschaffenheit des Werkstücks – manche Metalle wie beispielsweise massives Siliziumkarbid können so hart und spröde sein, dass ihre Bearbeitung schwierig ist.

Hochpräzise Bearbeitung

Die hochpräzise Bearbeitung ist ein wesentlicher Fertigungsprozess für komplexe Maschinen, Anlagen und Bauteile. Bei diesem Verfahren werden Konstruktionszeichnungen als Vorlage verwendet, die mit CAD- (Computer Aided Design) und CAM- (Computer Aided Manufacturing) Programmen erstellt wurden. Bei subtraktiven Verfahren wird überschüssiges Material von den Werkstücken abgetragen, um unter Verwendung hochwertiger Werkzeuge in einer kontrollierten Fertigungsumgebung die gewünschten Formen und Abmessungen zu erzielen – eine komplexe Aufgabe, die zur Fertigstellung oft enge Toleranzen bei zahlreichen Maßparametern wie Bohrungsdurchmessern, Rechtwinkligkeit, Zylindrizität, Parallelität und Ebenheit erfordert.

Gemsons Precision Engineering Private Limited ist auf ultrapräzise Bearbeitung spezialisiert. Das Team arbeitet eng mit den Kunden zusammen, um deren individuelle Anforderungen zu verstehen und Bauteile herzustellen, die diese noch übertreffen. Um die Einhaltung internationaler Standards zu gewährleisten, setzt Gemsons modernste Messtechnik ein und führt gründliche Prüfungen durch, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den Erwartungen entspricht.

Die Bearbeitbarkeit von SiCp/Al-Verbundwerkstoffen wurde bereits umfassend untersucht. Diese Untersuchungen zeigen meist, dass die Bearbeitbarkeit von der Dichte und dem Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück abhängt, wobei die Bearbeitungsgeschwindigkeit mit sinkender Dichte zunimmt. Zudem können harte Verstärkungspartikel die Bearbeitungseffizienz durch Werkzeugverschleiß verringern oder zu Produktivitätsverlusten führen.

Elektrochemische Bearbeitung

Die elektrochemische Bearbeitung ist ein innovatives Fertigungsverfahren, das gegenüber herkömmlichen mechanischen Werkzeugen zahlreiche Vorteile bietet, darunter glatte Oberflächen, die Herstellung von Bohrungen mit hohem Seitenverhältnis und komplexen Formen in Hartmetallen sowie die ideale Wahl für Medizinprodukte, Automobilkomponenten und Produkte für die Energiebranche.

Die ECM-Technologie nutzt kontrollierte Auflösung, um Metall Atom für Atom zu entfernen. Ein zwischen Werkzeug- und Werkstückelektrode fließender Strom ionisiert diese Metallatome und löst sie auf, wodurch eine glatte, gratfreie Oberfläche entsteht. Diese Technik eignet sich für viele leitfähige Werkstoffe, darunter Titanaluminide, Inconel, Waspaloy sowie Legierungen mit hohem Nickel-, Kobalt- und Rheniumanteil.

Die PAJECM-Technologie eignet sich hervorragend zum Zerspanen von harten, schwer zerspanbaren Werkstoffen wie TiAlN-beschichtetem Hartmetall und SiCp/Al-Verbundlegierungen. Darüber hinaus eignet sie sich ideal für komplexe Strukturen wie Innenhohlräume und Gewinde; in einer aktuellen Studie wurden ihre Auswirkungen auf Pulverkonzentration, Impulsdauer, Spitzenstrom und Versorgungsspannung als Faktoren der Zerspanbarkeit untersucht, sowohl bei der PAJECM- als auch bei der abrasivunterstützten ECM-Bearbeitung von SiCp/Al-Verbundlegierungen.

In dieser Studie wurden elektrochemische Bearbeitungsprozesse mithilfe von COMSOL Multiphysics modelliert, einschließlich ihrer Auswirkungen auf den Materialabtrag und die Oberflächengüte. Die Simulationsergebnisse wurden anschließend anhand experimenteller Daten verifiziert. Die Forscher stellten fest, dass eine längere Impulsdauer und ein höherer Spitzenstrom mit höheren Materialabtragsraten einhergingen, während eine geringere Pulverkonzentration zu einer besseren Oberflächengüte führte.

Ultraschallbearbeitung

Die Ultraschallbearbeitung (USM) ist ein unkonventionelles Bearbeitungsverfahren, bei dem hochfrequente Schwingungen genutzt werden, um Material von einem Werkstück abzutragen. Die USM eignet sich besonders gut für harte, spröde Werkstoffe wie Glas und Hochleistungskeramik, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu bearbeiten sind; darüber hinaus erzielt die USM eine höhere Oberflächenqualität als herkömmliche Verfahren.

Vibrationswerkzeuge aus Weichstahl oder Nickel, in die eine Aufschlämmung aus Schleifpartikeln eingebettet ist, vibrieren, um Material vom Werkstück “abzuhämmern”. Da bei diesem Verfahren keine Wärme entsteht und das Werkstück keine thermischen Schäden davonträgt, stellt es eine effiziente und sichere Alternative zu herkömmlichen Bearbeitungsverfahren dar.

Dieses Verfahren eignet sich ideal für die Bearbeitung empfindlicher Werkstoffe wie Glas und Hochleistungskeramik, ohne dass dabei thermische Schäden oder Restspannungen entstehen, und ist zudem perfekt für Halbleiterkeramik und MEMS-Komponenten geeignet. Darüber hinaus ermöglicht dieses Bearbeitungsverfahren die Herstellung verschiedener Formen in diesen komplexen, harten Werkstoffen, wie beispielsweise Durchkontaktierungen mit einem Seitenverhältnis von 60:1.

Dieses Bearbeitungsverfahren ist äußerst schnell und ermöglicht präzise, wiederholgenaue Oberflächen bei kurzen Bohrzeiten. Mit dieser Technik lassen sich mehrere Löcher pro Durchgang bohren – ideal für Bauteile mit vielen Bohrungen – sowie komplexe Formen in Glas und hochentwickelten Keramikwerkstoffen wie mehrschichtigen Isolatoren oder optischen Substraten.