Vier Arten der Siliziumkarbid-Bearbeitung

Siliziumkarbid (SiC) ist eine außergewöhnlich harte technische Keramik, die eines der höchsten Festigkeits-Masse-Verhältnisse unter den nichtoxidischen Keramiken aufweist.

FRCMCs-SiC zeichnen sich durch ihre hohe Härte, Sprödigkeit und Heterogenität aus, wodurch sie schwer zu bearbeiten sind. Herkömmliche SiC-Bearbeitungsprozesse führen in der Regel zu hohen Kräften bei der Zerspanung, einer schlechten Oberflächenqualität während der Bearbeitung sowie zu schweren Bearbeitungsfehlern und starkem Werkzeugverschleiß.

Schaftfräsen

Das Schaftfräsen ist ein Verfahren zum Herauslösen von Metall aus Werkstücken, um die gewünschten Formen und Merkmale zu erzeugen. Es bietet hohe Präzision und Flexibilität und ist daher die erste Wahl, wenn komplexe Geometrien oder enge Toleranzen eingehalten werden müssen. Darüber hinaus können durch das Schaftfräsen Nuten, Schlitze und Taschen in verschiedenen Größen hergestellt werden, was es zu einer fantastischen Lösung für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Herstellung medizinischer Geräte macht.

Zahlreiche Variablen beeinflussen den Schaftfräsprozess, von der Materialart und den Geometrieanforderungen bis hin zur Auswahl eines effizienten Werkzeugs und einer glatten Oberfläche. Die Schmierung Ihres Schaftfräsers mit Kühlmittel kann dazu beitragen, Reibungs- und Überhitzungsprobleme zu minimieren, während Tests an kleinen Werkstückabschnitten wertvolle Rückmeldungen darüber liefern können, ob er richtig schneidet.

Schrägungswinkel, Nasenradius und Schneiddurchmesser eines Schaftfräsers sind wichtige Faktoren. Ein höherer Schrägungswinkel ermöglicht einen schnelleren Schnitt, während ein kleinerer Nasenradius eine höhere Präzision bietet.

Die Auswahl eines Schaftfräsers, der für Ihre Aufgabe am besten geeignet ist, kann Zeit und Geld sparen und gleichzeitig die Qualität und Effizienz verbessern. Zum richtigen Einrichten gehört das sichere Einspannen des Werkstücks auf dem Maschinentisch sowie das Vornehmen aller erforderlichen Einstellungen. Darüber hinaus kann eine regelmäßige Beseitigung der Späne während der Bearbeitung, um zu vermeiden, dass diese die Schnittqualität beeinträchtigen, eine maximale Produktivität gewährleisten.

Endschleifen

Schleifen ist ein präzises, kontrolliertes Verfahren, mit dem sowohl die Maßgenauigkeit als auch die Oberflächengüte verbessert werden können, was besonders in Branchen mit engen Toleranzen wie der Luft- und Raumfahrt und der Automobilherstellung wichtig ist. Darüber hinaus senkt das Schleifen die Herstellungskosten, da zusätzliche Polier- oder Nachbearbeitungsschritte entfallen, die sonst nach Beginn der Produktion durchgeführt werden müssten.

Beim Schleifen werden verschiedene Schleifmittel wie Aluminiumoxid und Siliziumkarbid für Eisenmetalle und Diamant für Nichteisenmetalle verwendet, um Werkstückmaterialien zu schneiden oder zu schleifen. Dies kann entweder manuell oder mit automatisierten CNC-Anlagen erfolgen; je nach gewähltem Werkstückmaterial kann entweder nass oder trocken geschliffen werden - beim Nassschleifen wird Kühlmittel direkt auf die Schleifscheibe gegeben, um die Präzision während dieses Prozesses zu erhalten.

Hartdrehen und Schleifen sind zwei Fertigungsverfahren zur Endbearbeitung von Werkstücken aus gehärteten Werkstoffen wie wärmebehandelten Metalllegierungen (z. B. Nickellegierungen oder Titan) oder Kunststoffen wie Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid für Elektroniksubstrate.

Durch eine sorgfältige Auswahl der Schleifparameter kann sichergestellt werden, dass der Schleifprozess nicht in den spröden Modus übergeht und stattdessen im halbduktilen oder duktilen Modus bleibt. Eine Laserunterstützung kann helfen, indem sie das Werkstückmaterial vor dem Eintritt in den Schleifprozess vorwärmt und dazu beiträgt, dessen Abtragung durch Sprödabtrag zu verhindern.

EDM

Siliziumkarbid ist ein extrem hartes keramisches Material. Aufgrund seiner Festigkeit und chemischen Beständigkeit wird Siliziumkarbid in verschiedenen Anwendungen wie Gleitringdichtungen und Pumpen sowie in Bauteilen von chemischen Verarbeitungsanlagen eingesetzt, die extremen Temperaturen standhalten müssen. Darüber hinaus verfügt Siliciumcarbid über hervorragende elektrische Eigenschaften und eine hohe Wärmeleitfähigkeit - allesamt Eigenschaften, die für die Qualität von entscheidender Bedeutung sind.

SiC wird in Pulverform umgewandelt, um seine Bearbeitbarkeit zu verbessern, indem es in Pulvermühlen in verschiedene Formen gebracht wird, bevor es bei hohen Temperaturen gesintert wird, um Blöcke und Platten zu bilden, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit und Härte aufweisen.

EDM (Electron Diffusion Machining) ist ein effizientes Verfahren zur Herstellung hochpräziser Teile aus Siliziumkarbid, insbesondere bei der Arbeit mit harten Materialien wie Diamant. EDM kann mit Drahtschneidern, Elektroden oder Matrizen durchgeführt werden und wird auch zum Entgraten verwendet, d. h. zum Entfernen erhabener Kanten an einem Teil. Zu den Entgrattechniken gehören elektrochemisches, thermisches oder abrasives Fließentgraten.

Die Kombination von funkenerosivem Fräsen und mechanischem Schleifen ist ein effizientes Mittel zur Herstellung komplexer Teile mit außergewöhnlicher Genauigkeit, was dieses Verfahren in der Luft- und Raumfahrt, im Energiesektor, bei der Papierherstellung und in anderen Bereichen zu einem unschätzbaren Vorteil macht.

AWJ

Das AWJ-Verfahren bietet viele Vorteile, etwa das präzise Schneiden komplexer Formen und enger Toleranzen. Bei der Bewertung eines AWJ-Systems ist es jedoch wichtig, den Energiebedarf und die Wasserqualität zu berücksichtigen; ein Mangel an elektrischer Energie könnte die Nutzung der Düse einschränken, während eine fehlende Wasseraufbereitung den Verschleiß der Pumpe beschleunigen kann. Darüber hinaus kann sich die Umgebung der Werkstatt auf die AWJ-Bearbeitung auswirken; Rohre, die für die Zufuhr oder den Abfluss von Strahlmittel/Wasser verwendet werden, können in kalten Umgebungen einfrieren, was den Betrieb zum Erliegen bringen würde; für eine optimale Bearbeitung wird empfohlen, dass die Rohrleitungen/Abflusssysteme nicht an Außenwänden und in warmen Bereichen der Werkstatt verlegt werden.

Beim AWJ-Schneiden müssen sowohl der Abrasivmittelfluss als auch der Wasserdruck in Abhängigkeit vom zu schneidenden Material optimiert werden, was in mehreren Studien eingehend untersucht wurde. Die meisten konzentrierten sich auf bestimmte Materialien oder Materialstärken. Sambruno et al. [144] untersuchten diese Parameter für das Schneiden von CF/TPU, um Delaminationsschäden zu minimieren; ihre Ergebnisse legten einen Hydraulikdruck von 3400 bar und eine Vorschubgeschwindigkeit von 100 mm/min nahe, was zu minimalen Konusdefekten führte.

Der Vorrichtungsbau ist beim AWJ vielleicht nicht so wichtig wie beim Fräsen, aber er spielt dennoch eine wesentliche Rolle. Jeder Fehltritt kann dazu führen, dass sich die Teile während der Produktion bewegen und die Oberflächen durch die Bewegung des Schleifmittels beschädigt werden. Idealerweise sollte die Spannvorrichtung aus wärmebehandeltem Stahl bestehen, um Korrosion zu vermeiden, und gleichzeitig steif genug sein, um der Bewegung der Teile durch die abgeleitete Wasserenergie standzuhalten.