Superare i limiti con la ceramica

Lo sviluppo di opportunità rivoluzionarie legate alle qualità di metallo duro nella lavorazione meccanica è praticamente esaurito, secondo Bernie McConnell, vicepresidente esecutivo, commerciale, di Greenleaf Corp., Saegertown, Pennsylvania.

"Oltre a fare cose diverse con rivestimenti, geometria e preparazione dei bordi, ci sono solo tanti modi in cui puoi mescolare e fondere i materiali in metallo duro", ha affermato. "La maggior parte degli entusiasmanti sviluppi tecnologici riguardano il settore ceramico." Questo vale sia per gli utensili da taglio che per i componenti. "Che si parli di andare super veloce, di affrontare temperature estreme o di caratteristiche di usura abrasiva, la ceramica sta spingendo oltre i limiti in diverse applicazioni. Le capacità della ceramica di oggi sono incredibili e continuano a migliorare."

La ceramica rimane un'eccellente soluzione per leghe resistenti alle alte temperature e materiali abrasivi, con la capacità di raggiungere velocità strabilianti. Infatti, le velocità di fresatura nelle leghe ad alta temperatura vanno da 2.800 a 4.400 piedi superficiali al minuto (SFM), secondo Robert Navarrete, specialista nazionale di prodotti per troncatura, scanalatura e tornitura presso Iscar USA.

"Per la fresatura, in genere inizio con circa 3.400 SFM, misuro l'usura dell'inserto e regolo i parametri di conseguenza", ha spiegato. "Per la tornitura, a seconda della capacità della macchina, il valore sarebbe compreso tra 600 e 1.100 SFM in leghe resistenti al calore."

Ma questa non è una novità. Navarrete ha osservato che numerosi negozi hanno familiarità con queste funzionalità sulla base dell’esperienza con la ceramica rinforzata con baffi, che è una tecnologia vecchia di decenni. Invece, ha pubblicizzato le nuove ceramiche in silicio, alluminio, ossigeno e azoto (SiAlON). "È possibile eseguire gli stessi parametri simili ai baffi a un costo inferiore, perché i SiAlON sono più economici da produrre rispetto ai baffi", ha affermato Navarrete. "Non sono mai entrato in un negozio, ho fatto delle specifiche e ho fatto un preventivo per un SiAlON e sono stato più caro di un baffo. Non è successo."

La differenza di prezzo può facilmente essere del 25-30%, ha aggiunto, citando il caso di una ceramica rinforzata con baffi che ha una durata dell'utensile di sette minuti, contro i sei minuti del SiAlON. Ma, con un prezzo inferiore del 25%, ciò equivale a un risparmio del 7% a favore di SiAlON. "In un anno di utilizzo, si tratta di un enorme risparmio", ha affermato Navarrete. "La ceramica non è economica."

Un altro vantaggio: i SiAlON sono "molto più tolleranti di un baffo", ha continuato, e di conseguenza possono funzionare a velocità inferiori, senza la plastificazione normalmente necessaria per il taglio della ceramica del baffo. "Se avessi un pezzo con un taglio interrotto, come un pezzo forgiato con una scaglia o qualsiasi tipo di crosta, utilizzerei un SiAlON, invece di un baffo."

Iscar propone SiAlON “tough” e versioni “hard”. Quest'ultimo è pubblicizzato come "simile a un baffo", perché imita la natura dura e fragile della ceramica rinforzata con baffi.

Nel frattempo, le ceramiche rinforzate con baffi ad alte prestazioni di Greenleaf continuano ad avere applicazioni a valore aggiunto, grazie alla loro maggiore durezza a caldo e capacità di velocità di avanzamento più ampie, secondo Martin Dillaman, responsabile globale dell'azienda per l'ingegneria e le applicazioni. Ad esempio, ha affermato, "normalmente non si finirebbe con un SiAlON le leghe resistenti al calore, perché funzionano a una velocità di avanzamento più elevata che supera i requisiti di finitura superficiale del pezzo. Quindi è necessario utilizzare una ceramica rinforzata con baffi se vuoi mantenere la velocità e finire."

Dillaman ha aggiunto che molte aziende aerospaziali eseguono test sonici sulle loro parti in lega resistenti al calore, controllando eventuali piccole imperfezioni sulla superficie. Ma in ogni caso di cui è a conoscenza, "la finitura superficiale lasciata da un SiAlON non supererà i test sonici, mentre le nostre ceramiche rinforzate con baffi WG300 e WG600 rivestite sono state approvate per questi test. Quindi ci sono sicuramente alcune aree in cui i baffi non vanno da sostituire con un SiAlON."

Greg Bronson, direttore delle vendite di Greenleaf per le Americhe, ha spiegato meglio. "Poiché il bordo della ceramica baffuta regge meglio, non si ottiene lo stesso livello di generazione di calore e di sbavatura del materiale che potrebbero far sì che le parti non superino ulteriori test superficiali."