PFT, Shenzhen
Objectif : Quantifier l'écart entre les inserts en carbure et en céramique une fois terminé-le tournage des aubes de turbine en Inconel 718 sous pression de production-du liquide de refroidissement du sol (7 MPa).
Méthode : Un essai factoriel complet-en un seul point-variait la vitesse de coupe (vc 40 à 120 m/min) et l'avance (fn 0,05 à 0,20 mm/r). Le point final de la durée de vie de l'outil- était une usure des flancs de 0,3 mm ou une fracture catastrophique. La puissance, la rugosité de la surface (Ra) et la profondeur de la couche blanche - ont été enregistrées.
Résultats : À vc 80 m/min, les inserts en céramique renforcés de moustaches-ont fonctionné 2,1 minutes avant la fracture, mais ont enlevé 4,8 fois le matériau de carbure revêtu (GC1115) qui a duré 11 minutes. Le carbure a produit un Ra de 0,42 µm contre 0,78 µm pour la céramique. La profondeur de la couche blanche-est restée inférieure à 5 µm pour les deux.
Conclusion : Les céramiques triplent le MRR lorsque la vitesse est supérieure ou égale à 80 m/min et que la surface Ra est inférieure ou égale à 0,8 µm est acceptable ; le carbure reste plus sûr pour Ra < 0,5 µm ou des coupes interrompues.
Insert en carbure vs insert en céramique pour les aubes de turbine en superalliage
Les lames en superalliage à base de nickel- quittent la forge à 46 HRC et consomment les budgets d'outillage pour le petit-déjeuner. Les magasins choisissent généralement entre des inserts en carbure ultra-résistants et des inserts en céramique ultrarapides-sans chiffres précis. Cette note fournit ces chiffres -sans fioritures marketing.
2 méthodes de recherche
2.1 Pièce et machine
Alliage : Inconel 718, 46 HRC, barre Ø 85 mm, porte-à-faux 250 mm.
Tour : DMG CTX beta 800, 12 kW, 7 MPa via-liquide de refroidissement d'outil, répétabilité de positionnement de 5 μm.
2.2 Outils de coupe
| Paramètre | Carbure | Céramique |
|---|---|---|
| Insérer | CNMG120408-SFGC1115 | RNGN 120400 WH moustache-Al₂O₃ renforcé |
| Revêtement | TiAlN PVD | Aucun |
| Angle de coupe | −6 degrés | −15 degrés |
| Préparation des bords | Hon 25 µm | Chanfrein de 10 µm |
2.3 Procédure
Deux passes par barre : ébauche jusqu'à 1 mm de brut, finition jusqu'à la profondeur finale de 0,2 mm.
Matrice factorielle : vc 40, 60, 80, 100, 120 m/min × fn 0,05, 0,10, 0,15, 0,20 mm/r.
Critères d'arrêt : usure en dépouille VB=0.3 mm ou fracture du bord.
Mesures : dynamomètre (Kistler 9129A) pour la puissance, profilomètre laser (Keyence LJ-V7080) pour Ra, diffraction des rayons X- pour la couche blanche.
3 Résultats et analyse
3.1 Durée de vie de l'outil
La figure 1 montre la durée de vie de l'outil en fonction du vc. Le carbure suit une pente de Taylor classique (n=0.24) passant de 24 min à 40 m/min à 5 min à 120 m/min. Les céramiques se dispersent entre 0,7 et 2,1 min au-dessus de 80 m/min en raison de la fissuration thermique.
3.2 Taux d'enlèvement de matière (MRR)
Le tableau 1 compare le MRR au même point de -fin de vie-de l'outil.
| vc (m/min) | Carbure MRR (cm³/min) | Céramique MRR (cm³/min) | Rapport |
|---|---|---|---|
| 60 | 1.8 | 4.2 | 2.3 |
| 80 | 2.4 | 11.5 | 4.8 |
| 100 | 3.0 | 14.1 | 4.7 |
3.3 Intégrité des surfaces
Ra (µm) : carbure 0,42 ± 0,05 ; céramique 0,78 ± 0,12.
Profondeur de la couche blanche- : < 5 µm pour les deux ; pas d'augmentation mesurable de la micro-dureté.
Contrainte résiduelle : le carbure laisse 120 MPa en compression, la céramique 180 MPa en traction-toujours dans les limites OEM.
3.4 Consommation d'énergie
Le carbure avait une moyenne de 2,1 kW ; la céramique a culminé à 3,8 kW, dans la réserve de broche.
4 Discussion
4.1 Mécanismes d'usure
Le carbure s'est rompu en raison de l'usure en dépouille et des micro-écailles, conformément aux rapports de Sandvik. Les céramiques ont succombé aux fissures du choc thermique se propageant à partir du chanfrein, accélérées par le liquide de refroidissement.
4.2 Transversalité économique-
En utilisant les facteurs de coût d'atelier-(prix de l'insert, changement-au fil du temps, vitesse de broche), le seuil de rentabilité-atteint 110 m/min, où le MRR 3 × de la céramique dépasse son prix d'insert 2 × et le risque de rebut plus élevé.
4.3 Limites
Coupe continue uniquement ; des coupes interrompues ont brisé des céramiques lors d'essais pilotes.
Une pression du liquide de refroidissement > 8 MPa réduit la durée de vie de la céramique de 30 %.
4.4 Points pratiques à retenir
Choisissez la céramique lorsque (a) la surface Ra 0,8 µm est acceptable, (b) la broche peut fournir une vitesse supérieure ou égale à 100 m/min, (c) les coupes sont continues. Tenez-vous-en au carbure pour la finition finale du profil aérodynamique ou tout travail de fente/épaulement.
5 Conclusion
Les inserts en céramique triplent les taux d'enlèvement de matière en Inconel 718 au-dessus de 80 m/min tout en respectant les spécifications de la couche blanche-, mais la rugosité de la surface et le risque de fracture favorisent le carbure pour Ra < 0,5 µm ou une géométrie interrompue. Répliquez la factorielle à votre pression de liquide de refroidissement pour confirmer le point de croisement avant de proposer à nouveau le travail.