eng
Компания "Микробор Композит" уже около 15 лет разрабатывает и производит композиционные материалы на основе кубического нитрида бора
и инструменты из них. Специалисты компании создали технологию, позволяющую получать исключительно твердые, термостойкие и ударостойкие композиты. Входной контроль сырья, контроль качества продукции, а также НИОКР выполняются в лаборатории, оснащенной современным измерительным оборудованием.
и инструменты из них. Специалисты компании создали технологию, позволяющую получать исключительно твердые, термостойкие и ударостойкие композиты. Входной контроль сырья, контроль качества продукции, а также НИОКР выполняются в лаборатории, оснащенной современным измерительным оборудованием.
Теги: cubic boron nitride metalworking tool nano-composite nano-durometer инструмент для металлообработки кубический нитрид бора нанокомпозит нанотвердомер
Кубический нитрид бора (КНБ) – синтетический материал, получаемый при высоком давлении и температуре, который по твердости близок к алмазу, а по ряду других характеристик превосходит последний. В частности, он значительно более устойчив к высоким температурам и химически инертен как к железу, так и к большинству химических веществ, входящих в состав сталей и сплавов. Такое сочетание свойств обуславливает высокую эффективность применения композитов на основе КНБ в металлообрабатывающей промышленности.
Исторически КНБ был разработан для замены искусственного алмаза при обработке твердых и сверхтвердых материалов, содержащих углерод, например, отбеленных чугунов и закаленных сталей. С улучшением свойств композитов на основе КНБ инструменты из них стали использоваться также для обработки марганцовистых сталей, углепластика, силицированного графита, твердых сплавов.
На рынке инструментальных материалов существует устойчивая тенденция к росту применения КНБ. Это объясняется все более широким использованием в промышленности труднообрабатываемых материалов и внедрением высокоскоростных режимов металлообработки.
Инновационное производство
Компания "Микробор" освоила серийное производство инструментов из композиционных материалов на основе КНБ и начала их поставки на российский рынок в 2004 году. В следующем году компания вышла на международный рынок. В 2008 году был начат выпуск напайного инструмента, что позволило значительно расширить области применения продукции предприятия. Важной инновацией стало создание композиционных материалов с применением наноразмерного КНБ (НКНБ), которые по твердости превосходят синтетический алмаз.
Уникальные разработки "Микробор" высоко востребованы рынком, что позволило привлечь к развитию предприятия корпорацию "Роснано". Инвестиции в объеме около 960 млн. руб. были направлены на переоснащение производства в 2010-2011 годах. В результате на площадке, расположенной на территории НИЦ "Курчатовский институт", было создано одно из самых современных в мире производств инструмента из композитов на основе КНБ.
В настоящее время в "Микробор" работают около 50 человек. Основные заказчики – машиностроительные предприятия. Продажи продукции осуществляются как напрямую, так и через сеть дистрибьюторов.
Технологический процесс и продукция
В "Микробор" реализуется полный цикл производства инструмента, который включает следующие этапы:
•подготовка сырья;
•смешивание компонентов;
•спекание композита;
•лазерная резка композитов;
•пайка (напайных заготовок);
•шлифовка монолитных и напайных пластин.
Разработанные "Микробор" композиционные материалы включают КНБ, формирующий матрицу, и бескислородные соединения, в основном на основе титана, которые формируют тугоплавкую связку. На рабочие свойства композита существенно влияют размер зерна КНБ, его содержание, а также свойства связующего материала.
Отличительными особенностями композитов производства "Микробор" являются повышенная стойкость к ударным нагрузкам и износостойкость, обусловленные как свойствами исходных нано- и микропорошков КНБ, а также тугоплавкой связки, так и оптимально подобранными параметрами спекания материалов. При этом сохранены высокая микротвердость и термостойкость, свойственные обычному КНБ. Указанный комплекс характеристик обеспечивает повышение производительности, точности и качества обработки поверхностей деталей из различных материалов, включая твердые и абразивные, например релит и стеллит.
Компания производит инструменты для всего комплекса операций от черновой до финишной и суперфинишной обработки. Основные сорта композитов – MBR 6010M, MBR 7010M и MBR 7040M.
MBR 6010M имеет микротвердость 3400 кгс/мм2 при размере зерна 3–5 мкм и содержании КНБ от 60 до 65%. Инструменты из этого ударостойкого композита оптимально пригодны для высокоскоростной черновой токарной и фрезерной обработки твердых материалов, в первую очередь – сталей.
MBR 7010M имеет микротвердость 6500 кгс/мм2 при размере зерна 0,3–0,8 мкм и содержании КНБ от 85 до 90%. Инструменты из него предназначены для получистовой и чистовой обработки чугунов, закаленных сталей и сверхтвердых материалов, включая сплавы на основе вольфрама и кобальта, а также композиционные материалы. Сверхтвердая режущая кромка MBR7010M характеризуется повышенной износостойкостью и обеспечивает высочайшее качество обработки поверхности.
MBR 7040M имеет микротвердость 4800 кгс/мм2
при размере зерна до 1 мкм. Это сорт со
средним содержанием КНБ, предназначенный для финишной и суперфинишной обработки материалов.
Выбор марки композита определяется характеристиками обрабатываемого материала и режимами резания. "Микробор" выпускает инструменты как стандартных типоразмеров, так и выполняет специальные заказы на нестандартную продукцию.
Инструменты "Микробор" могут работать как с охлаждением, так и без него, что особенно важно при обработке тонкостенных и точных деталей. При разрушении инструмента во время работы исключено внедрение его частиц в тело обрабатываемой детали.
Лаборатория: контроль качества и новые разработки
Все партии поступающего на производство сырья контролируется на соответствие заявленным характеристикам. В зависимости от типа материала, используются следующие методы:
•рентгенофазовый анализ для оценки фазового состава;
•статическое лазерное рассеяние для анализа распределения частиц по размерам;
•определение насыпной плотности и влажности;
•растровая электронная микроскопия;
•микроанализ для проверки наличия примесей;
•петрографический анализ.
Рентгенофазовый анализ и растровая электронная микроскопия выполняются в партнерской лаборатории, для остальных измерений "Микробор" располагает собственным оборудованием.
В частности, для анализа распределения частиц по размерам используется лазерный прибор Analysette 22 MicroTec Plus производства немецкой компании Fritsch. Компактная универсальная система, предназначенная для измерения частиц в диапазоне 0,08–2000 мкм, оснащена двумя блоками диспергирования в жидкой среде: стандартным – для измерения твердых материалов и суспензий, а также малой емкости – для контроля небольших объемов в различных жидких средах, включая органические растворители. Такая комплектация позволяет подобрать оптимальную дисперсионную среду для анализа различных порошков. Все измерения выполняются по методикам, разработанным в "Микробор".
Качество продукции оценивается на всех основных стадиях технологического процесса. Важнейшими контролируемыми параметрами являются микротвердость и керамические свойства композита (средняя плотность и открытая пористость). Для измерения микротвердости используется сканирующий нанотвердомер "НаноСкан-Компакт" производства института ТИСНУМ (Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов) – российского лидера в области аналитического приборостроения для исследования физико-механических свойств материалов. В данном приборе реализованы все основные режимы измерений, позволяющие получить исчерпывающую информацию как о характеристиках рельефа исследуемой поверхности, так и о ее механических свойствах. Наиболее востребованными методиками являются контактное динамическое сканирование и инструментальное идентирование в соответствии с ГОСТ Р 8.748-2011. В качестве идентора используется алмазная пирамида типа Берковича. Твердость измеряется в диапазоне до 80 ГПа, модуль упругости – до 1000 ГПа. В "Микробор" контроль микротвердости выполняется по всей поверхности заготовки с использованием случайного разброса точек измерения, что позволяет получать достоверные оценки средних значений модуля упругости и микротвердости. Процедуры измерений в значительной степени автоматизированы. Управляющее программное обеспечение позволяет сконфигурировать любой набор измерительных процедур, после чего заданная последовательность испытаний выполняется без участия оператора. Данная функция особенно удобна при технологическом контроле качества материалов. Программа обработки позволяет выполнять пакетный обсчет экспериментальных данных с последующим выводом результатов измерений, включая широкий набор их статистических параметров.
Готовая продукция проходит проверку режущих свойств с последующим контролем формы и величины износа.
"Производство сверхтвердых материалов – наукоемкая технология, поэтому мы уделили особое внимание подбору лабораторного оборудования, – рассказывает Анна Елфимова, менеджер отдела внедрения технологий. – Главным критерием было соотношение цены и качества, и можно констатировать, что выбор сделан удачно. Возможности приборов соответствуют нашим задачам, все они удобны в эксплуатации и обслуживании. Наиболее высокотехнологичные – "НаноСкан-Компакт" и Analysette 22 MicroTec plus – поддерживают функции удаленной диагностики. Впрочем, серьезных проблем с надежностью не возникало. Мы ежегодно производим поверку оборудования, выполняем техническое обслуживание, если это предусмотрено производителем, обновляем программное обеспечение. Существенным преимуществом "НаноСкан" является близость и доступность его разработчиков. Это позволяет оперативно получать консультации и даже привлекать их для адаптации прибора с целью проведения специфических измерительных процедур".
Одной из важнейших задач компании является выполнение НИОКР с целью совершенствования выпускаемой продукции. Исследования ведутся в двух основных направлениях:
•повышение износостойкости инструментов путем нанесения специальных покрытий, изменения компонентного состава композита и улучшения геометрии режущей кромки;
•снижение себестоимости композита.
Особым направлением работы является оптимизация процессов резания на производствах заказчиков, этим успешно занимается Центр внедрения технологий компании. ■
Исторически КНБ был разработан для замены искусственного алмаза при обработке твердых и сверхтвердых материалов, содержащих углерод, например, отбеленных чугунов и закаленных сталей. С улучшением свойств композитов на основе КНБ инструменты из них стали использоваться также для обработки марганцовистых сталей, углепластика, силицированного графита, твердых сплавов.
На рынке инструментальных материалов существует устойчивая тенденция к росту применения КНБ. Это объясняется все более широким использованием в промышленности труднообрабатываемых материалов и внедрением высокоскоростных режимов металлообработки.
Инновационное производство
Компания "Микробор" освоила серийное производство инструментов из композиционных материалов на основе КНБ и начала их поставки на российский рынок в 2004 году. В следующем году компания вышла на международный рынок. В 2008 году был начат выпуск напайного инструмента, что позволило значительно расширить области применения продукции предприятия. Важной инновацией стало создание композиционных материалов с применением наноразмерного КНБ (НКНБ), которые по твердости превосходят синтетический алмаз.
Уникальные разработки "Микробор" высоко востребованы рынком, что позволило привлечь к развитию предприятия корпорацию "Роснано". Инвестиции в объеме около 960 млн. руб. были направлены на переоснащение производства в 2010-2011 годах. В результате на площадке, расположенной на территории НИЦ "Курчатовский институт", было создано одно из самых современных в мире производств инструмента из композитов на основе КНБ.
В настоящее время в "Микробор" работают около 50 человек. Основные заказчики – машиностроительные предприятия. Продажи продукции осуществляются как напрямую, так и через сеть дистрибьюторов.
Технологический процесс и продукция
В "Микробор" реализуется полный цикл производства инструмента, который включает следующие этапы:
•подготовка сырья;
•смешивание компонентов;
•спекание композита;
•лазерная резка композитов;
•пайка (напайных заготовок);
•шлифовка монолитных и напайных пластин.
Разработанные "Микробор" композиционные материалы включают КНБ, формирующий матрицу, и бескислородные соединения, в основном на основе титана, которые формируют тугоплавкую связку. На рабочие свойства композита существенно влияют размер зерна КНБ, его содержание, а также свойства связующего материала.
Отличительными особенностями композитов производства "Микробор" являются повышенная стойкость к ударным нагрузкам и износостойкость, обусловленные как свойствами исходных нано- и микропорошков КНБ, а также тугоплавкой связки, так и оптимально подобранными параметрами спекания материалов. При этом сохранены высокая микротвердость и термостойкость, свойственные обычному КНБ. Указанный комплекс характеристик обеспечивает повышение производительности, точности и качества обработки поверхностей деталей из различных материалов, включая твердые и абразивные, например релит и стеллит.
Компания производит инструменты для всего комплекса операций от черновой до финишной и суперфинишной обработки. Основные сорта композитов – MBR 6010M, MBR 7010M и MBR 7040M.
MBR 6010M имеет микротвердость 3400 кгс/мм2 при размере зерна 3–5 мкм и содержании КНБ от 60 до 65%. Инструменты из этого ударостойкого композита оптимально пригодны для высокоскоростной черновой токарной и фрезерной обработки твердых материалов, в первую очередь – сталей.
MBR 7010M имеет микротвердость 6500 кгс/мм2 при размере зерна 0,3–0,8 мкм и содержании КНБ от 85 до 90%. Инструменты из него предназначены для получистовой и чистовой обработки чугунов, закаленных сталей и сверхтвердых материалов, включая сплавы на основе вольфрама и кобальта, а также композиционные материалы. Сверхтвердая режущая кромка MBR7010M характеризуется повышенной износостойкостью и обеспечивает высочайшее качество обработки поверхности.
MBR 7040M имеет микротвердость 4800 кгс/мм2
при размере зерна до 1 мкм. Это сорт со
средним содержанием КНБ, предназначенный для финишной и суперфинишной обработки материалов.
Выбор марки композита определяется характеристиками обрабатываемого материала и режимами резания. "Микробор" выпускает инструменты как стандартных типоразмеров, так и выполняет специальные заказы на нестандартную продукцию.
Инструменты "Микробор" могут работать как с охлаждением, так и без него, что особенно важно при обработке тонкостенных и точных деталей. При разрушении инструмента во время работы исключено внедрение его частиц в тело обрабатываемой детали.
Лаборатория: контроль качества и новые разработки
Все партии поступающего на производство сырья контролируется на соответствие заявленным характеристикам. В зависимости от типа материала, используются следующие методы:
•рентгенофазовый анализ для оценки фазового состава;
•статическое лазерное рассеяние для анализа распределения частиц по размерам;
•определение насыпной плотности и влажности;
•растровая электронная микроскопия;
•микроанализ для проверки наличия примесей;
•петрографический анализ.
Рентгенофазовый анализ и растровая электронная микроскопия выполняются в партнерской лаборатории, для остальных измерений "Микробор" располагает собственным оборудованием.
В частности, для анализа распределения частиц по размерам используется лазерный прибор Analysette 22 MicroTec Plus производства немецкой компании Fritsch. Компактная универсальная система, предназначенная для измерения частиц в диапазоне 0,08–2000 мкм, оснащена двумя блоками диспергирования в жидкой среде: стандартным – для измерения твердых материалов и суспензий, а также малой емкости – для контроля небольших объемов в различных жидких средах, включая органические растворители. Такая комплектация позволяет подобрать оптимальную дисперсионную среду для анализа различных порошков. Все измерения выполняются по методикам, разработанным в "Микробор".
Качество продукции оценивается на всех основных стадиях технологического процесса. Важнейшими контролируемыми параметрами являются микротвердость и керамические свойства композита (средняя плотность и открытая пористость). Для измерения микротвердости используется сканирующий нанотвердомер "НаноСкан-Компакт" производства института ТИСНУМ (Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов) – российского лидера в области аналитического приборостроения для исследования физико-механических свойств материалов. В данном приборе реализованы все основные режимы измерений, позволяющие получить исчерпывающую информацию как о характеристиках рельефа исследуемой поверхности, так и о ее механических свойствах. Наиболее востребованными методиками являются контактное динамическое сканирование и инструментальное идентирование в соответствии с ГОСТ Р 8.748-2011. В качестве идентора используется алмазная пирамида типа Берковича. Твердость измеряется в диапазоне до 80 ГПа, модуль упругости – до 1000 ГПа. В "Микробор" контроль микротвердости выполняется по всей поверхности заготовки с использованием случайного разброса точек измерения, что позволяет получать достоверные оценки средних значений модуля упругости и микротвердости. Процедуры измерений в значительной степени автоматизированы. Управляющее программное обеспечение позволяет сконфигурировать любой набор измерительных процедур, после чего заданная последовательность испытаний выполняется без участия оператора. Данная функция особенно удобна при технологическом контроле качества материалов. Программа обработки позволяет выполнять пакетный обсчет экспериментальных данных с последующим выводом результатов измерений, включая широкий набор их статистических параметров.
Готовая продукция проходит проверку режущих свойств с последующим контролем формы и величины износа.
"Производство сверхтвердых материалов – наукоемкая технология, поэтому мы уделили особое внимание подбору лабораторного оборудования, – рассказывает Анна Елфимова, менеджер отдела внедрения технологий. – Главным критерием было соотношение цены и качества, и можно констатировать, что выбор сделан удачно. Возможности приборов соответствуют нашим задачам, все они удобны в эксплуатации и обслуживании. Наиболее высокотехнологичные – "НаноСкан-Компакт" и Analysette 22 MicroTec plus – поддерживают функции удаленной диагностики. Впрочем, серьезных проблем с надежностью не возникало. Мы ежегодно производим поверку оборудования, выполняем техническое обслуживание, если это предусмотрено производителем, обновляем программное обеспечение. Существенным преимуществом "НаноСкан" является близость и доступность его разработчиков. Это позволяет оперативно получать консультации и даже привлекать их для адаптации прибора с целью проведения специфических измерительных процедур".
Одной из важнейших задач компании является выполнение НИОКР с целью совершенствования выпускаемой продукции. Исследования ведутся в двух основных направлениях:
•повышение износостойкости инструментов путем нанесения специальных покрытий, изменения компонентного состава композита и улучшения геометрии режущей кромки;
•снижение себестоимости композита.
Особым направлением работы является оптимизация процессов резания на производствах заказчиков, этим успешно занимается Центр внедрения технологий компании. ■
Отзывы читателей
