Ranurat d'acer endurit amb tallador PCBN
Ranurat d'acer endurit amb tallador PCBN
En l'última dècada, el ranurat de precisió de peces d'acer endurit amb insercions de nitrur de bor cúbic policristalí (PCBN) ha substituït gradualment la mòlta tradicional. Tyler Economan, director d'enginyeria d'oferta d'Index, EUA, va dir: "En general, les ranures de rectificat són un procés més estable que proporciona una precisió dimensional més alta que el ranurat. Tanmateix, la gent encara vol poder completar la peça en un torn. Es requereix una varietat de processaments".
Diversos materials de peces que s'han endurit inclouen acer d'alta velocitat, acer de matriu, acer de rodaments i acer aliat. Només els metalls fèrrics es poden endurir, i els processos d'enduriment s'acostumen a aplicar als acers de baix carboni. Mitjançant el tractament d'enduriment, la duresa externa de la peça es pot augmentar i es pot portar, mentre que l'interior té una millor duresa. Les peces fetes d'acer endurit inclouen mandrils, eixos, connectors, rodes motrius, arbres de lleves, engranatges, casquilles, eixos de transmissió, coixinets i similars.
Tanmateix, "materials durs" és un concepte relatiu i canviant. Algunes persones pensen que els materials de la peça amb una duresa de 40-55 HRC són materials durs; altres creuen que la duresa dels materials durs hauria de ser de 58-60 HRC o superior. En aquesta categoria, es poden utilitzar eines PCBN.
Després de l'enduriment per inducció, la capa endurida superficial pot tenir fins a 1,5 mm de gruix i la duresa pot arribar a 58-60 HRC, mentre que el material per sota de la capa superficial sol ser molt més suau. En aquest cas, és important assegurar-se que la major part del tall es realitza per sota de la capa endurida superficialment.
Les màquines eina amb potència i rigidesa suficients són una condició necessària per al ranurat de peces endurides. Segons Economan, “Com millor sigui la rigidesa de la màquina-eina i com més gran sigui la potència, més eficient serà el ranurat del material endurit. Per a materials de peça amb una duresa de més de 50 HRC, moltes màquines eina lleugeres no compleixen les condicions de tall requerides. Si es supera la capacitat de la màquina (potència, parell i especialment rigidesa), el mecanitzat no es pot completar amb èxit".
La rigidesa és molt important per al dispositiu de suport de la peça perquè la superfície de contacte de la vora de tall amb la peça és gran durant el procés de ranurat i l'eina exerceix una gran pressió sobre la peça. En subjectar peces d'acer endurit, es pot utilitzar una pinça ampla per dispersar la superfície de subjecció. Paul Ratzki, director de màrqueting de Sumitomo Electric Hard Alloy Co., va dir: "Les peces que s'han de mecanitzar han de tenir un suport ferm. Quan es mecanitza materials endurits, la vibració i la pressió de l'eina generada són molt més grans que quan es mecanitza peces de treball normals, la qual cosa pot provocar la fixació de la peça. No es pot sortir volant de la màquina, ni fer que la fulla de CBN s'encenqui o fins i tot es trenqui".
La tija que subjecta la inserció de ranurat ha de ser tan curta com sigui possible per minimitzar el volat i augmentar la rigidesa de l'eina. Matthew Schmitz, gerent de productes GRIP a Isca, assenyala que, en general, les eines monolítices són més adequades per al ranurat de materials endurits. Tanmateix, l'empresa també ofereix un sistema de ranurat modular. "La tija modular es pot utilitzar en situacions de mecanitzat en què l'eina és propensa a un error sobtat", diu. "No heu de substituir tota la tija, només heu de substituir un component menys costós. La tija modular també ofereix una varietat d'opcions de mecanitzat. El sistema modular Grip d'Iskar es pot instal·lar en una varietat de productes diferents. Podeu utilitzar un suport d'eines amb 7 fulles diferents per a 7 línies de productes o qualsevol nombre de fulles per a diferents processaments La mateixa línia de productes amb una amplada de ranura."
Els portaeines de Sumitomo Electric per agafar insercions de tipus CGA utilitzen un mètode de subjecció superior que torna la fulla al suport. Aquest suport també inclou un cargol de fixació lateral per ajudar a millorar l'estabilitat de l'adherència i allargar la vida útil de l'eina. Rich Maton, ajudantgerent del departament de disseny de l'empresa, va dir: "Aquest portaeines està dissenyat per al ranurat de peces de treball endurides. Si la fulla es mou al suport, la fulla es desgasta amb el temps i la vida de l'eina canvia. Per als requisits de mecanitzat d'alta productivitat de l'automoció. indústria (com ara 50-100 o 150 peces per tall), la predictibilitat de la vida útil de l'eina és especialment important i els canvis en la vida útil de l'eina poden tenir un impacte significatiu en la producció".
Segons els informes, el sistema de ranurat modular Tri-Lock de la sèrie GY de Mitsubishi Materials és comparable en rigidesa als mandrils de fulla integrals. El sistema agafa de manera fiable les fulles de ranurat des de tres direccions (perifèric, frontal i superior). El seu dos disseny estructural impedeix el desplaçament de la fulla durant el ranurat: la projecció en forma de V impedeix que la fulla es mogui cap als laterals; la clau de seguretat elimina el moviment cap endavant de la fulla causat per la força de tall durant el mecanitzat de ranures.
Les insercions de ranurat d'ús habitual per a peces d'acer endurit inclouen insercions quadrades simples, insercions de formació, insercions ranurades i similars. En general, les ranures tallades han de tenir un bon acabat superficial perquè tenen una part d'acoblament, i algunes són juntes tòriques o ranures d'anell de retenció. Segons Mark Menconi, especialista en productes de Mitsubishi Materials, "Aquests processos es poden dividir en mecanitzat de ranura de diàmetre interior i mecanitzat de solc de diàmetre exterior, però la majoria de les operacions de ranurat requereixen un tall fi, inclosa una precisió de tacte lleuger d'uns 0,25 mm de profunditat de tall. un tall complet amb una profunditat d'uns 0,5 mm".
El ranurat de l'acer endurit requereix l'ús d'eines de major duresa, millor resistència al desgast i geometria adequada. La clau és esbrinar si s'ha d'utilitzar una inserció de carbur, una inserció de ceràmica o una inserció de PCBN. Schmitz va dir: "Gairebé sempre trio inserts de carbur quan mecanitzo peces amb dureses inferiors a 50 HRC. Per a peces de treball amb una duresa de 50-58 HRC, les insercions de ceràmica són una opció molt econòmica. Només quan les insercions CBN de la peça de treball s'han de tenir en compte per a una duresa de fins a 58 HRC. Les insercions CBN són especialment adequades per mecanitzar materials tan durs perquè el mecanisme de mecanitzat no és un material de tall sinó una interfície eina/peça. Foneu el material.
Per al ranurat de peces d'acer endurit amb una duresa superior a 58 HRC, el control d'encenalls no és un problema. Com que normalment s'utilitza el ranurat en sec, les estelles s'assemblen més a pols o partícules molt petites i es poden eliminar amb un cop manual. Maton de Sumitomo Electric va dir: "Normalment, aquest tipus d'escombraries es trencarà i es desintegrarà quan toqui qualsevol cosa, de manera que el contacte de les encenalls amb la peça de treball no danyarà la peça de treball. Si agafeu una encenall, us trencaran a la mà".
Una de les raons per les quals les plaquetes CBN són adequades per al tall en sec és que encara que la seva resistència a la calor és molt bona, el rendiment de processament es redueix molt en el cas de les fluctuacions de temperatura. Economan diu: "De fet, quan la inserció de CBN està en contacte amb el material de la peça, produeix calor de tall a la punta, però com que la inserció de CBN és menys adaptable als canvis de temperatura, és difícil refredar-se adequadament per mantenir una constant constant. temperatura. Estat. El CBN és molt dur, però també és molt fràgil i es pot trencar a causa dels canvis de temperatura".
Quan es tallen peces d'acer amb una duresa baixa (com ara 45-50 HRC) amb insercions de carbur cimentat, ceràmica o PCBN, els xips generats han de ser el més curts possible. Això elimina eficaçment la calor de tall del material de l'eina durant el procés de tall, ja que els encenalls poden endur-se una gran quantitat de calor.
Schmitz d'Iskar també recomana que l'eina es processi en un estat "invertit". Va explicar: "Quan s'instal·la una eina en una màquina-eina, l'eina preferida del fabricant de la màquina-eina s'instal·la tallant la fulla cap amunt, ja que això permetrotació de la peça per exercir pressió cap avall sobre el rail de la màquina per mantenir la màquina estable. Tanmateix, quan la fulla es talla al material de la peça de treball, els xips formats poden romandre a la fulla i a la peça de treball. Si es gira el suport de l'eina i l'eina es munta cap per avall, la fulla no serà visible i el flux d'encenall s'escaparà automàticament de la zona de tall sota l'acció de la gravetat".
L'enduriment superficial és un mètode senzill per millorar la duresa de l'acer baix en carboni. El principi és augmentar el contingut de carboni a una certa profunditat sota la superfície del material. Quan la profunditat de ranurat supera el gruix de la capa endurida superficialment, poden sorgir alguns problemes a causa del canvi de la fulla de ranurat d'un material més dur a un material més tou. Amb aquesta finalitat, els fabricants d'eines han desenvolupat diversos graus de fulles per a diferents tipus de materials de peces de treball.
Duane Drape, director de vendes de Horn (EUA), va dir: "Quan es canvia d'un material més dur a un material més tou, l'usuari no sempre vol canviar la fulla, per la qual cosa hem de trobar la millor eina per a aquest tipus de mecanitzat. . Si s'utilitza una inserció de carbur cimentat, es trobarà amb el problema d'un desgast excessiu quan la fulla talla una superfície dura. Si s'utilitza una inserció de CBN adequada per tallar materials molt durs per tallar una part tova, és fàcil danyar la fulla. Podem utilitzar un compromís: insercions de carbur d'alta duresa + recobriments súper lubricats, o graus de inserció CBN relativament suaus + insercions de tall adequades per tallar materials habituals (en lloc de mecanitzar dur)."
Drape va dir: "Podeu utilitzar insercions de CBN per tallar eficaçment materials de peça amb una duresa de 45-50 HRC, però s'ha d'ajustar la geometria de la fulla. Les insercions típiques de CBN tenen un xamfrà negatiu a la vora de tall. Aquesta inserció CBN de xamfrà negatiu és més suau per a la màquina. Quan s'utilitza el material de la peça de treball, el material tindrà un efecte d'extracció i la vida útil de l'eina s'escurçarà. Si s'utilitza el grau CBN amb duresa més baixa i es canvia la geometria de la vora de tall, el material de la peça amb una duresa de 45-50 HRC es pot tallar amb èxit".
La inserció de ranura S117 HORN desenvolupada per l'empresa utilitza una punta de PCBN i la profunditat de tall és d'uns 0,15-0,2 mm quan l'amplada de l'engranatge es talla amb precisió. Per tal d'aconseguir un bon acabat superficial, la fulla té un pla de raspat a cadascuna de les vores de tall a banda i banda.
Una altra opció és canviar els paràmetres de tall. Segons l'Economan d'Index, "Després de tallar la capa endurida, es poden utilitzar paràmetres de tall més grans. Si la profunditat endurida és només de 0,13 mm o 0,25 mm, després de tallar aquesta profunditat, es substitueixen les diferents fulles o encara s'utilitza la mateixa fulla, però augmenta els paràmetres de tall al nivell adequat".
Per tal de cobrir una gamma més àmplia de processament, els graus de fulla PCBN estan augmentant. Els graus de duresa més alts permeten velocitats de tall més ràpides, mentre que els graus amb millor duresa es poden utilitzar en entorns de processament més inestables. Per al tall continu o interromput, també es poden utilitzar diferents graus d'inserció de PCBN. Maton de Sumitomo Electric va assenyalar que, a causa de la fragilitat de les eines de PCBN, les vores de tall afilades són propenses a trencar-se en mecanitzar acer endurit. "Hem de protegir el tall, especialment en el tall interromput, el tall s'ha de preparar més que en el tall continu i l'angle de tall ha de ser més gran".
Els graus IB10H i IB20H de recent desenvolupament d'Iskar amplien encara més la seva línia de productes Groove Turn PCBN. IB10H és un grau de PCBN de gra fi per al tall continu de velocitat mitjana a alta d'acer endurit; mentre que IB20H consisteix en grans de PCBN de gra fi i mitjà, que ofereixen una bona resistència al desgast i resistència a l'impacte. La balança pot suportar les condicions més dures del tall interromput d'acer endurit. El mode de fallada normal d'una eina PCBN hauria de ser que el tall es desgastien lloc de trencar-se o trencar-se de sobte.
El grau de PCBN recobert BNC30G introduït per Sumitomo Electric s'utilitza per al ranurat interromput de peces d'acer endurit. Per al ranurat continu, la companyia recomana el seu grau de fulla universal BN250. Maton va dir: "Quan es talla contínuament, la fulla es talla durant molt de temps, cosa que generarà molta calor de tall. Per tant, cal utilitzar una fulla amb bona resistència al desgast. En el cas de ranurat intermitent, la fulla entra i surt contínuament de tall. Té un gran impacte a la punta. Per tant, cal utilitzar una fulla amb bona duresa i que pugui suportar impactes intermitents. A més, el recobriment de la fulla també ajuda a allargar la vida útil de l'eina".
Independentment del tipus de ranura que s'està mecanitzant, els tallers que abans es basaven en la mòlta per acabar peces d'acer endurit es poden convertir a ranurar amb eines PCBN per augmentar la productivitat. El ranurat dur pot aconseguir una precisió dimensional comparable a la mòlta, alhora que redueix significativament el temps de mecanitzat.
