Slidsning af hærdet stål med PCBN-skærer

Slidsning af hærdet stål med PCBN-skærer

I det seneste årti har præcisionsrillning af hærdede ståldele med polykrystallinsk kubisk bornitrid (PCBN) skær gradvist erstattet traditionel slibning. Tyler Economan, byding engineering manager hos Index, USA, sagde: "Generelt er slibning af riller en mere stabil proces, der giver højere dimensionsnøjagtighed end riller. Folk ønsker dog stadig at kunne færdiggøre emnet på en drejebænk. En række forskellige behandlinger kræves."

Forskellige emnematerialer, der er blevet hærdet, omfatter højhastighedsstål, matricestål, lejestål og legeret stål. Kun jernholdige metaller kan hærdes, og hærdningsprocesser anvendes normalt på stål med lavt kulstofindhold. Gennem hærdningsbehandlingen kan arbejdsemnets ydre hårdhed gøres højere og slidstærkt, mens det indre har bedre sejhed. Dele lavet af hærdet stål omfatter dorne, aksler, konnektorer, drivhjul, knastaksler, tandhjul, bøsninger, drivaksler, lejer og lignende.

Men "hårde materialer" er et relativt, skiftende begreb. Nogle mennesker tror, ​​at emnematerialer med en hårdhed på 40-55 HRC er hårde materialer; andre mener, at hårdheden af ​​hårde materialer bør være 58-60 HRC eller højere. I denne kategori kan PCBN-værktøjer bruges.

Efter induktionshærdning kan det overfladehærdede lag være op til 1,5 mm tykt og hårdheden kan nå 58-60 HRC, mens materialet under overfladelaget normalt er meget blødere. I dette tilfælde er det vigtigt at sikre, at det meste af skæringen udføres under det overfladehærdede lag.

Værktøjsmaskiner med tilstrækkelig kraft og stivhed er en nødvendig betingelse for riller af hærdede dele. Ifølge Economan: "Jo bedre værktøjsmaskinens stivhed og jo højere kraft, desto mere effektiv er rillen af ​​det hærdede materiale. For emnematerialer med en hårdhed på mere end 50 HRC opfylder mange lette værktøjsmaskiner ikke de krævede skærebetingelser. Hvis maskinens kapacitet (effekt, drejningsmoment og især stivhed) overskrides, kan bearbejdningen ikke afsluttes med succes."

Stivhed er meget vigtig for emneholderen, fordi skærkantens kontaktflade med emnet er stor under rilleprocessen, og værktøjet udøver et stort tryk på emnet. Ved fastspænding af hærdede stålemner kan en bred klemme bruges til at sprede fastspændingsfladen. Paul Ratzki, marketingchef for Sumitomo Electric Hard Alloy Co., sagde: "De dele, der skal bearbejdes, skal være solidt understøttet. Ved bearbejdning af hærdede materialer er vibrationen og værktøjstrykket meget større end ved bearbejdning af almindelige emner, hvilket kan resultere i fastspænding af emnet. Kan ikke flyve ud af maskinen eller få CBN-bladet til at flise eller endda knække."

Skaftet, der holder rilleindsatsen, skal være så kort som muligt for at minimere udhæng og øge værktøjets stivhed. Matthew Schmitz, leder af GRIP-produkter hos Isca, påpeger, at monolitiske værktøjer generelt er mere velegnede til riller af hærdede materialer. Virksomheden tilbyder dog også et modulært rillesystem. "Den modulære skaft kan bruges i bearbejdningssituationer, hvor værktøjet er udsat for pludselige fejl," siger han. "Du behøver ikke at udskifte hele skaftet, du skal bare udskifte en billigere komponent. Det modulære skaft tilbyder også en række forskellige bearbejdningsmuligheder. Iskars Grip modulsystem kan installeres i en række forskellige produkter. Du kan bruge en værktøjsholder med 7 forskellige klinger til 7 produktlinjer eller et vilkårligt antal klinger til forskellig behandling. Den samme produktlinje med spaltebredde."

Sumitomo Electrics værktøjsholdere til at gribe skær af CGA-typen bruger en topklemmemetode, der trækker bladet tilbage i holderen. Denne holder har også en sidefastgørelsesskrue for at hjælpe med at forbedre grebsstabiliteten og forlænge værktøjets levetid. Rich Maton, assistentleder af virksomhedens designafdeling sagde: "Denne værktøjsholder er designet til riller af hærdede emner. Hvis klingen bevæger sig i holderen, slides klingen over tid, og værktøjets levetid ændrer sig. For de højproduktive bearbejdningskrav til bilindustrien industri (såsom 50-100 eller 150 emner pr. skær), forudsigeligheden af ​​værktøjslevetid er særlig vigtig, og ændringer i værktøjslevetid kan have en betydelig indflydelse på produktionen."

Ifølge rapporter er Mitsubishi Materials' GY-serie Tri-Lock modulære rillesystem sammenlignelig i stivhed med integrerede klingepatroner. Systemet griber pålideligt rillebladene fra tre retninger (perifer, front og top). Dens to strukturelle design forhindrer bladet i at blive forskudt under rilling: det V-formede fremspring forhindrer bladet i at bevæge sig til siderne; sikkerhedsnøglen eliminerer den fremadgående bevægelse af klingen forårsaget af skærekraften under bearbejdning af slidser.

Almindeligt anvendte rilleskær til hærdede ståldele omfatter simple firkantede skær, formskær, slidsede skær og lignende. Generelt kræves det, at de afskårne riller har en god overfladefinish, fordi de har en parringsdel, og nogle er O-ringe eller snapringriller. Ifølge Mark Menconi, produktspecialist hos Mitsubishi Materials, "kan disse processer opdeles i rillebearbejdning med inderdiameter og rillebearbejdning med ydre diameter, men de fleste rilleoperationer kræver finskæring, herunder let berøringspræcision fra ca. 0,25 mm skæredybde. Skær til et fuldt snit med en dybde på omkring 0,5 mm."

Rilning af hærdet stål kræver brug af værktøj med højere hårdhed, bedre slidstyrke og passende geometri. Nøglen er at finde ud af, om der skal bruges et hårdmetalskær, et keramisk skær eller et PCBN-skær. Schmitz sagde: "Jeg vælger næsten altid hårdmetalskær ved bearbejdning af emner med hårdheder under 50 HRC. Til emner med en hårdhed på 50-58 HRC er keramiske skær et meget økonomisk valg. Kun når emnets CBN-skær skal tages i betragtning for hårdhed op til 58 HRC. CBN-skærene er særligt velegnede til bearbejdning af sådanne højhårde materialer, fordi bearbejdningsmekanismen ikke er et skæremateriale, men en grænseflade mellem værktøj og emne. Smelt materialet.

Til riller af hærdede ståldele med en hårdhed på over 58 HRC er spånkontrol ikke et problem. Da der sædvanligvis anvendes tør rille, er spånerne mere som støv eller meget små partikler og kan fjernes med håndblæsning. Sumitomo Electrics Maton sagde: "Normalt vil denne slags spåner gå i stykker og gå i opløsning, når den rammer noget, så spånets kontakt med emnet vil ikke beskadige emnet. Hvis du griber en spån, vil de smadre i din hånd."

En af grundene til, at CBN-skær er velegnede til tørskæring, er, at selvom deres varmebestandighed er meget god, reduceres bearbejdningsydelsen kraftigt i tilfælde af temperaturudsving. Economan siger: "Faktisk, når CBN-skæret er i kontakt med emnets materiale, producerer det skærevarme på spidsen, men fordi CBN-skæret er mindre tilpasningsdygtigt til temperaturændringer, er det vanskeligt at køle tilstrækkeligt for at opretholde en konstant temperatur. Stat. CBN er meget hårdt, men det er også meget skørt og kan briste på grund af temperaturændringer."

Ved skæring af ståldele med lav hårdhed (såsom 45-50 HRC) med hårdmetal, keramik eller PCBN skær, skal de genererede spåner være så korte som muligt. Dette fjerner effektivt skærevarmen i værktøjsmaterialet under skæreprocessen, fordi spånerne kan transportere en stor mængde varme væk.

Iskar's Schmitz anbefaler også, at værktøjet behandles i en "omvendt" tilstand. Han forklarede: "Når du installerer et værktøj på en værktøjsmaskine, installeres maskinbyggerens foretrukne værktøj ved at skære bladet opad, da dette gør det muligt atrotation af emnet for at udøve et nedadgående tryk på maskinskinnen for at holde maskinen stabil. Men når klingen skæres ind i emnematerialet, kan de dannede spåner forblive på klingen og emnet. Hvis værktøjsholderen vendes og værktøjet monteres på hovedet, vil klingen ikke være synlig, og spånstrømmen vil automatisk undslippe skæreområdet under påvirkning af tyngdekraften."

Overfladehærdning er en enkel metode til at forbedre hårdheden af ​​stål med lavt kulstofindhold. Princippet er at øge kulstofindholdet i en vis dybde under materialets overflade. Når rilledybden overstiger tykkelsen af ​​det overfladehærdede lag, kan der opstå nogle problemer på grund af ændringen af ​​rillebladet fra et hårdere materiale til et blødere materiale. Til dette formål har værktøjsproducenter udviklet flere klingekvaliteter til forskellige typer emnematerialer.

Duane Drape, salgschef hos Horn (USA), sagde: "Når man skifter fra et hårdere materiale til et blødere materiale, ønsker brugeren ikke altid at skifte klingen, så vi er nødt til at finde det bedste værktøj til denne type bearbejdning. Hvis der anvendes et hårdmetalskær, vil det støde på problemet med overdreven slid, når klingen skærer en hård overflade. Hvis en CBN-skær, der er egnet til at skære højhårde materialer, bruges til at skære en blød del, er det let at beskadige Vi kan bruge et kompromis: hårdmetalskær med høj hårdhed + supersmurte belægninger eller relativt bløde CBN-skærkvaliteter + skær, der er egnede til at skære almindelige materialer (i stedet for hård bearbejdning)."

Drape sagde: "Du kan bruge CBN-skær til effektivt at skære emnematerialer med en hårdhed på 45-50 HRC, men klingegeometrien skal justeres. Typiske CBN-skær har en negativ affasning på skærkanten. Denne negative affasede CBN-indsats er blødere at bearbejde. Når emnematerialet anvendes, vil materialet have en udtrækseffekt, og værktøjets levetid forkortes. Hvis CBN-kvaliteten med lavere hårdhed anvendes, og skærkantens geometri ændres, kan emnematerialet med en hårdhed på 45-50 HRC skæres med succes."

S117 HORN rilleskæret udviklet af virksomheden bruger en PCBN-spids, og skæredybden er omkring 0,15-0,2 mm, når tandhjulsbredden skæres præcist. For at opnå en god overfladefinish har klingen et skrabeplan på hver af skærene på begge sider.

En anden mulighed er at ændre skæreparametrene. Ifølge Index's Economan, "Efter at have skåret igennem det hærdede lag, kan større skæreparametre bruges. Hvis den hærdede dybde kun er 0,13 mm eller 0,25 mm, efter gennemskæring af denne dybde, udskiftes enten de forskellige knive eller stadig bruge den samme kniv, men øg skæreparametrene til det passende niveau."

For at dække en bredere vifte af forarbejdning stiger PCBN-bladkvaliteterne. Højere hårdhedsgrader giver mulighed for hurtigere skærehastigheder, mens kvaliteter med bedre sejhed kan bruges i mere ustabile forarbejdningsmiljøer. Til kontinuerlig eller afbrudt skæring kan forskellige PCBN skærkvaliteter også bruges. Sumitomo Electrics Maton påpegede, at på grund af PCBN-værktøjets skørhed, er skarpe skær tilbøjelige til at flise ved bearbejdning af hærdet stål. "Vi skal beskytte skærkanten, især ved afbrudt skæring, skærkanten skal forberedes mere end ved kontinuerlig skæring, og skærevinklen skal være større."

Iskars nyudviklede IB10H og IB20H kvaliteter udvider sin Groove Turn PCBN produktlinje yderligere. IB10H er en finkornet PCBN-kvalitet til medium til høj hastighed kontinuerlig skæring af hærdet stål; mens IB20H består af fine og mellemstore PCBN-korn, der giver god slidstyrke og slagfasthed. Balancen kan modstå de hårdere forhold ved afbrudt skæring i hærdet stål. Den normale fejltilstand for et PCBN-værktøj bør være, at skæret bliver slidtfrem for pludselig at revne eller revne.

Den BNC30G coatede PCBN-kvalitet introduceret af Sumitomo Electric bruges til afbrudt rilling af hærdede stålemner. Til kontinuerlig rilling anbefaler virksomheden sin BN250 universelle klingekvalitet. Maton sagde: "Når der skæres kontinuerligt, skæres bladet i lang tid, hvilket vil generere en masse skærevarme. Derfor er det nødvendigt at bruge en klinge med god slidstyrke. I tilfælde af intermitterende riller går klingen kontinuerligt ind og ud af skæring. Det har stor indflydelse på spidsen. Derfor er det nødvendigt at bruge en klinge med god sejhed og kan modstå intermitterende stød. Derudover hjælper klingebelægningen også med at forlænge værktøjets levetid."

Uanset hvilken type rille, der bearbejdes, kan værksteder, der tidligere var afhængige af slibning for at afslutte hærdede ståldele, konverteres til riller med PCBN-værktøjer for at øge produktiviteten. Hårde riller kan opnå en dimensionel nøjagtighed, der kan sammenlignes med slibning, samtidig med at bearbejdningstiden reduceres markant.