Ranurado de acero endurecido con cortador PCBN
Ranurado de acero templado con cortador PCBN
En la última década, el ranurado de precisión de piezas de acero endurecido con insertos de nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) ha reemplazado gradualmente al rectificado tradicional. Tyler Economan, gerente de ingeniería de licitaciones de Index, EE. UU., dijo: “En general, el esmerilado de ranuras es un proceso más estable que brinda mayor precisión dimensional que el ranurado. Sin embargo, la gente todavía quiere poder completar la pieza de trabajo en un torno. Se requiere una variedad de procesamiento".
Varios materiales de la pieza de trabajo que se han endurecido incluyen acero de alta velocidad, acero para troqueles, acero para cojinetes y acero aleado. Solo los metales ferrosos se pueden templar y los procesos de templado se suelen aplicar a los aceros con bajo contenido de carbono. A través del tratamiento de endurecimiento, la dureza externa de la pieza de trabajo se puede hacer más alta y resistente al desgaste, mientras que el interior tiene una mejor tenacidad. Las piezas hechas de acero endurecido incluyen mandriles, ejes, conectores, ruedas motrices, árboles de levas, engranajes, casquillos, ejes motrices, cojinetes y similares.
Sin embargo, "materiales duros" es un concepto relativo y cambiante. Algunas personas piensan que los materiales de las piezas de trabajo con una dureza de 40-55 HRC son materiales duros; otros creen que la dureza de los materiales duros debe ser de 58 a 60 HRC o superior. En esta categoría, se pueden utilizar herramientas PCBN.
Después del endurecimiento por inducción, la capa superficial endurecida puede tener un grosor de hasta 1,5 mm y la dureza puede alcanzar los 58-60 HRC, mientras que el material debajo de la capa superficial suele ser mucho más suave. En este caso, es importante asegurarse de que la mayor parte del corte se realice por debajo de la capa superficial endurecida.
Las máquinas herramienta con suficiente potencia y rigidez son una condición necesaria para el ranurado de piezas templadas. Según Economan, “Cuanto mejor sea la rigidez de la máquina herramienta y mayor sea la potencia, más eficiente será el ranurado del material endurecido. Para materiales de piezas de trabajo con una dureza de más de 50 HRC, muchas máquinas herramienta ligeras no cumplen las condiciones de corte requeridas. Si se excede la capacidad de la máquina (potencia, par y especialmente rigidez), el mecanizado no se puede completar con éxito".
La rigidez es muy importante para el dispositivo de sujeción de la pieza de trabajo porque la superficie de contacto del borde de corte con la pieza de trabajo es grande durante el proceso de ranurado y la herramienta ejerce una gran presión sobre la pieza de trabajo. Al sujetar piezas de trabajo de acero endurecido, se puede usar una abrazadera ancha para dispersar la superficie de sujeción. Paul Ratzki, gerente de marketing de Sumitomo Electric Hard Alloy Co., dijo: “Las piezas que se van a mecanizar deben estar firmemente sujetas. Cuando se mecanizan materiales endurecidos, la vibración y la presión de la herramienta generadas son mucho mayores que cuando se mecanizan piezas de trabajo ordinarias, lo que puede resultar en la sujeción de la pieza de trabajo. No puede salir volando de la máquina ni hacer que la hoja de CBN se astille o incluso se rompa".
El mango que sujeta la plaquita de ranurado debe ser lo más corto posible para minimizar el voladizo y aumentar la rigidez de la herramienta. Matthew Schmitz, gerente de productos GRIP de Isca, señala que, en general, las herramientas monolíticas son más adecuadas para ranurar materiales endurecidos. Sin embargo, la empresa también ofrece un sistema de ranurado modular. “El mango modular se puede usar en situaciones de mecanizado donde la herramienta es propensa a fallas repentinas”, dice. “No tiene que reemplazar todo el vástago, solo necesita reemplazar un componente menos costoso. El mango modular también ofrece una variedad de opciones de mecanizado. El sistema modular Grip de Iskar se puede instalar en una variedad de productos diferentes. Puede usar un portaherramientas con 7 cuchillas diferentes para 7 líneas de productos o cualquier número de cuchillas para diferentes procesos La misma línea de productos con ancho de ranura.
Los portaherramientas de Sumitomo Electric para sujetar insertos de tipo CGA utilizan un método de sujeción superior que tira de la hoja hacia el portaherramientas. Este portaherramientas también cuenta con un tornillo de fijación lateral para ayudar a mejorar la estabilidad del agarre y prolongar la vida útil de la herramienta. Rich Maton, asistentegerente del departamento de diseño de la compañía, dijo: "Este portaherramientas está diseñado para ranurar piezas de trabajo endurecidas. Si la cuchilla se mueve en el portaherramientas, la cuchilla se desgasta con el tiempo y la vida útil de la herramienta cambia. Para los requisitos de mecanizado de alta productividad de la industria automotriz industria (como 50-100 o 150 piezas de trabajo por filo de corte), la previsibilidad de la vida útil de la herramienta es particularmente importante y los cambios en la vida útil de la herramienta pueden tener un impacto significativo en la producción".
Según los informes, el sistema de ranurado modular Tri-Lock de la serie GY de Mitsubishi Materials es comparable en rigidez a los mandriles de cuchillas integrales. El sistema sujeta de forma fiable las cuchillas ranuradoras desde tres direcciones (periférica, frontal y superior). Su diseño de dos estructuras evita que la cuchilla se desplace durante el ranurado: la proyección en forma de V evita que la cuchilla se mueva hacia los lados; la llave de seguridad elimina el movimiento de avance de la cuchilla causado por la fuerza de corte durante el mecanizado de ranuras.
Los insertos de ranurado de uso común para piezas de acero endurecido incluyen insertos cuadrados simples, insertos de formación, insertos ranurados y similares. En general, se requiere que las ranuras cortadas tengan un buen acabado superficial porque tienen una parte de acoplamiento, y algunas son juntas tóricas o ranuras para anillos elásticos. Según Mark Menconi, especialista de productos de Mitsubishi Materials, "estos procesos se pueden dividir en mecanizado de ranuras de diámetro interior y mecanizado de ranuras de diámetro exterior, pero la mayoría de las operaciones de ranurado requieren un corte fino, incluida una precisión de toque ligero desde una profundidad de corte de aproximadamente 0,25 mm. Corte a un corte completo con una profundidad de aproximadamente 0,5 mm".
El ranurado de acero templado requiere el uso de herramientas con mayor dureza, mejor resistencia al desgaste y geometría adecuada. La clave es averiguar si se debe usar un inserto de carburo, un inserto de cerámica o un inserto de PCBN. Schmitz dijo: “Casi siempre elijo insertos de carburo cuando mecanizo piezas de trabajo con durezas inferiores a 50 HRC. Para piezas de trabajo con una dureza de 50-58 HRC, los insertos cerámicos son una opción muy económica. Solo cuando se deba considerar la pieza de trabajo con insertos de CBN para una dureza de hasta 58 HRC. Los insertos de CBN son especialmente adecuados para mecanizar materiales de alta dureza porque el mecanismo de mecanizado no es un material de corte sino una interfaz herramienta/pieza de trabajo. Derretir el material.
Para el ranurado de piezas de acero endurecido con una dureza de más de 58 HRC, el control de virutas no es un problema. Dado que generalmente se usa el ranurado en seco, las virutas son más como polvo o partículas muy pequeñas y se pueden eliminar con un soplo manual. Maton de Sumitomo Electric dijo: "Por lo general, este tipo de viruta se romperá y se desintegrará cuando golpee cualquier cosa, por lo que el contacto de la viruta con la pieza de trabajo no dañará la pieza de trabajo. Si agarra una viruta, se romperá en su mano".
Una de las razones por las que las plaquitas de CBN son adecuadas para el corte en seco es que, aunque su resistencia al calor es muy buena, el rendimiento del procesamiento se reduce considerablemente en caso de fluctuaciones de temperatura. Economan dice: “De hecho, cuando el inserto de CBN está en contacto con el material de la pieza de trabajo, produce calor de corte en la punta, pero debido a que el inserto de CBN es menos adaptable a los cambios de temperatura, es difícil enfriarlo adecuadamente para mantener una temperatura constante”. temperatura. Expresar. El CBN es muy duro, pero también muy frágil y puede romperse debido a los cambios de temperatura".
Al cortar piezas de acero con baja dureza (como 45-50 HRC) con insertos de carburo cementado, cerámica o PCBN, las virutas generadas deben ser lo más cortas posible. Esto elimina efectivamente el calor de corte en el material de la herramienta durante el proceso de corte porque las virutas pueden llevarse una gran cantidad de calor.
Schmitz de Iskar también recomienda que la herramienta se procese en un estado "invertido". Explicó: “Al instalar una herramienta en una máquina herramienta, la herramienta preferida por el fabricante de la máquina herramienta se instala cortando la hoja hacia arriba, ya que esto permite que larotación de la pieza de trabajo para ejercer presión hacia abajo sobre el riel de la máquina para mantener la estabilidad de la máquina. Sin embargo, cuando la hoja se corta en el material de la pieza de trabajo, las virutas formadas pueden permanecer en la hoja y la pieza de trabajo. Si se voltea el portaherramientas y la herramienta se monta al revés, la hoja no será visible y el flujo de virutas escapará automáticamente del área de corte bajo la acción de la gravedad".
El endurecimiento superficial es un método simple para mejorar la dureza del acero con bajo contenido de carbono. El principio es aumentar el contenido de carbono a cierta profundidad bajo la superficie del material. Cuando la profundidad de ranurado excede el grosor de la capa endurecida superficial, pueden surgir algunos problemas debido al cambio de la cuchilla ranuradora de un material más duro a un material más blando. Con este fin, los fabricantes de herramientas han desarrollado varios grados de hojas para diferentes tipos de materiales de piezas de trabajo.
Duane Drape, gerente de ventas de Horn (EE. UU.), dijo: "Al cambiar de un material más duro a un material más blando, el usuario no siempre quiere cambiar la hoja, por lo que tenemos que encontrar la mejor herramienta para este tipo de mecanizado". Si se utiliza una plaquita de carburo cementado, se encontrará con el problema de un desgaste excesivo cuando la cuchilla corta una superficie dura. Si se utiliza una plaquita de CBN adecuada para cortar materiales de alta dureza para cortar una pieza blanda, es fácil dañar la Podemos usar un compromiso: insertos de carburo de alta dureza + recubrimientos súper lubricados, o grados de inserto de CBN relativamente blandos + insertos de corte adecuados para cortar materiales comunes (en lugar de mecanizado duro)".
Drape dijo: “Puede usar insertos de CBN para cortar materiales de piezas de trabajo con una dureza de 45-50 HRC de manera eficaz, pero la geometría de la hoja debe ajustarse. Las plaquitas típicas de CBN tienen un chaflán negativo en el filo de corte. Esta plaquita de CBN con chaflán negativo es más blanda de mecanizar. Cuando se utiliza el material de la pieza de trabajo, el material tendrá un efecto de extracción y se acortará la vida útil de la herramienta. Si se utiliza el grado CBN con menor dureza y se cambia la geometría del filo de corte, el material de la pieza de trabajo con una dureza de 45-50 HRC se puede cortar con éxito".
La plaquita de ranurado S117 HORN desarrollada por la empresa utiliza una punta PCBN y la profundidad de corte es de aproximadamente 0,15-0,2 mm cuando el ancho del engranaje se corta con precisión. Para conseguir un buen acabado superficial, la hoja dispone de un plano de raspado en cada uno de los filos de corte por ambos lados.
Otra opción es cambiar los parámetros de corte. Según Economan de Index, “Después de cortar a través de la capa endurecida, se pueden usar parámetros de corte más grandes. Si la profundidad endurecida es de solo 0,13 mm o 0,25 mm, después de cortar a través de esta profundidad, se reemplazan las diferentes cuchillas o se sigue usando la misma cuchilla, pero se aumentan los parámetros de corte al nivel apropiado".
Para cubrir una gama más amplia de procesamiento, los grados de cuchillas PCBN están aumentando. Los grados de mayor dureza permiten velocidades de corte más rápidas, mientras que los grados con mayor tenacidad se pueden utilizar en entornos de procesamiento más inestables. Para el corte continuo o interrumpido, también se pueden utilizar diferentes calidades de plaquita PCBN. Maton de Sumitomo Electric señaló que, debido a la fragilidad de las herramientas de PCBN, los bordes de corte afilados son propensos a astillarse cuando se mecaniza acero endurecido. “Hay que proteger el filo, sobre todo en corte interrumpido, se debe preparar más el filo que en corte continuo, y el ángulo de corte debe ser mayor.”
Los grados IB10H e IB20H recientemente desarrollados por Iskar amplían aún más su línea de productos Groove Turn PCBN. IB10H es un grado PCBN de grano fino para corte continuo de acero templado a velocidad media a alta; mientras que IB20H consiste en granos de PCBN de tamaño de grano fino y medio, lo que proporciona una buena resistencia al desgaste y al impacto. La balanza puede soportar las condiciones más duras del corte interrumpido de acero endurecido. El modo de falla normal de una herramienta PCBN debe ser que el borde de corte se desgaste.en lugar de agrietarse o agrietarse repentinamente.
La calidad PCBN recubierta BNC30G presentada por Sumitomo Electric se utiliza para el ranurado interrumpido de piezas de trabajo de acero endurecido. Para ranurado continuo, la empresa recomienda su calidad de hoja universal BN250. Maton dijo: “Al cortar continuamente, la cuchilla se corta durante mucho tiempo, lo que generará mucho calor de corte. Por lo tanto, es necesario utilizar una cuchilla con buena resistencia al desgaste. En el caso de ranurado intermitente, la cuchilla entra y sale continuamente del corte. Tiene un gran impacto en la punta. Por lo tanto, es necesario utilizar una hoja con buena tenacidad y que pueda soportar impactos intermitentes. Además, el recubrimiento de la hoja también ayuda a prolongar la vida útil de la herramienta".
Independientemente del tipo de ranura que se mecanice, los talleres que anteriormente dependían del esmerilado para acabar las piezas de acero endurecido pueden convertirse en ranurado con herramientas PCBN para aumentar la productividad. El ranurado duro puede lograr una precisión dimensional comparable al rectificado, al tiempo que reduce significativamente el tiempo de mecanizado.
