Karkaistun teräksen uritus PCBN-leikkurilla

Karkaistun teräksen uritus PCBN-leikkurilla

Kuluneen vuosikymmenen aikana karkaistujen teräsosien tarkkuusurittaminen monikiteisillä kuutiometreillä boorinitridillä (PCBN) on vähitellen korvannut perinteisen hionnan. Tyler Economan, Indexin, USA:n tarjoussuunnittelupäällikkö, sanoi: "Yleensä hiontaurat ovat vakaampi prosessi, joka tarjoaa paremman mittatarkkuuden kuin urittaminen. Ihmiset haluavat kuitenkin pystyä viimeistelemään työkappaleen sorvin päällä. Tarvitaan monenlaista käsittelyä."

Erilaisia ​​karkaistuja työkappalemateriaaleja ovat pikateräs, muottiteräs, laakeriteräs ja seosteräs. Vain rautametallit voidaan karkaista, ja karkaisuprosesseja sovelletaan yleensä vähähiiliseen teräkseen. Karkaisukäsittelyn avulla työkappaleen ulkoinen kovuus saadaan korkeammaksi ja kulutuskelpoiseksi, kun taas sisäpuolen sitkeys on parempi. Karkaistusta teräksestä valmistettuja osia ovat tuurnat, akselit, liittimet, vetopyörät, nokka-akselit, hammaspyörät, holkit, käyttöakselit, laakerit ja vastaavat.

"Kovat materiaalit" on kuitenkin suhteellinen, muuttuva käsite. Jotkut ihmiset ajattelevat, että työkappalemateriaalit, joiden kovuus on 40-55 HRC, ovat kovia materiaaleja; toiset uskovat, että kovien materiaalien kovuuden tulisi olla 58-60 HRC tai korkeampi. Tässä luokassa voidaan käyttää PCBN-työkaluja.

Induktiokarkaisun jälkeen pintakarkaistu kerros voi olla jopa 1,5 mm paksu ja kovuus 58-60 HRC, kun taas pintakerroksen alla oleva materiaali on yleensä paljon pehmeämpää. Tässä tapauksessa on tärkeää varmistaa, että suurin osa leikkauksesta tehdään pintakarkaistun kerroksen alapuolelle.

Riittävän tehon ja jäykkyyden omaavat työstökoneet ovat välttämätön edellytys karkaistujen osien uralle. Economanin mukaan "Mitä parempi työstökoneen jäykkyys ja suurempi teho, sitä tehokkaampi on karkaistun materiaalin uritus. Työkappalemateriaalien, jonka kovuus on yli 50 HRC, monet kevyet työstökoneet eivät täytä vaadittuja leikkausolosuhteita. Jos koneen kapasiteetti (teho, vääntömomentti ja erityisesti jäykkyys) ylittyy, koneistusta ei voida suorittaa onnistuneesti."

Jäykkyys on erittäin tärkeää työkappaleen kiinnityslaitteelle, koska leikkuureunan kosketuspinta työkappaleeseen on suuri uritusprosessin aikana ja työkalu kohdistaa suuren paineen työkappaleeseen. Karkaistuja terästyökappaleita kiinnitettäessä voidaan käyttää leveää puristinta puristuspinnan hajottamiseen. Sumitomo Electric Hard Alloy Co.:n markkinointipäällikkö Paul Ratzki sanoi: "Koneistettavat osat on tuettava tukevasti. Karkaistuja materiaaleja työstäessä syntyvä tärinä ja työkalupaine ovat paljon suurempia kuin tavallisia työkappaleita työstäessä, mikä voi johtaa työkappaleen puristumiseen. Ei voi lentää ulos koneesta tai saada CBN-terää halkeilemaan tai jopa rikkoutumaan."

Varren, joka pitää urasisäkkeen, tulee olla mahdollisimman lyhyt ylityksen minimoimiseksi ja työkalun jäykkyyden lisäämiseksi. Iscan GRIP-tuotteiden johtaja Matthew Schmitz huomauttaa, että monoliittiset työkalut sopivat yleensä paremmin karkaistujen materiaalien uritukseen. Yritys tarjoaa kuitenkin myös modulaarisen uritusjärjestelmän. "Modulaarista vartta voidaan käyttää työstötilanteissa, joissa työkalu on taipuvainen äkilliseen vikaan", hän sanoo. "Sinun ei tarvitse vaihtaa koko vartta, sinun on vain vaihdettava halvempi komponentti. Modulaarinen varsi tarjoaa myös erilaisia ​​työstövaihtoehtoja. Iskarin Grip-moduulijärjestelmä voidaan asentaa useisiin erilaisiin tuotteisiin. Voit käyttää työkalunpidintä, jossa on 7 eri terää 7 tuotelinjalle tai kuinka monta teriä eri käsittelyyn Sama tuotesarja raon leveydellä."

Sumitomo Electricin työkalunpitimet CGA-tyyppisten terien tarttumiseen käyttävät yläkiinnitysmenetelmää, joka vetää terän takaisin pidikkeeseen. Tässä pidikkeessä on myös sivukiinnitysruuvi, joka parantaa otteen vakautta ja pidentää työkalun käyttöikää. Rich Maton, assistenttiyrityksen suunnitteluosaston päällikkö sanoi: "Tämä työkalunpidin on suunniteltu karkaistujen työkappaleiden uritukseen. Jos terä liikkuu pitimessä, terä kuluu ajan myötä ja työkalun käyttöikä muuttuu. Auton korkean tuottavuuden koneistuksen vaatimuksiin teollisuudessa (kuten 50-100 tai 150 työkappaletta leikkuuterää kohti), työkalun käyttöiän ennustettavuus on erityisen tärkeää, ja työkalun käyttöiän muutoksilla voi olla merkittävä vaikutus tuotantoon."

Raporttien mukaan Mitsubishi Materialsin GY-sarjan Tri-Lock modulaarinen uritusjärjestelmä on jäykkyydeltään verrattavissa kiinteään teräistukkaan. Järjestelmä tarttuu luotettavasti uritusteriin kolmesta suunnasta (kehä, edestä ja ylhäältä). Sen kaksi rakennerakennetta estävät terän siirtymisen urituksen aikana: V-muotoinen ulkonema estää terää liikkumasta sivuille; turva-avain eliminoi leikkausvoiman aiheuttaman terän eteenpäinliikkeen uran työstyksessä.

Yleisesti käytettyjä karkaistujen teräsosien uritusosia ovat yksinkertaiset neliömäiset sisäosat, muotopalat, urapalat ja vastaavat. Yleensä leikattujen urien pinnan on oltava hyvä, koska niissä on liitäntäosa, ja jotkin ovat O-renkaita tai lukitusrenkaiden uria. Mitsubishi Materialsin tuoteasiantuntija Mark Menconin mukaan "Nämä prosessit voidaan jakaa sisähalkaisijan uran työstöön ja ulkohalkaisijan uran työstöön, mutta useimmat uritustoiminnot vaativat hienoleikkausta, mukaan lukien kevyen kosketuksen tarkkuus noin 0,25 mm:n leikkaussyvyydestä. Leikkaa täysi leikkaus, jonka syvyys on noin 0,5 mm."

Karkaistun teräksen urittaminen vaatii kovemman, paremman kulutuskestävyyden ja sopivan geometrian työkalujen käyttöä. Tärkeintä on selvittää, pitäisikö käyttää kovametallisisäketta, keraamista vai PCBN-sisäketta. Schmitz sanoi: "Valitsen melkein aina kovametalliterät, kun koneistan työkappaleita, joiden kovuus on alle 50 HRC. Keraamiset terät ovat erittäin taloudellinen valinta työkappaleille, joiden kovuus on 50-58 HRC. Vain silloin, kun työkappaleen CBN-terät tulee ottaa huomioon kovuuden ollessa 58 HRC. CBN-terät soveltuvat erityisen hyvin tällaisten kovien materiaalien koneistukseen, koska koneistusmekanismi ei ole leikkausmateriaali vaan työkalu/työkappale-liitäntä. Sulata materiaali.

Karkaistujen teräsosien urituksessa, joiden kovuus on yli 58 HRC, lastunhallinta ei ole ongelma. Koska yleensä käytetään kuivaa uritusta, lastut ovat enemmän kuin pölyä tai hyvin pieniä hiukkasia, ja ne voidaan poistaa käsin puhalluksella. Sumitomo Electricin Maton sanoi: "Yleensä tällainen lastu hajoaa ja hajoaa osuessaan mihinkään, joten lastujen kosketus työkappaleeseen ei vahingoita työkappaletta. Jos tartut lastuun, ne särkyvät käteen."

Yksi syy siihen, miksi CBN-terät sopivat kuivaleikkaukseen, on se, että vaikka niiden lämmönkestävyys on erittäin hyvä, työstöteho heikkenee huomattavasti lämpötilanvaihteluissa. Economan sanoo: "Itse asiassa, kun CBN-terä on kosketuksissa työkappaleen materiaaliin, se tuottaa leikkauslämpöä kärkeen, mutta koska CBN-sisäke on vähemmän mukautuva lämpötilan muutoksiin, sitä on vaikea jäähdyttää riittävästi vakion ylläpitämiseksi. lämpötila. Osavaltio. CBN on erittäin kova, mutta se on myös erittäin hauras ja voi repeytyä lämpötilan muutosten vuoksi."

Kun leikataan matalakovuuden (kuten 45-50 HRC) teräsosia kovametalli-, keramiikka- tai PCBN-teräksillä, syntyvien lastujen tulee olla mahdollisimman lyhyitä. Tämä poistaa tehokkaasti leikkauslämmön työkalumateriaalista leikkausprosessin aikana, koska lastut voivat kuljettaa pois suuren määrän lämpöä.

Iskarin Schmitz suosittelee myös, että työkalu käsitellään "käänteisessä" tilassa. Hän selitti: "Kun asennat työkalua työstökoneeseen, koneenvalmistajan ensisijainen työkalu asennetaan leikkaamalla terä etupuoli ylöspäin, koska tämä mahdollistaatyöstettävän kappaleen pyörittäminen paineen kohdistamiseksi alaspäin koneen kiskoon, jotta kone pysyy vakaana. Kuitenkin, kun terä leikataan työkappaleen materiaaliin, muodostuneet lastut voivat jäädä terään ja työkappaleeseen. Jos työkalun pidike käännetään ympäri ja työkalu on asennettu ylösalaisin, terä ei ole näkyvissä ja lastuvirtaus poistuu automaattisesti leikkausalueelta painovoiman vaikutuksesta."

Pintakarkaisu on yksinkertainen menetelmä vähähiilisen teräksen kovuuden parantamiseksi. Periaatteena on lisätä hiilipitoisuutta tietyllä syvyydellä materiaalin pinnan alla. Kun uritussyvyys ylittää pintakarkaistun kerroksen paksuuden, voi syntyä ongelmia, jotka johtuvat uurteen terän muuttumisesta kovemmasta materiaalista pehmeämpään materiaaliin. Tätä tarkoitusta varten työkaluvalmistajat ovat kehittäneet useita terälaatuja erityyppisille työkappalemateriaaleille.

Duane Drape, Hornin (USA) myyntipäällikkö, sanoi: "Kun vaihdat kovemmasta materiaalista pehmeämpään materiaaliin, käyttäjä ei aina halua vaihtaa terää, joten meidän on löydettävä paras työkalu tämäntyyppiseen koneistukseen. . Jos käytetään kovametalliterää, se kohtaa liiallisen kulumisen ongelman, kun terä leikkaa kovaa pintaa. Jos pehmeän osan leikkaamiseen käytetään erittäin kovien materiaalien leikkaamiseen soveltuvaa CBN-terää, se on helppo vahingoittaa Voimme käyttää kompromissia: kovakovametalliterät + supervoideltu pinnoite tai suhteellisen pehmeät CBN-terälaadut + tavallisten materiaalien leikkaamiseen sopivat leikkausterät (eikä kovaan koneistukseen)."

Drape sanoi: "Voit käyttää CBN-teriä leikkaamaan tehokkaasti työkappalemateriaaleja, joiden kovuus on 45-50 HRC, mutta terän geometriaa on säädettävä. Tyypillisissä CBN-terissä on negatiivinen viiste leikkuureunassa. Tämä negatiivinen viisteinen CBN-sisäke on pehmeämpi koneistettavaksi. Kun työkappaleen materiaalia käytetään, materiaalilla on ulosvetovaikutus ja työkalun käyttöikä lyhenee. Jos käytetään matalamman kovuuden omaavaa CBN-laatua ja leikkuuterän geometriaa muutetaan, voidaan työkappaleen materiaali, jonka kovuus on 45-50 HRC, onnistuneesti leikata."

Yrityksen kehittämässä S117 HORN -urapalassa käytetään PCBN-kärkeä ja leikkaussyvyys on noin 0,15-0,2 mm, kun hammaspyörän leveys on tarkasti leikattu. Hyvän pintakäsittelyn saavuttamiseksi terässä on kaavintaso molemmilla puolilla molemmilla puolilla leikkuureunaa.

Toinen vaihtoehto on muuttaa leikkausparametreja. Indexin Economanin mukaan ”karkaistuneen kerroksen läpileikkauksen jälkeen voidaan käyttää suurempia leikkausparametreja. Jos karkaistu syvyys on vain 0,13 mm tai 0,25 mm, tämän syvyyden läpi leikkaamisen jälkeen joko eri terät vaihdetaan tai käytä edelleen samaa terää, mutta nosta leikkausparametrit sopivalle tasolle."

PCBN-terälaadut lisääntyvät, jotta ne kattavat laajemman prosessoinnin. Korkeamman kovuuden arvot mahdollistavat nopeammat leikkausnopeudet, kun taas sitkeämpiä laatuja voidaan käyttää epävakaammissa työstöympäristöissä. Jatkuvassa tai katkonaisessa leikkauksessa voidaan käyttää myös erilaisia ​​PCBN-terälaatuja. Sumitomo Electricin Maton huomautti, että PCBN-työkalujen haurauden vuoksi terävät leikkuureunat ovat alttiita lohkeilemaan karkaistua terästä työstäessä. "Meidän on suojattava leikkuuterää, erityisesti keskeytetyssä leikkauksessa, leikkaussärmää tulee valmistella enemmän kuin jatkuvassa leikkauksessa ja leikkauskulman tulee olla suurempi."

Iskarin äskettäin kehittämät IB10H- ja IB20H-laadut laajentavat entisestään Groove Turn PCBN -tuotevalikoimaansa. IB10H on hienorakeinen PCBN-laatu keskinopeisiin ja suuriin karkaistujen terästen jatkuvaan leikkaamiseen; kun taas IB20H koostuu hienoista ja keskikokoisista PCBN-rakeista, jotka tarjoavat hyvän kulutuskestävyyden ja iskunkestävyyden. Vaaka kestää kovemmat olosuhteet karkaistun teräksen keskeytetyn leikkauksen yhteydessä. PCBN-työkalun normaalin vikatilan tulee olla, että leikkuureuna kuluusen sijaan, että se äkillisesti halkeilee tai halkeilee.

Sumitomo Electricin tuomaa BNC30G-pinnoitettua PCBN-laatua käytetään karkaistujen terästyökappaleiden katkonaiseen uritukseen. Jatkuvaan uritukseen yritys suosittelee BN250-yleisterälaatua. Maton sanoi: "Jatkuvasti leikattaessa terää leikataan pitkään, mikä tuottaa paljon leikkauslämpöä. Siksi on tarpeen käyttää terää, jolla on hyvä kulutuskestävyys. Jaksottaisessa urituksessa terä tulee jatkuvasti sisään ja poistuu leikkaamisesta. Sillä on suuri vaikutus kärkeen. Siksi on välttämätöntä käyttää terää, jolla on hyvä sitkeys ja joka kestää ajoittaisia ​​iskuja. Lisäksi terän pinnoite auttaa myös pidentämään työkalun käyttöikää."

Riippumatta koneistettavan uran tyypistä, työpajat, jotka aiemmin luottivat hiomiseen karkaistujen teräsosien viimeistelyyn, voidaan muuntaa uritukseen PCBN-työkaluilla tuottavuuden lisäämiseksi. Kovalla uralla voidaan saavuttaa hiontaan verrattavissa oleva mittatarkkuus, samalla kun koneistusaika lyhenee merkittävästi.