Scanalatura di acciaio temprato con taglierina PCBN

Scanalatura di acciaio temprato con taglierina PCBN

Nell'ultimo decennio, la scanalatura di precisione di parti in acciaio temprato con inserti in nitruro di boro cubico policristallino (PCBN) ha gradualmente sostituito la rettifica tradizionale. Tyler Economan, Bidding Engineering Manager presso Index, USA, ha affermato: “In generale, la rettifica delle scanalature è un processo più stabile che fornisce una maggiore precisione dimensionale rispetto alla scanalatura. Tuttavia, le persone vogliono ancora essere in grado di completare il pezzo su un tornio. Sono necessarie diverse lavorazioni."

Vari materiali per pezzi in lavorazione che sono stati temprati includono acciaio ad alta velocità, acciaio per stampi, acciaio per cuscinetti e acciaio legato. Solo i metalli ferrosi possono essere temprati e i processi di tempra vengono generalmente applicati agli acciai a basso tenore di carbonio. Attraverso il trattamento di tempra, la durezza esterna del pezzo può essere resa più elevata e indossabile, mentre l'interno ha una migliore tenacità. Le parti in acciaio temprato includono mandrini, assi, connettori, ruote motrici, alberi a camme, ingranaggi, boccole, alberi di trasmissione, cuscinetti e simili.

Tuttavia, "materiali duri" è un concetto relativo e mutevole. Alcune persone pensano che i materiali da lavorare con una durezza di 40-55 HRC siano materiali duri; altri credono che la durezza dei materiali duri dovrebbe essere 58-60 HRC o superiore. In questa categoria possono essere utilizzati strumenti PCBN.

Dopo la tempra a induzione, lo strato indurito in superficie può avere uno spessore fino a 1,5 mm e la durezza può raggiungere 58-60 HRC, mentre il materiale sotto lo strato superficiale è generalmente molto più morbido. In questo caso, è importante assicurarsi che la maggior parte del taglio venga eseguita al di sotto dello strato indurito in superficie.

Macchine utensili con potenza e rigidità sufficienti sono una condizione necessaria per la scanalatura di parti temprate. Secondo Economan, “Maggiore è la rigidità della macchina utensile e maggiore è la potenza, più efficiente sarà la scanalatura del materiale temprato. Per i materiali da lavorare con una durezza superiore a 50 HRC, molte macchine utensili leggere non soddisfano le condizioni di taglio richieste. Se la capacità della macchina (potenza, coppia e soprattutto rigidità) viene superata, la lavorazione non può essere completata con successo."

La rigidità è molto importante per il dispositivo portapezzo perché la superficie di contatto del tagliente con il pezzo è ampia durante il processo di scanalatura e l'utensile esercita una grande pressione sul pezzo. Quando si bloccano pezzi in acciaio temprato, è possibile utilizzare un morsetto largo per disperdere la superficie di bloccaggio. Paul Ratzki, responsabile marketing di Sumitomo Electric Hard Alloy Co., ha affermato: “Le parti da lavorare devono essere saldamente supportate. Durante la lavorazione di materiali temprati, la vibrazione e la pressione dell'utensile generate sono molto maggiori rispetto alla lavorazione di pezzi ordinari, il che può causare il bloccaggio del pezzo. Non può volare fuori dalla macchina, o causare la scheggiatura o addirittura la rottura della lama CBN."

Il gambo che trattiene l'inserto per scanalatura deve essere il più corto possibile per ridurre al minimo la sporgenza e aumentare la rigidità dell'utensile. Matthew Schmitz, responsabile dei prodotti GRIP di Isca, sottolinea che in generale gli utensili monolitici sono più adatti per la scanalatura di materiali temprati. Tuttavia, l'azienda offre anche un sistema di scanalatura modulare. "Il gambo modulare può essere utilizzato in situazioni di lavorazione in cui l'utensile è soggetto a guasti improvvisi", afferma. “Non devi sostituire l'intero gambo, devi solo sostituire un componente meno costoso. Il gambo modulare offre anche una varietà di opzioni di lavorazione. Il sistema modulare Grip di Iskar può essere installato in una varietà di prodotti diversi. È possibile utilizzare un portautensili con 7 lame diverse per 7 linee di prodotti o un numero qualsiasi di lame per lavorazioni diverse La stessa linea di prodotti con larghezza della fessura."

I portautensili Sumitomo Electric per la presa di inserti di tipo CGA utilizzano un metodo di bloccaggio dall'alto che riporta la lama nel supporto. Questo supporto dispone anche di una vite di fissaggio laterale per migliorare la stabilità della presa e prolungare la durata dell'utensile. Rich Maton, assistenteresponsabile del reparto di progettazione dell'azienda, ha dichiarato: "Questo portautensile è progettato per la scanalatura di pezzi temprati. Se la lama si sposta nel supporto, la lama si usura nel tempo e la durata dell'utensile cambia. Per i requisiti di lavorazione ad alta produttività del settore automobilistico industriale (come 50-100 o 150 pezzi per tagliente), la prevedibilità della vita utensile è particolarmente importante e i cambiamenti nella vita utensile possono avere un impatto significativo sulla produzione".

Secondo i rapporti, il sistema di scanalatura modulare Tri-Lock della serie GY di Mitsubishi Materials è paragonabile in termini di rigidità ai mandrini a lama integrati. Il sistema afferra in modo affidabile le lame da scanalatura da tre direzioni (periferica, anteriore e superiore). Il suo doppio design strutturale evita che la lama si sposti durante la scanalatura: la sporgenza a V impedisce alla lama di spostarsi lateralmente; la chiave di sicurezza elimina il movimento in avanti della lama causato dalla forza di taglio durante la lavorazione delle cave.

Gli inserti per scanalatura comunemente usati per parti in acciaio temprato includono semplici inserti quadrati, inserti sagomati, inserti scanalati e simili. Generalmente, le scanalature tagliate devono avere una buona finitura superficiale perché hanno una porzione di accoppiamento e alcune sono O-ring o scanalature per anelli elastici. Secondo Mark Menconi, specialista di prodotto di Mitsubishi Materials, "Questi processi possono essere suddivisi in lavorazione di scanalature del diametro interno e lavorazione di scanalature del diametro esterno, ma la maggior parte delle operazioni di scanalatura richiede un taglio fine, inclusa una precisione di tocco leggero da circa 0,25 mm di profondità di taglio. un taglio completo con una profondità di circa 0,5 mm."

La scanalatura dell'acciaio temprato richiede l'uso di utensili con maggiore durezza, migliore resistenza all'usura e geometria adeguata. La chiave è capire se è necessario utilizzare un inserto in metallo duro, un inserto in ceramica o un inserto in PCBN. Schmitz ha affermato: “Scelgo quasi sempre inserti in metallo duro durante la lavorazione di pezzi con durezza inferiore a 50 HRC. Per pezzi con una durezza di 50-58 HRC, gli inserti in ceramica sono una scelta molto economica. Solo quando gli inserti in CBN del pezzo devono essere presi in considerazione per durezze fino a 58 HRC. Gli inserti in CBN sono particolarmente adatti per la lavorazione di materiali così duri perché il meccanismo di lavorazione non è un materiale da taglio ma un'interfaccia utensile/pezzo. Sciogliere il materiale.

Per la scanalatura di parti in acciaio temprato con una durezza superiore a 58 HRC, il controllo del truciolo non è un problema. Poiché di solito viene utilizzata la scanalatura a secco, i trucioli sono più simili a polvere o particelle molto piccole e possono essere rimossi con un soffiaggio manuale. Maton di Sumitomo Electric ha detto: "Di solito, questo tipo di truciolo si rompe e si disintegra quando colpisce qualcosa, quindi il contatto del truciolo con il pezzo non danneggerà il pezzo. Se afferri un truciolo, ti si romperanno in mano. "

Uno dei motivi per cui gli inserti in CBN sono adatti per il taglio a secco è che, sebbene la loro resistenza al calore sia molto buona, le prestazioni di lavorazione sono notevolmente ridotte in caso di sbalzi di temperatura. Economan afferma: "Infatti, quando l'inserto in CBN è a contatto con il materiale del pezzo, produce calore di taglio sulla punta, ma poiché l'inserto in CBN è meno adattabile alle variazioni di temperatura, è difficile raffreddare adeguatamente per mantenere una costante temperatura. Stato. Il CBN è molto duro, ma è anche molto fragile e potrebbe rompersi a causa degli sbalzi di temperatura".

Quando si tagliano parti in acciaio a bassa durezza (come 45-50 HRC) con inserti in metallo duro, ceramica o PCBN, i trucioli generati dovrebbero essere il più corti possibile. Questo rimuove efficacemente il calore di taglio nel materiale dell'utensile durante il processo di taglio perché i trucioli possono portare via una grande quantità di calore.

Schmitz di Iskar raccomanda inoltre che l'utensile venga lavorato in uno stato "invertito". Ha spiegato: "Quando si installa un utensile su una macchina utensile, l'utensile preferito dal costruttore della macchina utensile viene installato tagliando la lama a faccia in su, in quanto ciò consente dirotazione del pezzo per esercitare una pressione verso il basso sulla rotaia della macchina per mantenere la macchina stabile. Tuttavia, quando la lama viene tagliata nel materiale del pezzo, i trucioli formati possono rimanere sulla lama e sul pezzo. Se il portautensile viene capovolto e l'utensile viene montato capovolto, la lama non sarà visibile e il flusso di trucioli fuoriesce automaticamente dall'area di taglio sotto l'azione della gravità."

La tempra superficiale è un metodo semplice per migliorare la durezza dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Il principio è aumentare il contenuto di carbonio ad una certa profondità sotto la superficie del materiale. Quando la profondità di scanalatura supera lo spessore dello strato indurito in superficie, possono sorgere alcuni problemi dovuti al cambio della lama di scanalatura da un materiale più duro a un materiale più morbido. A tal fine, i produttori di utensili hanno sviluppato diverse qualità di lame per diversi tipi di materiali da lavorare.

Duane Drape, responsabile vendite di Horn (USA), ha affermato: "Quando si passa da un materiale più duro a uno più morbido, l'utente non sempre vuole cambiare la lama, quindi dobbiamo trovare l'utensile migliore per questo tipo di lavorazione Se si utilizza un inserto in carburo cementato, si incontrerà il problema di un'usura eccessiva quando la lama taglia una superficie dura.Se si utilizza un inserto in CBN adatto al taglio di materiali ad alta durezza per tagliare una parte morbida, è facile danneggiarlo Lama. Possiamo usare un compromesso: inserti in metallo duro ad alta durezza + rivestimenti super lubrificati, o qualità di inserto in CBN relativamente morbide + inserti da taglio adatti per il taglio di materiali comuni (piuttosto che per la lavorazione del duro)."

Drape ha affermato: "È possibile utilizzare inserti in CBN per tagliare in modo efficace materiali da lavorare con una durezza di 45-50 HRC, ma la geometria della lama deve essere regolata. I tipici inserti in CBN hanno uno smusso negativo sul tagliente. Questo inserto in CBN a smusso negativo è più morbido da lavorare. Quando viene utilizzato il materiale del pezzo, il materiale avrà un effetto di estrazione e la durata dell'utensile sarà ridotta. Se viene utilizzata la qualità CBN con durezza inferiore e viene modificata la geometria del tagliente, il materiale del pezzo con una durezza di 45-50 HRC può essere tagliato con successo."

L'inserto per scanalatura S117 HORN sviluppato dall'azienda utilizza una punta PCBN e la profondità di taglio è di circa 0,15-0,2 mm quando la larghezza dell'ingranaggio è tagliata con precisione. Per ottenere una buona finitura superficiale, la lama ha un piano di raschiamento su ciascuno dei taglienti su entrambi i lati.

Un'altra opzione è modificare i parametri di taglio. Secondo l'Economan di Index, “Dopo aver tagliato lo strato indurito, è possibile utilizzare parametri di taglio più grandi. Se la profondità indurita è solo 0,13 mm o 0,25 mm, dopo aver tagliato questa profondità, le diverse lame vengono sostituite o ancora Utilizzare la stessa lama, ma aumentare i parametri di taglio al livello appropriato."

Al fine di coprire una più ampia gamma di lavorazioni, le qualità delle lame PCBN sono in aumento. Gradi di durezza più elevati consentono velocità di taglio più elevate, mentre i gradi con tenacità migliore possono essere utilizzati in ambienti di lavorazione più instabili. Per il taglio continuo o interrotto, possono essere utilizzate anche diverse qualità di inserti PCBN. Maton di Sumitomo Electric ha sottolineato che, a causa della fragilità degli utensili PCBN, i taglienti affilati tendono a scheggiarsi durante la lavorazione dell'acciaio temprato. "Dobbiamo proteggere il tagliente, soprattutto nel taglio interrotto, il tagliente dovrebbe essere preparato più che nel taglio continuo e l'angolo di taglio dovrebbe essere maggiore".

I nuovi gradi IB10H e IB20H di Iskar ampliano ulteriormente la sua linea di prodotti Groove Turn PCBN. IB10H è una qualità PCBN a grana fine per il taglio continuo a velocità medio-alte di acciaio temprato; mentre IB20H è costituito da grani PCBN a grana fine e media, che offrono una buona resistenza all'usura e agli urti. La bilancia può resistere alle condizioni più difficili del taglio interrotto dell'acciaio temprato. La normale modalità di guasto di uno strumento PCBN dovrebbe essere che il tagliente si usurapiuttosto che rompersi o rompersi improvvisamente.

La qualità PCBN rivestita BNC30G introdotta da Sumitomo Electric viene utilizzata per la scanalatura interrotta di pezzi in acciaio temprato. Per la scanalatura continua, l'azienda consiglia la qualità della lama universale BN250. Maton ha affermato: "Quando si taglia continuamente, la lama viene tagliata a lungo, il che genererà molto calore di taglio. Pertanto, è necessario utilizzare una lama con una buona resistenza all'usura. Nel caso di scanalatura intermittente, la lama entra ed esce continuamente dal taglio. Ha un grande impatto sulla punta. Pertanto, è necessario utilizzare una lama con una buona tenacità e in grado di resistere a urti intermittenti. Inoltre, il rivestimento della lama aiuta anche a prolungare la durata dell'utensile."

Indipendentemente dal tipo di scanalatura da lavorare, le officine che in precedenza si affidavano alla rettifica per la finitura di parti in acciaio temprato possono essere convertite alla scanalatura con utensili PCBN per aumentare la produttività. La scanalatura dura può ottenere una precisione dimensionale paragonabile alla rettifica, riducendo significativamente i tempi di lavorazione.