PCBN 커터를 사용한 경화강의 슬로팅

PCBN 커터로 경화강의 슬롯 가공

지난 10년 동안 다결정 입방정 질화붕소(PCBN) 인서트를 사용하여 경화된 강철 부품의 정밀 홈 가공이 점차 기존 연삭을 대체했습니다. 미국 Index의 입찰 엔지니어링 관리자인 Tyler Economan은 다음과 같이 말했습니다. 그러나 사람들은 여전히 ​​선반에서 공작물을 완성할 수 있기를 원합니다. 다양한 가공 필요"

경화된 다양한 피삭재 재료에는 고속강, 다이강, 베어링강 및 합금강이 포함됩니다. 철금속만 경화할 수 있으며 일반적으로 저탄소강에는 경화 공정이 적용됩니다. 경화 처리를 통해 공작물의 외부 경도는 더 높고 착용 가능하게 만들 수 있으며 내부는 더 나은 인성을 갖습니다. 경화 강철로 만들어진 부품에는 맨드릴, 차축, 커넥터, 구동 휠, 캠축, 기어, 부싱, 구동축, 베어링 등이 포함됩니다.

그러나 "단단한 재료"는 상대적이고 변화하는 개념입니다. 어떤 사람들은 경도가 40-55 HRC인 공작물 재료가 단단한 재료라고 생각합니다. 다른 사람들은 단단한 재료의 경도가 58-60 HRC 이상이어야 한다고 생각합니다. 이 범주에서는 PCBN 도구를 사용할 수 있습니다.

유도 경화 후 표면 경화 층은 최대 1.5mm 두께가 될 수 있고 경도는 58-60 HRC에 도달할 수 있지만 표면 층 아래의 재료는 일반적으로 훨씬 더 부드럽습니다. 이 경우 대부분의 절단이 표면 경화층 아래에서 이루어지도록 하는 것이 중요합니다.

충분한 힘과 강성을 가진 공작 기계는 경화 부품의 홈 가공을 위한 필수 조건입니다. Economan에 따르면 "공작 기계의 강성이 좋고 출력이 높을수록 경화된 재료의 홈 가공이 더 효율적입니다. 경도가 50HRC 이상인 공작물 재료의 경우 많은 경공작 기계가 필요한 절삭 조건을 충족하지 않습니다. 기계 용량(파워, 토크, 특히 강성)을 초과하면 가공을 성공적으로 완료할 수 없습니다."

홈가공시 절삭날과 피삭재의 접촉면이 크고 공구가 피삭재에 큰 압력을 가하기 때문에 피삭재 고정장치는 강성이 매우 중요합니다. 경화된 강철 공작물을 클램핑할 때 넓은 클램프를 사용하여 클램핑 표면을 분산시킬 수 있습니다. Sumitomo Electric Hard Alloy Co.의 마케팅 매니저인 Paul Ratzki는 “가공할 부품은 단단히 지지되어야 합니다. 경화된 재료를 가공할 때 발생하는 진동 및 공구 압력은 일반 공작물을 가공할 때보다 훨씬 커서 공작물이 클램핑될 수 있습니다. 기계에서 날아가거나 CBN 블레이드가 부서지거나 부러질 수 없습니다."

홈 가공 인서트를 고정하는 생크는 오버행을 최소화하고 공구 강성을 높이기 위해 가능한 한 짧아야 합니다. Isca의 GRIP 제품 관리자인 Matthew Schmitz는 일반적으로 모놀리식 공구가 경화된 재료의 홈 가공에 더 적합하다고 지적합니다. 그러나 이 회사는 모듈식 홈 가공 시스템도 제공합니다. "모듈식 섕크는 공구가 갑자기 고장나기 쉬운 가공 상황에서 사용할 수 있습니다."라고 그는 말합니다. “생크 전체를 교체할 필요는 없으며 저렴한 부품만 교체하면 됩니다. 모듈식 섕크는 다양한 가공 옵션도 제공합니다. Iskar의 Grip 모듈식 시스템은 다양한 제품에 설치할 수 있습니다. 7가지 제품 라인에 대해 7가지 다른 블레이드가 있는 도구 홀더를 사용하거나 슬롯 너비가 있는 동일한 제품 라인에 대해 다른 처리를 위해 원하는 수의 블레이드를 사용할 수 있습니다."

Sumitomo Electric의 CGA 유형 인서트 그리핑용 공구 홀더는 블레이드를 홀더로 다시 당기는 상단 클램핑 방법을 사용합니다. 이 홀더에는 그립 안정성을 개선하고 공구 수명을 연장하는 데 도움이 되는 측면 고정 나사도 있습니다. 리치 메이튼, 어시스턴트회사 설계 부서의 관리자는 "이 공구 홀더는 경화된 공작물의 홈 가공용으로 설계되었습니다. 블레이드가 홀더에서 움직이면 시간이 지남에 따라 블레이드가 마모되고 공구 수명이 변경됩니다. 자동차의 높은 생산성 가공 요구 사항을 위해 산업(예: 절삭날당 50-100개 또는 150개 공작물)에서 공구 수명의 예측 가능성은 특히 중요하며 공구 수명의 변화는 생산에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다."

보고서에 따르면 Mitsubishi Materials의 GY 시리즈 Tri-Lock 모듈식 홈 가공 시스템은 통합 블레이드 척과 강성이 비슷합니다. 이 시스템은 3방향(주변, 전면 및 상단)에서 홈 가공 블레이드를 안정적으로 고정합니다. 두 가지 구조 설계로 홈 가공 중 날이 변위되는 것을 방지합니다. V자 모양 돌출부는 날이 측면으로 이동하는 것을 방지합니다. 안전 키는 슬롯 가공 중 절삭력으로 인해 블레이드가 앞으로 움직이는 것을 방지합니다.

경화된 강철 부품에 일반적으로 사용되는 홈 인서트에는 단순 사각 인서트, 성형 인서트, 슬롯 인서트 등이 있습니다. 일반적으로 절단 홈은 결합부가 있기 때문에 표면 조도가 양호해야 하며 일부는 O링 또는 스냅 링 홈입니다. Mitsubishi Materials의 제품 전문가인 Mark Menconi에 따르면 "이러한 공정은 내경 홈 가공과 외경 홈 가공으로 나눌 수 있지만 대부분의 홈 가공은 절삭 깊이 약 0.25mm에서 가벼운 터치 정밀도를 포함하여 미세 절삭이 필요합니다. 약 0.5mm 깊이의 전체 컷."

경화강의 홈 가공에는 더 높은 경도, 더 나은 내마모성 및 적합한 형상을 가진 공구를 사용해야 합니다. 핵심은 초경 인서트, 세라믹 인서트 또는 PCBN 인서트를 사용해야 하는지 여부를 파악하는 것입니다. Schmitz는 “저는 경도가 50HRC 미만인 공작물을 가공할 때 거의 항상 초경 인서트를 선택합니다. 경도가 50-58 HRC인 공작물의 경우 세라믹 인서트가 매우 경제적인 선택입니다. 가공물 CBN 인서트가 최대 58 HRC의 경도에 대해 고려되어야 하는 경우에만. CBN 인서트는 가공 메커니즘이 절삭 재료가 아니라 공구/공작물 인터페이스이기 때문에 이러한 고경도 재료 가공에 특히 적합합니다. 재료를 녹입니다.

경도가 58HRC 이상인 고경도강 부품의 홈 가공에서는 칩 컨트롤이 문제가 되지 않습니다. 일반적으로 건식 홈 가공이 사용되기 때문에 칩은 먼지나 매우 작은 입자와 같으며 손으로 불어 제거할 수 있습니다. Sumitomo Electric의 Maton은 "보통 이런 종류의 부스러기는 무엇이든 부딪치면 부서지고 분해되기 때문에 부스러기와 워크가 접촉해도 워크가 손상되지 않습니다. 부스러기를 잡으면 손에서 부숴질 것입니다."라고 말했습니다.

CBN 인서트가 건식 절삭에 적합한 이유 중 하나는 내열성은 매우 우수하지만 온도 변동의 경우 가공 성능이 크게 저하되기 때문입니다. Economan은 “실제로 CBN 인서트가 피삭재와 접촉하면 팁에 절삭열이 발생하지만 CBN 인서트는 온도 변화에 덜 적응하기 때문에 일정한 온도를 유지하기 위해 적절한 냉각이 어렵습니다. 온도. 상태. CBN은 매우 단단하지만 또한 매우 부서지기 쉽고 온도 변화로 인해 파열될 수 있습니다."

초경합금, 세라믹 또는 PCBN 인서트를 사용하여 경도가 낮은 강철 부품(예: 45-50 HRC)을 절단할 때 발생하는 칩은 가능한 한 짧아야 합니다. 이것은 칩이 많은 양의 열을 제거할 수 있기 때문에 절단 공정 중에 공구 재료의 절단 열을 효과적으로 제거합니다.

Iskar의 Schmitz는 또한 도구를 "역전된" 상태로 처리할 것을 권장합니다. 그는 “공작기계에 공구를 설치할 때 공작기계 제작자가 선호하는 공구는 날이 위로 향하도록 절단해 설치한다.공작물을 회전시켜 기계 레일에 하향 압력을 가하여 기계를 안정적으로 유지합니다. 그러나 블레이드를 가공물의 재질로 절단할 때, 형성된 칩이 블레이드 및 가공물에 남을 수 있습니다. 공구 홀더를 뒤집어 놓고 공구를 거꾸로 장착하면 블레이드가 보이지 않고 중력의 작용으로 칩 흐름이 절삭 영역에서 자동으로 빠져나갑니다."

표면 경화는 저탄소강의 경도를 향상시키는 간단한 방법입니다. 원리는 재료 표면 아래의 특정 깊이에서 탄소 함량을 증가시키는 것입니다. 홈 깊이가 표면 경화층의 두께를 초과하면 홈 블레이드가 더 단단한 재질에서 더 부드러운 재질로 변경되어 몇 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 위해 공구 제조업체는 다양한 유형의 공작물 재료에 대해 여러 블레이드 등급을 개발했습니다.

Horn(미국)의 영업 관리자인 Duane Drape는 "더 단단한 재료에서 더 부드러운 재료로 변경할 때 사용자가 항상 블레이드를 교체하고 싶어하는 것은 아니므로 이러한 유형의 가공에 가장 적합한 도구를 찾아야 합니다. 초경 인서트를 사용하면 날이 단단한 면을 절단할 때 과도한 마모 문제가 발생하며 고경도 재료 절단에 적합한 CBN 인서트를 사용하여 부드러운 부분을 절단하면 손상되기 쉽습니다. 우리는 절충안을 사용할 수 있습니다: 고경도 초경 인서트 + 초윤활 코팅 또는 비교적 부드러운 CBN 인서트 재종 + 일반 재료(경삭 가공보다는) 절삭에 적합한 절삭 인서트."

Drape는 “CBN 인서트를 사용하여 경도가 45-50 HRC인 공작물 재료를 효과적으로 절단할 수 있지만 블레이드 형상을 조정해야 합니다. 일반적인 CBN 인서트는 절삭날에 음의 모따기가 있습니다. 이 네거티브 챔퍼 CBN 인서트는 기계 가공에 더 부드럽습니다. 피삭재 재질을 사용하면 재질이 빠지는 현상이 발생하여 공구 수명이 단축됩니다. 경도가 더 낮은 CBN 재종을 사용하고 절삭날의 형상을 변경하면 경도가 45-50 HRC인 공작물 재료를 성공적으로 절단할 수 있습니다."

자사에서 개발한 S117 HORN 홈가공 인서트는 PCBN 팁을 사용하며, 기어폭을 정밀절삭했을 때 절입깊이는 약 0.15~0.2mm이다. 좋은 표면 조도를 달성하기 위해 블레이드는 양쪽의 각 절단 모서리에 긁는 평면이 있습니다.

또 다른 옵션은 절단 매개변수를 변경하는 것입니다. Index의 Economan에 따르면, “경화층을 절단한 후 더 큰 절단 매개변수를 사용할 수 있습니다. 경화 깊이가 0.13mm 또는 0.25mm에 불과한 경우 이 깊이를 절단한 후 다른 블레이드를 교체하거나 여전히 동일한 블레이드를 사용하되 절단 매개변수를 적절한 수준으로 높입니다."

더 넓은 범위의 가공을 처리하기 위해 PCBN 블레이드 등급이 증가하고 있습니다. 더 높은 경도 등급은 더 빠른 절단 속도를 허용하는 반면 더 나은 인성을 가진 등급은 더 불안정한 가공 환경에서 사용할 수 있습니다. 연속 또는 단속 절삭의 경우 다양한 PCBN 인서트 재종을 사용할 수도 있습니다. Sumitomo Electric의 Maton은 PCBN 도구의 취성으로 인해 경화강을 가공할 때 날카로운 절삭날이 잘리기 쉽다고 지적했습니다. “절삭날을 보호해야 합니다. 특히 단속절삭 시에는 연속절삭보다 절삭날을 더 많이 준비해야 하고, 절단각도는 더 커야 합니다.”

Iskar의 새로 개발된 IB10H 및 IB20H 재종은 Groove Turn PCBN 제품 라인을 더욱 확장합니다. IB10H는 고경도강의 중속에서 고속 연속 절단을 위한 미세 입자 PCBN 재종입니다. IB20H는 미세 및 중간 입자 크기의 PCBN 입자로 구성되어 우수한 내마모성과 내충격성을 제공합니다. 저울은 경화강 단속 절단의 가혹한 조건을 견딜 수 있습니다. PCBN 도구의 정상적인 고장 모드는 절삭날이 마모되는 것이어야 합니다.갑자기 깨지거나 갈라지는 것보다.

스미토모 전기에서 도입한 BNC30G 코팅 PCBN 재종은 경화된 강재의 단속 홈 가공에 사용됩니다. 연속 홈 가공의 경우 회사는 BN250 범용 블레이드 재종을 권장합니다. Maton은 “연속 절단 시 칼날이 장시간 절단되어 절단열이 많이 발생하게 된다. 따라서 내마모성이 좋은 블레이드를 사용해야 합니다. 간헐적 홈가공의 경우 날이 계속해서 절삭에 들어갔다가 나옵니다. 팁에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 인성이 좋고 간헐적인 충격에도 견딜 수 있는 블레이드를 사용해야 합니다. 또한 블레이드 코팅은 공구 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다."

가공되는 홈 유형에 관계없이 이전에는 경화된 강철 부품을 마무리하기 위해 연삭에 의존했던 작업장을 PCBN 도구를 사용하여 홈 가공으로 변환하여 생산성을 높일 수 있습니다. 경질 홈 가공은 연삭에 필적하는 치수 정확도를 달성하는 동시에 가공 시간을 크게 단축할 수 있습니다.