Inlassen van gehard staal met PCBN-snijder

Inlassen van gehard staal met PCBN-frees

In het afgelopen decennium heeft het precisie-groefsteken van geharde stalen onderdelen met polykristallijn kubisch boornitride (PCBN) wisselplaten geleidelijk het traditionele slijpen vervangen. Tyler Economan, Bidding Engineering Manager bij Index, VS, zei: "In het algemeen is het slijpen van groeven een stabieler proces dat een hogere maatnauwkeurigheid biedt dan groefsteken. Toch wil men het werkstuk toch op een draaibank kunnen afmaken. Een verscheidenheid aan bewerkingen vereist."

Verschillende werkstukmaterialen die zijn gehard, zijn onder meer snelstaal, matrijsstaal, lagerstaal en gelegeerd staal. Alleen ferrometalen kunnen worden gehard en hardingsprocessen worden meestal toegepast op staal met een laag koolstofgehalte. Door de uithardingsbehandeling kan de uitwendige hardheid van het werkstuk hoger en draagbaar worden gemaakt, terwijl het inwendige een betere taaiheid heeft. Onderdelen gemaakt van gehard staal omvatten doornen, assen, connectoren, aandrijfwielen, nokkenassen, tandwielen, bussen, aandrijfassen, lagers en dergelijke.

"Harde materialen" is echter een relatief, veranderend begrip. Sommige mensen denken dat werkstukmaterialen met een hardheid van 40-55 HRC harde materialen zijn; anderen zijn van mening dat de hardheid van harde materialen 58-60 HRC of hoger moet zijn. In deze categorie kunnen PCBN-tools worden gebruikt.

Na inductieharding kan de oppervlaktegeharde laag tot 1,5 mm dik zijn en kan de hardheid 58-60 HRC bereiken, terwijl het materiaal onder de oppervlaktelaag meestal veel zachter is. In dit geval is het belangrijk om ervoor te zorgen dat het grootste deel van het snijden onder de geharde oppervlaktelaag wordt uitgevoerd.

Werktuigmachines met voldoende kracht en stijfheid zijn een noodzakelijke voorwaarde voor het groeven van geharde onderdelen. Volgens Economan: "Hoe beter de stijfheid van de werktuigmachine en hoe hoger het vermogen, hoe efficiënter het groeven van het geharde materiaal. Voor werkstukmaterialen met een hardheid van meer dan 50 HRC voldoen veel lichte werktuigmachines niet aan de vereiste snijvoorwaarden. Als de machinecapaciteit (vermogen, koppel en vooral stijfheid) wordt overschreden, kan de bewerking niet succesvol worden voltooid."

Stijfheid is erg belangrijk voor de werkstukhouder omdat het contactoppervlak van de snijkant met het werkstuk groot is tijdens het groefproces en het gereedschap een grote druk uitoefent op het werkstuk. Bij het spannen van gehard stalen werkstukken kan een brede klem worden gebruikt om het klemoppervlak te verspreiden. Paul Ratzki, marketingmanager van Sumitomo Electric Hard Alloy Co., zei: "De te bewerken onderdelen moeten stevig worden ondersteund. Bij het bewerken van geharde materialen zijn de opgewekte trillingen en gereedschapsdruk veel groter dan bij het bewerken van gewone werkstukken, wat kan resulteren in werkstukopspanning. Kan niet uit de machine vliegen of ervoor zorgen dat het CBN-blad afbreekt of zelfs breekt."

De schacht die het groefsteken vasthoudt, moet zo kort mogelijk zijn om de uitsteeklengte te minimaliseren en de stijfheid van het gereedschap te vergroten. Matthew Schmitz, manager GRIP products bij Isca, wijst erop dat monolithische gereedschappen over het algemeen beter geschikt zijn voor het groeven van geharde materialen. Het bedrijf biedt echter ook een modulair groefsysteem aan. "De modulaire schacht kan worden gebruikt in bewerkingssituaties waar het gereedschap gevoelig is voor plotselinge uitval", zegt hij. “Je hoeft niet de hele schacht te vervangen, je hoeft alleen een goedkoper onderdeel te vervangen. De modulaire schacht biedt ook een verscheidenheid aan bewerkingsopties. Iskar's Grip modulaire systeem kan in een groot aantal verschillende producten worden geïnstalleerd. U kunt een gereedschapshouder met 7 verschillende messen gebruiken voor 7 productlijnen of een willekeurig aantal messen voor verschillende bewerkingen Dezelfde productlijn met sleufbreedte."

Sumitomo Electric's gereedschapshouders voor het grijpen van CGA-type wisselplaten gebruiken een bovenklemmethode die het blad terug in de houder trekt. Deze houder heeft ook een bevestigingsschroef aan de zijkant om de gripstabiliteit te verbeteren en de standtijd te verlengen. Rich Maton, assistentmanager van de ontwerpafdeling van het bedrijf, zei: "Deze gereedschapshouder is ontworpen voor het groeven van geharde werkstukken. Als het blad in de houder beweegt, slijt het blad na verloop van tijd en verandert de standtijd. industrie (zoals 50-100 of 150 werkstukken per snijkant), is de voorspelbaarheid van de standtijd bijzonder belangrijk, en veranderingen in de standtijd kunnen een aanzienlijke impact hebben op de productie."

Volgens rapporten is het modulaire groefsysteem van de GY-serie Tri-Lock van Mitsubishi Materials vergelijkbaar in stijfheid met integrale bladhouders. Het systeem grijpt de groevenbladen betrouwbaar vanuit drie richtingen (omtrek, voor en boven). Het twee structurele ontwerp voorkomt dat het blad wordt verplaatst tijdens het groeven: het V-vormige uitsteeksel voorkomt dat het blad naar de zijkanten beweegt; de veiligheidssleutel elimineert de voorwaartse beweging van het blad die wordt veroorzaakt door de snijkracht tijdens het bewerken van sleuven.

Veelgebruikte groefsteekwisselplaten voor geharde stalen onderdelen zijn onder meer eenvoudige vierkante wisselplaten, vorminzetstukken, sleufinzetstukken en dergelijke. Over het algemeen moeten de uitgesneden groeven een goede oppervlakteafwerking hebben omdat ze een passend gedeelte hebben, en sommige zijn O-ringen of borgringgroeven. Volgens Mark Menconi, productspecialist bij Mitsubishi Materials: "Deze processen kunnen worden onderverdeeld in groefbewerking met binnendiameter en groefbewerking met buitendiameter, maar de meeste groefbewerkingen vereisen fijn zagen, inclusief lichte aanrakingsprecisie vanaf een snedediepte van ongeveer 0,25 mm. een volledige snede met een diepte van ongeveer 0,5 mm."

Het groeven van gehard staal vereist het gebruik van gereedschappen met een hogere hardheid, betere slijtvastheid en geschikte geometrie. De sleutel is om erachter te komen of een hardmetalen wisselplaat, een keramische wisselplaat of een PCBN-wisselplaat moet worden gebruikt. Schmitz zei: "Ik kies bijna altijd hardmetalen wisselplaten bij het bewerken van werkstukken met een hardheid van minder dan 50 HRC. Voor werkstukken met een hardheid van 50-58 HRC zijn keramische wisselplaten een zeer economische keuze. Alleen wanneer het werkstuk CBN-wisselplaten moet worden overwogen voor een hardheid tot 58 HRC. De CBN-wisselplaten zijn bijzonder geschikt voor het bewerken van dergelijke zeer harde materialen, omdat het bewerkingsmechanisme geen snijmateriaal is, maar een gereedschap/werkstuk-interface. Smelt het materiaal.

Voor het groeven van geharde stalen onderdelen met een hardheid van meer dan 58 HRC is spaanbeheersing geen probleem. Omdat meestal droog groeven wordt gebruikt, lijken de spanen meer op stof of zeer kleine deeltjes en kunnen ze met de hand worden verwijderd. Maton van Sumitomo Electric zei: "Gewoonlijk zal dit soort spanen breken en uiteenvallen wanneer het iets raakt, dus het contact van het spanen met het werkstuk zal het werkstuk niet beschadigen. Als je een spanje pakt, zullen ze in je hand breken. "

Een van de redenen waarom CBN-wisselplaten geschikt zijn voor droog snijden, is dat hoewel hun hittebestendigheid zeer goed is, de verwerkingsprestaties sterk worden verminderd in het geval van temperatuurschommelingen. Economan zegt: "In feite, wanneer de CBN-wisselplaat in contact is met het werkstukmateriaal, produceert het snijwarmte op de punt, maar omdat de CBN-wisselplaat zich minder aanpast aan temperatuurveranderingen, is het moeilijk om voldoende af te koelen om een ​​constante temperatuur. Staat. CBN is erg hard, maar ook erg broos en kan scheuren door temperatuurschommelingen."

Bij het snijden van stalen onderdelen met een lage hardheid (zoals 45-50 HRC) met inzetstukken van hardmetaal, keramiek of PCBN, moeten de gegenereerde spanen zo kort mogelijk zijn. Dit verwijdert effectief de snijwarmte in het gereedschapsmateriaal tijdens het snijproces, omdat de spanen een grote hoeveelheid warmte kunnen afvoeren.

Iskar's Schmitz beveelt ook aan om het gereedschap in een "omgekeerde" toestand te verwerken. Hij legde uit: "Bij het installeren van een gereedschap op een werktuigmachine, wordt het favoriete gereedschap van de werktuigmachinebouwer geïnstalleerd door het blad met de voorkant naar boven te snijden, omdat hierdoor derotatie van het werkstuk om neerwaartse druk uit te oefenen op de machinerail om de machine stabiel te houden. Wanneer het mes echter in het materiaal van het werkstuk wordt gesneden, kunnen de gevormde spanen op het mes en het werkstuk achterblijven. Als de gereedschapshouder wordt omgedraaid en het gereedschap ondersteboven wordt gemonteerd, is het mes niet zichtbaar en zal de spaanstroom automatisch ontsnappen uit het snijgebied onder invloed van de zwaartekracht."

Oppervlakteharding is een eenvoudige methode om de hardheid van koolstofarm staal te verbeteren. Het principe is om het koolstofgehalte op een bepaalde diepte onder het oppervlak van het materiaal te verhogen. Wanneer de groefdiepte de dikte van de geharde oppervlaktelaag overschrijdt, kunnen er problemen ontstaan ​​als gevolg van de verandering van het groefblad van een harder materiaal naar een zachter materiaal. Hiervoor hebben gereedschapsfabrikanten verschillende bladkwaliteiten ontwikkeld voor verschillende soorten werkstukmaterialen.

Duane Drape, salesmanager bij Horn (VS), zei: "Bij het overschakelen van een harder materiaal naar een zachter materiaal, wil de gebruiker niet altijd het blad vervangen, dus moeten we het beste gereedschap vinden voor dit type bewerking. Als een hardmetalen wisselplaat wordt gebruikt, zal het probleem van overmatige slijtage optreden wanneer het blad een hard oppervlak snijdt.Als een CBN-wisselplaat die geschikt is voor het snijden van zeer harde materialen wordt gebruikt om een ​​zacht onderdeel te snijden, is het gemakkelijk om de We kunnen een compromis gebruiken: hardmetalen wisselplaten + supergesmeerde coatings, of relatief zachte CBN-wisselplaten + snijwisselplaten die geschikt zijn voor het snijden van gewone materialen (in plaats van harde bewerking)."

Drape zei: "Je kunt CBN-wisselplaten gebruiken om effectief werkstukmaterialen te snijden met een hardheid van 45-50 HRC, maar de bladgeometrie moet worden aangepast. Typische CBN-wisselplaten hebben een negatieve afschuining op de snijkant. Deze negatieve afschuining CBN wisselplaat is zachter te bewerken. Wanneer het werkstukmateriaal wordt gebruikt, zal het materiaal een uittrekeffect hebben en wordt de standtijd verkort. Als de CBN-soort met een lagere hardheid wordt gebruikt en de geometrie van de snijkant wordt gewijzigd, kan het werkstukmateriaal met een hardheid van 45-50 HRC met succes worden gesneden."

De S117 HORN-groefsteekwisselplaat die door het bedrijf is ontwikkeld, gebruikt een PCBN-punt en de snedediepte is ongeveer 0,15-0,2 mm wanneer de tandwielbreedte nauwkeurig wordt gesneden. Om een ​​goede oppervlakte-afwerking te bereiken, heeft het mes aan beide zijden een schraapvlak op elk van de snijkanten.

Een andere optie is om de snijparameters te wijzigen. Volgens Economan van Index: “Na het doorsnijden van de uitgeharde laag kunnen grotere snijparameters worden gebruikt. Als de uitgeharde diepte slechts 0,13 mm of 0,25 mm is, worden na het doorsnijden van deze diepte ofwel de verschillende messen vervangen of gebruikt u nog steeds hetzelfde mes, maar verhoog je de snijparameters tot het juiste niveau.

Om een ​​breder scala aan verwerkingen te dekken, nemen de PCBN-bladkwaliteiten toe. Kwaliteiten met een hogere hardheid zorgen voor hogere snijsnelheden, terwijl soorten met een betere taaiheid kunnen worden gebruikt in meer onstabiele verwerkingsomgevingen. Voor continu of onderbroken snijden kunnen ook verschillende PCBN-wisselplaatsoorten worden gebruikt. Maton van Sumitomo Electric wees erop dat als gevolg van de brosheid van PCBN-gereedschappen, scherpe snijkanten gevoelig zijn voor afbrokkelen bij het bewerken van gehard staal. "We moeten de snijkant beschermen, vooral bij onderbroken snijden, de snijkant moet meer worden voorbereid dan bij continu snijden en de snijhoek moet groter zijn."

De nieuw ontwikkelde IB10H- en IB20H-soorten van Iskar breiden de Groove Turn PCBN-productlijn verder uit. IB10H is een fijnkorrelige PCBN-soort voor continu snijden met gemiddelde tot hoge snelheid van gehard staal; terwijl IB20H bestaat uit fijne en middelgrote korrelgrootte PCBN-korrels, die een goede slijtvastheid en slagvastheid bieden. De balans is bestand tegen de zwaardere omstandigheden van onderbroken snijden van gehard staal. De normale faalmodus van een PCBN-gereedschap zou moeten zijn dat de snijkant verslijtin plaats van plotseling barsten of barsten.

De door Sumitomo Electric geïntroduceerde BNC30G gecoate PCBN-soort wordt gebruikt voor het onderbroken groeven van geharde stalen werkstukken. Voor continu groefsteken beveelt het bedrijf zijn universele bladsoort BN250 aan. Maton zei: "Als je continu snijdt, wordt het mes lang gesneden, wat veel snijwarmte zal genereren. Daarom is het noodzakelijk om een ​​mes te gebruiken met een goede slijtvastheid. In het geval van intermitterend groefsteken, gaat het mes continu in en uit het snijden. Het heeft een grote impact op de punt. Daarom is het noodzakelijk om een ​​mes te gebruiken met een goede taaiheid en bestand tegen intermitterende schokken. Daarnaast helpt de bladcoating ook de standtijd te verlengen."

Ongeacht het type groef dat wordt bewerkt, kunnen werkplaatsen die voorheen afhankelijk waren van slijpen om geharde stalen onderdelen af ​​te werken, worden omgezet naar groeven met PCBN-gereedschappen om de productiviteit te verhogen. Met hard groefsteken kan een maatnauwkeurigheid worden bereikt die vergelijkbaar is met slijpen, terwijl de bewerkingstijd aanzienlijk wordt verkort.