Dłutowanie ze stali hartowanej za pomocą frezu PCBN

Dłutowanie stali hartowanej za pomocą frezu do PCBN

W ostatniej dekadzie tradycyjne szlifowanie stopniowo wyparło precyzyjne toczenie rowków w hartowanych elementach stalowych za pomocą płytek z polikrystalicznego regularnego azotku boru (PCBN). Tyler Economan, kierownik ds. inżynierii przetargowej w Index w USA, powiedział: „Ogólnie rzecz biorąc, szlifowanie rowków jest bardziej stabilnym procesem, który zapewnia wyższą dokładność wymiarową niż rowkowanie. Jednak ludzie nadal chcą mieć możliwość obróbki przedmiotu na tokarce. Wymagana różnorodność przetwarzania."

Różne materiały obrabianego przedmiotu, które zostały utwardzone, obejmują stal szybkotnącą, stal matrycową, stal łożyskową i stal stopową. Hartować można tylko metale żelazne, a procesy hartowania są zwykle stosowane do stali niskowęglowych. Dzięki obróbce hartowania zewnętrzna twardość przedmiotu obrabianego może być wyższa i nadająca się do noszenia, podczas gdy wnętrze ma lepszą wytrzymałość. Części wykonane z hartowanej stali obejmują trzpienie, osie, łączniki, koła napędowe, wałki rozrządu, koła zębate, tuleje, wały napędowe, łożyska i tym podobne.

Jednak „twarde materiały” to pojęcie względne, zmieniające się. Niektórzy uważają, że materiały obrabiane o twardości 40-55 HRC są materiałami twardymi; inni uważają, że twardość twardych materiałów powinna wynosić 58-60 HRC lub więcej. W tej kategorii można zastosować narzędzia PCBN.

Po hartowaniu indukcyjnym warstwa utwardzona powierzchniowo może mieć grubość do 1,5 mm, a twardość może osiągnąć 58-60 HRC, natomiast materiał pod warstwą wierzchnią jest zwykle znacznie bardziej miękki. W takim przypadku ważne jest, aby większość cięcia odbywała się poniżej warstwy utwardzonej powierzchniowo.

Obrabiarki o odpowiedniej mocy i sztywności są niezbędnym warunkiem rowkowania części hartowanych. Według Economan: „Im lepsza sztywność obrabiarki i im wyższa moc, tym wydajniejsze jest rowkowanie w utwardzonym materiale. W przypadku materiałów obrabianych o twardości powyżej 50 HRC wiele lekkich obrabiarek nie spełnia wymaganych warunków skrawania. Jeśli wydajność maszyny (moc, moment obrotowy, a zwłaszcza sztywność) zostanie przekroczona, obróbka nie może zostać zakończona pomyślnie."

Sztywność jest bardzo ważna dla uchwytu obrabianego przedmiotu, ponieważ powierzchnia styku krawędzi skrawającej z obrabianym przedmiotem jest duża podczas procesu rowkowania, a narzędzie wywiera duży nacisk na obrabiany przedmiot. Podczas mocowania elementów ze stali hartowanej można użyć szerokiego zacisku do rozproszenia powierzchni mocowania. Paul Ratzki, kierownik ds. marketingu Sumitomo Electric Hard Alloy Co., powiedział: „Części, które mają być obrabiane, muszą być solidnie podparte. Podczas obróbki materiałów hartowanych generowane wibracje i nacisk narzędzia są znacznie większe niż podczas obróbki zwykłych przedmiotów, co może skutkować zakleszczeniem przedmiotu obrabianego. Nie może wylecieć z maszyny ani spowodować odpryskiwania lub nawet złamania ostrza CBN."

Chwyt podtrzymujący płytkę do rowkowania powinien być jak najkrótszy, aby zminimalizować wysięg i zwiększyć sztywność narzędzia. Matthew Schmitz, kierownik ds. produktów GRIP w Isca, zwraca uwagę, że ogólnie rzecz biorąc, narzędzia monolityczne są bardziej odpowiednie do rowkowania w utwardzonych materiałach. Firma oferuje jednak również modułowy system rowkowania. „Chwyt modułowy może być używany w sytuacjach, w których narzędzie jest podatne na nagłe uszkodzenia”, mówi. „Nie musisz wymieniać całego trzpienia, wystarczy wymienić tańszy element. Chwyt modułowy oferuje również różne opcje obróbki. System modułowy Grip firmy Iskar może być instalowany w wielu różnych produktach. Możesz użyć uchwytu narzędziowego z 7 różnymi ostrzami dla 7 linii produktów lub dowolnej liczby ostrzy do różnych procesów Ta sama linia produktów z szerokością rowka."

Oprawki Sumitomo Electric do chwytania płytek typu CGA wykorzystują metodę mocowania od góry, która wciąga ostrze z powrotem do uchwytu. Ten uchwyt jest również wyposażony w boczną śrubę mocującą, aby poprawić stabilność uchwytu i wydłużyć żywotność narzędzia. Rich Maton, asystentkierownik działu projektowego firmy, powiedział: „Ten uchwyt narzędziowy jest przeznaczony do rowkowania w hartowanych przedmiotach obrabianych. Jeśli ostrze porusza się w uchwycie, z czasem się zużywa, a żywotność narzędzia zmienia się. w przemyśle (np. 50-100 lub 150 elementów na krawędź skrawającą), przewidywalność trwałości narzędzia jest szczególnie ważna, a zmiany w trwałości narzędzia mogą mieć znaczący wpływ na produkcję”.

Według doniesień, modułowy system rowkowania Tri-Lock Mitsubishi Materials z serii GY jest sztywnością porównywalną z integralnymi uchwytami ostrzy. System niezawodnie chwyta ostrza do rowkowania z trzech kierunków (obwodu, przodu i góry). Jego dwie konstrukcje konstrukcyjne zapobiegają przemieszczaniu się ostrza podczas rowkowania: występ w kształcie litery V zapobiega przesuwaniu się ostrza na boki; klucz zabezpieczający eliminuje ruch ostrza do przodu spowodowany siłą skrawania podczas obróbki rowka.

Powszechnie stosowane wkładki do rowkowania do części ze stali hartowanej obejmują proste wkładki kwadratowe, wkładki formujące, wkładki szczelinowe i tym podobne. Ogólnie rzecz biorąc, wycięte rowki muszą mieć dobre wykończenie powierzchni, ponieważ mają część współpracującą, a niektóre to pierścienie typu O-ring lub rowki pod pierścienie osadcze. Według Marka Menconiego, specjalisty ds. produktu w Mitsubishi Materials, „Procesy te można podzielić na obróbkę rowków o średnicy wewnętrznej i obróbkę rowków o średnicy zewnętrznej, ale większość operacji rowkowania wymaga precyzyjnego skrawania, w tym precyzji lekkiego dotyku od około 0,25 mm głębokości skrawania. pełne cięcie o głębokości około 0,5 mm."

Rowkowanie w stali hartowanej wymaga użycia narzędzi o większej twardości, lepszej odporności na zużycie i odpowiedniej geometrii. Kluczem jest ustalenie, czy należy zastosować wkładkę z węglika, wkładkę ceramiczną czy wkładkę PCBN. Schmitz powiedział: „Prawie zawsze wybieram płytki z węglików spiekanych do obróbki przedmiotów o twardości poniżej 50 HRC. W przypadku detali o twardości 50-58 HRC bardzo ekonomicznym wyborem są płytki ceramiczne. Tylko wtedy, gdy płytki CBN przedmiotu obrabianego powinny być brane pod uwagę przy twardości do 58 HRC. Płytki CBN są szczególnie odpowiednie do obróbki takich materiałów o wysokiej twardości, ponieważ mechanizm obróbki nie jest materiałem skrawającym, ale interfejsem narzędzie/przedmiot obrabiany. Stopić materiał.

W przypadku rowkowania elementów ze stali hartowanej o twardości powyżej 58 HRC kontrola wiórów nie stanowi problemu. Ponieważ zwykle stosuje się rowkowanie na sucho, wióry bardziej przypominają kurz lub bardzo małe cząstki i można je usunąć ręcznie. Maton z Sumitomo Electric powiedział: „Zazwyczaj ten rodzaj opiłków pęka i rozpada się, gdy w cokolwiek uderzy, więc kontakt opiłków z przedmiotem obrabianym nie uszkodzi przedmiotu obrabianego. Jeśli złapiesz opiłki, rozbiją się one w twojej dłoni”.

Jednym z powodów, dla których płytki CBN nadają się do cięcia na sucho, jest to, że chociaż ich odporność na ciepło jest bardzo dobra, wydajność obróbki jest znacznie zmniejszona w przypadku wahań temperatury. Economan mówi: „W rzeczywistości, gdy wkładka CBN styka się z materiałem obrabianym, wytwarza ciepło skrawania na końcówce, ale ponieważ wkładka CBN jest mniej przystosowana do zmian temperatury, trudno jest odpowiednio schłodzić, aby utrzymać stałą temperatura. Państwo. CBN jest bardzo twardy, ale jest również bardzo kruchy i może pękać pod wpływem zmian temperatury”.

Przy cięciu części stalowych o niskiej twardości (np. 45-50 HRC) z wkładkami z węglika spiekanego, ceramiki lub PCBN, generowane wióry powinny być jak najkrótsze. To skutecznie usuwa ciepło skrawania w materiale narzędzia podczas procesu skrawania, ponieważ wióry mogą odprowadzać dużą ilość ciepła.

Schmitz Iskar zaleca również, aby narzędzie było przetwarzane w stanie „odwróconym”. Wyjaśnił: „Podczas instalowania narzędzia na obrabiarce, narzędzie preferowane przez konstruktorów obrabiarki jest instalowane poprzez odcięcie ostrza skierowanego do góry, ponieważ umożliwia toobrót przedmiotu obrabianego w celu wywarcia nacisku w dół na szynę maszyny w celu utrzymania stabilności maszyny. Jednakże, gdy ostrze jest cięte w materiale przedmiotu obrabianego, uformowane wióry mogą pozostać na ostrzu i przedmiocie obrabianym. Jeśli uchwyt narzędzia zostanie obrócony, a narzędzie będzie zamocowane do góry nogami, ostrze nie będzie widoczne, a spływający wiór automatycznie ulotni się z obszaru skrawania pod wpływem siły grawitacji.”

Hartowanie powierzchniowe to prosta metoda poprawy twardości stali niskowęglowej. Zasadą jest zwiększenie zawartości węgla na pewnej głębokości pod powierzchnią materiału. Gdy głębokość rowkowania przekracza grubość warstwy utwardzonej powierzchniowo, mogą pojawić się pewne problemy związane ze zmianą ostrza rowkującego z materiału twardszego na materiał bardziej miękki. W tym celu producenci narzędzi opracowali kilka klas ostrzy do różnych rodzajów materiałów obrabianych.

Duane Drape, kierownik sprzedaży w Horn (USA), powiedział: „Zmieniając materiał z twardszego na bardziej miękki, użytkownik nie zawsze chce zmienić ostrze, więc musimy znaleźć najlepsze narzędzie do tego rodzaju obróbki Jeśli używana jest wkładka z węglika spiekanego, wystąpi problem nadmiernego zużycia, gdy ostrze tnie twardą powierzchnię.Jeżeli do cięcia miękkiej części zostanie użyta wkładka z CBN odpowiednia do cięcia materiałów o wysokiej twardości, można łatwo uszkodzić Możemy zastosować kompromis: płytki węglikowe o wysokiej twardości + powłoki supersmarowane lub stosunkowo miękkie gatunki płytek CBN + płytki skrawające odpowiednie do cięcia zwykłych materiałów (zamiast obróbki twardej)."

Drape powiedział: „Można używać płytek CBN do efektywnego cięcia materiałów obrabianych o twardości 45-50 HRC, ale geometrię ostrza należy dostosować. Typowe płytki CBN mają ujemną fazę na krawędzi skrawającej. Ta płytka CBN z ujemnym fazowaniem jest bardziej miękka w obróbce. Gdy używany jest materiał obrabiany, materiał będzie miał efekt wyciągania, a żywotność narzędzia zostanie skrócona. Jeśli używany jest gatunek CBN o niższej twardości i zmieniona zostanie geometria krawędzi skrawającej, można z powodzeniem ciąć materiał obrabiany o twardości 45-50 HRC."

Opracowana przez firmę płytka do rowkowania S117 HORN wykorzystuje końcówkę PCBN, a głębokość skrawania wynosi około 0,15-0,2 mm przy precyzyjnym cięciu szerokości koła zębatego. Aby uzyskać dobre wykończenie powierzchni, ostrze ma po obu stronach płaszczyznę zgarniającą na każdej z krawędzi tnących.

Inną opcją jest zmiana parametrów cięcia. Według Economan firmy Index: „Po przecięciu utwardzonej warstwy można zastosować większe parametry skrawania. Jeśli utwardzona głębokość wynosi tylko 0,13 mm lub 0,25 mm, po przecięciu tej głębokości albo różne ostrza zostaną wymienione, albo nadal Użyj tego samego ostrza, ale zwiększ parametry cięcia do odpowiedniego poziomu."

Aby objąć szerszy zakres przetwarzania, gatunki ostrzy PCBN są coraz większe. Gatunki o wyższej twardości umożliwiają szybsze cięcie, podczas gdy gatunki o lepszej udarności mogą być stosowane w bardziej niestabilnych środowiskach obróbki. Do skrawania ciągłego lub przerywanego można również stosować różne gatunki płytek PCBN. Maton z Sumitomo Electric zwrócił uwagę, że ze względu na kruchość narzędzi PCBN, ostre krawędzie skrawające są podatne na odpryski podczas obróbki stali hartowanej. „Musimy chronić krawędź skrawającą, zwłaszcza przy skrawaniu przerywanym, krawędź skrawająca powinna być bardziej przygotowana niż przy skrawaniu ciągłym, a kąt skrawania powinien być większy”.

Nowo opracowane przez firmę Iskar gatunki IB10H i IB20H dodatkowo poszerzają linię produktów PCBN Groove Turn. IB10H to drobnoziarnisty gatunek PCBN do ciągłego cięcia stali hartowanej od średniej do dużej prędkości; natomiast IB20H składa się z drobnych i średnich ziaren PCBN, zapewniających dobrą odporność na zużycie i uderzenia. Waga może wytrzymać trudniejsze warunki przerywanego cięcia stali hartowanej. Normalnym trybem awarii narzędzia PCBN powinno być zużycie krawędzi skrawającejzamiast nagle pękać lub pękać.

Gatunek PCBN powlekany BNC30G wprowadzony przez Sumitomo Electric jest stosowany do przerywanego rowkowania elementów ze stali hartowanej. Do ciągłego rowkowania firma poleca uniwersalny gatunek ostrza BN250. Maton powiedział: „Podczas cięcia ciągłego ostrze jest cięte przez długi czas, co generuje dużo ciepła podczas cięcia. Dlatego konieczne jest użycie ostrza o dobrej odporności na zużycie. W przypadku rowkowania przerywanego ostrze w sposób ciągły wchodzi i wychodzi z cięcia. Świetnie wpływa na końcówkę. Dlatego konieczne jest użycie ostrza o dobrej wytrzymałości i odpornego na przerywane uderzenia. Ponadto powłoka ostrza pomaga również wydłużyć żywotność narzędzia”.

Niezależnie od rodzaju obrabianego rowka, warsztaty, które wcześniej polegały na szlifowaniu wykańczającym części ze stali hartowanej, można przekształcić w rowkowanie za pomocą narzędzi PCBN w celu zwiększenia produktywności. Rowkowanie na twardo może osiągnąć dokładność wymiarową porównywalną ze szlifowaniem, jednocześnie znacznie skracając czas obróbki.