Ranhura de aço temperado com cortador PCBN

Ranhura de aço temperado com fresa PCBN

Na última década, a usinagem de canais de precisão de peças de aço temperado com pastilhas de nitreto cúbico de boro policristalino (PCBN) substituiu gradualmente a retificação tradicional. Tyler Economan, gerente de engenharia de licitação da Index, EUA, disse: “Em geral, ranhuras de retificação são um processo mais estável que fornece maior precisão dimensional do que ranhuras. No entanto, as pessoas ainda querem poder concluir a peça de trabalho em um torno. Uma variedade de processamento necessária."

Vários materiais de peças de trabalho que foram endurecidos incluem aço de alta velocidade, aço de matriz, aço de rolamento e aço de liga. Apenas metais ferrosos podem ser endurecidos, e os processos de endurecimento são geralmente aplicados a aços de baixo carbono. Através do tratamento de endurecimento, a dureza externa da peça de trabalho pode ser mais alta e usável, enquanto o interior tem melhor tenacidade. As peças feitas de aço endurecido incluem mandris, eixos, conectores, rodas motrizes, árvores de cames, engrenagens, buchas, eixos de transmissão, rolamentos e similares.

No entanto, "materiais duros" é um conceito relativo e mutável. Algumas pessoas pensam que materiais de peças com dureza de 40-55 HRC são materiais duros; outros acreditam que a dureza de materiais duros deve ser de 58-60 HRC ou superior. Nesta categoria, as ferramentas PCBN podem ser usadas.

Após o endurecimento por indução, a camada endurecida da superfície pode ter até 1,5 mm de espessura e a dureza pode atingir 58-60 HRC, enquanto o material abaixo da camada superficial é geralmente muito mais macio. Nesse caso, é importante garantir que a maior parte do corte seja feita abaixo da camada endurecida da superfície.

Máquinas-ferramentas com potência e rigidez suficientes são uma condição necessária para ranhurar peças endurecidas. De acordo com Economan, “Quanto melhor a rigidez da máquina-ferramenta e quanto maior a potência, mais eficiente será a ranhura do material endurecido. Para materiais de peças com dureza superior a 50 HRC, muitas máquinas-ferramentas leves não atendem às condições de corte exigidas. Se a capacidade da máquina (potência, torque e principalmente rigidez) for excedida, a usinagem não poderá ser concluída com sucesso."

A rigidez é muito importante para o dispositivo de fixação da peça porque a superfície de contato da aresta de corte com a peça é grande durante o processo de ranhuramento e a ferramenta exerce uma grande pressão sobre a peça. Ao fixar peças de aço endurecido, um grampo largo pode ser usado para dispersar a superfície de fixação. Paul Ratzki, gerente de marketing da Sumitomo Electric Hard Alloy Co., disse: “As peças a serem usinadas devem ser firmemente apoiadas. Ao usinar materiais endurecidos, a vibração e a pressão da ferramenta gerada são muito maiores do que ao usinar peças comuns, o que pode resultar em fixação da peça. Não pode voar para fora da máquina ou fazer com que a lâmina de CBN lasque ou mesmo quebre."

A haste que segura a pastilha de canal deve ser a mais curta possível para minimizar o balanço e aumentar a rigidez da ferramenta. Matthew Schmitz, gerente de produtos GRIP da Isca, destaca que, em geral, as ferramentas monolíticas são mais adequadas para ranhurar materiais endurecidos. No entanto, a empresa também oferece um sistema de canal modular. “A haste modular pode ser usada em situações de usinagem onde a ferramenta está propensa a falhas repentinas”, diz ele. “Você não precisa substituir a haste inteira, você só precisa substituir um componente mais barato. A haste modular também oferece uma variedade de opções de usinagem. O sistema modular Grip da Iskar pode ser instalado em uma variedade de produtos diferentes. Você pode usar um porta-ferramentas com 7 lâminas diferentes para 7 linhas de produtos ou qualquer número de lâminas para diferentes processamentos A mesma linha de produtos com largura de ranhura."

Os porta-ferramentas da Sumitomo Electric para prender pastilhas do tipo CGA usam um método de fixação superior que puxa a lâmina de volta para o porta-ferramentas. Este suporte também possui um parafuso de fixação lateral para ajudar a melhorar a estabilidade da pega e prolongar a vida útil da ferramenta. Rich Maton, assistentegerente do departamento de design da empresa, disse: "Este porta-ferramentas é projetado para ranhurar peças endurecidas. Se a lâmina se mover no suporte, a lâmina se desgasta com o tempo e a vida útil da ferramenta muda. indústria (como 50-100 ou 150 peças por aresta de corte), a previsibilidade da vida útil da ferramenta é particularmente importante e as mudanças na vida útil da ferramenta podem ter um impacto significativo na produção."

Segundo relatos, o sistema de ranhura modular Tri-Lock da série GY da Mitsubishi Materials é comparável em rigidez aos mandris de lâmina integral. O sistema segura as lâminas de ranhurar de forma confiável em três direções (periférica, frontal e superior). Seu duplo desenho estrutural evita que a lâmina se desloque durante a ranhura: a projeção em forma de V evita que a lâmina se desloque para os lados; a chave de segurança elimina o movimento para frente da lâmina causado pela força de corte durante a usinagem da ranhura.

As pastilhas de canal comumente usadas para peças de aço endurecido incluem pastilhas quadradas simples, pastilhas de conformação, pastilhas ranhuradas e similares. Geralmente, as ranhuras cortadas devem ter um bom acabamento superficial porque possuem uma porção de encaixe, e algumas são anéis de vedação ou ranhuras de anel elástico. De acordo com Mark Menconi, especialista em produtos da Mitsubishi Materials, "Esses processos podem ser divididos em usinagem de ranhura de diâmetro interno e usinagem de ranhura de diâmetro externo, mas a maioria das operações de ranhura requer corte fino, incluindo precisão de toque leve de cerca de 0,25 mm de profundidade de corte. um corte completo com uma profundidade de cerca de 0,5 mm."

O canal de aço temperado requer o uso de ferramentas com maior dureza, melhor resistência ao desgaste e geometria adequada. A chave é descobrir se uma pastilha de metal duro, uma pastilha de cerâmica ou uma pastilha de PCBN deve ser usada. Schmitz disse: “Quase sempre escolho pastilhas de metal duro ao usinar peças com dureza abaixo de 50 HRC. Para peças com dureza de 50-58 HRC, as pastilhas de cerâmica são uma escolha muito econômica. Somente quando as pastilhas de CBN da peça devem ser consideradas para dureza até 58 HRC. As pastilhas de CBN são particularmente adequadas para usinagem de materiais de alta dureza porque o mecanismo de usinagem não é um material de corte, mas uma interface ferramenta/peça. Derreta o material.

Para canais de peças de aço temperado com dureza acima de 58 HRC, o controle de cavacos não é um problema. Uma vez que geralmente é usado o canal a seco, os cavacos são mais parecidos com poeira ou partículas muito pequenas e podem ser removidos com um sopro manual. Maton, da Sumitomo Electric, disse: "Geralmente, esse tipo de limalha quebra e se desintegra quando atinge qualquer coisa, então o contato da limalha com a peça de trabalho não danifica a peça de trabalho.

Uma das razões pelas quais as pastilhas de CBN são adequadas para corte a seco é que, embora sua resistência ao calor seja muito boa, o desempenho do processamento é bastante reduzido no caso de flutuações de temperatura. Economan diz: “Na verdade, quando a pastilha de CBN está em contato com o material da peça, ela produz calor de corte na ponta, mas como a pastilha de CBN é menos adaptável às mudanças de temperatura, é difícil resfriar adequadamente para manter uma temperatura constante. temperatura. Estado. O CBN é muito duro, mas também muito frágil e pode se romper devido a mudanças de temperatura."

Ao cortar peças de aço com baixa dureza (como 45-50 HRC) com pastilhas de metal duro, cerâmica ou PCBN, os cavacos gerados devem ser os mais curtos possíveis. Isso remove efetivamente o calor de corte no material da ferramenta durante o processo de corte porque os cavacos podem transportar uma grande quantidade de calor.

Schmitz da Iskar também recomenda que a ferramenta seja processada em um estado "invertido". Ele explicou: “Ao instalar uma ferramenta em uma máquina-ferramenta, a ferramenta preferida do fabricante da máquina-ferramenta é instalada cortando a lâmina com a face para cima, pois isso permite que orotação da peça de trabalho para exercer pressão descendente no trilho da máquina para manter a máquina estável. No entanto, quando a lâmina é cortada no material da peça de trabalho, os cavacos formados podem permanecer na lâmina e na peça de trabalho. Se o porta-ferramentas for virado e a ferramenta for montada de cabeça para baixo, a lâmina não ficará visível e o fluxo de cavacos escapará automaticamente da área de corte sob a ação da gravidade."

O endurecimento da superfície é um método simples para melhorar a dureza do aço de baixo carbono. O princípio é aumentar o teor de carbono a uma certa profundidade sob a superfície do material. Quando a profundidade de ranhura excede a espessura da camada endurecida da superfície, alguns problemas podem surgir devido à mudança da lâmina de ranhura de um material mais duro para um material mais macio. Para este fim, os fabricantes de ferramentas desenvolveram várias classes de lâminas para diferentes tipos de materiais de peças.

Duane Drape, gerente de vendas da Horn (EUA), disse: "Ao mudar de um material mais duro para um material mais macio, o usuário nem sempre quer trocar a lâmina, por isso temos que encontrar a melhor ferramenta para esse tipo de usinagem. . Se uma pastilha de metal duro for usada, ela encontrará o problema de desgaste excessivo quando a lâmina cortar uma superfície dura. Se uma pastilha de CBN adequada para cortar materiais de alta dureza for usada para cortar uma peça macia, é fácil danificar o Podemos usar um compromisso: pastilhas de metal duro de alta dureza + revestimentos superlubrificados ou classes de pastilhas de CBN relativamente macias + pastilhas de corte adequadas para cortar materiais comuns (em vez de usinagem dura)."

Drape disse: “Você pode usar pastilhas de CBN para cortar efetivamente materiais de peças com dureza de 45-50 HRC, mas a geometria da lâmina deve ser ajustada. As pastilhas de CBN típicas têm um chanfro negativo na aresta de corte. Esta pastilha de CBN de chanfro negativo é mais macia para usinar. Quando o material da peça de trabalho é usado, o material terá um efeito de arrancamento e a vida útil da ferramenta será reduzida. Se a classe CBN com dureza mais baixa for usada e a geometria da aresta de corte for alterada, o material da peça com dureza de 45-50 HRC pode ser cortado com sucesso."

A pastilha para canal S117 HORN desenvolvida pela empresa usa uma ponta de PCBN e a profundidade de corte é de cerca de 0,15-0,2 mm quando a largura da engrenagem é cortada com precisão. Para obter um bom acabamento superficial, a lâmina possui um plano de raspagem em cada uma das arestas de corte em ambos os lados.

Outra opção é alterar os parâmetros de corte. De acordo com Economan da Index, “Depois de cortar a camada endurecida, parâmetros de corte maiores podem ser usados. Se a profundidade endurecida for de apenas 0,13 mm ou 0,25 mm, depois de cortar essa profundidade, as diferentes lâminas são substituídas ou ainda Use a mesma lâmina, mas aumente os parâmetros de corte para o nível apropriado."

A fim de cobrir uma gama mais ampla de processamento, as classes de lâminas de PCBN estão aumentando. Classes de dureza mais altas permitem velocidades de corte mais rápidas, enquanto classes com melhor tenacidade podem ser usadas em ambientes de processamento mais instáveis. Para corte contínuo ou interrompido, diferentes classes de pastilhas de PCBN também podem ser usadas. Maton, da Sumitomo Electric, destacou que, devido à fragilidade das ferramentas de PCBN, as arestas de corte afiadas são propensas a lascamento ao usinar aço endurecido. “Devemos proteger a aresta de corte, principalmente no corte interrompido, a aresta de corte deve ser mais preparada do que no corte contínuo e o ângulo de corte deve ser maior.”

As classes IB10H e IB20H recentemente desenvolvidas pela Iskar expandem ainda mais sua linha de produtos Groove Turn PCBN. IB10H é uma classe de PCBN de granulação fina para corte contínuo de velocidade média a alta de aço endurecido; enquanto o IB20H consiste em grãos de PCBN de tamanho de grão fino e médio, proporcionando boa resistência ao desgaste e resistência ao impacto. A balança pode suportar as condições mais severas de corte interrompido de aço endurecido. O modo de falha normal de uma ferramenta PCBN deve ser o desgaste da aresta de corteem vez de rachar ou rachar de repente.

A classe PCBN revestida com BNC30G introduzida pela Sumitomo Electric é usada para canais interrompidos de peças de aço temperado. Para canais contínuos, a empresa recomenda sua classe de lâmina universal BN250. Maton disse: “Ao cortar continuamente, a lâmina é cortada por um longo tempo, o que gerará muito calor de corte. Portanto, é necessário utilizar uma lâmina com boa resistência ao desgaste. No caso de ranhuras intermitentes, a lâmina entra e sai continuamente do corte. Tem um grande impacto na ponta. Portanto, é necessário o uso de uma lâmina com boa tenacidade e que possa suportar impactos intermitentes. Além disso, o revestimento da lâmina também ajuda a prolongar a vida útil da ferramenta."

Independentemente do tipo de ranhura a ser usinada, as oficinas que antes contavam com retificação para acabamento de peças de aço endurecido podem ser convertidas em ranhuras com ferramentas de PCBN para aumentar a produtividade. O canal duro pode alcançar uma precisão dimensional comparável à retificação, enquanto reduz significativamente o tempo de usinagem.