Прорезка закаленной стали с помощью резака PCBN
Прорезка закаленной стали фрезой из PCBN
В последнее десятилетие прецизионное нарезание канавок на деталях из закаленной стали со вставками из поликристаллического кубического нитрида бора (PCBN) постепенно заменило традиционное шлифование. Тайлер Экономан, технический менеджер по тендерам в Index, США, сказал: «В целом шлифование канавок является более стабильным процессом, который обеспечивает более высокую точность размеров, чем нарезание канавок. Тем не менее, люди по-прежнему хотят иметь возможность обрабатывать заготовку на токарном станке. Требуется разнообразная обработка».
Различные материалы заготовки, которые были закалены, включают быстрорежущую сталь, штамповую сталь, подшипниковую сталь и легированную сталь. Закаливать можно только черные металлы, а процессы закалки обычно применяются к низкоуглеродистым сталям. Благодаря упрочняющей обработке внешняя твердость заготовки может быть повышена и пригодна для носки, а внутренняя поверхность имеет лучшую прочность. К деталям из закаленной стали относятся оправки, оси, соединители, ведущие колеса, распределительные валы, шестерни, втулки, приводные валы, подшипники и т.п.
Однако «твердые материалы» — понятие относительное, меняющееся. Некоторые считают, что материалы заготовки с твердостью 40-55 HRC являются твердыми материалами; другие считают, что твердость твердых материалов должна быть 58-60 HRC и выше. В этой категории могут использоваться инструменты PCBN.
После индукционной закалки поверхностный упрочненный слой может иметь толщину до 1,5 мм, а твердость может достигать 58-60 HRC, в то время как материал под поверхностным слоем обычно намного мягче. В этом случае важно обеспечить, чтобы большая часть резки выполнялась ниже поверхностного упрочненного слоя.
Станки с достаточной мощностью и жесткостью являются необходимым условием для обработки закаленных деталей. Согласно Economan, «Чем выше жесткость станка и выше мощность, тем эффективнее нарезание канавок в закаленном материале. Для материалов заготовок с твердостью более 50 HRC многие легкие станки не соответствуют требуемым условиям резания. Если мощность станка (мощность, крутящий момент и особенно жесткость) превышена, обработка не может быть успешно завершена».
Жесткость очень важна для устройства удержания заготовки, потому что поверхность контакта режущей кромки с заготовкой велика во время процесса нарезания канавки, и инструмент оказывает большое давление на заготовку. При зажиме заготовок из закаленной стали можно использовать широкий зажим для разведения зажимной поверхности. Пол Ратцки, менеджер по маркетингу Sumitomo Electric Hard Alloy Co., сказал: «Обрабатываемые детали должны быть прочно закреплены. При обработке закаленных материалов вибрация и давление инструмента намного больше, чем при обработке обычных заготовок, что может привести к зажатию заготовки. Не может вылететь из станка или привести к тому, что лезвие из CBN сломается или даже сломается».
Хвостовик, удерживающий пластину для обработки канавок, должен быть как можно короче, чтобы свести к минимуму вылет и повысить жесткость инструмента. Мэтью Шмитц, менеджер по продуктам GRIP в Isca, отмечает, что в целом монолитные инструменты больше подходят для обработки канавок в закаленных материалах. Однако компания также предлагает модульную систему нарезки канавок. «Модульный хвостовик можно использовать в ситуациях обработки, когда инструмент подвержен внезапным отказам», — говорит он. «Вам не нужно заменять весь хвостовик, вам просто нужно заменить менее дорогой компонент. Модульный хвостовик также предлагает различные варианты обработки. Модульная система Iskar's Grip может быть установлена на различных продуктах. Вы можете использовать держатель инструмента с 7 различными лезвиями для 7 линеек продуктов или любое количество лезвий для различной обработки. Одна и та же линейка продуктов с шириной паза».
В державках Sumitomo Electric для захвата пластин типа CGA используется метод верхнего зажима, при котором лезвие втягивается обратно в державку. Этот держатель также оснащен боковым крепежным винтом, который помогает улучшить стабильность захвата и продлить срок службы инструмента. Рич Матон, помощникменеджер конструкторского отдела компании, сказал: «Этот держатель инструмента предназначен для нарезания канавок в закаленных заготовках. Если лезвие перемещается в держателе, оно со временем изнашивается, и срок службы инструмента изменяется. промышленности (например, 50-100 или 150 заготовок на режущую кромку), особенно важна предсказуемость срока службы инструмента, а изменения срока службы инструмента могут оказать значительное влияние на производство».
Согласно сообщениям, модульная система Tri-Lock для нарезания канавок серии GY от Mitsubishi Materials сравнима по жесткости с цельными патронами для лезвий. Система надежно захватывает канавочные лезвия с трех направлений (периферийное, переднее и верхнее). Два конструктивных решения предотвращают смещение лезвия при нарезании канавок: V-образный выступ предотвращает смещение лезвия в стороны; предохранительный ключ исключает движение лезвия вперед, вызванное силой резания во время обработки пазов.
Обычно используемые вставки для обработки канавок для деталей из закаленной стали включают в себя простые квадратные вставки, формовочные вставки, вставки с прорезями и т.п. Как правило, прорезанные канавки должны иметь хорошее качество поверхности, поскольку они имеют сопряженную часть, а некоторые из них представляют собой канавки для уплотнительных колец или стопорных колец. По словам Марка Менкони, специалиста по продуктам Mitsubishi Materials: «Эти процессы можно разделить на обработку канавок внутреннего диаметра и обработку канавок внешнего диаметра, но большинство операций по нарезанию канавок требуют тонкой обработки, включая точность с легким касанием, начиная с глубины резания примерно 0,25 мм. полный разрез глубиной около 0,5 мм».
Нарезание канавок в закаленной стали требует использования инструментов с более высокой твердостью, лучшей износостойкостью и подходящей геометрией. Ключевым моментом является определение того, следует ли использовать вставку из твердого сплава, керамической вставки или вставки из PCBN. Шмитц сказал: «Я почти всегда выбираю твердосплавные пластины при обработке заготовок с твердостью ниже 50 HRC. Для заготовок с твердостью 50-58 HRC очень экономичным выбором являются керамические вставки. Только при работе со вставками из CBN следует учитывать твердость до 58 HRC. Пластины из CBN особенно подходят для обработки таких высокотвердых материалов, поскольку механизм обработки представляет собой не режущий материал, а интерфейс инструмент/заготовка. Расплавьте материал.
При нарезании канавок на деталях из закаленной стали с твердостью более 58 HRC контроль над стружкодроблением не является проблемой. Поскольку обычно используется сухая нарезка канавок, стружка больше похожа на пыль или очень мелкие частицы и может быть удалена ручным ударом. Матон из Sumitomo Electric сказал: «Обычно такая стружка ломается и распадается при соприкосновении с чем-либо, поэтому контакт стружки с заготовкой не повредит заготовку. Если вы возьмете стружку, она разобьется у вас в руке».
Одна из причин, по которой пластины из CBN подходят для сухой резки, заключается в том, что, несмотря на их очень хорошую термостойкость, производительность обработки значительно снижается в случае колебаний температуры. Economan говорит: «На самом деле, когда пластина из CBN находится в контакте с материалом заготовки, она выделяет тепло при резании на кончике, но поскольку пластина из CBN менее адаптируется к изменениям температуры, ее трудно надлежащим образом охладить, чтобы поддерживать постоянную температуру. температура. Состояние. CBN очень твердый, но он также очень хрупкий и может разрушиться из-за перепадов температуры».
При резании стальных деталей с низкой твердостью (например, 45-50 HRC) пластинами из цементированного карбида, керамики или PCBN образующаяся стружка должна быть как можно короче. Это эффективно отводит тепло резания в материале инструмента во время процесса резания, поскольку стружка может уносить большое количество тепла.
Iskar's Schmitz также рекомендует обрабатывать инструмент в «перевернутом» состоянии. Он объяснил: «При установке инструмента на станок производитель станка предпочитает устанавливать инструмент, разрезая лезвие вверх, так как это позволяетвращение заготовки для оказания давления вниз на направляющую станка для обеспечения устойчивости станка. Однако, когда лезвие врезается в материал заготовки, образовавшаяся стружка может оставаться на лезвии и заготовке. Если резцедержатель перевернуть, а инструмент установить вверх дном, лезвие не будет видно, а поток стружки автоматически выйдет из зоны резания под действием силы тяжести».
Поверхностная закалка является простым методом повышения твердости низкоуглеродистой стали. Принцип заключается в увеличении содержания углерода на определенной глубине под поверхностью материала. Когда глубина канавки превышает толщину поверхностного упрочненного слоя, могут возникнуть некоторые проблемы из-за замены канавочной пластины с более твердого материала на более мягкий материал. С этой целью производители инструментов разработали несколько марок лезвий для различных типов обрабатываемых материалов.
Дуэйн Дрейп, менеджер по продажам Horn (США), сказал: «При переходе с более твердого материала на более мягкий пользователь не всегда хочет менять лезвие, поэтому мы должны найти лучший инструмент для этого типа обработки. , Если используется вставка из цементированного карбида, она столкнется с проблемой чрезмерного износа, когда лезвие режет твердую поверхность.Если для резки мягкой детали используется вставка из CBN, подходящая для резки высокотвердых материалов, легко повредить Мы можем использовать компромисс: пластины из твердого сплава с высокой твердостью + покрытия с превосходной смазкой или относительно мягкие пластины из CBN + режущие пластины, подходящие для обработки обычных материалов (а не для обработки твердых материалов)».
Дрейп сказал: «Вы можете использовать пластины из CBN для эффективной резки заготовок из материалов с твердостью 45-50 HRC, но геометрия лезвия должна быть скорректирована. Типичные пластины из CBN имеют отрицательную фаску на режущей кромке. Эта пластина из CBN с отрицательной фаской легче обрабатывается. Когда материал заготовки используется, материал будет иметь эффект вытягивания, и срок службы инструмента будет сокращен. Если использовать сплав CBN с меньшей твердостью и изменить геометрию режущей кромки, можно успешно резать материал заготовки с твердостью 45-50 HRC».
В пластине S117 HORN для обработки канавок, разработанной компанией, используется наконечник из ПКНБ, а глубина резания составляет около 0,15–0,2 мм при точном нарезании ширины зубчатого колеса. Для достижения хорошего качества поверхности лезвие имеет скребковые плоскости на каждой из режущих кромок с обеих сторон.
Другой вариант — изменить параметры резки. Согласно журналу Economan из Index: «После прорезания закаленного слоя можно использовать более высокие параметры резания. Если глубина закалки составляет всего 0,13 мм или 0,25 мм, после резки на эту глубину либо заменяются другие лезвия, либо все еще используется то же лезвие, но увеличьте параметры резания до соответствующего уровня».
Чтобы охватить более широкий спектр обработки, марки лезвий из ПКНБ увеличиваются. Сплавы с более высокой твердостью обеспечивают более высокую скорость резания, а сплавы с более высокой ударной вязкостью можно использовать в более нестабильных условиях обработки. Для непрерывного или прерывистого резания также могут использоваться пластины из различных сплавов PCBN. Мейтон из Sumitomo Electric отметил, что из-за хрупкости инструментов из ПКНБ острые режущие кромки склонны к выкрашиванию при обработке закаленной стали. «Мы должны защищать режущую кромку, особенно при прерывистом резании, режущая кромка должна быть подготовлена больше, чем при непрерывном резании, а угол резания должен быть больше».
Недавно разработанные Iskar сплавы IB10H и IB20H расширяют линейку продуктов Groove Turn PCBN. IB10H — это мелкозернистый сплав PCBN для непрерывной обработки закаленной стали на средних и высоких скоростях; в то время как IB20H состоит из мелких и средних зерен PCBN, обеспечивающих хорошую износостойкость и ударопрочность. Баланс может выдерживать более суровые условия прерывистой резки закаленной стали. Нормальный вид отказа инструмента из PCBN должен заключаться в износе режущей кромки.а не внезапно трескаться или трескаться.
Марка PCBN с покрытием BNC30G, представленная Sumitomo Electric, используется для прерывистой обработки канавок на заготовках из закаленной стали. Для непрерывного нарезания канавок компания рекомендует универсальный сплав BN250. Матон сказал: «При непрерывной резке лезвие режется в течение длительного времени, что приводит к выделению большого количества тепла при резке. Поэтому необходимо использовать лезвие с хорошей износостойкостью. В случае прерывистого нарезания канавок лезвие непрерывно входит и выходит из резания. Это оказывает большое влияние на наконечник. Поэтому необходимо использовать лезвие с хорошей прочностью, способное выдерживать прерывистые удары. Кроме того, покрытие лезвия также помогает продлить срок службы инструмента».
Независимо от типа обрабатываемой канавки мастерские, которые ранее полагались на шлифовку для чистовой обработки деталей из закаленной стали, могут быть переведены на обработку канавок инструментами из ПКНБ для повышения производительности. Нарезание твердых канавок позволяет достичь точности размеров, сравнимой со шлифованием, при значительном сокращении времени обработки.
