Drážkovanie kalenej ocele s PCBN frézou

Drážkovanie kalenej ocele pomocou PCBN frézy

V poslednom desaťročí presné drážkovanie dielov z tvrdenej ocele doštičkami z polykryštalického kubického nitridu bóru (PCBN) postupne nahradilo tradičné brúsenie. Tyler Economan, manažér ponukového inžinierstva v Index, USA, povedal: „Vo všeobecnosti je brúsenie drážok stabilnejší proces, ktorý poskytuje vyššiu rozmerovú presnosť ako drážkovanie. Ľudia však stále chcú mať možnosť dokončiť obrobok na sústruhu. Vyžaduje sa rôznorodé spracovanie."

Rôzne materiály obrobkov, ktoré boli kalené, zahŕňajú rýchloreznú oceľ, zápustkovú oceľ, ložiskovú oceľ a legovanú oceľ. Kaliť možno iba železné kovy a procesy kalenia sa zvyčajne aplikujú na nízkouhlíkové ocele. Prostredníctvom kalenia môže byť vonkajšia tvrdosť obrobku vyššia a nositeľná, zatiaľ čo vnútro má lepšiu húževnatosť. Časti vyrobené z kalenej ocele zahŕňajú tŕne, nápravy, spojky, hnacie kolesá, vačkové hriadele, ozubené kolesá, puzdrá, hnacie hriadele, ložiská a podobne.

„Tvrdé materiály“ sú však relatívny, meniaci sa pojem. Niektorí ľudia si myslia, že materiály obrobkov s tvrdosťou 40-55 HRC sú tvrdé materiály; iní veria, že tvrdosť tvrdých materiálov by mala byť 58-60 HRC alebo vyššia. V tejto kategórii možno použiť nástroje PCBN.

Po indukčnom kalení môže mať povrchová kalená vrstva hrúbku až 1,5 mm a tvrdosť môže dosiahnuť 58-60 HRC, pričom materiál pod povrchovou vrstvou je zvyčajne oveľa mäkší. V tomto prípade je dôležité zabezpečiť, aby väčšina rezov bola vykonaná pod povrchovou vytvrdenou vrstvou.

Nevyhnutnou podmienkou pre drážkovanie kalených dielov sú obrábacie stroje s dostatočným výkonom a tuhosťou. Podľa Economana: „Čím lepšia tuhosť obrábacieho stroja a vyšší výkon, tým efektívnejšie je drážkovanie tvrdeného materiálu. Pre materiály obrobkov s tvrdosťou nad 50 HRC mnohé ľahké obrábacie stroje nespĺňajú požadované rezné podmienky. Pri prekročení kapacity stroja (výkon, krútiaci moment a najmä tuhosť) nie je možné obrábanie úspešne dokončiť.“

Tuhosť je pre upínacie zariadenie obrobku veľmi dôležitá, pretože kontaktná plocha reznej hrany s obrobkom je pri procese drážkovania veľká a nástroj vyvíja na obrobok veľký tlak. Pri upínaní obrobkov z kalenej ocele možno použiť širokú svorku na rozptýlenie upínacej plochy. Paul Ratzki, marketingový manažér Sumitomo Electric Hard Alloy Co., povedal: „Súčasti, ktoré sa majú obrábať, musia byť pevne podopreté. Pri obrábaní kalených materiálov vznikajú vibrácie a tlak nástroja oveľa väčšie ako pri obrábaní bežných obrobkov, čo môže viesť k upnutiu obrobku. Nemôže vyletieť zo stroja alebo spôsobiť odštiepenie alebo dokonca zlomenie čepele CBN."

Stopka, ktorá drží drážkovaciu doštičku, by mala byť čo najkratšia, aby sa minimalizoval presah a zvýšila tuhosť nástroja. Matthew Schmitz, manažér produktov GRIP v spoločnosti Isca, upozorňuje, že vo všeobecnosti sú monolitické nástroje vhodnejšie na drážkovanie tvrdených materiálov. Spoločnosť však ponúka aj modulárny systém drážkovania. „Modulárna stopka môže byť použitá v situáciách obrábania, kde je nástroj náchylný na náhle zlyhanie,“ hovorí. „Nemusíte vymieňať celú stopku, stačí vymeniť menej nákladný komponent. Modulárna stopka tiež ponúka rôzne možnosti obrábania. Modulárny systém Iskar's Grip je možné nainštalovať do rôznych produktov. Môžete použiť držiak nástrojov so 7 rôznymi čepeľami pre 7 produktových radov alebo ľubovoľný počet čepelí pre rôzne spracovanie Rovnaký produktový rad so šírkou drážky."

Držiaky nástrojov Sumitomo Electric na uchytenie doštičiek typu CGA využívajú metódu horného upínania, ktorá vtiahne čepeľ späť do držiaka. Tento držiak má tiež bočnú upevňovaciu skrutku, ktorá pomáha zlepšiť stabilitu uchopenia a predĺžiť životnosť nástroja. Rich Maton, asistentmanažér konštrukčného oddelenia spoločnosti povedal: "Tento držiak nástroja je určený na drážkovanie kalených obrobkov. Ak sa ostrie v držiaku pohybuje, ostrie sa časom opotrebuje a životnosť nástroja sa mení. Pre požiadavky na vysokú produktivitu obrábania v automobilovom priemysle priemysel (ako je 50-100 alebo 150 obrobkov na reznú hranu), predvídateľnosť životnosti nástroja je obzvlášť dôležitá a zmeny v životnosti nástroja môžu mať významný vplyv na výrobu.“

Podľa správ je modulárny systém drážok Tri-Lock série GY od Mitsubishi Materials porovnateľný v tuhosti s integrálnymi skľučovadlami. Systém spoľahlivo uchopí drážkovacie nože z troch smerov (obvod, spredu a zhora). Jeho dva konštrukčné riešenia zabraňujú posunutiu čepele počas drážkovania: výstupok v tvare V zabraňuje posúvaniu čepele do strán; bezpečnostný kľúč eliminuje dopredný pohyb kotúča spôsobený reznou silou pri obrábaní drážok.

Bežne používané drážkovacie vložky pre diely z tvrdenej ocele zahŕňajú jednoduché štvorcové vložky, tvarovacie vložky, drážkové vložky a podobne. Vo všeobecnosti sa vyžaduje, aby vyrezané drážky mali dobrú povrchovú úpravu, pretože majú lícujúcu časť a niektoré sú O-krúžky alebo drážky poistných krúžkov. Podľa Marka Menconiho, produktového špecialistu v Mitsubishi Materials, "Tieto procesy možno rozdeliť na obrábanie drážok s vnútorným priemerom a obrábanie drážok s vonkajším priemerom, ale väčšina operácií drážok vyžaduje jemné rezanie vrátane presnosti ľahkého dotyku od hĺbky rezu približne 0,25 mm. Rezanie na plný rez s hĺbkou asi 0,5 mm."

Drážkovanie kalenej ocele vyžaduje použitie nástrojov s vyššou tvrdosťou, lepšou odolnosťou proti opotrebovaniu a vhodnou geometriou. Kľúčom je zistiť, či sa má použiť karbidová doštička, keramická doštička alebo doštička z PCBN. Schmitz povedal: „Pri obrábaní obrobkov s tvrdosťou pod 50 HRC si takmer vždy vyberám karbidové doštičky. Pre obrobky s tvrdosťou 50-58 HRC sú keramické doštičky veľmi ekonomickou voľbou. Iba v prípade, že obrobok CBN doštičky by mali byť považované za tvrdosť do 58 HRC. CBN doštičky sú obzvlášť vhodné na obrábanie takýchto vysoko tvrdých materiálov, pretože obrábací mechanizmus nie je rezný materiál, ale rozhranie nástroj/obrobok. Roztavte materiál.

Pre zapichovanie dielov z kalenej ocele s tvrdosťou nad 58 HRC nie je problém s utieraním triesky. Pretože sa zvyčajne používa suché drážkovanie, triesky sú skôr ako prach alebo veľmi malé častice a dajú sa odstrániť ručným ofukom. Maton zo Sumitomo Electric povedal: "Obyčajne sa tento druh triesok zlomí a rozpadne, keď na niečo narazí, takže kontakt triesok s obrobkom nepoškodí obrobok. Ak uchopíte triesky, rozdrvia sa vám v ruke."

Jedným z dôvodov, prečo sú CBN doštičky vhodné na rezanie za sucha, je to, že hoci ich tepelná odolnosť je veľmi dobrá, v prípade kolísania teplôt sa výrazne znižuje výkon spracovania. Economan hovorí: „V skutočnosti, keď je CBN doštička v kontakte s materiálom obrobku, produkuje rezné teplo na hrote, ale keďže je CBN doštička menej prispôsobivá teplotným zmenám, je ťažké primerane chladiť, aby sa udržala konštantná teplota. Štát. CBN je veľmi tvrdý, ale je tiež veľmi krehký a môže prasknúť v dôsledku zmien teploty."

Pri rezaní oceľových dielov s nízkou tvrdosťou (napríklad 45-50 HRC) doštičkami zo slinutého karbidu, keramiky alebo PCBN by mali byť vytvorené triesky čo najkratšie. Tým sa efektívne odvádza teplo rezania v materiáli nástroja počas procesu rezania, pretože triesky môžu odvádzať veľké množstvo tepla.

Iskar's Schmitz tiež odporúča, aby bol nástroj spracovaný v "obrátenom" stave. Vysvetlil: „Pri inštalácii nástroja na obrábací stroj sa preferovaný nástroj výrobcu obrábacieho stroja inštaluje rezaním čepele lícom nahor, pretože to umožňujerotácia obrobku, aby sa vyvinul tlak smerom nadol na koľajnicu stroja, aby bol stroj stabilný. Keď sa však čepeľ zarezáva do materiálu obrobku, vytvorené triesky môžu zostať na čepeli a obrobku. Ak je držiak nástroja prevrátený a nástroj je namontovaný obrátene, čepeľ nebude vidieť a tok triesok bude automaticky unikať z oblasti rezu pôsobením gravitácie."

Povrchové kalenie je jednoduchá metóda na zlepšenie tvrdosti nízkouhlíkovej ocele. Princípom je zvýšenie obsahu uhlíka v určitej hĺbke pod povrchom materiálu. Keď hĺbka drážkovania presahuje hrúbku povrchovej vytvrdenej vrstvy, môžu nastať určité problémy v dôsledku zmeny drážkovacej čepele z tvrdšieho materiálu na mäkší materiál. Na tento účel výrobcovia nástrojov vyvinuli niekoľko tried čepelí pre rôzne typy materiálov obrobkov.

Duane Drape, obchodný manažér spoločnosti Horn (USA), povedal: „Pri prechode z tvrdšieho materiálu na mäkší materiál nie vždy chce používateľ vymeniť čepeľ, takže musíme nájsť najlepší nástroj pre tento typ obrábania. . Ak sa použije doštička zo slinutého karbidu, narazí na problém nadmerného opotrebovania pri rezaní tvrdého povrchu. Ak sa na rezanie mäkkej časti použije CBN doštička vhodná na rezanie vysoko tvrdých materiálov, je ľahké poškodiť Čepeľ. Môžeme použiť kompromis: tvrdokovové doštičky s vysokou tvrdosťou + supermazané povlaky alebo relatívne mäkké triedy CBN doštičiek + rezné doštičky vhodné na rezanie bežných materiálov (skôr ako tvrdé obrábanie).“

Drape povedal: „Môžete použiť CBN doštičky na efektívne rezanie materiálov obrobkov s tvrdosťou 45-50 HRC, ale geometria čepele musí byť upravená. Typické CBN doštičky majú negatívne skosenie na reznej hrane. Táto CBN doštička so záporným skosením je mäkšia na obrábanie. Pri použití materiálu obrobku bude mať materiál vyťahovací efekt a skráti sa životnosť nástroja. Ak sa použije trieda CBN s nižšou tvrdosťou a zmení sa geometria reznej hrany, je možné úspešne rezať materiál obrobku s tvrdosťou 45-50 HRC.“

Spoločnosťou vyvinutá drážkovacia doštička S117 HORN využíva PCBN hrot a hĺbka rezu je pri presnom reze šírky ozubenia cca 0,15-0,2 mm. Na dosiahnutie dobrej povrchovej úpravy má čepeľ na každej z rezných hrán na oboch stranách rovinu stierania.

Ďalšou možnosťou je zmena parametrov rezu. Podľa indexu Economan: „Po prerezaní vytvrdenej vrstvy je možné použiť väčšie rezné parametre. Ak je kalená hĺbka iba 0,13 mm alebo 0,25 mm, po prerezaní cez túto hĺbku sa buď vymenia rôzne čepele, alebo stále používajte rovnakú čepeľ, ale zvýšte parametre rezu na vhodnú úroveň."

S cieľom pokryť širší rozsah spracovania sa typy čepelí PCBN zvyšujú. Vyššie triedy tvrdosti umožňujú vyššiu rýchlosť rezania, zatiaľ čo triedy s lepšou húževnatosťou možno použiť v nestabilnejších prostrediach spracovania. Pre súvislé alebo prerušované rezanie je možné použiť aj rôzne triedy PCBN doštičiek. Maton zo Sumitomo Electric poukázal na to, že kvôli krehkosti PCBN nástrojov sú ostré rezné hrany náchylné na vylamovanie pri obrábaní kalenej ocele. "Musíme chrániť reznú hranu, najmä pri prerušovanom rezaní, rezná hrana by mala byť pripravená viac ako pri kontinuálnom rezaní a uhol rezu by mal byť väčší."

Novo vyvinuté triedy IB10H a IB20H od spoločnosti Iskar ďalej rozširujú produktový rad Groove Turn PCBN. IB10H je jemnozrnná trieda PCBN pre stredne až vysokorýchlostné kontinuálne rezanie kalenej ocele; zatiaľ čo IB20H pozostáva z jemných a stredne veľkých zŕn PCBN, ktoré poskytujú dobrú odolnosť proti opotrebovaniu a odolnosť proti nárazu. Váha znesie drsnejšie podmienky prerušovaného rezania z kalenej ocele. Normálnym poruchovým režimom nástroja PCBN by malo byť opotrebovanie reznej hranyskôr ako náhle prasknutie alebo prasknutie.

PCBN s povlakom BNC30G predstavený spoločnosťou Sumitomo Electric sa používa na prerušované drážkovanie obrobkov z tvrdenej ocele. Pre súvislé zapichovanie spoločnosť odporúča svoju univerzálnu triedu čepele BN250. Maton povedal: „Pri nepretržitom rezaní je čepeľ rezaná dlhú dobu, čo vytvára veľké rezné teplo. Preto je potrebné použiť čepeľ s dobrou odolnosťou proti opotrebovaniu. V prípade prerušovaného zapichovania kotúč plynule vstupuje do rezu a vystupuje z neho. Má veľký vplyv na špičku. Preto je potrebné použiť čepeľ s dobrou húževnatosťou a vydrží prerušovaný náraz. Okrem toho povlak čepele tiež pomáha predĺžiť životnosť nástroja."

Bez ohľadu na typ obrábanej drážky, dielne, ktoré sa predtým spoliehali na brúsenie pri dokončovaní kalených oceľových dielov, môžu byť prevedené na drážkovanie pomocou nástrojov PCBN, aby sa zvýšila produktivita. Tvrdým drážkovaním možno dosiahnuť rozmerovú presnosť porovnateľnú s brúsením a zároveň výrazne skrátiť čas obrábania.