Slotting ของเหล็กชุบแข็งด้วยเครื่องตัด PCBN

การเจาะเหล็กชุบแข็งด้วยเครื่องตัด PCBN

ในทศวรรษที่ผ่านมา การกลึงร่องที่แม่นยำของชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งด้วยเม็ดมีดโพลีคริสตัลไลน์คิวบิกโบรอนไนไตรด์ (PCBN) ค่อยๆ เข้ามาแทนที่การเจียรแบบดั้งเดิม Tyler Economan ผู้จัดการฝ่ายวิศวกรรมการประมูลของ Index ประเทศสหรัฐอเมริกา กล่าวว่า “โดยทั่วไป ร่องเจียรเป็นกระบวนการที่เสถียรกว่าซึ่งให้ความแม่นยำของขนาดที่สูงกว่าการกลึงร่อง อย่างไรก็ตาม ผู้คนยังคงต้องการทำให้ชิ้นงานสำเร็จด้วยเครื่องกลึง ต้องใช้การประมวลผลที่หลากหลาย"

วัสดุชิ้นงานต่างๆ ที่ได้รับการชุบแข็งแล้ว ได้แก่ เหล็กกล้าความเร็วสูง เหล็กกล้าดาย เหล็กกล้าแบริ่ง และเหล็กกล้าอัลลอยด์ เฉพาะโลหะเหล็กเท่านั้นที่สามารถชุบแข็งได้ และมักจะใช้กระบวนการชุบแข็งกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ การชุบแข็งจะทำให้ความแข็งภายนอกของชิ้นงานสูงขึ้นและสามารถสวมใส่ได้ ในขณะที่ภายในมีความเหนียวดีกว่า ชิ้นส่วนที่ทำจากเหล็กชุบแข็ง ได้แก่ แมนเดรล เพลา คอนเนคเตอร์ ล้อขับเคลื่อน เพลาลูกเบี้ยว เกียร์ บุชชิ่ง เพลาขับ ตลับลูกปืน และอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม "วัสดุแข็ง" เป็นแนวคิดที่สัมพันธ์กันและเปลี่ยนแปลงไป บางคนคิดว่าวัสดุชิ้นงานที่มีความแข็ง 40-55 HRC เป็นวัสดุที่มีความแข็ง คนอื่นเชื่อว่าความแข็งของวัสดุแข็งควรอยู่ที่ 58-60 HRC หรือสูงกว่า ในหมวดหมู่นี้ สามารถใช้เครื่องมือ PCBN ได้

หลังจากการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ ชั้นชุบแข็งบนพื้นผิวสามารถมีความหนาสูงสุด 1.5 มม. และความแข็งสามารถเข้าถึง 58-60 HRC ในขณะที่วัสดุที่อยู่ด้านล่างของชั้นผิวมักจะนุ่มกว่ามาก ในกรณีนี้ สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการตัดส่วนใหญ่เสร็จสิ้นภายใต้ชั้นชุบแข็งที่พื้นผิว

เครื่องมือกลที่มีกำลังและความแข็งแกร่งเพียงพอเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการกลึงร่องของชิ้นส่วนที่ชุบแข็ง จากคำกล่าวของ Economan “ยิ่งเครื่องมือกลมีความแข็งแกร่งมากขึ้นและมีกำลังสูงเท่าใด การกลึงร่องของวัสดุที่ชุบแข็งก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น สำหรับวัสดุชิ้นงานที่มีความแข็งมากกว่า 50 HRC เครื่องมือกลที่มีน้ำหนักเบาจำนวนมากไม่ตรงตามเงื่อนไขการตัดที่กำหนด หากเกินความจุของเครื่องจักร (กำลัง แรงบิด และความแข็งแกร่งโดยเฉพาะอย่างยิ่ง) การตัดเฉือนจะไม่สำเร็จ"

ความแข็งแกร่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับอุปกรณ์จับยึดชิ้นงาน เนื่องจากพื้นผิวสัมผัสของคมตัดกับชิ้นงานมีขนาดใหญ่ในระหว่างกระบวนการเซาะร่อง และเครื่องมือจะออกแรงกดบนชิ้นงานอย่างมาก เมื่อจับยึดชิ้นงานเหล็กชุบแข็ง สามารถใช้แคลมป์แบบกว้างเพื่อกระจายพื้นผิวของแคลมป์ได้ Paul Ratzki ผู้จัดการฝ่ายการตลาดของ Sumitomo Electric Hard Alloy Co. กล่าวว่า "ชิ้นส่วนที่จะกลึงต้องได้รับการสนับสนุนอย่างแน่นหนา เมื่อตัดเฉือนวัสดุชุบแข็ง แรงสั่นสะเทือนและแรงกดของเครื่องมือจะเกิดขึ้นมากกว่าการตัดเฉือนชิ้นงานธรรมดามาก ซึ่งอาจส่งผลให้มีการยึดชิ้นงาน ไม่สามารถบินออกจากเครื่อง หรือทำให้ใบมีด CBN บิ่นหรือแตกหักได้"

ด้ามที่ยึดเม็ดมีดกลึงร่องควรสั้นที่สุดเพื่อลดระยะยื่นและเพิ่มความแข็งแกร่งของเครื่องมือ Matthew Schmitz ผู้จัดการผลิตภัณฑ์ GRIP ของ Isca ชี้ให้เห็นว่าโดยทั่วไปเครื่องมือแบบเสาหินจะเหมาะสำหรับการกลึงร่องของวัสดุชุบแข็งมากกว่า อย่างไรก็ตาม บริษัทยังมีระบบการกลึงร่องแบบแยกส่วน “ด้ามแบบแยกส่วนสามารถใช้ในสถานการณ์การตัดเฉือนที่เครื่องมือมีแนวโน้มที่จะเกิดความล้มเหลวกะทันหัน” เขากล่าว “คุณไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนทั้งด้าม คุณเพียงแค่ต้องเปลี่ยนส่วนประกอบที่มีราคาถูกกว่า ด้ามโมดูลาร์ยังมีตัวเลือกการตัดเฉือนที่หลากหลาย ระบบโมดูลาร์ Grip ของ Iskar สามารถติดตั้งได้ในผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย คุณสามารถใช้ตัวจับยึดเครื่องมือที่มีใบมีดต่างกัน 7 แบบสำหรับกลุ่มผลิตภัณฑ์ 7 กลุ่มหรือจำนวนใบมีดเท่าใดก็ได้สำหรับกระบวนการผลิตที่ต่างกันในกลุ่มผลิตภัณฑ์เดียวกันที่มีความกว้างของช่อง"

ตัวจับยึดเครื่องมือของ Sumitomo Electric สำหรับการจับเม็ดมีดประเภท CGA ใช้วิธีหนีบด้านบนเพื่อดึงใบมีดกลับเข้าไปในตัวจับยึด ตัวจับยึดนี้ยังมีสกรูยึดด้านข้างเพื่อช่วยปรับปรุงความมั่นคงของด้ามจับและยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือ ริช มาตอน ผู้ช่วยผู้จัดการแผนกออกแบบของบริษัทกล่าวว่า "ตัวจับยึดเครื่องมือนี้ออกแบบมาสำหรับการกลึงร่องของชิ้นงานที่ชุบแข็ง หากใบมีดเคลื่อนตัวในที่จับ ใบมีดจะสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไปและอายุการใช้งานของเครื่องมือจะเปลี่ยนไป สำหรับข้อกำหนดในการตัดเฉือนที่ให้ผลผลิตสูงของยานยนต์ ในอุตสาหกรรม (เช่น 50-100 หรือ 150 ชิ้นงานต่อคมตัด) ความสามารถในการคาดการณ์อายุการใช้งานของเครื่องมือมีความสำคัญเป็นพิเศษ และการเปลี่ยนแปลงอายุการใช้งานเครื่องมืออาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อการผลิต"

ตามรายงาน ระบบการกลึงร่องแบบโมดูลาร์ Tri-Lock ซีรีส์ GY ของ Mitsubishi Materials นั้นเทียบได้ในด้านความแข็งแกร่งกับหัวจับใบมีดในตัว ระบบจับใบมีดเซาะร่องได้อย่างน่าเชื่อถือจากสามทิศทาง (อุปกรณ์ต่อพ่วง ด้านหน้า และด้านบน) การออกแบบโครงสร้างทั้งสองแบบช่วยป้องกันใบมีดไม่ให้เคลื่อนไปมาระหว่างการกลึงร่อง: การยื่นรูปตัววีช่วยป้องกันไม่ให้ใบมีดเคลื่อนไปด้านข้าง ปุ่มความปลอดภัยช่วยขจัดการเคลื่อนไปข้างหน้าของใบมีดที่เกิดจากแรงตัดระหว่างการตัดเฉือนร่อง

เม็ดมีดกลึงร่องที่ใช้กันทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็ง ได้แก่ เม็ดมีดสี่เหลี่ยมธรรมดา เม็ดมีดขึ้นรูป เม็ดมีด slotted และอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน โดยทั่วไป ร่องที่ตัดแล้วจะต้องมีผิวสำเร็จที่ดี เนื่องจากมีส่วนของการผสมพันธุ์ และบางส่วนเป็นโอริงหรือร่องแหวนสแน็ป Mark Menconi ผู้เชี่ยวชาญด้านผลิตภัณฑ์ของ Mitsubishi Materials กล่าวว่า "กระบวนการเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นการตัดเฉือนร่องเส้นผ่านศูนย์กลางภายในและการตัดเฉือนร่องเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก แต่การกลึงร่องส่วนใหญ่ต้องการการตัดแบบละเอียด ซึ่งรวมถึงความแม่นยำในการสัมผัสที่เบาตั้งแต่ระยะกินลึกประมาณ 0.25 มม. ตัดเป็น ตัดเต็มที่มีความลึกประมาณ 0.5 มม."

การกลึงร่องของเหล็กกล้าชุบแข็งต้องใช้เครื่องมือที่มีความแข็งสูงกว่า ทนต่อการสึกหรอได้ดีขึ้น และรูปทรงที่เหมาะสม กุญแจสำคัญคือการพิจารณาว่าควรใช้เม็ดมีดคาร์ไบด์ เม็ดมีดเซรามิก หรือเม็ดมีด PCBN Schmitz กล่าวว่า “ฉันมักจะเลือกเม็ดมีดคาร์ไบด์เมื่อตัดเฉือนชิ้นงานที่มีความแข็งต่ำกว่า 50 HRC สำหรับชิ้นงานที่มีความแข็ง 50-58 HRC เม็ดมีดเซรามิกเป็นตัวเลือกที่ประหยัดมาก เมื่อพิจารณาเม็ดมีด CBN ของชิ้นงานสำหรับความแข็งสูงถึง 58 HRC เท่านั้น เม็ดมีด CBN เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตัดเฉือนวัสดุที่มีความแข็งสูงเช่นนี้ เนื่องจากกลไกการตัดเฉือนไม่ใช่วัสดุที่ใช้ตัดแต่เป็นส่วนต่อประสานเครื่องมือ/ชิ้นงาน ละลายวัสดุ

สำหรับการกลึงร่องของชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งที่มีความแข็งมากกว่า 58 HRC การควบคุมเศษไม่มีปัญหา เนื่องจากมักใช้การกลึงร่องแบบแห้ง เศษไม้จึงมีลักษณะเหมือนฝุ่นหรืออนุภาคขนาดเล็กมาก และสามารถขจัดออกได้ด้วยการเป่าด้วยมือ Maton ของ Sumitomo Electric กล่าวว่า "โดยปกติแล้ว swarf ประเภทนี้จะแตกและสลายตัวเมื่อโดนสิ่งใด ๆ ดังนั้นการสัมผัสของ Swarf กับชิ้นงานจะไม่สร้างความเสียหายให้กับชิ้นงาน หากคุณคว้าเศษผง มันก็จะกระแทกในมือของคุณ"

สาเหตุหนึ่งที่เม็ดมีด CBN เหมาะสมสำหรับการตัดแบบแห้งก็คือ แม้ว่าความต้านทานความร้อนจะดีมาก แต่ประสิทธิภาพในการประมวลผลจะลดลงอย่างมากในกรณีที่อุณหภูมิผันผวน Economan กล่าวว่า “อันที่จริง เมื่อเม็ดมีด CBN สัมผัสกับวัสดุชิ้นงาน จะทำให้เกิดความร้อนจากการตัดที่ส่วนปลาย แต่เนื่องจากเม็ดมีด CBN นั้นปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้น้อยกว่า จึงเป็นเรื่องยากที่จะให้ความเย็นเพียงพอเพื่อรักษาค่าคงที่ อุณหภูมิ. สถานะ. CBN นั้นแข็งมาก แต่ก็เปราะบางและอาจแตกเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ”

เมื่อตัดชิ้นส่วนเหล็กที่มีความแข็งต่ำ (เช่น 45-50 HRC) ด้วยเม็ดมีดซีเมนต์คาร์ไบด์ เซรามิก หรือ PCBN เศษที่สร้างขึ้นควรสั้นที่สุด วิธีนี้ช่วยขจัดความร้อนจากการตัดในวัสดุเครื่องมือในระหว่างกระบวนการตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากเศษสามารถถ่ายเทความร้อนได้มาก

Schmitz ของ Iskar ยังแนะนำให้ประมวลผลเครื่องมือในสถานะ "กลับด้าน" เขาอธิบายว่า “เมื่อทำการติดตั้งเครื่องมือบนเครื่องมือกล เครื่องมือที่ผู้สร้างเครื่องมือเครื่องจักรต้องการจะถูกติดตั้งโดยการตัดใบมีดโดยหงายหน้าขึ้น เนื่องจากจะช่วยให้การหมุนของชิ้นงานออกแรงกดลงบนรางเครื่องเพื่อให้เครื่องมีความมั่นคง อย่างไรก็ตาม เมื่อใบมีดถูกตัดลงในวัสดุชิ้นงาน เศษที่เกิดขึ้นอาจยังคงอยู่บนใบมีดและชิ้นงาน หากพลิกตัวจับเครื่องมือและติดตั้งเครื่องมือกลับหัว ใบมีดจะมองไม่เห็น และการไหลของเศษจะหลุดออกจากพื้นที่ตัดโดยอัตโนมัติภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วง"

การชุบผิวแข็งเป็นวิธีการง่ายๆ ในการปรับปรุงความแข็งของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ หลักการคือการเพิ่มปริมาณคาร์บอนที่ระดับความลึกหนึ่งภายใต้พื้นผิวของวัสดุ เมื่อความลึกของการเซาะร่องเกินความหนาของชั้นชุบแข็งที่พื้นผิว ปัญหาบางอย่างอาจเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนใบมีดเซาะร่องจากวัสดุที่แข็งกว่าเป็นวัสดุที่นิ่มกว่า ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตเครื่องมือจึงได้พัฒนาใบมีดหลายเกรดสำหรับวัสดุชิ้นงานประเภทต่างๆ

Duane Drape ผู้จัดการฝ่ายขายของ Horn (สหรัฐอเมริกา) กล่าวว่า "เมื่อเปลี่ยนจากวัสดุที่แข็งกว่าเป็นวัสดุที่นุ่มกว่า ผู้ใช้จะไม่ต้องการเปลี่ยนใบมีดเสมอไป ดังนั้นเราจึงต้องหาเครื่องมือที่ดีที่สุดสำหรับการตัดเฉือนประเภทนี้ หากใช้เม็ดมีดซีเมนต์คาร์ไบด์จะพบปัญหาการสึกหรอมากเกินไปเมื่อใบมีดตัดพื้นผิวแข็ง หากใช้เม็ดมีด CBN ที่เหมาะสมสำหรับการตัดวัสดุที่มีความแข็งสูงในการตัดส่วนที่อ่อนนุ่มจะทำให้เกิดความเสียหายได้ง่าย ใบมีด เราสามารถใช้การประนีประนอม: เม็ดมีดคาร์ไบด์ความแข็งสูง + สารเคลือบหล่อลื่นพิเศษ หรือเกรดเม็ดมีด CBN ที่ค่อนข้างอ่อน + เม็ดมีดตัดที่เหมาะสำหรับการตัดวัสดุทั่วไป (แทนที่จะเป็นการตัดเฉือนแบบแข็ง)"

Drape กล่าวว่า “คุณสามารถใช้เม็ดมีด CBN เพื่อตัดวัสดุชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความแข็ง 45-50 HRC แต่ต้องปรับรูปทรงใบมีด เม็ดมีด CBN ทั่วไปมีการลบมุมลบที่คมตัด เม็ดมีด CBN ลบมุมลบนี้จะนุ่มกว่าสำหรับการตัดเฉือน เมื่อใช้วัสดุชิ้นงาน วัสดุจะมีลักษณะดึงออกและอายุการใช้งานของเครื่องมือจะสั้นลง หากใช้เกรด CBN ที่มีความแข็งต่ำกว่าและเปลี่ยนรูปทรงของคมตัด วัสดุชิ้นงานที่มีความแข็ง 45-50 HRC ก็สามารถตัดได้สำเร็จ"

เม็ดมีดกลึงร่อง S117 HORN ที่พัฒนาโดยบริษัทใช้ปลาย PCBN และระยะกินลึกประมาณ 0.15-0.2 มม. เมื่อตัดความกว้างของเฟืองอย่างแม่นยำ เพื่อให้ได้ผิวสำเร็จที่ดี ใบมีดจะมีระนาบการขูดที่ขอบตัดแต่ละด้านทั้งสองด้าน

อีกทางเลือกหนึ่งคือเปลี่ยนพารามิเตอร์การตัด ตามรายงานของ Economan ของ Index “หลังจากตัดผ่านชั้นที่ชุบแข็งแล้ว สามารถใช้พารามิเตอร์การตัดที่ใหญ่ขึ้นได้ หากความลึกที่ชุบแข็งเพียง 0.13 มม. หรือ 0.25 มม. หลังจากตัดผ่านความลึกนี้ จะต้องเปลี่ยนใบมีดที่แตกต่างกันหรือยังคงใช้ใบมีดเดิม แต่เพิ่มพารามิเตอร์การตัดให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม"

เพื่อให้ครอบคลุมการประมวลผลที่กว้างขึ้น เกรดใบมีด PCBN จึงเพิ่มขึ้น เกรดที่มีความแข็งสูงกว่าช่วยให้ใช้ความเร็วตัดได้เร็วขึ้น ในขณะที่เกรดที่มีความเหนียวดีกว่าก็สามารถนำมาใช้ในสภาพแวดล้อมการประมวลผลที่ไม่เสถียรมากขึ้น สำหรับการตัดแบบต่อเนื่องหรือแบบขัดจังหวะ สามารถใช้เกรดเม็ดมีด PCBN ที่แตกต่างกันได้ Maton ของ Sumitomo Electric ชี้ให้เห็นว่าเนื่องจากความเปราะบางของเครื่องมือ PCBN คมตัดที่คมจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการบิ่นเมื่อตัดเฉือนเหล็กชุบแข็ง “เราต้องปกป้องคมตัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตัดแบบขัดจังหวะ คมตัดควรเตรียมมากกว่าการตัดแบบต่อเนื่อง และมุมตัดควรใหญ่กว่า”

เกรด IB10H และ IB20H ที่พัฒนาขึ้นใหม่ของ Iskar ช่วยเพิ่มสายผลิตภัณฑ์ Groove Turn PCBN IB10H เป็นเกรด PCBN เนื้อละเอียดสำหรับการตัดเหล็กชุบแข็งแบบต่อเนื่องด้วยความเร็วปานกลางถึงสูง ในขณะที่ IB20H ประกอบด้วยเม็ด PCBN ขนาดเกรนละเอียดและปานกลาง ซึ่งให้ความทนทานต่อการสึกหรอและแรงกระแทกได้ดี เครื่องชั่งสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงกว่าของการตัดเหล็กชุบแข็งที่ขัดจังหวะ โหมดความล้มเหลวปกติของเครื่องมือ PCBN ควรอยู่ที่คมตัดสึกหรอแทนที่จะแตกหรือร้าวในทันที

เกรด PCBN เคลือบ BNC30G ที่ Sumitomo Electric นำเสนอ ใช้สำหรับการกลึงร่องของชิ้นงานเหล็กชุบแข็งแบบขัดจังหวะ สำหรับการกลึงร่องอย่างต่อเนื่อง บริษัทแนะนำเกรดใบมีดอเนกประสงค์ BN250 Maton กล่าวว่า “เมื่อตัดอย่างต่อเนื่องใบมีดจะถูกตัดเป็นเวลานาน ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนในการตัดมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ใบมีดที่ทนทานต่อการสึกหรอได้ดี ในกรณีของการเซาะร่องเป็นระยะ ใบมีดจะเข้าและออกจากการตัดอย่างต่อเนื่อง มันมีผลกระทบอย่างมากต่อปลาย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ใบมีดที่มีความเหนียวดีและสามารถทนต่อแรงกระแทกเป็นระยะๆ นอกจากนี้ การเคลือบใบมีดยังช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องมืออีกด้วย"

โดยไม่คำนึงถึงประเภทของการกลึงร่อง การประชุมเชิงปฏิบัติการที่เคยอาศัยการเจียรถึงเสร็จสิ้นชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งสามารถแปลงเป็นการกลึงร่องด้วยเครื่องมือ PCBN เพื่อเพิ่มผลผลิต การกลึงร่องแบบแข็งสามารถบรรลุความแม่นยำของขนาดเทียบเท่ากับการเจียร ในขณะที่ลดเวลาในการตัดเฉือนลงอย่างมาก