Прорізування загартованої сталі за допомогою фрези PCBN
Прорізування загартованої сталі фрезою PCBN
За останнє десятиліття прецизійне нарізання канавок із загартованих сталевих деталей за допомогою вставок із полікристалічного кубічного нітриду бору (PCBN) поступово замінило традиційне шліфування. Тайлер Економан, менеджер з тендерної роботи в Index, США, сказав: «Загалом, шліфування канавок є більш стабільним процесом, який забезпечує більш високу точність розмірів, ніж канавки. Однак люди все одно хочуть мати можливість завершити заготовку на токарному верстаті. Потрібна різноманітна обробка».
Різні матеріали заготовки, які були загартовані, включають швидкорізальну сталь, штампова сталь, підшипникову сталь і леговану сталь. Загартовувати можна тільки чорні метали, а процеси зміцнення зазвичай застосовуються до низьковуглецевих сталей. Завдяки обробці загартування зовнішня твердість заготовки може бути підвищеною та придатною для носіння, а внутрішня міцність має кращу міцність. Частини, виготовлені із загартованої сталі, включають оправки, осі, з’єднувачі, ведучі колеса, розподільні вали, шестерні, втулки, приводні вали, підшипники тощо.
Проте «тверді матеріали» — поняття відносне, що змінюється. Деякі люди вважають, що матеріали заготовки з твердістю 40-55 HRC є твердими матеріалами; інші вважають, що твердість твердих матеріалів повинна бути 58-60 HRC або вище. У цій категорії можна використовувати інструменти PCBN.
Після індукційного зміцнення поверхневий затверділий шар може бути товщиною до 1,5 мм, а твердість може досягати 58-60 HRC, тоді як матеріал під поверхневим шаром зазвичай набагато м’якший. У цьому випадку важливо стежити за тим, щоб більша частина різання проводилася нижче поверхневого затверділого шару.
Верстати з достатньою потужністю і жорсткістю є необхідною умовою для наточування загартованих деталей. За словами Economan, «чим краща жорсткість верстата і вища потужність, тим ефективніше канавки загартованого матеріалу. Для матеріалів заготовки з твердістю понад 50 HRC багато легких верстатів не відповідають необхідним умовам різання. Якщо потужність машини (потужність, крутний момент і особливо жорсткість) перевищена, обробка не може бути успішно завершена».
Жорсткість дуже важлива для пристрою утримування заготовки, оскільки поверхня контакту ріжучої кромки із заготовкою є великою в процесі обробки канавки, і інструмент чинить великий тиск на заготовку. При затисканні заготовок із загартованої сталі можна використовувати широкий затиск для розсіювання затискної поверхні. Пол Ратцкі, менеджер з маркетингу Sumitomo Electric Hard Alloy Co., сказав: «Деталі, які підлягають обробці, повинні мати міцну підтримку. При обробці загартованих матеріалів створюється вібрація та тиск інструменту набагато більші, ніж при обробці звичайних заготовок, що може призвести до затискання заготовки. Не може вилетіти з машини або спричинити відкол або навіть поломку леза CBN».
Хвостовик, який утримує пластину для канавок, повинен бути якомога коротшим, щоб мінімізувати звис і збільшити жорсткість інструменту. Метью Шмітц, менеджер з продуктів GRIP в Isca, зазначає, що загалом монолітні інструменти більше підходять для наточування загартованих матеріалів. Однак компанія також пропонує модульну систему канавок. «Модульний хвостовик можна використовувати в ситуаціях механічної обробки, коли інструмент схильний до раптових поломок», – говорить він. «Вам не потрібно замінювати весь хвостовик, вам просто потрібно замінити менш дорогий компонент. Модульний хвостовик також пропонує різноманітні варіанти обробки. Модульна система Iskar's Grip може бути встановлена в різні вироби. Ви можете використовувати тримач інструменту з 7 різними лезами для 7 ліній продуктів або будь-яку кількість лез для різної обробки. Та сама лінія продуктів із шириною прорізу».
У держателях інструментів Sumitomo Electric для захвату пластин типу CGA використовується метод верхнього затиску, який тягне лезо назад у тримач. Цей тримач також має бічний кріпильний гвинт, який допомагає покращити стабільність зчеплення та продовжити термін служби інструменту. Річ Матон, асистМенеджер конструкторського відділу компанії сказав: «Цей тримач інструменту призначений для канавок загартованих заготовок. Якщо лезо рухається в тримачі, лезо з часом зношується, а термін служби інструменту змінюється. Для вимог високопродуктивної механічної обробки в автомобілі промисловості (наприклад, 50-100 або 150 заготовок на ріжучу кромку), передбачуваність терміну служби інструменту особливо важлива, а зміни в терміні служби інструменту можуть мати значний вплив на виробництво».
Згідно з повідомленнями, модульна система нарізання канавок серії GY Tri-Lock від Mitsubishi Materials порівнянна за жорсткістю з інтегральними патронами для лез. Система надійно захоплює леза для канавок з трьох напрямків (периферійного, переднього та верхнього). Його двоструктурна конструкція запобігає зміщенню леза під час канавок: V-подібний виступ запобігає зміщенню леза в сторони; запобіжний ключ виключає переміщення леза вперед, викликане силою різання під час обробки отворів.
Зазвичай використовувані пластини для канавок для деталей із загартованої сталі включають прості квадратні пластини, формуючі пластини, пластини з прорізами тощо. Як правило, вирізані канавки повинні мати гарну обробку поверхні, оскільки вони мають сполучну частину, а деякі є ущільнювальними кільцями або канавками для стопорних кілець. За словами Марка Менконі, спеціаліста з продуктів Mitsubishi Materials, «Ці процеси можна розділити на обробку канавки внутрішнього діаметра та обробку канавки зовнішнього діаметра, але більшість операцій з обробки канавок вимагає тонкого різання, включаючи точність легкого дотику з глибиною різання приблизно 0,25 мм. повний розріз глибиною близько 0,5 мм».
Обробка канавок із загартованої сталі вимагає використання інструментів з більшою твердістю, кращою зносостійкістю та відповідною геометрією. Головне — з’ясувати, чи слід використовувати твердосплавну вставку, керамічну вставку чи вставку з PCBN. Шмітц сказав: «Я майже завжди вибираю твердосплавні пластини при обробці заготовок з твердістю нижче 50 HRC. Для заготовок з твердістю 50-58 HRC керамічні пластини є дуже економним вибором. Тільки у випадку, коли заготовка CBN пластини слід враховувати для твердості до 58 HRC. Пластини CBN особливо підходять для обробки таких високотвердих матеріалів, оскільки механізм обробки є не ріжучим матеріалом, а інтерфейсом інструмент/заготовка. Розтопіть матеріал.
Для обробки канавок із загартованої сталі з твердістю понад 58 HRC контроль стружки не є проблемою. Оскільки зазвичай використовується суха канавка, стружка більше схожа на пил або дуже дрібні частинки і їх можна видалити ударом вручну. Матон із Sumitomo Electric сказав: «Зазвичай цей вид стружки ламається та розпадається, коли вона вдаряється про що-небудь, тому контакт стружки з заготовкою не пошкодить заготовку. Якщо ви схопите стружку, вона розіб’ється у вашій руці».
Однією з причин, чому пластини CBN придатні для сухого різання, є те, що хоча їх термостійкість дуже хороша, продуктивність обробки значно знижується у разі коливань температури. Economan каже: «Насправді, коли пластина CBN контактує з матеріалом заготовки, вона виділяє тепло різання на кінчику, але оскільки пластина CBN менш адаптована до змін температури, її важко адекватно охолодити, щоб підтримувати постійну температура. держава. CBN дуже твердий, але він також дуже крихкий і може розірватися через зміни температури».
При різанні сталевих деталей з низькою твердістю (наприклад, 45-50 HRC) за допомогою твердосплавних, керамічних або PCBN вставок утворювана стружка повинна бути якомога коротшою. Це ефективно видаляє тепло різання в матеріалі інструменту під час процесу різання, оскільки стружка може відносити велику кількість тепла.
Компанія Iskar's Schmitz також рекомендує обробляти інструмент у «перевернутому» стані. Він пояснив: «Під час встановлення інструменту на верстат, бажаний інструмент виробника верстатів встановлюється шляхом розрізання леза лицьовою стороною вгору, оскільки це дозволяєобертання заготовки для тиску вниз на рейку машини, щоб утримувати машину стабільною. Однак, коли лезо врізається в матеріал заготовки, утворена стружка може залишитися на лезі та заготовці. Якщо тримач інструмента перевернути, а інструмент встановити догори дном, лезо не буде видно, а потік стружки автоматично вийде з зони різання під дією сили тяжіння».
Поверхневе зміцнення є простим методом підвищення твердості низьковуглецевої сталі. Принцип полягає в збільшенні вмісту вуглецю на певній глибині під поверхнею матеріалу. Коли глибина канавки перевищує товщину поверхневого зміцненого шару, можуть виникнути деякі проблеми через зміну леза для канавок з більш твердого матеріалу на більш м’який. З цією метою виробники інструментів розробили кілька марок лез для різних типів матеріалів заготовок.
Дуейн Дрейп, менеджер з продажу Horn (США), сказав: «При переході з більш твердого матеріалу на більш м’який, користувач не завжди хоче міняти лезо, тому ми повинні знайти найкращий інструмент для цього типу обробки. . Якщо використовується пластина з цементованого карбіду, вона зіткнеться з проблемою надмірного зносу, коли лезо ріже тверду поверхню. Якщо пластина CBN, яка підходить для різання високотвердих матеріалів, використовується для різання м'якої частини, можна легко пошкодити лезо. Ми можемо використовувати компроміс: пластини з твердого сплаву високої твердості + покриття із надлишковою мастикою або відносно м’які марки пластин CBN + ріжучі пластини, придатні для різання звичайних матеріалів (а не для жорсткої механічної обробки)».
Дрейп сказав: «Ви можете використовувати пластини CBN для ефективного різання матеріалів заготовки з твердістю 45-50 HRC, але геометрію леза потрібно відрегулювати. Типові пластини CBN мають негативну фаску на ріжучій кромці. Ця пластина CBN із негативною фаскою м’якше обробляється. Коли використовується матеріал заготовки, матеріал буде мати ефект висмикування, а термін служби інструменту буде скорочено. Якщо використовується марка CBN з меншою твердістю і змінена геометрія ріжучої кромки, матеріал заготовки з твердістю 45-50 HRC можна успішно розрізати».
Розроблена компанією пазова пластина S117 HORN використовує наконечник з PCBN, а глибина різу становить приблизно 0,15-0,2 мм, якщо ширина зубчастого колеса точно нарізана. Щоб досягти гарної обробки поверхні, на кожній з ріжучих кромок з обох боків лезо має площину шкрібання.
Інший варіант – змінити параметри різання. За словами Index's Economan, «Після розрізання затверділого шару можна використовувати більші параметри різання. Якщо глибина загартування становить лише 0,13 мм або 0,25 мм, після розрізання цієї глибини або замінюють різні леза, або все одно використовують те саме лезо, але збільшують параметри різання до відповідного рівня».
Для того, щоб охопити більш широкий діапазон обробки, марки лезвий PCBN збільшуються. Вищі класи твердості забезпечують більш високі швидкості різання, тоді як марки з кращою в’язкістю можна використовувати в більш нестабільних середовищах обробки. Для безперервного або переривчастого різання можна також використовувати різні марки PCBN пластин. Матон з Sumitomo Electric зазначив, що через крихкість інструментів з PCBN гострі ріжучі кромки схильні до відколів при обробці загартованої сталі. «Ми повинні захищати ріжучу кромку, особливо при переривчастому різанні, ріжуча кромка повинна бути підготовлена більше, ніж при безперервному різанні, і кут різання повинен бути більшим».
Нещодавно розроблені марки Iskar IB10H і IB20H ще більше розширюють лінійку продуктів Groove Turn PCBN. IB10H — це дрібнозерниста марка PCBN для середньої та високої швидкості безперервного різання загартованої сталі; в той час як IB20H складається з дрібних і середніх зерен PCBN, що забезпечує хорошу зносостійкість і ударостійкість. Вага витримує більш жорсткі умови різання із загартованою сталі. Нормальним режимом відмови інструменту з PCBN має бути зношування ріжучої кромкиа не раптово тріснути чи тріщити.
Сорт PCBN з покриттям BNC30G, представлений Sumitomo Electric, використовується для переривчастого нарізання канавок заготовок із загартованої сталі. Для безперервної обробки канавок компанія рекомендує свій універсальний клас леза BN250. Матон сказав: «При безперервному різанні лезо ріжеться протягом тривалого часу, що виділяє багато тепла різання. Тому необхідно використовувати лезо з хорошою зносостійкістю. У разі переривчастої канавки лезо безперервно входить і виходить з різання. Це має великий вплив на кінчик. Тому необхідно використовувати лезо з хорошою в’язкістю і витримує періодичні удари. Крім того, покриття леза також допомагає продовжити термін служби інструменту».
Незалежно від типу канавки, що обробляється, цехи, які раніше покладалися на шліфування для обробки деталей із загартованої сталі, можуть бути перетворені на наточування за допомогою інструментів PCBN для підвищення продуктивності. Тверда канавка дозволяє досягти точності розмірів, порівнянної з шліфуванням, при цьому значно скорочується час обробки.
