Cắt thép cứng bằng máy cắt PCBN

Cắt thép cứng bằng máy cắt PCBN

Trong thập kỷ qua, việc tạo rãnh chính xác cho các bộ phận bằng thép cứng với hạt chèn boron nitrit khối đa tinh thể (PCBN) đã dần thay thế phương pháp mài truyền thống. Tyler Economan, giám đốc kỹ thuật đấu thầu tại Index, Hoa Kỳ, cho biết “Nói chung, mài rãnh là một quá trình ổn định hơn, cung cấp độ chính xác về kích thước cao hơn so với mài rãnh. Tuy nhiên, người ta vẫn muốn có thể hoàn thành phôi trên máy tiện. Yêu cầu nhiều quy trình xử lý. "

Các vật liệu phôi khác nhau đã được tôi cứng bao gồm thép tốc độ cao, thép chết, thép chịu lực và thép hợp kim. Chỉ những kim loại đen mới có thể được làm cứng và quá trình làm cứng thường được áp dụng cho thép cacbon thấp. Thông qua xử lý làm cứng, độ cứng bên ngoài của phôi có thể được làm cao hơn và có thể đeo được, trong khi bên trong có độ dẻo dai tốt hơn. Các bộ phận làm bằng thép cứng bao gồm trục gá, trục, đầu nối, bánh xe dẫn động, trục cam, bánh răng, ống lót, trục truyền động, ổ trục, và các loại tương tự.

Tuy nhiên, "vật liệu cứng" là một khái niệm tương đối, đang thay đổi. Một số người nghĩ rằng vật liệu phôi có độ cứng 40-55 HRC là vật liệu cứng; những người khác tin rằng độ cứng của vật liệu cứng phải là 58-60 HRC hoặc cao hơn. Trong danh mục này, các công cụ PCBN có thể được sử dụng.

Sau khi làm cứng cảm ứng, lớp cứng bề mặt có thể dày tới 1,5mm và độ cứng có thể đạt 58-60 HRC, trong khi vật liệu bên dưới lớp bề mặt thường mềm hơn nhiều. Trong trường hợp này, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng phần lớn quá trình cắt được thực hiện bên dưới lớp cứng bề mặt.

Máy công cụ có đủ công suất và độ cứng là điều kiện cần thiết để tạo rãnh cho các chi tiết đã được tôi cứng. Theo Economan, “Độ cứng của máy công cụ càng tốt và công suất càng cao thì việc tạo rãnh trên vật liệu cứng càng hiệu quả. Đối với vật liệu phôi có độ cứng hơn 50 HRC, nhiều máy công cụ nhẹ không đáp ứng được các điều kiện cắt theo yêu cầu. Nếu vượt quá công suất máy (công suất, mô-men xoắn và đặc biệt là độ cứng) thì không thể hoàn thành công việc gia công một cách thành công. "

Độ cứng rất quan trọng đối với thiết bị giữ phôi vì bề mặt tiếp xúc của lưỡi cắt với phôi lớn trong quá trình tạo rãnh, dao tạo áp lực lớn lên phôi. Khi kẹp phôi thép cứng, có thể dùng bản kẹp rộng để phân tán bề mặt kẹp. Paul Ratzki, giám đốc tiếp thị của Sumitomo Electric Hard Alloy Co., cho biết “Các bộ phận được gia công phải được hỗ trợ chắc chắn. Khi gia công vật liệu cứng, độ rung và áp suất dao tạo ra lớn hơn nhiều so với khi gia công phôi thường, có thể dẫn đến hiện tượng kẹp phôi. Không thể bay ra khỏi máy, hoặc làm cho lưỡi CBN bị vụn hoặc thậm chí bị gãy. "

Trục giữ miếng chèn rãnh phải càng ngắn càng tốt để giảm thiểu phần nhô ra và tăng độ cứng của dụng cụ. Matthew Schmitz, giám đốc sản phẩm GRIP tại Isca, chỉ ra rằng nhìn chung, các dụng cụ nguyên khối phù hợp hơn để tạo rãnh trên các vật liệu cứng. Tuy nhiên, công ty cũng cung cấp một hệ thống rãnh mô-đun. Ông nói: “Chuôi kiểu mô-đun có thể được sử dụng trong các tình huống gia công mà công cụ dễ bị hỏng đột ngột. “Bạn không cần phải thay thế toàn bộ trục, bạn chỉ cần thay thế một bộ phận ít tốn kém hơn. Cùm mô-đun cũng cung cấp nhiều tùy chọn gia công khác nhau. Hệ thống mô-đun Grip của Iskar có thể được lắp đặt trên nhiều loại sản phẩm khác nhau. Bạn có thể sử dụng ngăn chứa dụng cụ với 7 lưỡi dao khác nhau cho 7 dòng sản phẩm hoặc bất kỳ số lượng lưỡi dao nào để gia công khác nhau Cùng một dòng sản phẩm có độ rộng rãnh. "

Cán dao của Sumitomo Electric để kẹp hạt dao kiểu CGA sử dụng phương pháp kẹp trên để kéo lưỡi dao trở lại giá đỡ. Giá đỡ này cũng có vít siết bên hông để giúp cải thiện độ ổn định của tay cầm và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ. Rich Maton, trợ lýGiám đốc bộ phận thiết kế của công ty cho biết, "Giá đỡ công cụ này được thiết kế để tạo rãnh trên phôi cứng. Nếu lưỡi dao di chuyển trong giá đỡ, lưỡi dao sẽ mòn theo thời gian và tuổi thọ của dao thay đổi. Đối với yêu cầu gia công năng suất cao của ô tô trong ngành công nghiệp (chẳng hạn như 50-100 hoặc 150 phôi trên mỗi lưỡi cắt), khả năng dự đoán tuổi thọ của dụng cụ là đặc biệt quan trọng và những thay đổi trong tuổi thọ của dụng cụ có thể có tác động đáng kể đến sản xuất. "

Theo báo cáo, hệ thống rãnh mô-đun GY series Tri-Lock của Mitsubishi Materials có độ cứng tương đương với mâm cặp lưỡi tích hợp. Hệ thống kẹp chặt các lưỡi cắt rãnh một cách đáng tin cậy từ ba hướng (ngoại vi, phía trước và phía trên). Thiết kế hai cấu trúc của nó giúp ngăn lưỡi dao không bị dịch chuyển trong quá trình tạo rãnh: hình chiếu hình chữ V ngăn lưỡi dao di chuyển sang hai bên; khóa an toàn loại bỏ chuyển động tịnh tiến của lưỡi cắt do lực cắt gây ra trong quá trình gia công rãnh.

Các miếng chèn rãnh thường được sử dụng cho các bộ phận bằng thép cứng bao gồm miếng chèn hình vuông đơn giản, miếng chèn định hình, miếng chèn có rãnh, và các loại tương tự. Nói chung, các rãnh cắt được yêu cầu phải có bề mặt hoàn thiện tốt vì chúng có một phần giao phối, và một số là rãnh chữ O hoặc rãnh vòng chụp. Theo Mark Menconi, chuyên gia sản phẩm tại Mitsubishi Materials, "Các quy trình này có thể được chia thành gia công rãnh đường kính trong và gia công rãnh đường kính ngoài, nhưng hầu hết các hoạt động tạo rãnh đều yêu cầu cắt mịn, bao gồm độ chính xác chạm nhẹ từ độ sâu cắt khoảng 0,25 mm. Cắt đến một vết cắt đầy đủ với độ sâu khoảng 0,5mm. "

Việc tạo rãnh cho thép cứng cần sử dụng các dụng cụ có độ cứng cao hơn, chịu mài mòn tốt hơn và có dạng hình học phù hợp. Điều quan trọng là phải tìm ra liệu có nên sử dụng miếng chèn cacbua, miếng chèn bằng sứ hay miếng chèn PCBN hay không. Schmitz cho biết, “Tôi hầu như luôn chọn hạt chèn cacbua khi gia công phôi có độ cứng dưới 50 HRC. Đối với phôi có độ cứng 50-58 HRC, miếng chèn sứ là một lựa chọn rất kinh tế. Chỉ khi chèn CBN của phôi mới được xem xét có độ cứng lên đến 58 HRC. Các hạt dao CBN đặc biệt thích hợp để gia công các vật liệu có độ cứng cao như vậy vì cơ chế gia công không phải là vật liệu cắt mà là giao diện dao / phôi. Làm tan chảy vật liệu.

Để tạo rãnh cho các bộ phận bằng thép cứng có độ cứng trên 58 HRC, việc kiểm soát phoi không phải là vấn đề. Vì thường sử dụng rãnh khô nên các mảnh vụn giống như bụi hoặc các hạt rất nhỏ và có thể được loại bỏ bằng cách thổi bằng tay. Maton của Sumitomo Electric cho biết, "Thông thường, loại swarf này sẽ vỡ ra và tan rã khi va chạm vào bất cứ thứ gì, vì vậy sự tiếp xúc của swarf với phôi sẽ không làm hỏng phôi. Nếu bạn nắm lấy một swarf, chúng sẽ đập vào tay bạn".

Một trong những lý do tại sao hạt dao CBN thích hợp cho việc cắt khô là mặc dù khả năng chịu nhiệt của chúng rất tốt, nhưng hiệu suất xử lý bị giảm đáng kể trong trường hợp nhiệt độ dao động. Economan cho biết, “Trên thực tế, khi miếng chèn CBN tiếp xúc với vật liệu phôi, nó tạo ra nhiệt cắt trên chóp, nhưng vì miếng chèn CBN kém thích ứng với sự thay đổi nhiệt độ, nên rất khó để làm mát đầy đủ để duy trì một nhiệt độ ổn định. nhiệt độ. Trạng thái. CBN rất cứng, nhưng nó cũng rất giòn và có thể bị vỡ do thay đổi nhiệt độ. "

Khi cắt các bộ phận bằng thép có độ cứng thấp (chẳng hạn như 45-50 HRC) với chèn cacbua, gốm hoặc PCBN, các phoi tạo ra phải càng ngắn càng tốt. Điều này có hiệu quả loại bỏ nhiệt cắt trong vật liệu dụng cụ trong quá trình cắt vì phoi có thể mang đi một lượng lớn nhiệt.

Iskar's Schmitz cũng khuyến nghị rằng công cụ được xử lý ở trạng thái "đảo ngược". Ông giải thích, “Khi lắp đặt một công cụ trên một máy công cụ, công cụ ưa thích của người chế tạo máy công cụ được cài đặt bằng cách cắt mặt lưỡi lên, vì điều này cho phépquay của phôi để tạo áp lực xuống đường ray máy để giữ cho máy ổn định. Tuy nhiên, khi lưỡi cắt vào vật liệu phôi, các phoi đã hình thành có thể vẫn còn trên lưỡi cắt và phôi. Nếu lật ngược ngăn chứa dụng cụ và lắp ngược dụng cụ, sẽ không nhìn thấy lưỡi dao và dòng phoi sẽ tự động thoát ra khỏi vùng cắt dưới tác dụng của trọng lực. "

Làm cứng bề mặt là một phương pháp đơn giản để cải thiện độ cứng của thép cacbon thấp. Nguyên tắc là tăng hàm lượng cacbon ở độ sâu nhất định dưới bề mặt vật liệu. Khi độ sâu của rãnh vượt quá độ dày của lớp cứng bề mặt, một số vấn đề có thể phát sinh do sự thay đổi của lưỡi cắt rãnh từ vật liệu cứng hơn sang vật liệu mềm hơn. Để đạt được mục tiêu này, các nhà sản xuất dụng cụ đã phát triển một số loại lưỡi dao cho các loại vật liệu phôi khác nhau.

Duane Drape, giám đốc kinh doanh tại Horn (Mỹ), cho biết “Khi thay đổi từ vật liệu cứng hơn sang vật liệu mềm hơn, không phải lúc nào người dùng cũng muốn thay đổi lưỡi dao, vì vậy chúng tôi phải tìm công cụ tốt nhất cho kiểu gia công này. Nếu sử dụng một miếng chèn cacbua xi măng, nó sẽ gặp phải vấn đề mài mòn quá mức khi lưỡi cắt bề mặt cứng. lưỡi. Chúng ta có thể sử dụng một thỏa hiệp: hạt chèn cacbua có độ cứng cao + lớp phủ siêu bôi trơn, hoặc loại hạt dao CBN tương đối mềm + hạt dao cắt phù hợp để cắt các vật liệu thông thường (thay vì gia công cứng). "

Drape cho biết, “Bạn có thể sử dụng hạt dao CBN để cắt hiệu quả vật liệu phôi có độ cứng 45-50 HRC, nhưng hình dạng hình học của lưỡi dao phải được điều chỉnh. Các hạt dao CBN điển hình có một mép vát âm trên lưỡi cắt. Chèn CBN vát mép âm này mềm hơn đối với máy. Khi vật liệu phôi được sử dụng, vật liệu sẽ có tác dụng kéo ra và tuổi thọ của dao sẽ bị rút ngắn. Nếu sử dụng loại CBN có độ cứng thấp hơn và hình dạng hình học của lưỡi cắt bị thay đổi, vật liệu phôi có độ cứng 45-50 HRC có thể được cắt thành công. "

Hạt dao tạo rãnh S117 HORN do công ty phát triển sử dụng đầu nhọn PCBN và độ sâu cắt khoảng 0,15-0,2 mm khi chiều rộng bánh răng được cắt chính xác. Để đạt được độ hoàn thiện bề mặt tốt, lưỡi dao có mặt phẳng cạo trên mỗi mép cắt ở cả hai mặt.

Một tùy chọn khác là thay đổi các thông số cắt. Theo Economan của Index, “Sau khi cắt qua lớp cứng, các thông số cắt lớn hơn có thể được sử dụng. Nếu độ sâu cứng chỉ còn 0,13mm hoặc 0,25mm thì sau khi cắt hết độ sâu này, các lưỡi cắt khác nhau được thay thế hoặc vẫn Sử dụng cùng một loại lưỡi dao, nhưng tăng thông số cắt lên mức phù hợp. "

Để đáp ứng phạm vi xử lý rộng hơn, các cấp lưỡi dao PCBN ngày càng tăng. Các cấp độ cứng cao hơn cho phép tốc độ cắt nhanh hơn, trong khi các cấp có độ bền tốt hơn có thể được sử dụng trong các môi trường gia công không ổn định hơn. Để cắt liên tục hoặc cắt gián đoạn, cũng có thể sử dụng các loại hạt chèn PCBN khác nhau. Maton của Sumitomo Electric chỉ ra rằng do công cụ PCBN giòn, các cạnh cắt sắc bén dễ bị mẻ khi gia công thép cứng. “Chúng ta phải bảo vệ lưỡi cắt, đặc biệt là khi cắt gián đoạn, lưỡi cắt phải được chuẩn bị nhiều hơn so với cắt liên tục, và góc cắt phải lớn hơn.”

Các lớp IB10H và IB20H mới được phát triển của Iskar tiếp tục mở rộng dòng sản phẩm Groove Turn PCBN. IB10H là loại PCBN hạt mịn dùng để cắt thép cứng liên tục với tốc độ trung bình đến cao; trong khi IB20H bao gồm các hạt PCBN có kích thước hạt mịn và trung bình, mang lại khả năng chống mài mòn và chống va đập tốt. Sự cân bằng có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt hơn của việc cắt gián đoạn thép cứng. Chế độ hỏng hóc bình thường của công cụ PCBN phải là lưỡi cắt bị mònchứ không phải là nứt hoặc nứt đột ngột.

Lớp PCBN phủ BNC30G do Sumitomo Electric giới thiệu được sử dụng để tạo rãnh gián đoạn trên phôi thép cứng. Để tạo rãnh liên tục, công ty khuyến nghị loại lưỡi phổ thông BN250 của mình. Maton cho biết “Khi cắt liên tục, lưỡi cắt trong thời gian dài sẽ sinh ra nhiều nhiệt cắt. Do đó, cần sử dụng loại lưỡi cắt có khả năng chống mài mòn tốt. Trong trường hợp tạo rãnh không liên tục, lưỡi dao liên tục vào và ra khỏi vết cắt. Nó có ảnh hưởng lớn đến tiền boa. Vì vậy, cần sử dụng loại lưỡi cắt có độ dẻo dai tốt, chịu được va đập liên tục. Ngoài ra, lớp phủ ngoài lưỡi dao còn giúp kéo dài tuổi thọ dụng cụ. "

Bất kể loại rãnh nào được gia công, các xưởng trước đây phụ thuộc vào mài để hoàn thiện các bộ phận bằng thép cứng có thể chuyển sang tạo rãnh bằng công cụ PCBN để tăng năng suất. Rãnh cứng có thể đạt được độ chính xác về kích thước tương đương với mài, đồng thời giảm đáng kể thời gian gia công.