شق الفولاذ المقسى باستخدام قاطع PCBN

شق الفولاذ المقسى باستخدام قاطع PCBN

في العقد الماضي، حل الحز الدقيق للأجزاء الفولاذية الصلبة بإدخالات نيتريد البورون المكعب متعدد البلورات (PCBN) محل الطحن التقليدي تدريجيًا. قال تايلر إيكونومان، مدير هندسة العطاءات في شركة إندكس بالولايات المتحدة الأمريكية: "بشكل عام، تعد أخاديد الطحن عملية أكثر استقرارًا وتوفر دقة أبعاد أعلى من الحز. ومع ذلك، لا يزال الناس يريدون أن يكونوا قادرين على إكمال قطعة العمل على مخرطة. ويتطلب الأمر مجموعة متنوعة من المعالجة."

تشتمل مواد قطع العمل المختلفة التي تم تصليدها على الفولاذ عالي السرعة، وفولاذ القالب، وفولاذ التحمل، وسبائك الفولاذ. يمكن تصلب المعادن الحديدية فقط، وعادةً ما يتم تطبيق عمليات التقسية على الفولاذ منخفض الكربون. من خلال معالجة التقسية، يمكن جعل الصلابة الخارجية لقطعة العمل أعلى وأكثر قابلية للارتداء، في حين أن الجزء الداخلي يتمتع بصلابة أفضل. تشمل الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقسى الشياق، والمحاور، والموصلات، وعجلات القيادة، وأعمدة الكامات، والتروس، والبطانات، وأعمدة القيادة، والمحامل، وما شابه ذلك.

ومع ذلك، فإن "المواد الصلبة" هي مفهوم نسبي ومتغير. يعتقد بعض الناس أن مواد الشغل ذات الصلابة 40-55 HRC هي مواد صلبة؛ يعتقد البعض الآخر أن صلابة المواد الصلبة يجب أن تكون 58-60 HRC أو أعلى. في هذه الفئة، يمكن استخدام أدوات PCBN.

بعد التصلب بالحث، يمكن أن تصل سماكة الطبقة السطحية المقوية إلى 1.5 مم ويمكن أن تصل الصلابة إلى 58-60 HRC، في حين أن المادة الموجودة أسفل الطبقة السطحية عادة ما تكون أكثر ليونة. في هذه الحالة، من المهم التأكد من أن معظم عمليات القطع تتم تحت الطبقة السطحية الصلبة.

تعد الأدوات الآلية ذات القوة والصلابة الكافية شرطًا ضروريًا لحفر الأجزاء الصلبة. وفقًا لمجلة إيكونومان، "كلما كانت صلابة أداة الماكينة أفضل وكلما زادت الطاقة، زادت كفاءة حز المواد المتصلبة. بالنسبة لمواد الشغل التي تزيد صلابة الماكينة عن 50 HRC، فإن العديد من أدوات الماكينة الخفيفة لا تلبي شروط القطع المطلوبة. إذا تم تجاوز قدرة الماكينة (الطاقة، وعزم الدوران، وخاصة الصلابة)، فلا يمكن إكمال المعالجة بنجاح."

تعتبر الصلابة مهمة جدًا لجهاز حمل قطعة العمل لأن سطح التلامس لحافة القطع مع قطعة العمل يكون كبيرًا أثناء عملية الحز، وتمارس الأداة ضغطًا كبيرًا على قطعة العمل. عند تثبيت قطع العمل الفولاذية الصلبة، يمكن استخدام مشبك عريض لتفريق سطح التثبيت. قال بول راتزكي، مدير التسويق في شركة Sumitomo Electric Hard Alloy Co.، "يجب دعم الأجزاء المراد تشكيلها بقوة. عند معالجة المواد الصلبة، يكون الاهتزاز وضغط الأداة المتولدين أكبر بكثير مما يحدث عند معالجة قطع العمل العادية، مما قد يؤدي إلى تثبيت قطعة العمل. لا يمكن أن تتطاير خارج الآلة، أو تتسبب في تشقق شفرة CBN أو حتى كسرها."

يجب أن تكون الساق التي تحمل إدخال الحز قصيرة قدر الإمكان لتقليل التراكم وزيادة صلابة الأداة. يشير ماثيو شميتز، مدير منتجات GRIP في Isca، إلى أن الأدوات المتجانسة بشكل عام أكثر ملاءمة لحفر المواد الصلبة. ومع ذلك، تقدم الشركة أيضًا نظام الحز المعياري. ويقول: "يمكن استخدام الساق المعيارية في حالات التشغيل الآلي حيث تكون الأداة عرضة للفشل المفاجئ". "ليس عليك استبدال الساق بالكامل، كل ما تحتاجه هو استبدال مكون أقل تكلفة. توفر الساق المعيارية أيضًا مجموعة متنوعة من خيارات التشغيل الآلي. يمكن تثبيت نظام Iskar's Grip المعياري في مجموعة متنوعة من المنتجات المختلفة. يمكنك استخدام حامل أدوات بـ 7 شفرات مختلفة لسبعة خطوط إنتاج أو أي عدد من الشفرات لمعالجة مختلفة لنفس خط الإنتاج بعرض الفتحة."

سوميتومو إييستخدم حاملو أدوات ليكتريك للإمساك بإدخالات من نوع CGA طريقة التثبيت العلوي التي تسحب الشفرة مرة أخرى إلى الحامل. يتميز هذا الحامل أيضًا بمسمار تثبيت جانبي للمساعدة في تحسين ثبات القبضة وإطالة عمر الأداة. قال ريتش ماتون، المدير المساعد لقسم التصميم بالشركة، "تم تصميم حامل الأدوات هذا لحفر قطع العمل الصلبة. إذا تحركت الشفرة في الحامل، فإن الشفرة تتآكل بمرور الوقت ويتغير عمر الأداة. بالنسبة لمتطلبات التصنيع عالية الإنتاجية لصناعة السيارات (مثل 50-100 أو 150 قطعة عمل لكل حافة قطع)، فإن القدرة على التنبؤ بعمر الأداة لها أهمية خاصة، ويمكن أن يكون للتغيرات في عمر الأداة تأثير كبير على الإنتاج."

وفقًا للتقارير، فإن نظام الحز المعياري ثلاثي القفل من سلسلة GY من شركة Mitsubishi Materials يمكن مقارنته من حيث الصلابة بظرف الشفرات المتكاملة. يمسك النظام بشكل موثوق بشفرات الحز من ثلاثة اتجاهات (المحيطي والأمامي والعلوي). يمنع تصميمها الهيكلي المزدوج الشفرة من التحرك أثناء الحز: يمنع البروز على شكل حرف V الشفرة من التحرك إلى الجانبين؛ يعمل مفتاح الأمان على منع الحركة الأمامية للشفرة الناتجة عن قوة القطع أثناء تصنيع الفتحات.

تتضمن إدخالات الحز شائعة الاستخدام للأجزاء الفولاذية المتصلبة إدخالات مربعة بسيطة، وإدراج تشكيل، وإدراج مشقوق، وما شابه ذلك. بشكل عام، يجب أن تكون الأخاديد المقطوعة ذات تشطيب سطحي جيد لأنها تحتوي على جزء تزاوج، وبعضها عبارة عن حلقات على شكل O أو أخاديد حلقية مفاجئة. وفقًا لمارك مينكوني، متخصص المنتجات في شركة Mitsubishi Materials، "يمكن تقسيم هذه العمليات إلى معالجة أخدود القطر الداخلي وتصنيع أخدود القطر الخارجي، ولكن معظم عمليات الحز تتطلب قطعًا دقيقًا، بما في ذلك دقة اللمس الخفيف من عمق القطع حوالي 0.25 مم. القطع إلى قطع كامل بعمق حوالي 0.5 مم."

يتطلب حفر الفولاذ المقسى استخدام أدوات ذات صلابة أعلى ومقاومة أفضل للتآكل وهندسة مناسبة. المفتاح هو معرفة ما إذا كان ينبغي استخدام ملحق كربيد أو ملحق سيراميك أو ملحق PCBN. قال شميتز، "أختار دائمًا إدراجات الكربيد عند تصنيع قطع العمل بصلابة أقل من 50 HRC. بالنسبة لقطع العمل ذات صلابة 50-58 HRC، تعد إدخالات السيراميك خيارًا اقتصاديًا للغاية. فقط عندما يجب أخذ إدراجات CBN في قطعة العمل بعين الاعتبار للصلابة التي تصل إلى 58 HRC. تعتبر إدخالات CBN مناسبة بشكل خاص لتصنيع مثل هذه المواد عالية الصلابة لأن آلية التصنيع ليست مادة قطع ولكنها واجهة الأداة/قطعة العمل تذوب المادة.

بالنسبة لحفر الأجزاء الفولاذية الصلبة ذات الصلابة التي تزيد عن 58 HRC، لا يمثل التحكم في الرقاقة مشكلة. نظرًا لاستخدام الحز الجاف عادةً، تكون الرقائق أشبه بالغبار أو الجزيئات الصغيرة جدًا ويمكن إزالتها بالنفخ اليدوي. وقال ماتون من شركة سوميتومو إلكتريك: "عادةً، هذا النوع من الخراطة ينكسر ويتفكك عندما يصطدم بأي شيء، لذا فإن ملامسة الخراطة لقطعة الشغل لن تلحق الضرر بقطعة الشغل. إذا أمسكت بسوارف، فسوف يتحطمون في يدك. "

أحد الأسباب التي تجعل إدخالات CBN مناسبة للقطع الجاف هو أنه على الرغم من أن مقاومتها للحرارة جيدة جدًا، إلا أن أداء المعالجة ينخفض بشكل كبير في حالة تقلبات درجات الحرارة. يقول إيكونومان: "في الواقع، عندما يكون ملحق CBN على اتصال بمادة قطعة العمل، فإنه ينتج حرارة القطع على الطرف، ولكن نظرًا لأن ملحق CBN أقل قدرة على التكيف مع التغيرات في درجات الحرارة، فمن الصعب تبريده بشكل كافٍ للحفاظ على درجة حرارة ثابتة. ولاية. إن CBN صلب جدًا، ولكنه أيضًا هش جدًا وقد ينفجر بسبب التغيرات في درجات الحرارة."

عند قطع الأجزاء الفولاذية ذات الصلابة المنخفضة (مثل 45-50 HRC) باستخدام كربيد أسمنتي أو سيراميك أو PCBN، يجب أن تكون الرقائق الناتجة قصيرة قدر الإمكان. يؤدي هذا إلى إزالة حرارة القطع بشكل فعال في مادة الأداة أثناء عملية القطع لأن الرقائق يمكن أن تحمل كمية كبيرة من الحرارة.

هويوصي kar's Schmitz أيضًا بمعالجة الأداة في حالة "مقلوبة". وأوضح: "عند تثبيت أداة على أداة الآلة، يتم تثبيت الأداة المفضلة لدى صانع أداة الآلة عن طريق قطع الشفرة بحيث يكون وجهها لأعلى، حيث يسمح ذلك بتدوير قطعة العمل لممارسة ضغط هبوطي على سكة الماكينة للحفاظ على استقرار الماكينة. ومع ذلك، عندما يتم قطع الشفرة في مادة قطعة العمل، قد تبقى الرقائق المشكلة على الشفرة وقطعة الشغل. إذا تم قلب حامل الأداة وتم تثبيت الأداة رأسًا على عقب، فلن تكون الشفرة مرئية، وسيخرج تدفق الرقاقة تلقائيًا من منطقة القطع أسفل عمل الجاذبية."

يعد تصلب السطح طريقة بسيطة لتحسين صلابة الفولاذ منخفض الكربون. المبدأ هو زيادة محتوى الكربون عند عمق معين تحت سطح المادة. عندما يتجاوز عمق الحز سمك الطبقة السطحية المتصلبة، قد تنشأ بعض المشاكل بسبب تغير شفرة الحز من مادة أكثر صلابة إلى مادة أكثر ليونة. ولتحقيق هذه الغاية، طور مصنعو الأدوات عدة درجات للشفرات لأنواع مختلفة من مواد قطع العمل.

قال Duane Drape، مدير المبيعات في Horn (الولايات المتحدة الأمريكية)، "عند التغيير من مادة أكثر صلابة إلى مادة أكثر ليونة، لا يرغب المستخدم دائمًا في تغيير الشفرة، لذلك يتعين علينا العثور على أفضل أداة لهذا النوع من الآلات. إذا تم استخدام إدراج كربيد أسمنتي، فسوف يواجه مشكلة التآكل المفرط عندما تقطع الشفرة سطحًا صلبًا. إذا تم استخدام ملحق CBN مناسب لقطع المواد عالية الصلابة لقطع جزء ناعم، فمن السهل إتلاف الشفرة. يمكننا استخدام التسوية: إدراجات كربيد عالية الصلابة + طلاءات مشحمة للغاية، أو درجات إدراج CBN ناعمة نسبيًا + إدراجات قطع مناسبة لقطع المواد الشائعة (بدلاً من الآلات الصلبة)."

قال Drape، "يمكنك استخدام إدراجات CBN لقطع مواد الشغل بشكل فعال بصلابة 45-50 HRC، ولكن يجب تعديل هندسة الشفرة. تحتوي إدخالات CBN النموذجية على شطب سلبي على حافة القطع. تعتبر إدراجات CBN ذات الشطب السلبي أكثر ليونة للآلة. عند استخدام مادة الشغل، سيكون للمادة تأثير سحب للخارج وسيتم تقصير عمر الأداة. إذا تم استخدام درجة CBN ذات صلابة أقل و تم تغيير هندسة حافة القطع، ويمكن قطع مادة الشغل ذات الصلابة 45-50 HRC بنجاح."

يستخدم ملحق الحز S117 HORN الذي طورته الشركة طرف PCBN، ويبلغ عمق القطع حوالي 0.15-0.2 مم عندما يتم قطع عرض الترس بدقة. من أجل تحقيق تشطيب جيد للسطح، تحتوي الشفرة على مستوى كشط على كل من حواف القطع على كلا الجانبين.

خيار آخر هو تغيير معلمات القطع. وفقًا لـ Index's Economan، "بعد قطع الطبقة المتصلبة، يمكن استخدام معلمات قطع أكبر. إذا كان العمق المتصلب 0.13 مم أو 0.25 مم فقط، فبعد القطع بهذا العمق، إما يتم استبدال الشفرات المختلفة أو الاستمرار في استخدام نفس الشفرة، ولكن قم بزيادة معلمات القطع إلى المستوى المناسب."

من أجل تغطية نطاق أوسع من المعالجة، تتزايد درجات شفرات PCBN. تسمح درجات الصلابة الأعلى بسرعات قطع أسرع، في حين يمكن استخدام الدرجات ذات الصلابة الأفضل في بيئات المعالجة غير المستقرة. للقطع المستمر أو المتقطع، يمكن أيضًا استخدام درجات إدراج PCBN مختلفة. وأشار ماتون من شركة سوميتومو إلكتريك إلى أنه بسبب هشاشة أدوات PCBN، فإن حواف القطع الحادة تكون عرضة للتقطيع عند تصنيع الفولاذ المتصلب. "يجب علينا حماية حافة القطع، خاصة في القطع المتقطع، ويجب إعداد حافة القطع أكثر من القطع المستمر، ويجب أن تكون زاوية القطع أكبر."

اسكار&تعمل درجات IB10H وIB20H المطورة حديثًا من #39 على توسيع خط إنتاج Groove Turn PCBN الخاص بها. IB10H عبارة عن درجة PCBN دقيقة الحبيبات للقطع المستمر للفولاذ المتصلب بسرعة متوسطة إلى عالية؛ بينما يتكون IB20H من حبيبات PCBN الدقيقة والمتوسطة الحجم، مما يوفر مقاومة جيدة للتآكل ومقاومة الصدمات. يمكن أن يتحمل الميزان الظروف القاسية للقطع المتقطع للفولاذ المتصلب. يجب أن يكون وضع الفشل الطبيعي لأداة PCBN هو أن الحافة المتطورة تتآكل بدلاً من التشقق أو التشقق فجأة.

يتم استخدام درجة PCBN المطلية بـ BNC30G المقدمة من شركة Sumitomo Electric في الحز المتقطع لقطع العمل الفولاذية الصلبة. من أجل الحز المستمر، توصي الشركة بدرجة الشفرة العالمية BN250. قال ماتون: "عند القطع المستمر، يتم قطع الشفرة لفترة طويلة، مما سيولد الكثير من حرارة القطع. لذلك، من الضروري استخدام شفرة ذات مقاومة جيدة للتآكل. في حالة الحز المتقطع، تدخل الشفرة بشكل مستمر وتخرج من القطع. لها تأثير كبير على الطرف. لذلك، من الضروري استخدام شفرة ذات صلابة جيدة ويمكنها تحمل التأثير المتقطع. بالإضافة إلى ذلك، يساعد طلاء الشفرة أيضًا على إطالة عمر الأداة."

بغض النظر عن نوع الأخدود الذي يتم تصنيعه، يمكن تحويل ورش العمل التي كانت تعتمد في السابق على الطحن لإنهاء الأجزاء الفولاذية الصلبة إلى الحز باستخدام أدوات PCBN لزيادة الإنتاجية. يمكن أن يحقق الحز الصلب دقة الأبعاد التي يمكن مقارنتها بالطحن، مع تقليل وقت المعالجة بشكل كبير.