Ranurado de acero endurecido con cortador PCBN

Ranurado de acero templado con cortador PCBN

En la última década, el ranurado de precisión de piezas de acero endurecido con inserciones de nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) ha reemplazado gradualmente al rectificado tradicional. Tyler Economan, gerente de ingeniería de licitaciones de Index, EE. UU., dijo: "En general, el rectificado de ranuras es un proceso más estable que proporciona una mayor precisión dimensional que el ranurado. Sin embargo, la gente todavía quiere poder completar la pieza de trabajo en un torno. Se requiere una variedad de procesamiento".

Varios materiales de piezas de trabajo que han sido endurecidos incluyen acero de alta velocidad, acero para troqueles, acero para cojinetes y acero aleado. Sólo se pueden endurecer metales ferrosos y los procesos de endurecimiento suelen aplicarse a los aceros con bajo contenido de carbono. Mediante el tratamiento de endurecimiento, la dureza externa de la pieza de trabajo puede ser mayor y desgastable, mientras que el interior tiene mejor tenacidad. Las piezas hechas de acero endurecido incluyen mandriles, ejes, conectores, ruedas motrices, árboles de levas, engranajes, casquillos, ejes motrices, cojinetes y similares.

Sin embargo, el concepto de "materiales duros" es relativo y está cambiando. Algunas personas piensan que los materiales de las piezas de trabajo con una dureza de 40-55 HRC son materiales duros; otros creen que la dureza de los materiales duros debería ser de 58 a 60 HRC o superior. En esta categoría, se pueden utilizar herramientas PCBN.

Después del endurecimiento por inducción, la capa superficial endurecida puede tener hasta 1,5 mm de espesor y la dureza puede alcanzar 58-60 HRC, mientras que el material debajo de la capa superficial suele ser mucho más blando. En este caso, es importante asegurarse de que la mayor parte del corte se realice debajo de la capa superficial endurecida.

Las máquinas herramienta con suficiente potencia y rigidez son una condición necesaria para el ranurado de piezas endurecidas. Según Economan, "cuanto mejor sea la rigidez de la máquina herramienta y mayor sea la potencia, más eficiente será el ranurado del material endurecido. Para materiales de piezas con una dureza de más de 50 HRC, muchas máquinas herramienta ligeras no cumplen con las condiciones de corte requeridas. Si se excede la capacidad de la máquina (potencia, par y especialmente rigidez), el mecanizado no se puede completar con éxito".

La rigidez es muy importante para el dispositivo de sujeción de la pieza de trabajo porque la superficie de contacto del filo con la pieza de trabajo es grande durante el proceso de ranurado y la herramienta ejerce una gran presión sobre la pieza de trabajo. Al sujetar piezas de acero endurecido, se puede utilizar una abrazadera ancha para dispersar la superficie de sujeción. Paul Ratzki, gerente de marketing de Sumitomo Electric Hard Alloy Co., dijo: "Las piezas a mecanizar deben estar firmemente sujetas. Al mecanizar materiales endurecidos, la vibración y la presión de la herramienta generadas son mucho mayores que cuando se mecanizan piezas de trabajo ordinarias, lo que puede provocar la sujeción de la pieza de trabajo. No puede salir volando de la máquina ni provocar que la hoja de CBN se astille o incluso se rompa".

El vástago que sujeta el inserto ranurador debe ser lo más corto posible para minimizar el saliente y aumentar la rigidez de la herramienta. Matthew Schmitz, director de productos GRIP de Isca, señala que, en general, las herramientas monolíticas son más adecuadas para ranurar materiales endurecidos. Sin embargo, la empresa también ofrece un sistema de ranurado modular. "El mango modular se puede utilizar en situaciones de mecanizado en las que la herramienta es propensa a fallar repentinamente", afirma. "No es necesario reemplazar todo el vástago, solo necesita reemplazar un componente menos costoso. El vástago modular también ofrece una variedad de opciones de mecanizado. El sistema modular Grip de Iskar se puede instalar en una variedad de productos diferentes. Puede usar un portaherramientas con 7 hojas diferentes para 7 líneas de productos o cualquier número de hojas para diferentes procesamientos. La misma línea de productos con ancho de ranura".

Sumitomo E.Los portaherramientas de Lectric para sujetar insertos tipo CGA utilizan un método de sujeción superior que tira de la hoja hacia el portaherramientas. Este soporte también cuenta con un tornillo de fijación lateral para ayudar a mejorar la estabilidad del agarre y prolongar la vida útil de la herramienta. Rich Maton, subdirector del departamento de diseño de la empresa, dijo: "Este portaherramientas está diseñado para ranurar piezas de trabajo endurecidas. Si la hoja se mueve en el soporte, la hoja se desgasta con el tiempo y la vida útil de la herramienta cambia. Para los requisitos de mecanizado de alta productividad de la industria automotriz (como 50-100 o 150 piezas por filo), la previsibilidad de la vida útil de la herramienta es particularmente importante, y los cambios en la vida útil de la herramienta pueden tener un impacto significativo en la producción".

Según los informes, el sistema de ranurado modular Tri-Lock de la serie GY de Mitsubishi Materials es comparable en rigidez a los mandriles de cuchilla integrales. El sistema agarra de forma fiable las cuchillas ranuradoras desde tres direcciones (periférica, frontal y superior). Su diseño de dos estructuras evita que la hoja se desplace durante el ranurado: el saliente en forma de V evita que la hoja se desplace hacia los lados; La llave de seguridad elimina el movimiento hacia adelante de la hoja causado por la fuerza de corte durante el mecanizado de ranuras.

Los insertos ranuradores comúnmente utilizados para piezas de acero endurecido incluyen insertos cuadrados simples, insertos conformadores, insertos ranurados y similares. Generalmente, se requiere que las ranuras cortadas tengan un buen acabado superficial porque tienen una porción de acoplamiento y algunas son juntas tóricas o ranuras para anillos elásticos. Según Mark Menconi, especialista de productos de Mitsubishi Materials, "Estos procesos se pueden dividir en mecanizado de ranuras de diámetro interior y mecanizado de ranuras de diámetro exterior, pero la mayoría de las operaciones de ranurado requieren un corte fino, incluida una precisión de toque ligero desde aproximadamente 0,25 mm de profundidad de corte. Corte hasta un corte completo con una profundidad de aproximadamente 0,5 mm".

El ranurado de acero templado requiere el uso de herramientas con mayor dureza, mejor resistencia al desgaste y geometría adecuada. La clave es determinar si se debe utilizar un inserto de carburo, un inserto de cerámica o un inserto de PCBN. Schmitz dijo: "Casi siempre elijo plaquitas de carburo cuando mecanizo piezas con durezas inferiores a 50 HRC. Para piezas con una dureza de 50-58 HRC, las plaquitas de cerámica son una opción muy económica. Sólo cuando la pieza de trabajo debe considerar las plaquitas CBN para una dureza de hasta 58 HRC. Las plaquitas CBN son especialmente adecuadas para mecanizar materiales tan duros porque el mecanismo de mecanizado no es un material de corte sino una herramienta/pieza de trabajo Derretir el material.

Para el ranurado de piezas de acero endurecido con una dureza superior a 58 HRC, el control de viruta no supone un problema. Dado que normalmente se utiliza el ranurado en seco, las virutas se parecen más al polvo o a partículas muy pequeñas y se pueden eliminar con un soplado manual. Maton de Sumitomo Electric dijo: "Por lo general, este tipo de virutas se rompen y desintegran cuando golpean algo, por lo que el contacto de las virutas con la pieza de trabajo no daña la pieza de trabajo. Si agarras una viruta, se te romperá en la mano. "

Una de las razones por las que las plaquitas de CBN son adecuadas para el corte en seco es que, aunque su resistencia al calor es muy buena, el rendimiento del procesamiento se reduce considerablemente en caso de fluctuaciones de temperatura. Economan dice: “De hecho, cuando el inserto de CBN está en contacto con el material de la pieza de trabajo, produce calor de corte en la punta, pero debido a que el inserto de CBN es menos adaptable a los cambios de temperatura, es difícil enfriarlo adecuadamente para mantener una temperatura constante. Estado. El CBN es muy duro, pero también muy frágil y puede romperse debido a los cambios de temperatura".

Al cortar piezas de acero con baja dureza (como 45-50 HRC) con insertos de carburo cementado, cerámica o PCBN, las virutas generadas deben ser lo más cortas posible. Esto elimina eficazmente el calor del corte en el material de la herramienta durante el proceso de corte porque las virutas pueden transportar una gran cantidad de calor.

esSchmitz de kar también recomienda trabajar la herramienta en estado "invertido". Explicó: "Al instalar una herramienta en una máquina herramienta, la herramienta preferida del fabricante de la máquina herramienta se instala cortando la hoja hacia arriba, ya que esto permite que la rotación de la pieza de trabajo ejerza presión hacia abajo sobre el riel de la máquina para mantener la máquina estable. Sin embargo, cuando la hoja se corta en el material de la pieza de trabajo, las virutas formadas pueden permanecer en la hoja y la pieza de trabajo. Si se gira el portaherramientas y la herramienta se monta boca abajo, la hoja no será visible y el flujo de viruta escapará automáticamente del área de corte bajo la acción de gravedad."

El endurecimiento de superficies es un método sencillo para mejorar la dureza del acero con bajo contenido de carbono. El principio es aumentar el contenido de carbono a cierta profundidad debajo de la superficie del material. Cuando la profundidad del ranurado excede el espesor de la capa superficial endurecida, pueden surgir algunos problemas debido al cambio de la cuchilla ranuradora de un material más duro a un material más blando. Para ello, los fabricantes de herramientas han desarrollado varias calidades de hojas para diferentes tipos de materiales de pieza.

Duane Drape, gerente de ventas de Horn (EE. UU.), dijo: "Al cambiar de un material más duro a uno más blando, el usuario no siempre quiere cambiar la hoja, por lo que tenemos que encontrar la mejor herramienta para este tipo de mecanizado. Si se utiliza una plaquita de carburo cementado, se encontrará con el problema de un desgaste excesivo cuando la hoja corte una superficie dura. Si se utiliza una plaquita de CBN adecuada para cortar materiales muy duros para cortar una parte blanda, es fácil dañar la hoja. Podemos llegar a un compromiso: alta insertos de carburo de dureza + recubrimientos súper lubricados, o grados de inserto CBN relativamente blandos + insertos de corte adecuados para cortar materiales comunes (en lugar de mecanizado duro)".

Drape dijo: "Puede utilizar plaquitas CBN para cortar eficazmente materiales de piezas de trabajo con una dureza de 45-50 HRC, pero se debe ajustar la geometría de la hoja. Las plaquitas CBN típicas tienen un chaflán negativo en el filo. Este inserto CBN con chaflán negativo es más suave para mecanizar. Cuando se utiliza el material de la pieza de trabajo, el material tendrá un efecto de extracción y la vida útil de la herramienta se acortará. Si se utiliza el grado CBN con menor dureza y se cambia la geometría del filo, el Se puede cortar con éxito material de pieza con una dureza de 45-50 HRC."

La plaquita ranuradora S117 HORN desarrollada por la empresa utiliza una punta PCBN y la profundidad de corte es de aproximadamente 0,15-0,2 mm cuando el ancho del engranaje se corta con precisión. Para conseguir un buen acabado superficial, la hoja dispone de un plano raspador en cada uno de los filos cortantes de ambas caras.

Otra opción es cambiar los parámetros de corte. Según Economan de Index, "Después de cortar la capa endurecida, se pueden usar parámetros de corte más grandes. Si la profundidad del endurecimiento es solo de 0,13 mm o 0,25 mm, después de cortar esta profundidad, se reemplazan las diferentes hojas o se sigue usando la misma hoja, pero se aumentan los parámetros de corte al nivel apropiado".

Para cubrir una gama más amplia de procesamiento, los grados de hojas de PCBN están aumentando. Los grados de mayor dureza permiten velocidades de corte más rápidas, mientras que los grados con mejor tenacidad se pueden utilizar en entornos de procesamiento más inestables. Para corte continuo o interrumpido, también se pueden utilizar diferentes calidades de plaquita PCBN. Maton de Sumitomo Electric señaló que debido a la fragilidad de las herramientas PCBN, los bordes cortantes afilados son propensos a astillarse al mecanizar acero endurecido. “Debemos proteger el filo, especialmente en el corte interrumpido, el filo debe estar más preparado que en el corte continuo y el ángulo de corte debe ser mayor”.

Ískar&Los grados IB10H e IB20H recientemente desarrollados amplían aún más su línea de productos Groove Turn PCBN. IB10H es una calidad PCBN de grano fino para corte continuo de acero endurecido a velocidad media a alta; mientras que IB20H consta de granos PCBN de tamaño de grano fino y medio, lo que proporciona buena resistencia al desgaste y al impacto. La balanza puede soportar las condiciones más duras del corte interrumpido de acero endurecido. El modo de falla normal de una herramienta PCBN debería ser que el filo se desgaste en lugar de agrietarse o agrietarse repentinamente.

La calidad PCBN recubierta BNC30G introducida por Sumitomo Electric se utiliza para el ranurado interrumpido de piezas de acero endurecido. Para ranurado continuo, la empresa recomienda su calidad de disco universal BN250. Maton dijo: "Cuando se corta continuamente, la hoja se corta durante mucho tiempo, lo que generará mucho calor de corte. Por lo tanto, es necesario usar una hoja con buena resistencia al desgaste. En el caso de ranurado intermitente, la hoja entra y sale continuamente del corte. Tiene un gran impacto en la punta. Por lo tanto, es necesario usar una hoja con buena tenacidad y que pueda soportar impactos intermitentes. Además, el recubrimiento de la hoja también ayuda a extender la vida útil de la herramienta".

Independientemente del tipo de ranura que se esté mecanizando, los talleres que anteriormente dependían del rectificado para terminar piezas de acero endurecido pueden convertirse al ranurado con herramientas PCBN para aumentar la productividad. El ranurado en duro puede lograr una precisión dimensional comparable al rectificado, al tiempo que reduce significativamente el tiempo de mecanizado.