شکاف از فولاد سخت شده با برش PCBN

شکاف دادن فولاد سخت شده با برش PCBN

در دهه گذشته، شیارکاری دقیق قطعات فولادی سخت شده با درج های نیترید بور مکعبی پلی کریستالی (PCBN) به تدریج جایگزین سنگ زنی سنتی شده است. تایلر اکونومن، مدیر مهندسی مناقصه در ایندکس، ایالات متحده، گفت: "به طور کلی، شیارهای سنگ زنی فرآیند پایدارتری هستند که دقت ابعادی بالاتری نسبت به شیار زدن ارائه می دهند. با این حال، مردم همچنان می خواهند بتوانند قطعه کار را روی ماشین تراش کامل کنند. پردازش های مختلفی مورد نیاز است."

مواد مختلف قطعه کار که سخت شده اند عبارتند از فولاد با سرعت بالا، فولاد قالب، فولاد بلبرینگ و فولاد آلیاژی. فقط فلزات آهنی می توانند سخت شوند و فرآیندهای سخت شدن معمولاً برای فولادهای کم کربن اعمال می شود. از طریق عملیات سخت شدن، سختی خارجی قطعه کار را می توان بالاتر و قابل پوشیدن ساخت، در حالی که داخل آن چقرمگی بهتری دارد. قطعات ساخته شده از فولاد سخت شده عبارتند از سنبه، محور، اتصال دهنده، چرخ محرک، میل بادامک، چرخ دنده، بوشینگ، محور محرک، یاتاقان و موارد مشابه.

با این حال، "مواد سخت" یک مفهوم نسبی و در حال تغییر است. برخی افراد فکر می کنند که مواد قطعه کار با سختی 40-55 HRC مواد سختی هستند. برخی دیگر معتقدند که سختی مواد سخت باید 58-60 HRC یا بالاتر باشد. در این دسته می توان از ابزارهای PCBN استفاده کرد.

پس از سخت شدن القایی، لایه سخت شده سطحی می تواند تا 1.5 میلی متر ضخامت داشته باشد و سختی می تواند به 58-60 HRC برسد، در حالی که مواد زیر لایه سطحی معمولاً بسیار نرم تر است. در این مورد، مهم است که اطمینان حاصل شود که بیشتر برش در زیر لایه سخت شده سطح انجام می شود.

ماشین آلات با قدرت و استحکام کافی شرط لازم برای شیارکاری قطعات سخت شده می باشد. به گفته اکونومن، "هرچه سفتی ماشین ابزار بهتر و قدرت بیشتر باشد، شیار کردن مواد سخت شده کارآمدتر است. برای مواد قطعه کار با سختی بیش از 50 HRC، بسیاری از ماشین آلات سبک شرایط برش مورد نیاز را ندارند. اگر ظرفیت ماشین (قدرت، گشتاور و به خصوص سختی) نتواند با موفقیت تجاوز کند.

صلبیت برای دستگاه نگهدارنده قطعه کار بسیار مهم است زیرا سطح تماس لبه برش با قطعه کار در طول فرآیند شیارکاری بزرگ است و ابزار فشار زیادی به قطعه کار وارد می کند. هنگام بستن قطعات فولادی سخت شده، می توان از یک گیره گسترده برای پراکنده کردن سطح گیره استفاده کرد. Paul Ratzki، مدیر بازاریابی شرکت Sumitomo Electric Hard Alloy Co.، گفت: "قطعاتی که قرار است ماشین کاری شوند باید محکم پشتیبانی شوند. هنگام ماشینکاری مواد سخت شده، ارتعاش و فشار ابزار تولید شده بسیار بزرگتر از ماشینکاری قطعات معمولی است که ممکن است منجر به گیره قطعه کار شود. نمی تواند از دستگاه خارج شود یا باعث شکستن تراشه CB شود."

ساقه ای که درج شیار را نگه می دارد باید تا حد امکان کوتاه باشد تا به حداقل رساندن برآمدگی و افزایش سفتی ابزار کمک کند. متیو اشمیتز، مدیر محصولات GRIP در Isca، اشاره می کند که به طور کلی ابزارهای یکپارچه برای شیارکاری مواد سخت شده مناسب تر هستند. با این حال، این شرکت یک سیستم شیار مدولار نیز ارائه می دهد. او می‌گوید: «ساقه مدولار را می‌توان در موقعیت‌های ماشینکاری که ابزار مستعد خرابی ناگهانی است، استفاده کرد. لازم نیست کل ساقه را تعویض کنید، فقط باید یک قطعه ارزان‌تر را جایگزین کنید. ساقه مدولار همچنین گزینه‌های ماشین‌کاری مختلفی را ارائه می‌دهد. سیستم مدولار گریپ Iskar را می‌توان در انواع محصولات مختلف نصب کرد. می‌توانید از یک نگهدارنده ابزار با 7 تیغه مختلف برای 7 خط محصول یا هر تعداد تیغه برای پردازش‌های مختلف استفاده کنید.

سومیتومو اینگهدارنده ابزار lectric برای گرفتن درج های نوع CGA از یک روش گیره از بالا استفاده می کند که تیغه را به عقب می کشد. این نگهدارنده همچنین دارای یک پیچ اتصال جانبی برای کمک به بهبود پایداری گرفتن و افزایش عمر ابزار است. Rich Maton، دستیار مدیر بخش طراحی شرکت، گفت: "این نگهدارنده ابزار برای شیار کردن قطعات کار سخت شده طراحی شده است. اگر تیغه در نگهدارنده حرکت کند، تیغه با گذشت زمان فرسوده می شود و عمر ابزار تغییر می کند. برای نیازهای ماشینکاری با بهره وری بالا در صنعت خودروسازی (مانند 50-100 قطعه یا 150 قطعه، عمر ابزار برش از قبل مهم است). و تغییرات در عمر ابزار می تواند تأثیر قابل توجهی بر تولید داشته باشد."

طبق گزارشات، سیستم شیارهای مدولار Tri-Lock سری GY میتسوبیشی مواد از نظر استحکام با چاک های تیغه یکپارچه قابل مقایسه است. این سیستم به طور قابل اعتماد تیغه های شیار را از سه جهت (محیطی، جلو و بالا) می گیرد. دو طراحی ساختاری آن از جابجایی تیغه در حین شیار جلوگیری می کند: برآمدگی V شکل از حرکت تیغه به طرفین جلوگیری می کند. کلید ایمنی حرکت رو به جلو تیغه ناشی از نیروی برش در حین ماشینکاری اسلات را حذف می کند.

درج های شیاردار معمولی برای قطعات فولادی سخت شده شامل درج های مربعی ساده، درج های شکل دهی، درج های شکاف دار و موارد مشابه است. به طور کلی، شیارهای برش خورده باید سطح خوبی داشته باشند زیرا دارای بخش جفت گیری هستند و برخی از آنها حلقه های O یا شیارهای حلقه محکم هستند. به گفته مارک منکونی، متخصص محصولات در Mitsubishi Materials، "این فرآیندها را می توان به ماشینکاری شیار با قطر داخلی و ماشینکاری شیار با قطر بیرونی تقسیم کرد، اما اکثر عملیات شیارکاری نیاز به برش دقیق دارند، از جمله دقت لمسی سبک از عمق حدود 0.25 میلی متر برش. برش را تا یک برش کامل با عمق حدود 0.5 میلی متر."

شیارکاری فولاد سخت شده مستلزم استفاده از ابزارهایی با سختی بالاتر، مقاومت به سایش بهتر و هندسه مناسب است. نکته کلیدی این است که بفهمید آیا باید از یک درج کاربید، یک درج سرامیکی یا یک درج PCBN استفاده شود. اشمیتز گفت: "من تقریباً همیشه هنگام ماشینکاری قطعات کار با سختی کمتر از 50 HRC، درج های کاربید را انتخاب می کنم. برای قطعات کار با سختی 50 تا 58 HRC، درج های سرامیکی یک انتخاب بسیار مقرون به صرفه هستند. فقط زمانی که درج های CBN قطعه کار باید برای سختی تا 58 HRC در نظر گرفته شود. زیرا مکانیزم های CBN برای سختی های بالا، مکانیزم های خاصی برای تراشکاری مناسب هستند. یک ماده برش نیست، بلکه یک ابزار / قطعه کار است.

برای شیارکاری قطعات فولادی سخت شده با سختی بیش از 58 HRC، کنترل تراشه مشکلی ندارد. از آنجایی که معمولاً از شیار خشک استفاده می شود، تراشه ها بیشتر شبیه گرد و غبار یا ذرات بسیار ریز هستند و می توان آنها را با ضربه دست جدا کرد. Maton از Sumitomo Electric می گوید: «معمولاً این نوع گیره با برخورد با هر چیزی شکسته و متلاشی می شود، بنابراین تماس swarf با قطعه کار به قطعه کار آسیب نمی رساند. اگر یک کوتوله را بگیری، در دستت می کوبند. ”

یکی از دلایلی که درج های CBN برای برش خشک مناسب هستند این است که اگرچه مقاومت حرارتی آنها بسیار خوب است، اما عملکرد پردازش در صورت نوسانات دما بسیار کاهش می یابد. اکونومن می‌گوید: «در واقع، هنگامی که درج CBN با مواد قطعه کار در تماس است، گرمای برش را روی نوک تولید می‌کند، اما از آنجایی که درج CBN با تغییرات دما سازگاری کمتری دارد، سرد کردن کافی برای حفظ دمای ثابت دشوار است. ایالت CBN بسیار سخت است، اما همچنین بسیار شکننده است و ممکن است به دلیل تغییرات دما پاره شود."

هنگام برش قطعات فولادی با سختی کم (مانند 45-50 HRC) با درج های کاربید سیمانی، سرامیک یا PCBN، تراشه های تولید شده باید تا حد امکان کوتاه باشند. این به طور موثر گرمای برش را در مواد ابزار در طول فرآیند برش از بین می برد زیرا تراشه ها می توانند مقدار زیادی گرما را از بین ببرند.

استکار اشمیتز همچنین توصیه می کند که ابزار در حالت "معکوس" پردازش شود. وی توضیح داد: "هنگام نصب ابزار بر روی ماشین ابزار، ابزار مورد نظر سازنده ماشین ابزار با برش تیغه رو به بالا نصب می شود، زیرا این امکان را به چرخش قطعه کار می دهد تا فشار رو به پایین بر روی ریل ماشین وارد کند تا دستگاه ثابت بماند. با این حال، وقتی تیغه در مواد قطعه کار بریده می شود، تراشه های تشکیل شده ممکن است بر روی تیغه ابزار باقی بمانند. برعکس، تیغه قابل مشاهده نخواهد بود و جریان تراشه به طور خودکار از ناحیه برش تحت تأثیر گرانش خارج می شود.

سخت شدن سطحی روشی ساده برای بهبود سختی فولاد کم کربن است. اصل این است که محتوای کربن را در عمق معینی در زیر سطح ماده افزایش دهیم. هنگامی که عمق شیار از ضخامت لایه سخت شده سطحی بیشتر شود، ممکن است برخی مشکلات به دلیل تغییر تیغه شیار از ماده سخت تر به ماده نرم تر ایجاد شود. برای این منظور، سازندگان ابزار چندین درجه تیغه برای انواع مختلف مواد قطعه کار ایجاد کرده اند.

Duane Drape، مدیر فروش در Horn (ایالات متحده آمریکا)، گفت: "هنگام تغییر از یک ماده سخت تر به یک ماده نرم تر، کاربر همیشه تمایلی به تعویض تیغه ندارد، بنابراین ما باید بهترین ابزار را برای این نوع ماشینکاری پیدا کنیم. اگر از یک درج کاربید سیمانی استفاده شود، با مشکل سایش بیش از حد مواجه می شود. در صورتی که سطح تیغه سخت تر برای برش C بالا باشد. برای بریدن یک قسمت نرم، آسیب رساندن به تیغه آسان است.

Drape گفت: "شما می توانید از درج های CBN برای برش موثر مواد قطعه کار با سختی 45-50 HRC استفاده کنید، اما هندسه تیغه باید تنظیم شود. درج های CBN معمولی دارای یک پخ منفی در لبه برش هستند. این درج CBN پخ منفی برای ماشین نرم تر است. هنگامی که ماده کار استفاده می شود اثر طول عمر خواهد داشت. اگر از درجه CBN با سختی کمتر استفاده شود و هندسه لبه برش تغییر کند، ماده قطعه کار با سختی 45-50 HRC را می توان با موفقیت برش داد.

درج شیار S117 HORN که توسط این شرکت توسعه داده شده است از نوک PCBN استفاده می کند و عمق برش حدود 0.15-0.2 میلی متر است که عرض چرخ دنده دقیقاً بریده شود. به منظور دستیابی به یک سطح خوب، تیغه دارای یک صفحه خراش بر روی هر یک از لبه های برش در هر دو طرف است.

گزینه دیگر تغییر پارامترهای برش است. به گفته اکونومن ایندکس، "بعد از برش لایه سخت شده، می توان از پارامترهای برش بزرگتر استفاده کرد. اگر عمق سخت شده فقط 0.13 میلی متر یا 0.25 میلی متر باشد، پس از برش از طریق این عمق، یا تیغه های مختلف تعویض می شوند یا همچنان از همان تیغه استفاده می کنند، اما پارامترهای سطح برش را افزایش می دهند."

به منظور پوشش طیف وسیع تری از پردازش، گریدهای تیغه PCBN در حال افزایش است. درجه سختی بالاتر سرعت برش سریع‌تری را امکان‌پذیر می‌سازد، در حالی که درجه‌های با چقرمگی بهتر را می‌توان در محیط‌های پردازش ناپایدارتر استفاده کرد. برای برش مداوم یا قطع شده، می توان از درجه های مختلف درج PCBN نیز استفاده کرد. Maton از Sumitomo Electric اشاره کرد که به دلیل شکنندگی ابزارهای PCBN، لبه های برش تیز در هنگام ماشینکاری فولاد سخت شده مستعد خرد شدن هستند. ما باید از لبه برش محافظت کنیم، به خصوص در برش های منقطع، لبه برش باید بیشتر از برش مداوم آماده شود و زاویه برش باید بزرگتر باشد.

ایسکار&گریدهای جدید توسعه یافته IB10H و IB20H خط تولید Groove Turn PCBN خود را بیشتر گسترش می دهند. IB10H یک گرید PCBN ریزدانه برای برش مداوم با سرعت متوسط ​​تا بالا فولاد سخت شده است. در حالی که IB20H از دانه های PCBN دانه ریز و متوسط ​​تشکیل شده است که مقاومت خوبی در برابر سایش و ضربه ایجاد می کند. تعادل می تواند در شرایط سخت تر برش قطع شده فولاد سخت مقاومت کند. حالت عادی خرابی ابزار PCBN باید به این صورت باشد که لبه برش به جای ترک خوردن یا ترک خوردن ناگهانی فرسوده شود.

درجه PCBN روکش دار BNC30G که توسط Sumitomo Electric معرفی شده است برای شیارکاری قطع شده قطعات فولادی سخت شده استفاده می شود. برای شیار زدن مداوم، این شرکت درجه تیغه جهانی BN250 خود را توصیه می کند. ماتون گفت: "هنگام برش مداوم، تیغه برای مدت طولانی برش داده می شود که گرمای برشی زیادی ایجاد می کند. بنابراین باید از تیغه ای با مقاومت سایشی مناسب استفاده کرد. در صورت شیار دهی متناوب، تیغه به طور مداوم وارد و خارج از برش می شود. تاثیر زیادی روی نوک آن دارد. بنابراین می توان از تیغه ای که دارای ضربات بینابینی و مقاوم است استفاده کرد. پوشش تیغه همچنین به افزایش عمر ابزار کمک می کند."

صرف نظر از نوع شیاری که ماشین کاری می شود، کارگاه هایی که قبلاً برای تکمیل قطعات فولادی سخت شده به سنگ زنی متکی بودند، می توانند برای افزایش بهره وری، با ابزارهای PCBN به شیارکاری تبدیل شوند. شیار سخت می تواند به دقت ابعادی قابل مقایسه با سنگ زنی دست یابد، در حالی که زمان ماشینکاری را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.