Karkaistun teräksen uritus PCBN-leikkurilla

Karkaistun teräksen uritus PCBN-leikkurilla

Kuluneen vuosikymmenen aikana karkaistujen teräsosien tarkkuusurittaminen monikiteisillä kuutioboorinitridi (PCBN) -terillä on vähitellen korvannut perinteisen hionnan. Tyler Economan, Indexin, USA:n tarjoussuunnittelupäällikkö, sanoi: "Yleensä hiontaurat ovat vakaampi prosessi, joka tarjoaa paremman mittatarkkuuden kuin urittaminen. Ihmiset haluavat kuitenkin pystyä viimeistelemään työkappaleen sorvilla. Tarvitaan monenlaista käsittelyä."

Erilaisia karkaistuja työkappalemateriaaleja ovat pikateräs, muottiteräs, laakeriteräs ja seosteräs. Vain rautametallit voidaan karkaista, ja karkaisuprosesseja sovelletaan yleensä vähähiiliseen teräkseen. Karkaisukäsittelyn avulla työkappaleen ulkoinen kovuus saadaan korkeammaksi ja kulutuskelpoiseksi, kun taas sisäpuolen sitkeys on parempi. Karkaistusta teräksestä valmistettuja osia ovat tuurnat, akselit, liittimet, vetopyörät, nokka-akselit, vaihteet, holkit, käyttöakselit, laakerit ja vastaavat.

"Kovat materiaalit" on kuitenkin suhteellinen, muuttuva käsite. Jotkut ihmiset ajattelevat, että työkappalemateriaalit, joiden kovuus on 40-55 HRC, ovat kovia materiaaleja; toiset uskovat, että kovien materiaalien kovuuden tulisi olla 58-60 HRC tai korkeampi. Tässä luokassa voidaan käyttää PCBN-työkaluja.

Induktiokarkaisun jälkeen pintakarkaistu kerros voi olla jopa 1,5 mm paksu ja kovuus 58-60 HRC, kun taas pintakerroksen alla oleva materiaali on yleensä paljon pehmeämpää. Tässä tapauksessa on tärkeää varmistaa, että suurin osa leikkauksesta tehdään pintakarkaistun kerroksen alapuolelle.

Riittävän tehon ja jäykkyyden omaavat työstökoneet ovat välttämätön edellytys karkaistujen osien uralle. Economanin mukaan "Mitä parempi työstökoneen jäykkyys ja suurempi teho, sitä tehokkaampi on karkaistun materiaalin urittaminen. Yli 50 HRC:n kovuuden omaavilla työkappalemateriaaleilla monet kevyet työstökoneet eivät täytä vaadittuja leikkausolosuhteita. Jos koneen kapasiteetti (teho, vääntömomentti ja erityisesti jäykkyys) ylitetään, koneistusta ei voida suorittaa onnistuneesti."

Jäykkyys on erittäin tärkeää työkappaleen kiinnityslaitteelle, koska leikkuureunan kosketuspinta työkappaleeseen on suuri uraprosessin aikana ja työkalu kohdistaa työkappaleeseen suuren paineen. Karkaistuja terästyökappaleita kiinnitettäessä voidaan käyttää leveää puristinta puristuspinnan hajottamiseen. Sumitomo Electric Hard Alloy Co.:n markkinointipäällikkö Paul Ratzki sanoi: "Koneistettavien osien on oltava tukevasti tuettuina. Karkaistuja materiaaleja työstäessä syntyvä tärinä ja työkalupaine ovat paljon suurempia kuin tavallisia työkappaleita työstäessä, mikä voi johtaa työkappaleen puristumiseen. Ei voi lentää ulos koneesta tai aiheuttaa CBN-terän sirpaleen tai jopa rikkoutumisen."

Varren, joka pitää urasisäkkeen, tulee olla mahdollisimman lyhyt ylityksen minimoimiseksi ja työkalun jäykkyyden lisäämiseksi. Iscan GRIP-tuotteiden johtaja Matthew Schmitz huomauttaa, että monoliittiset työkalut soveltuvat yleensä paremmin karkaistujen materiaalien uritukseen. Yritys tarjoaa kuitenkin myös modulaarisen uritusjärjestelmän. "Modulaarista vartta voidaan käyttää työstötilanteissa, joissa työkalu on taipuvainen äkilliseen vikaan", hän sanoo. "Sinun ei tarvitse vaihtaa koko vartta, sinun on vaihdettava vain halvempi komponentti. Modulaarinen varsi tarjoaa myös erilaisia ​​työstövaihtoehtoja. Iskarin Grip-moduulijärjestelmä voidaan asentaa useisiin eri tuotteisiin. Voit käyttää työkalunpidintä, jossa on 7 eri terää 7 tuotelinjalle tai kuinka monta teriä eri käsittelyyn Sama tuotesarja raon leveydellä."

Sumitomo Electricin työkalunpitimet CGA-tyyppisten terien tarttumiseen käyttävät yläkiinnitysmenetelmää, joka vetää terän takaisin pidikkeeseen. Tässä pidikkeessä on myös sivukiinnitysruuvi, joka parantaa otteen vakautta ja pidentää työkalun käyttöikää. Yrityksen suunnitteluosaston apulaispäällikkö Rich Maton sanoi: "Tämä työkalunpidin on suunniteltu karkaistujen työkappaleiden uritukseen. Jos terä liikkuu pitimessä, terä kuluu ajan myötä ja työkalun käyttöikä muuttuu. Autoteollisuuden korkean tuottavuuden koneistuksen vaatimuksille (kuten 50-100 tai 150 työkappaleen ennustettavuuden muutos työkalun työkappaleessa on erityisen tärkeä merkitys). sillä voi olla merkittävä vaikutus tuotantoon."

Raporttien mukaan Mitsubishi Materialsin GY-sarjan Tri-Lock modulaarinen urajärjestelmä on jäykkyydeltään verrattavissa kiinteään teräistukkaan. Järjestelmä tarttuu luotettavasti uritusteriin kolmesta suunnasta (kehä, edestä ja ylhäältä). Sen kaksi rakennerakennetta estävät terän siirtymisen urituksen aikana: V-muotoinen ulkonema estää terää liikkumasta sivuille; turva-avain eliminoi leikkausvoiman aiheuttaman terän eteenpäinliikkeen uratyöstön aikana.

Yleisesti käytettyjä karkaistujen teräsosien uritusosia ovat yksinkertaiset neliömäiset sisäosat, muovausterät, urapalat ja vastaavat. Yleensä leikattujen urien pinnan on oltava hyvä, koska niissä on liitäntäosa, ja jotkut ovat O-renkaita tai lukitusrenkaita. Mitsubishi Materialsin tuoteasiantuntijan Mark Menconin mukaan "Nämä prosessit voidaan jakaa sisähalkaisijan uran työstöön ja ulkohalkaisijan uran työstöön, mutta useimmat uritustoiminnot vaativat hienon leikkaamisen, mukaan lukien kevyen kosketuksen tarkkuus noin 0,25 mm:n leikkaussyvyydestä. Leikkaa täyteen leikkaukseen, jonka syvyys on noin 0,5 mm."

Karkaistun teräksen urittaminen edellyttää kovemman, paremman kulutuskestävyyden ja sopivan geometrian työkalujen käyttöä. Tärkeintä on selvittää, pitäisikö käyttää kovametallisisäketta, keraamista vai PCBN-sisäketta. Schmitz sanoi: "Valitsen melkein aina kovametalliterät työstäessäni työkappaleita, joiden kovuus on alle 50 HRC. Työkappaleille, joiden kovuus on 50-58 HRC, keraamiset terät ovat erittäin taloudellinen valinta. Vain silloin, kun työkappaleen CBN-terät tulisi harkita kovuuden 58 HRC: hen asti, koska CBN-koneistoterät eivät ole erityisen sopivia koneistukseen. vaan työkalun/työkappaleen rajapinta. Sulata materiaali.

Karkaistujen teräsosien urituksessa, joiden kovuus on yli 58 HRC, lastunhallinta ei ole ongelma. Koska yleensä käytetään kuivauritusta, lastut ovat enemmän kuin pölyä tai hyvin pieniä hiukkasia, ja ne voidaan poistaa käsin puhalluksella. Sumitomo Electricin Maton sanoi: "Yleensä tällainen lastu rikkoutuu ja hajoaa osuessaan mihinkään, joten lastujen kosketus työkappaleeseen ei vahingoita työkappaletta. Jos otat lastua, ne särkyvät käteesi. ”

Yksi syy siihen, miksi CBN-terät soveltuvat kuivaleikkaukseen, on se, että vaikka niiden lämmönkestävyys on erittäin hyvä, työstöteho heikkenee huomattavasti lämpötilanvaihteluissa. Economan sanoo: "Itse asiassa, kun CBN-terä on kosketuksissa työkappaleen materiaaliin, se tuottaa leikkauslämpöä kärkeen, mutta koska CBN-terä on vähemmän mukautuva lämpötilan muutoksiin, sitä on vaikea jäähdyttää riittävästi tasaisen lämpötilan ylläpitämiseksi. Osavaltio. CBN on erittäin kova, mutta se on myös erittäin hauras ja voi repeytyä lämpötilan muutosten vuoksi."

Kun leikataan matalakovuus (kuten 45-50 HRC) teräsosia kovametalli-, keramiikka- tai PCBN-teräksillä, syntyvien lastujen tulee olla mahdollisimman lyhyitä. Tämä poistaa tehokkaasti leikkauslämmön työkalumateriaalista leikkausprosessin aikana, koska lastut voivat kuljettaa pois suuren määrän lämpöä.

Iskarin Schmitz suosittelee myös, että työkalu käsitellään "käänteisessä" tilassa. Hän selitti: "Asennettaessa työkalua työstökoneeseen, työstökoneen valmistajan suosima työkalu asennetaan leikkaamalla terä etupuoli ylöspäin, koska tämä mahdollistaa työkappaleen pyörimisen kohdistamaan alaspäin paineen koneen kiskoon pitäen koneen vakaana. Kuitenkin, kun terä leikataan työkappaleen materiaaliin, muodostuneet lastut voivat jäädä terän päälle ja työkappaleen pidike käännetään ylösalaisin. alaspäin, terä ei ole näkyvissä ja lastuvirtaus poistuu automaattisesti leikkausalueelta painovoiman vaikutuksesta."

Pintakarkaisu on yksinkertainen menetelmä vähähiilisen teräksen kovuuden parantamiseksi. Periaatteena on lisätä hiilipitoisuutta tietyllä syvyydellä materiaalin pinnan alla. Kun uritussyvyys ylittää pintakarkaistun kerroksen paksuuden, voi syntyä ongelmia, jotka johtuvat uurteen terän muuttumisesta kovemmasta materiaalista pehmeämpään materiaaliin. Tätä tarkoitusta varten työkaluvalmistajat ovat kehittäneet useita terälaatuja erityyppisille työkappalemateriaaleille.

Duane Drape, myyntipäällikkö Hornista (USA), sanoi: "Vaihdettaessa kovemmasta materiaalista pehmeämpään materiaaliin, käyttäjä ei aina halua vaihtaa terää, joten meidän on löydettävä paras työkalu tämän tyyppiseen työstöön. Jos käytetään kovametalliterää, se kohtaa liiallisen kulumisen ongelman, kun terä leikkaa kovaa pintaa, pehmeä leikattu materiaali on sopivaa kovaan pintaan. vaurioittaa terää. Voimme tehdä kompromissin: kovakovametalliterät + supervoidellut pinnoitteet tai suhteellisen pehmeät CBN-terät + tavallisten materiaalien leikkaamiseen sopivat terät (eikä kovaan koneistukseen).

Drape sanoi: "Voit käyttää CBN-teriä leikataksesi tehokkaasti työkappaleen materiaaleja, joiden kovuus on 45-50 HRC, mutta terän geometria on säädettävä. Tyypillisissä CBN-terissä on negatiivinen viiste leikkuureunassa. Tämä negatiivinen viiste CBN-terä on pehmeämpi koneistettavaksi. Kun työkappaleen materiaalia käytetään, CBN-materiaali lyhenee ja työkalun käyttöikä lyhenee. kun käytetään pienempää kovuutta ja leikkaussärmän geometriaa muutetaan, työkappalemateriaalia, jonka kovuus on 45-50 HRC, voidaan leikata onnistuneesti."

Yrityksen kehittämässä S117 HORN -urapalassa käytetään PCBN-kärkeä ja leikkaussyvyys on noin 0,15-0,2 mm, kun hammaspyörän leveys on tarkasti leikattu. Hyvän pinnanlaadun saavuttamiseksi terässä on kaavintaso kummassakin leikkuureunassa molemmilla puolilla.

Toinen vaihtoehto on muuttaa leikkausparametreja. Indexin Economanin mukaan "Karkaistuneen kerroksen läpi leikkaamisen jälkeen voidaan käyttää suurempia leikkausparametreja. Jos karkaistu syvyys on vain 0,13 mm tai 0,25 mm, tämän syvyyden läpi leikkaamisen jälkeen joko eri terät vaihdetaan tai käytä edelleen samaa terää, mutta nosta leikkausparametrit sopivalle tasolle."

PCBN-terälaadut lisääntyvät, jotta ne kattavat laajemman käsittelyn. Korkeamman kovuuden arvot mahdollistavat nopeammat leikkausnopeudet, kun taas sitkeämpiä laatuja voidaan käyttää epävakaammissa työstöympäristöissä. Jatkuvassa tai keskeytetyssä leikkauksessa voidaan käyttää myös erilaisia ​​PCBN-terälaatuja. Sumitomo Electricin Maton huomautti, että PCBN-työkalujen haurauden vuoksi terävät leikkuureunat ovat alttiita lohkeilemaan karkaistua terästä työstäessä. "Meidän on suojattava leikkuuterää, erityisesti keskeytetyssä leikkauksessa, leikkuuterää tulee valmistaa enemmän kuin jatkuvassa leikkauksessa ja leikkauskulman tulee olla suurempi."

Iskar':n hiljattain kehitetyt IB10H- ja IB20H-laadut laajentavat edelleen Groove Turn PCBN -tuotevalikoimaansa. IB10H on hienorakeinen PCBN-laatu keskinopeisiin ja suuriin karkaistujen terästen jatkuvaan leikkaamiseen; kun taas IB20H koostuu hienoista ja keskikokoisista PCBN-rakeista, jotka tarjoavat hyvän kulutuskestävyyden ja iskunkestävyyden. Vaaka kestää kovemmat olosuhteet karkaistun teräksen keskeytetyn leikkauksen yhteydessä. PCBN-työkalun normaalin vikatilan tulisi olla, että leikkuureuna kuluu äkillisen halkeilun tai halkeilun sijaan.

Sumitomo Electricin tuomaa BNC30G-pinnoitettua PCBN-laatua käytetään karkaistujen terästyökappaleiden keskeytettyyn uritukseen. Jatkuvaan uritukseen yritys suosittelee BN250-yleisterälaatua. Maton sanoi: "Jatkuvasti leikkaamalla terää leikataan pitkään, mikä tuottaa paljon leikkauslämpöä. Siksi on tarpeen käyttää terää, jolla on hyvä kulutuskestävyys. Jaksottaisessa urituksessa terä tulee jatkuvasti sisään ja poistuu leikkaamisesta. Sillä on suuri vaikutus kärkeen. Siksi on käytettävä terää, jolla on hyvä iskunkesto, kestävyys ja kestävyys. pinnoite auttaa myös pidentämään työkalun käyttöikää."

Työstettävän uran tyypistä riippumatta työpajat, jotka aiemmin luottivat hiomiseen karkaistujen teräsosien viimeistelyyn, voidaan muuntaa uritukseen PCBN-työkaluilla tuottavuuden lisäämiseksi. Kovalla uralla voidaan saavuttaa hiontaan verrattavissa oleva mittatarkkuus, samalla kun koneistusaika lyhenee merkittävästi.