Scanalatura di acciaio temprato con taglierina PCBN

Scanalatura di acciaio temprato con fresa PCBN

Negli ultimi dieci anni, la scanalatura di precisione di parti in acciaio temprato con inserti in nitruro di boro cubico policristallino (PCBN) ha gradualmente sostituito la rettifica tradizionale. Tyler Economan, responsabile tecnico delle offerte presso Index, USA, ha dichiarato: "In generale, la rettifica delle scanalature è un processo più stabile che fornisce una maggiore precisione dimensionale rispetto alla scanalatura. Tuttavia, le persone vogliono comunque essere in grado di completare il pezzo su un tornio. Sono necessarie diverse lavorazioni."

Vari materiali del pezzo che sono stati temprati includono acciaio rapido, acciaio per stampi, acciaio per cuscinetti e acciaio legato. Solo i metalli ferrosi possono essere temprati e i processi di tempra vengono solitamente applicati agli acciai a basso tenore di carbonio. Attraverso il trattamento di tempra, la durezza esterna del pezzo può essere resa più elevata e resistente all'usura, mentre l'interno ha una migliore tenacità. Le parti in acciaio temprato includono mandrini, assi, connettori, ruote motrici, alberi a camme, ingranaggi, boccole, alberi di trasmissione, cuscinetti e simili.

Tuttavia, il concetto di "materiali duri" è relativo e mutevole. Alcuni pensano che i materiali da lavorare con una durezza di 40-55 HRC siano materiali duri; altri credono che la durezza dei materiali duri dovrebbe essere pari o superiore a 58-60 HRC. In questa categoria è possibile utilizzare gli strumenti PCBN.

Dopo l'indurimento ad induzione, lo strato superficiale indurito può avere uno spessore fino a 1,5 mm e la durezza può raggiungere 58-60 HRC, mentre il materiale sotto lo strato superficiale è solitamente molto più morbido. In questo caso, è importante garantire che la maggior parte del taglio venga eseguita al di sotto dello strato superficiale indurito.

Macchine utensili con potenza e rigidità sufficienti sono una condizione necessaria per la scanalatura di parti temprate. Secondo Economan, "Migliore è la rigidità della macchina utensile e maggiore la potenza, più efficiente sarà la scanalatura del materiale indurito. Per i materiali del pezzo con una durezza superiore a 50 HRC, molte macchine utensili leggere non soddisfano le condizioni di taglio richieste. Se la capacità della macchina (potenza, coppia e soprattutto rigidità) viene superata, la lavorazione non può essere completata con successo."

La rigidità è molto importante per il dispositivo di presa del pezzo perché la superficie di contatto del tagliente con il pezzo è ampia durante il processo di scanalatura e l'utensile esercita una grande pressione sul pezzo. Quando si serrano pezzi in acciaio temprato, è possibile utilizzare un morsetto largo per disperdere la superficie di bloccaggio. Paul Ratzki, direttore marketing di Sumitomo Electric Hard Alloy Co., ha dichiarato: "Le parti da lavorare devono essere supportate saldamente. Quando si lavorano materiali temprati, le vibrazioni e la pressione dell'utensile generate sono molto maggiori rispetto alla lavorazione di pezzi normali, il che può provocare il bloccaggio del pezzo. Non può volare fuori dalla macchina o causare la scheggiatura o addirittura la rottura della lama CBN."

Il gambo che sostiene l'inserto per scanalatura deve essere il più corto possibile per ridurre al minimo la sporgenza e aumentare la rigidità dell'utensile. Matthew Schmitz, responsabile dei prodotti GRIP presso Isca, sottolinea che in generale gli utensili monolitici sono più adatti per la scanalatura di materiali temprati. L'azienda offre tuttavia anche un sistema di scanalatura modulare. "Lo stelo modulare può essere utilizzato in situazioni di lavorazione in cui l'utensile è soggetto a guasti improvvisi", afferma. "Non è necessario sostituire l'intero gambo, è sufficiente sostituire un componente meno costoso. Il gambo modulare offre anche una varietà di opzioni di lavorazione. Il sistema modulare Grip di Iskar può essere installato in una varietà di prodotti diversi. È possibile utilizzare un portautensili con 7 lame diverse per 7 linee di prodotti o un numero qualsiasi di lame per lavorazioni diverse. La stessa linea di prodotti con larghezza della fessura."

Sumitomo EI portautensili lectric per la presa degli inserti di tipo CGA utilizzano un metodo di bloccaggio superiore che riporta la lama nel portautensili. Questo supporto è inoltre dotato di una vite di fissaggio laterale per migliorare la stabilità della presa e prolungare la durata dell'utensile. Rich Maton, vicedirettore del reparto di progettazione dell'azienda, ha dichiarato: "Questo portautensili è progettato per la scanalatura di pezzi temprati. Se la lama si muove nel supporto, la lama si usura nel tempo e la durata dell'utensile cambia. Per i requisiti di lavorazione ad alta produttività dell'industria automobilistica (come 50-100 o 150 pezzi per tagliente), la prevedibilità della durata dell'utensile è particolarmente importante e i cambiamenti nella durata dell'utensile possono avere un impatto significativo sulla produzione."

Secondo i rapporti, il sistema di scanalatura modulare Tri-Lock della serie GY di Mitsubishi Materials è paragonabile in termini di rigidità ai mandrini a lama integrale. Il sistema afferra in modo affidabile le lame di scanalatura da tre direzioni (periferica, anteriore e superiore). Il suo design a due strutture impedisce alla lama di spostarsi durante la scanalatura: la sporgenza a forma di V impedisce alla lama di spostarsi lateralmente; la chiave di sicurezza elimina il movimento in avanti della lama causato dalla forza di taglio durante la lavorazione di cave.

Gli inserti per scanalatura comunemente utilizzati per parti in acciaio temprato includono semplici inserti quadrati, inserti di formatura, inserti scanalati e simili. Generalmente, le scanalature tagliate devono avere una buona finitura superficiale perché hanno una porzione di accoppiamento e alcune sono O-ring o scanalature per anelli elastici. Secondo Mark Menconi, specialista di prodotto presso Mitsubishi Materials, "Questi processi possono essere suddivisi in lavorazione di scanalature del diametro interno e lavorazione di scanalature del diametro esterno, ma la maggior parte delle operazioni di scanalatura richiedono un taglio fine, inclusa una precisione al tocco leggero da una profondità di taglio di circa 0,25 mm. Taglio fino a un taglio completo con una profondità di circa 0,5 mm."

La scanalatura dell'acciaio temprato richiede l'utilizzo di utensili con maggiore durezza, migliore resistenza all'usura e geometria adeguata. La chiave è capire se è necessario utilizzare un inserto in metallo duro, un inserto in ceramica o un inserto PCBN. Schmitz ha dichiarato: "Scelgo quasi sempre inserti in metallo duro quando lavoro pezzi con durezza inferiore a 50 HRC. Per pezzi con una durezza di 50-58 HRC, gli inserti in ceramica sono una scelta molto economica. Solo quando il pezzo da lavorare gli inserti CBN devono essere presi in considerazione per una durezza fino a 58 HRC. Gli inserti CBN sono particolarmente adatti per la lavorazione di materiali così duri perché il meccanismo di lavorazione non è un materiale da taglio ma un'interfaccia utensile/pezzo. Fondere il materiale.

Per la scanalatura di parti in acciaio temprato con una durezza superiore a 58 HRC, il controllo truciolo non è un problema. Poiché di solito viene utilizzata la scanalatura a secco, i trucioli sono più simili a polvere o particelle molto piccole e possono essere rimossi con un soffio manuale. Maton di Sumitomo Electric ha dichiarato: "Di solito, questo tipo di truciolo si rompe e si disintegra quando colpisce qualcosa, quindi il contatto del truciolo con il pezzo in lavorazione non danneggerà il pezzo in lavorazione. Se prendi un truciolo, ti si romperà in mano. "

Uno dei motivi per cui gli inserti CBN sono adatti al taglio a secco è che, nonostante la loro resistenza al calore sia molto buona, le prestazioni di lavorazione sono notevolmente ridotte in caso di sbalzi di temperatura. Economan afferma: “In effetti, quando l'inserto CBN è a contatto con il materiale del pezzo, produce calore di taglio sulla punta, ma poiché l'inserto CBN è meno adattabile ai cambiamenti di temperatura, è difficile raffreddarlo adeguatamente per mantenere una temperatura costante. Stato. Il CBN è molto duro, ma è anche molto fragile e potrebbe rompersi a causa dei cambiamenti di temperatura."

Quando si tagliano parti in acciaio con bassa durezza (come 45-50 HRC) con inserti in metallo duro, ceramica o PCBN, i trucioli generati dovrebbero essere i più corti possibile. Ciò rimuove efficacemente il calore di taglio nel materiale dell'utensile durante il processo di taglio poiché i trucioli possono portare via una grande quantità di calore.

Lo èSchmitz di kar consiglia inoltre di lavorare l'utensile in uno stato "invertito". Ha spiegato: "Quando si installa un utensile su una macchina utensile, l'utensile preferito dal costruttore della macchina utensile viene installato tagliando la lama rivolta verso l'alto, poiché ciò consente alla rotazione del pezzo di esercitare una pressione verso il basso sulla guida della macchina per mantenere la macchina stabile. Tuttavia, quando la lama viene tagliata nel materiale del pezzo, i trucioli formati possono rimanere sulla lama e sul pezzo. Se il portautensile viene capovolto e l'utensile è montato capovolto, la lama non sarà visibile e il flusso di trucioli fuoriuscirà automaticamente dall'area di taglio sotto l'azione di gravità."

L'indurimento superficiale è un metodo semplice per migliorare la durezza dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Il principio è quello di aumentare il contenuto di carbonio ad una certa profondità sotto la superficie del materiale. Quando la profondità di scanalatura supera lo spessore dello strato superficiale indurito, potrebbero verificarsi alcuni problemi dovuti al passaggio della lama per scanalatura da un materiale più duro a uno più morbido. A tal fine, i produttori di utensili hanno sviluppato diversi gradi di lame per diversi tipi di materiali da lavorare.

Duane Drape, direttore vendite di Horn (USA), ha dichiarato: "Quando si passa da un materiale più duro a uno più morbido, l'utente non sempre vuole cambiare la lama, quindi dobbiamo trovare l'utensile migliore per questo tipo di lavorazione. Se si utilizza un inserto in metallo duro, si incontrerà il problema di un'usura eccessiva quando la lama taglia una superficie dura. Se si utilizza un inserto CBN adatto al taglio di materiali altamente duri per tagliare una parte morbida, è facile danneggiare la lama. Possiamo usare un compromesso: elevata durezza inserti in metallo duro + rivestimenti super lubrificati o qualità di inserto CBN relativamente morbide + inserti da taglio adatti al taglio di materiali comuni (piuttosto che alla lavorazione dura)."

Drape ha affermato: "È possibile utilizzare gli inserti CBN per tagliare in modo efficace materiali del pezzo con una durezza di 45-50 HRC, ma la geometria della lama deve essere regolata. I tipici inserti CBN hanno uno smusso negativo sul tagliente. Questo inserto CBN con smusso negativo è più morbido da lavorare. Quando viene utilizzato il materiale del pezzo, il materiale avrà un effetto di estrazione e la durata dell'utensile sarà ridotta. Se viene utilizzata la qualità CBN con durezza inferiore e viene modificata la geometria del tagliente, il materiale del pezzo con una durezza di 45-50 HRC può essere tagliato con successo."

L'inserto per scanalatura S117 HORN sviluppato dall'azienda utilizza una punta PCBN e la profondità di taglio è di circa 0,15-0,2 mm quando la larghezza dell'ingranaggio viene tagliata con precisione. Per ottenere una buona finitura superficiale, la lama è dotata di un piano di raschiamento su ciascuno dei taglienti su entrambi i lati.

Un'altra opzione è modificare i parametri di taglio. Secondo Economan di Index, "Dopo aver tagliato lo strato indurito, è possibile utilizzare parametri di taglio più ampi. Se la profondità indurita è di soli 0,13 mm o 0,25 mm, dopo aver tagliato questa profondità, le diverse lame vengono sostituite o si utilizza ancora la stessa lama, ma aumentare i parametri di taglio al livello appropriato."

Per coprire una gamma più ampia di lavorazioni, le qualità delle lame PCBN stanno aumentando. I gradi di durezza più elevati consentono velocità di taglio più elevate, mentre i gradi con una migliore tenacità possono essere utilizzati in ambienti di lavorazione più instabili. Per il taglio continuo o interrotto è possibile utilizzare anche diverse qualità di inserto PCBN. Maton di Sumitomo Electric ha sottolineato che, a causa della fragilità degli utensili PCBN, i taglienti affilati tendono a scheggiarsi durante la lavorazione dell'acciaio temprato. "Dobbiamo proteggere il tagliente, soprattutto nel taglio interrotto, il tagliente dovrebbe essere più preparato che nel taglio continuo e l'angolo di taglio dovrebbe essere maggiore."

Iskar&Le qualità IB10H e IB20H di nuova concezione ampliano ulteriormente la linea di prodotti Groove Turn PCBN. IB10H è una qualità PCBN a grana fine per il taglio continuo a velocità medio-alte di acciaio temprato; mentre IB20H è costituito da grani PCBN di granulometria fine e media, che forniscono una buona resistenza all'usura e agli urti. La bilancia è in grado di sopportare le condizioni più severe di taglio interrotto dell'acciaio temprato. La normale modalità di guasto di uno strumento PCBN dovrebbe essere l'usura del tagliente anziché la rottura o la rottura improvvisa.

La qualità PCBN rivestita BNC30G introdotta da Sumitomo Electric viene utilizzata per la scanalatura interrotta di pezzi in acciaio temprato. Per la scanalatura continua, l'azienda consiglia la lama universale di qualità BN250. Maton ha affermato: "Durante il taglio continuo, la lama viene tagliata a lungo, generando molto calore di taglio. Pertanto, è necessario utilizzare una lama con una buona resistenza all'usura. Nel caso della scanalatura intermittente, la lama entra ed esce continuamente dal taglio. Ha un grande impatto sulla punta. Pertanto, è necessario utilizzare una lama con buona tenacità e in grado di resistere agli impatti intermittenti. Inoltre, il rivestimento della lama aiuta anche a prolungare la durata dell'utensile."

Indipendentemente dal tipo di scanalatura da lavorare, le officine che in precedenza si affidavano alla rettifica per rifinire le parti in acciaio temprato possono passare alla scanalatura con utensili PCBN per aumentare la produttività. La scanalatura dura può raggiungere una precisione dimensionale paragonabile alla rettifica, riducendo significativamente i tempi di lavorazione.