PCBN 커터를 사용한 경화강 슬로팅

PCBN 커터를 사용한 경화강 슬로팅

지난 10년 동안 다결정 입방정 질화붕소(PCBN) 인서트를 사용한 경화 강철 부품의 정밀 홈 가공이 점차 전통적인 연삭을 대체해 왔습니다. 미국 Index의 입찰 엔지니어링 관리자인 Tyler Economan은 "일반적으로 그루브 연삭은 그루브 가공보다 더 높은 치수 정확도를 제공하는 더 안정적인 공정입니다. 그러나 사람들은 여전히 ​​선반에서 공작물을 완성할 수 있기를 원합니다. 다양한 가공이 필요합니다."라고 말했습니다.

경화된 다양한 피삭재 재료에는 고속도강, 다이강, 베어링강 및 합금강이 포함됩니다. 철금속만이 경화될 수 있으며, 경화 공정은 일반적으로 저탄소강에 ​​적용됩니다. 경화처리를 통해 가공물의 외부경도를 높여 착용감을 향상시키며, 내부의 인성을 향상시킵니다. 경화강으로 만들어진 부품에는 맨드릴, 차축, 커넥터, 구동 휠, 캠축, 기어, 부싱, 구동 샤프트, 베어링 등이 포함됩니다.

그러나 "경질 재료"는 상대적이고 변화하는 개념입니다. 어떤 사람들은 경도가 40-55 HRC인 공작물 재료가 단단한 재료라고 생각합니다. 다른 사람들은 단단한 재료의 경도가 58-60 HRC 이상이어야 한다고 믿습니다. 이 범주에서는 PCBN 도구를 사용할 수 있습니다.

유도 경화 후 표면 경화층의 두께는 최대 1.5mm이고 경도는 58-60HRC에 도달할 수 있지만 표면층 아래의 재료는 일반적으로 훨씬 더 부드럽습니다. 이 경우 대부분의 절단이 표면 경화층 아래에서 이루어지도록 하는 것이 중요합니다.

충분한 출력과 강성을 갖춘 공작 기계는 경화된 부품의 홈 가공에 필요한 조건입니다. Economan에 따르면, "공작 기계의 강성이 좋고 출력이 높을수록 경화된 소재의 홈 가공이 더 효율적입니다. 경도가 50HRC 이상인 피삭재의 경우 많은 경량 공작 기계가 필요한 절삭 조건을 충족하지 못합니다. 기계 용량(출력, 토크, 특히 강성)을 초과하면 가공이 성공적으로 완료될 수 없습니다."

공작물 홀딩 장치는 홈 가공 시 절삭날과 공작물과의 접촉면이 크고, 공구가 공작물에 큰 압력을 가하기 때문에 강성이 매우 중요합니다. 경화된 강철 공작물을 클램핑할 때 넓은 클램프를 사용하여 클램핑 표면을 분산시킬 수 있습니다. Sumitomo Electric Hard Alloy Co.의 마케팅 관리자인 Paul Ratzki는 "가공할 부품은 단단히 지지되어야 합니다. 경화된 재료를 가공할 때 생성되는 진동과 공구 압력은 일반 공작물을 가공할 때보다 훨씬 더 크기 때문에 공작물 클램핑이 발생할 수 있습니다. 기계 밖으로 날아갈 수 없으며 CBN 블레이드가 칩이 깨지거나 심지어 부러질 수도 있습니다."라고 말했습니다.

홈 가공 인서트를 고정하는 섕크는 오버행을 최소화하고 공구 강성을 높이기 위해 최대한 짧아야 합니다. Isca의 GRIP 제품 관리자인 Matthew Schmitz는 일반적으로 단일체 공구가 경화 재료의 홈 가공에 더 적합하다고 지적합니다. 하지만 이 회사는 모듈식 홈 가공 시스템도 제공합니다. “모듈형 섕크는 공구가 갑작스럽게 파손되기 쉬운 가공 상황에서 사용할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. "생크 전체를 교체할 필요는 없고, 저렴한 부품만 교체하면 됩니다. 모듈식 생크는 다양한 가공 옵션도 제공합니다. Iskar's Grip 모듈식 시스템은 다양한 제품에 설치할 수 있습니다. 7개 제품 라인에 대해 7개의 서로 다른 블레이드가 있는 공구 홀더를 사용할 수 있으며, 슬롯 너비가 있는 동일한 제품 라인을 다양한 가공에 원하는 수의 블레이드로 사용할 수 있습니다."

스미토모 ECGA 유형 인서트를 고정하기 위한 lectric의 공구 홀더는 블레이드를 다시 홀더로 당기는 상단 클램핑 방법을 사용합니다. 이 홀더에는 그립 안정성을 향상시키고 공구 수명을 연장하는 데 도움이 되는 측면 고정 나사도 있습니다. 회사 설계 부서의 대리인 Rich Maton은 "이 공구 홀더는 경화된 공작물의 홈 가공을 위해 설계되었습니다. 블레이드가 홀더에서 움직이면 시간이 지남에 따라 블레이드가 마모되고 공구 수명이 변경됩니다. 자동차 산업의 높은 생산성 가공 요구 사항(예: 절삭날당 공작물 50~100개 또는 150개)의 경우 공구 수명의 예측 가능성이 특히 중요하며 공구 수명의 변화는 생산에 큰 영향을 미칠 수 있습니다."라고 말했습니다.

보고서에 따르면 Mitsubishi Materials의 GY 시리즈 Tri-Lock 모듈식 홈 가공 시스템은 일체형 블레이드 척과 견고성이 비슷합니다. 시스템은 세 방향(주변, 전면, 상단)에서 홈 가공 블레이드를 안정적으로 고정합니다. 두 가지 구조 설계로 홈 가공 중에 블레이드가 변위되는 것을 방지합니다. V자형 돌출부는 블레이드가 측면으로 이동하는 것을 방지합니다. 안전 키는 슬롯 가공 중 절삭력으로 인해 발생하는 블레이드의 전진 이동을 제거합니다.

경화강 부품에 일반적으로 사용되는 홈 가공 인서트에는 단순한 사각형 인서트, 성형 인서트, 슬롯형 인서트 등이 포함됩니다. 일반적으로 절단홈은 결합부분이 있기 때문에 표면조도가 양호해야 하며, O링이나 스냅링 홈도 일부 있습니다. 미쓰비시 머티리얼즈의 제품 전문가인 마크 멘코니(Mark Menconi)에 따르면, "이러한 공정은 내경 홈 가공과 외경 홈 가공으로 나눌 수 있지만 대부분의 홈 가공 작업에는 약 0.25mm 절삭 깊이의 가벼운 터치 정밀도를 포함한 미세 절삭이 필요합니다. 약 0.5mm 깊이의 풀 절삭으로 절삭됩니다."

경화강의 홈 가공에는 경도가 더 높고 내마모성이 뛰어나며 형상이 적합한 공구를 사용해야 합니다. 핵심은 카바이드 인서트, 세라믹 인서트 또는 PCBN 인서트를 사용해야 하는지 파악하는 것입니다. Schmitz는 "저는 경도가 50HRC 미만인 공작물을 가공할 때 거의 항상 초경 인서트를 선택합니다. 경도가 50-58HRC인 공작물의 경우 세라믹 인서트가 매우 경제적인 선택입니다. 공작물이 최대 58HRC의 경도를 고려해야 하는 경우에만 CBN 인서트를 고려해야 합니다. CBN 인서트는 가공 메커니즘이 절삭 재료가 아니라 공구/공작물 인터페이스이기 때문에 이러한 고경도 재료를 가공하는 데 특히 적합합니다. 재료를 녹입니다.

경도가 58HRC 이상인 경화강 부품의 홈 가공에서는 칩 컨트롤이 문제가 되지 않습니다. 일반적으로 건식 홈 가공이 사용되기 때문에 칩은 먼지나 매우 작은 입자와 비슷하며 손으로 불어서 제거할 수 있습니다. 스미토모 전기의 마톤 씨는 "보통 이런 종류의 부스러기는 무엇이든 부딪히면 부서지고 분해되기 때문에 부스러기와 가공물이 접촉해도 가공물이 손상되지 않습니다. 파편을 잡으면 손에 박살날 것입니다. ”

CBN 인서트가 건식 절삭에 적합한 이유 중 하나는 내열성은 매우 우수하지만 온도 변화에 따라 가공 성능이 크게 저하된다는 점입니다. 이코노맨 측은 “실제로 CBN 인서트가 피삭재와 접촉하면 팁에 절삭열이 발생하는데, CBN 인서트는 온도 변화에 대한 적응력이 떨어지기 때문에 적절한 냉각을 통해 일정한 온도를 유지하기 어렵다”고 말했다. 상태. CBN은 매우 단단하지만 부서지기 쉽고 온도 변화로 인해 파열될 수 있습니다."

초경합금, 세라믹 또는 PCBN 인서트를 사용하여 경도가 낮은(예: 45-50HRC) 강철 부품을 절단할 때 생성되는 칩은 최대한 짧아야 합니다. 칩이 많은 양의 열을 운반할 수 있기 때문에 절삭 공정 중 공구 재료의 절삭 열을 효과적으로 제거합니다.

이다kar의 Schmitz는 또한 도구를 "역전된" 상태에서 처리할 것을 권장합니다. 그는 “공작기계에 공구를 장착할 때 공작기계 제조사가 선호하는 공구는 블레이드를 위로 절단하는 방식으로 장착하는데, 이는 가공물의 회전으로 인해 기계 레일에 하향 압력을 가해 기계를 안정적으로 유지할 수 있게 해준다.그러나 블레이드가 가공물 소재에 절단되면 형성된 칩이 블레이드와 가공물에 남을 수 있다. 중력의."

표면 경화는 저탄소강의 경도를 향상시키는 간단한 방법입니다. 원리는 재료 표면 아래 특정 깊이에서 탄소 함량을 높이는 것입니다. 홈 가공 깊이가 표면 경화층의 두께를 초과하는 경우 홈 가공 블레이드가 단단한 재질에서 부드러운 재질로 변경되어 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 위해 공구 제조업체는 다양한 유형의 가공물 재료에 맞는 여러 블레이드 등급을 개발했습니다.

Horn(미국)의 영업 관리자인 Duane Drape는 "단단한 소재에서 부드러운 소재로 변경할 때 사용자가 항상 블레이드를 교체하고 싶어하는 것은 아니기 때문에 이러한 유형의 가공에 가장 적합한 공구를 찾아야 합니다. 초경 인서트를 사용하면 블레이드가 단단한 표면을 절단할 때 과도한 마모 문제가 발생합니다. 경도가 높은 소재 절단에 적합한 CBN 인서트를 사용하여 부드러운 부품을 절단하면 블레이드가 손상되기 쉽습니다. 타협: 고경도 초경 인서트 + 초윤활 코팅 또는 상대적으로 부드러운 CBN 인서트 재종 + 일반 소재 절삭에 적합한 절삭 인서트(경질 가공이 아닌)."

Drape는 "CBN 인서트를 사용하면 경도가 45-50HRC인 피삭재를 효과적으로 절단할 수 있지만 블레이드 형상을 조정해야 합니다. 일반적인 CBN 인서트는 절삭날에 네거티브 챔퍼가 있습니다. 이 네거티브 챔퍼 CBN 인서트는 가공하기에 더 부드럽습니다. 피삭재를 사용하면 소재가 풀아웃 효과가 나타나 공구 수명이 단축됩니다. 경도가 낮은 CBN 재종을 사용하고 절삭 형상을 변경하면 모서리가 변경되면 경도가 45-50HRC인 공작물 재료를 성공적으로 절단할 수 있습니다."

당사가 개발한 S117 HORN 홈가공 인서트는 PCBN 팁을 사용하며, 기어 폭을 정밀하게 절단할 경우 절입 깊이는 약 0.15~0.2mm이다. 우수한 표면 조도를 얻기 위해 블레이드의 양쪽 절단면 각각에 스크래핑 평면이 있습니다.

또 다른 옵션은 절단 매개변수를 변경하는 것입니다. Index의 Economan에 따르면 "경화층을 절단한 후 더 큰 절단 매개변수를 사용할 수 있습니다. 경화 깊이가 0.13mm 또는 0.25mm에 불과한 경우 이 깊이를 절단한 후 다른 블레이드를 교체하거나 여전히 동일한 블레이드를 사용하되 절단 매개변수를 적절한 수준으로 높이십시오."

더 넓은 범위의 가공을 처리하기 위해 PCBN 블레이드 등급이 증가하고 있습니다. 경도 등급이 높을수록 절삭 속도가 빨라지고, 인성이 높을수록 불안정한 가공 환경에서 사용할 수 있습니다. 연속 또는 단속 절단의 경우 다양한 PCBN 인서트 재종을 사용할 수도 있습니다. Sumitomo Electric의 Maton은 PCBN 공구의 취약성으로 인해 경화강을 가공할 때 날카로운 절단 모서리가 부서지기 쉽다고 지적했습니다. “특히 단속절삭에서는 절삭날을 보호해야 하며, 연속절삭보다 절삭날을 더 많이 준비하고 절삭각도는 더 커야 합니다.”

이스카르&새로 개발된 IB10H 및 IB20H 등급은 Groove Turn PCBN 제품 라인을 더욱 확장합니다. IB10H는 고경도강의 중속~고속 연속 절삭을 위한 세립 PCBN 재종입니다. IB20H는 미세 및 중간 크기의 PCBN 입자로 구성되어 내마모성과 내충격성이 우수합니다. 저울은 경화강의 단속 절단이라는 더 가혹한 조건을 견딜 수 있습니다. PCBN 공구의 일반적인 고장 모드는 갑자기 갈라지거나 갈라지는 것이 아니라 절삭날이 마모되는 것입니다.

스미토모 전기(Sumitomo Electric)가 출시한 BNC30G 코팅 PCBN 재종은 경화강 가공물의 단속 홈 가공에 사용됩니다. 지속적인 홈 가공을 위해서는 BN250 범용 블레이드 재종을 권장합니다. 마톤씨는 "연속절삭을 할 경우 블레이드가 장시간 절단되어 절삭열이 많이 발생하기 때문에 내마모성이 좋은 블레이드를 사용해야 한다. 단속홈 가공의 경우 블레이드가 연속적으로 절삭에 진입하고 빠져나와 팁에 미치는 영향이 크다. 따라서 인성이 좋고 단속적인 충격을 견딜 수 있는 블레이드를 사용해야 한다. 또한 블레이드 코팅은 공구 수명 연장에도 도움이 된다"고 말했다.

가공되는 홈 유형에 관계없이 이전에는 경화 강철 부품을 마무리하기 위해 연삭에 의존했던 작업장을 PCBN 도구를 사용하여 홈 가공으로 전환하여 생산성을 높일 수 있습니다. 하드 그루빙은 연삭에 버금가는 치수 정확도를 달성하는 동시에 가공 시간을 크게 단축할 수 있습니다.