Sleuven van gehard staal met PCBN-snijder

Sleuvenfrezen van gehard staal met PCBN-frees

In de afgelopen tien jaar heeft het nauwkeurig groefsteken van gehard stalen onderdelen met inzetstukken van polykristallijn kubisch boornitride (PCBN) geleidelijk het traditionele slijpen vervangen. Tyler Economan, engineering manager biedingen bij Index, VS, zei: "Over het algemeen zijn het slijpen van groeven een stabieler proces dat een hogere maatnauwkeurigheid biedt dan groefsteken. Mensen willen echter nog steeds het werkstuk op een draaibank kunnen voltooien. Er is een verscheidenheid aan bewerkingen vereist."

Verschillende werkstukmaterialen die zijn gehard, zijn onder meer snelstaal, matrijsstaal, lagerstaal en gelegeerd staal. Alleen ferrometalen kunnen worden gehard, en hardingsprocessen worden meestal toegepast op koolstofarm staal. Door de verhardingsbehandeling kan de externe hardheid van het werkstuk hoger en draagbaarder worden gemaakt, terwijl de binnenkant een betere taaiheid heeft. Onderdelen gemaakt van gehard staal omvatten doornen, assen, connectoren, aandrijfwielen, nokkenassen, tandwielen, bussen, aandrijfassen, lagers en dergelijke.

‘Harde materialen’ is echter een relatief, veranderend concept. Sommige mensen denken dat werkstukmaterialen met een hardheid van 40-55 HRC harde materialen zijn; anderen zijn van mening dat de hardheid van harde materialen 58-60 HRC of hoger moet zijn. In deze categorie kunnen PCBN-tools worden gebruikt.

Na inductieharden kan de geharde oppervlaktelaag tot 1,5 mm dik zijn en kan de hardheid 58-60 HRC bereiken, terwijl het materiaal onder de oppervlaktelaag gewoonlijk veel zachter is. In dit geval is het belangrijk ervoor te zorgen dat het meeste snijwerk onder de verharde laag aan het oppervlak plaatsvindt.

Werktuigmachines met voldoende kracht en stijfheid zijn een noodzakelijke voorwaarde voor het groeven van geharde onderdelen. Volgens Economan: "Hoe beter de stijfheid van de werktuigmachine en hoe hoger het vermogen, hoe efficiënter het groefsteken van het geharde materiaal. Voor werkstukmaterialen met een hardheid van meer dan 50 HRC voldoen veel lichte werktuigmachines niet aan de vereiste snijvoorwaarden. Als de machinecapaciteit (vermogen, koppel en vooral stijfheid) wordt overschreden, kan de bewerking niet succesvol worden voltooid."

Stijfheid is erg belangrijk voor de werkstukhouder, omdat het contactoppervlak van de snijkant met het werkstuk groot is tijdens het groefproces en het gereedschap een grote druk uitoefent op het werkstuk. Bij het spannen van werkstukken van gehard staal kan een brede klem worden gebruikt om het klemoppervlak te spreiden. Paul Ratzki, marketingmanager van Sumitomo Electric Hard Alloy Co., zei: "De te bewerken onderdelen moeten stevig worden ondersteund. Bij het bewerken van geharde materialen zijn de gegenereerde trillingen en gereedschapsdruk veel groter dan bij het bewerken van gewone werkstukken, wat kan resulteren in het vastklemmen van het werkstuk. Kan niet uit de machine vliegen of ervoor zorgen dat het CBN-zaagblad afbrokkelt of zelfs breekt."

De schacht die de groefwisselplaat vasthoudt, moet zo kort mogelijk zijn om de uitsteeklengte te minimaliseren en de stijfheid van het gereedschap te vergroten. Matthew Schmitz, manager GRIP-producten bij Isca, wijst erop dat monolithische gereedschappen over het algemeen geschikter zijn voor het groefsteken van geharde materialen. Het bedrijf biedt echter ook een modulair groefsysteem aan. “De modulaire schacht kan worden gebruikt in bewerkingssituaties waarbij het gereedschap gevoelig is voor plotseling falen”, zegt hij. "Je hoeft niet de hele schacht te vervangen, je hoeft alleen maar een goedkoper onderdeel te vervangen. De modulaire schacht biedt ook een verscheidenheid aan bewerkingsmogelijkheden. Het modulaire systeem Grip van Iskar kan in een verscheidenheid aan verschillende producten worden geïnstalleerd. Je kunt een gereedschapshouder met 7 verschillende bladen gebruiken voor 7 productlijnen of een willekeurig aantal bladen voor verschillende bewerkingen. Dezelfde productlijn met sleufbreedte."

Sumitomo EDe gereedschaphouders van lectric voor het grijpen van CGA-type wisselplaten maken gebruik van een topklemmethode die het mes terug in de houder trekt. Deze houder is ook voorzien van een bevestigingsschroef aan de zijkant om de gripstabiliteit te verbeteren en de levensduur van het gereedschap te verlengen. Rich Maton, assistent-manager van de ontwerpafdeling van het bedrijf, zei: "Deze gereedschapshouder is ontworpen voor het groefsteken van geharde werkstukken. Als het blad in de houder beweegt, slijt het blad in de loop van de tijd en verandert de standtijd. Voor de hoge productiviteitsvereisten van de auto-industrie (zoals 50-100 of 150 werkstukken per snijkant) is de voorspelbaarheid van de standtijd bijzonder belangrijk, en veranderingen in de standtijd kunnen een aanzienlijke impact hebben op de productie."

Volgens rapporten is het Tri-Lock modulaire groefsysteem uit de GY-serie van Mitsubishi Materials qua stijfheid vergelijkbaar met integrale mesklauwplaten. Het systeem grijpt de groefmessen betrouwbaar vanuit drie richtingen (omtrek, voorkant en bovenkant). Het twee structurele ontwerp voorkomt dat het blad tijdens het groefsteken wordt verplaatst: het V-vormige uitsteeksel voorkomt dat het blad naar de zijkanten beweegt; de veiligheidssleutel elimineert de voorwaartse beweging van het blad veroorzaakt door de snijkracht tijdens het gleufbewerking.

Veelgebruikte groefinzetstukken voor onderdelen van gehard staal zijn onder meer eenvoudige vierkante inzetstukken, vorminzetstukken, sleufinzetstukken en dergelijke. Over het algemeen moeten de gesneden groeven een goede oppervlakteafwerking hebben omdat ze een passend gedeelte hebben, en sommige zijn O-ringen of borgringgroeven. Volgens Mark Menconi, productspecialist bij Mitsubishi Materials, "kunnen deze processen worden onderverdeeld in groefbewerking met binnendiameter en groefbewerking met buitendiameter, maar de meeste groefbewerkingen vereisen fijn snijden, inclusief lichte aanrakingsprecisie vanaf een snedediepte van ongeveer 0,25 mm. Gesneden tot een volledige snede met een diepte van ongeveer 0,5 mm."

Het groefsteken van gehard staal vereist het gebruik van gereedschappen met een hogere hardheid, betere slijtvastheid en geschikte geometrie. De sleutel is om erachter te komen of een hardmetalen wisselplaat, een keramische wisselplaat of een PCBN-wisselplaat moet worden gebruikt. Schmitz zei: "Ik kies bijna altijd hardmetalen wisselplaten bij het bewerken van werkstukken met een hardheid onder de 50 HRC. Voor werkstukken met een hardheid van 50-58 HRC zijn keramische wisselplaten een zeer economische keuze. Alleen als het werkstuk CBN-wisselplaten moet worden overwogen voor hardheden tot 58 HRC. De CBN-wisselplaten zijn bijzonder geschikt voor het bewerken van dergelijke zeer harde materialen, omdat het bewerkingsmechanisme geen snijmateriaal is, maar een gereedschap/werkstuk-interface. Smelten het materiaal.

Voor het groefsteken van gehard stalen onderdelen met een hardheid van meer dan 58 HRC is spaanbeheersing geen probleem. Omdat meestal droog groefsteken wordt gebruikt, lijken de spanen meer op stof of op zeer kleine deeltjes en kunnen ze met de hand worden verwijderd. Maton van Sumitomo Electric zei: "Meestal zal dit soort spanen breken en uiteenvallen als het ergens tegenaan botst, zodat het contact van het spanen met het werkstuk het werkstuk niet zal beschadigen. Als je een spanen pakt, slaan ze in je hand. ”

Een van de redenen waarom CBN-wisselplaten geschikt zijn voor droogsnijden is dat, hoewel hun hittebestendigheid zeer goed is, de verwerkingsprestaties bij temperatuurschommelingen sterk afnemen. Economan zegt: “Wanneer de CBN-wisselplaat in contact komt met het werkstukmateriaal, produceert deze snijwarmte op de punt, maar omdat de CBN-wisselplaat zich minder aanpast aan temperatuurveranderingen, is het moeilijk om voldoende te koelen om een constante temperatuur te handhaven. Staat. CBN is heel hard, maar ook heel bros en kan scheuren als gevolg van temperatuurschommelingen."

Bij het snijden van stalen onderdelen met een lage hardheid (zoals 45-50 HRC) met hardmetalen, keramische of PCBN-wisselplaten moeten de gegenereerde spanen zo kort mogelijk zijn. Hierdoor wordt de snijwarmte in het gereedschapsmateriaal tijdens het snijproces effectief verwijderd, omdat de spanen een grote hoeveelheid warmte kunnen afvoeren.

Iskar's Schmitz raadt ook aan om de tool in een "omgekeerde" staat te verwerken. Hij legde uit: "Bij het installeren van een gereedschap op een werktuigmachine wordt het voorkeursgereedschap van de machinebouwer geïnstalleerd door het blad met de voorkant naar boven te snijden, omdat hierdoor de rotatie van het werkstuk een neerwaartse druk uitoefent op de machinerail om de machine stabiel te houden. Wanneer het blad echter in het werkstukmateriaal wordt gesneden, kunnen de gevormde spanen op het blad en het werkstuk achterblijven. Als de gereedschapshouder wordt omgedraaid en het gereedschap ondersteboven wordt gemonteerd, zal het blad niet zichtbaar zijn en zal de spaanstroom automatisch uit het snijgebied ontsnappen onder invloed van zwaartekracht."

Oppervlakteharding is een eenvoudige methode om de hardheid van koolstofarm staal te verbeteren. Het principe is om het koolstofgehalte op een bepaalde diepte onder het oppervlak van het materiaal te verhogen. Wanneer de groefdiepte de dikte van de verharde oppervlaktelaag overschrijdt, kunnen er problemen optreden als gevolg van de verandering van het groefblad van een harder materiaal naar een zachter materiaal. Voor dit doel hebben gereedschapsfabrikanten verschillende bladkwaliteiten ontwikkeld voor verschillende soorten werkstukmaterialen.

Duane Drape, verkoopmanager bij Horn (VS), zei: "Bij het overstappen van een harder materiaal naar een zachter materiaal wil de gebruiker niet altijd het mes wisselen, dus moeten we het beste gereedschap voor dit soort bewerkingen vinden. Als een hardmetalen wisselplaat wordt gebruikt, zal deze het probleem van overmatige slijtage tegenkomen wanneer het mes een hard oppervlak snijdt. Als een CBN-wisselplaat die geschikt is voor het snijden van zeer harde materialen wordt gebruikt om een zacht onderdeel te snijden, is het gemakkelijk om het mes te beschadigen. We kunnen een compromis gebruiken: hoge hardmetalen wisselplaten + supergesmeerde coatings, of relatief zachte CBN-wisselplaatsoorten + snijplaten die geschikt zijn voor het snijden van gewone materialen (in plaats van harde bewerking)."

Drape zei: "Je kunt CBN-wisselplaten gebruiken om effectief werkstukmaterialen te snijden met een hardheid van 45-50 HRC, maar de bladgeometrie moet worden aangepast. Typische CBN-wisselplaten hebben een negatieve afschuining op de snijkant. Deze CBN-wisselplaat met negatieve afschuining is zachter om te bewerken. Wanneer het werkstukmateriaal wordt gebruikt, zal het materiaal een uittrekeffect hebben en zal de standtijd worden verkort. Als de CBN-kwaliteit met lagere hardheid wordt gebruikt en de geometrie van de snijkant wordt veranderd, het werkstukmateriaal met een hardheid van 45-50 HRC kan met succes worden gesneden."

De door het bedrijf ontwikkelde S117 HORN-groefwisselplaat maakt gebruik van een PCBN-punt en de snedediepte bedraagt ongeveer 0,15-0,2 mm wanneer de tandwielbreedte nauwkeurig is gesneden. Om een ​​goede oppervlakteafwerking te verkrijgen, is het mes aan beide zijden voorzien van een schraapvlak op elk van de snijkanten.

Een andere optie is het wijzigen van de snijparameters. Volgens Index's Economan: "Na het doorsnijden van de geharde laag kunnen grotere snijparameters worden gebruikt. Als de geharde diepte slechts 0,13 mm of 0,25 mm bedraagt, worden na het doorsnijden van deze diepte de verschillende messen vervangen of wordt nog steeds hetzelfde mes gebruikt, maar verhogen de snijparameters tot het juiste niveau."

Om een breder scala aan verwerkingen te kunnen bestrijken, nemen de PCBN-bladkwaliteiten toe. Hogere hardheidsgraden zorgen voor hogere snijsnelheden, terwijl hardheidsgraden met een betere taaiheid kunnen worden gebruikt in meer onstabiele verwerkingsomgevingen. Voor continu of onderbroken snijden kunnen ook verschillende PCBN-wisselplaatsoorten worden gebruikt. Maton van Sumitomo Electric wees erop dat vanwege de broosheid van PCBN-gereedschappen scherpe snijkanten gevoelig zijn voor chippen bij het bewerken van gehard staal. “We moeten de snijkant beschermen, vooral bij onderbroken snijden, de snijkant moet meer voorbereid zijn dan bij continu snijden, en de snijhoek moet groter zijn.”

Iskar's nieuw ontwikkelde IB10H- en IB20H-kwaliteiten breiden de Groove Turn PCBN-productlijn verder uit. IB10H is een fijnkorrelige PCBN-kwaliteit voor continu snijden op middelhoge tot hoge snelheid van gehard staal; terwijl IB20H bestaat uit fijne en middelgrote korrelgrootte PCBN-korrels, die een goede slijtvastheid en slagvastheid bieden. De balans is bestand tegen de zwaardere omstandigheden van onderbroken sneden van gehard staal. De normale faalwijze van een PCBN-gereedschap zou moeten zijn dat de snijkant verslijt in plaats van plotseling te barsten of barsten.

De door Sumitomo Electric geïntroduceerde BNC30G-gecoate PCBN-soort wordt gebruikt voor het onderbroken groefsteken van werkstukken van gehard staal. Voor continu groefsteken adviseert het bedrijf de universele bladkwaliteit BN250. Maton zei: "Bij continu snijden wordt het mes langdurig gesneden, wat veel snijwarmte zal genereren. Daarom is het noodzakelijk om een ​​mes te gebruiken met een goede slijtvastheid. Bij intermitterend groefsteken gaat het mes voortdurend in en uit. Het heeft een grote impact op de punt. Daarom is het noodzakelijk om een ​​mes te gebruiken met een goede taaiheid en bestand tegen intermitterende schokken. Bovendien helpt de mescoating ook om de standtijd te verlengen."

Ongeacht het type groef dat wordt bewerkt, kunnen werkplaatsen die voorheen afhankelijk waren van slijpen om geharde stalen onderdelen af te werken, worden omgebouwd tot groefsteken met PCBN-gereedschappen om de productiviteit te verhogen. Met hard groefsteken kan een maatnauwkeurigheid worden bereikt die vergelijkbaar is met slijpen, terwijl de bewerkingstijd aanzienlijk wordt verkort.