Dłutowanie stali hartowanej za pomocą frezu PCBN

Dłutowanie stali hartowanej za pomocą frezu PCBN

W ostatniej dekadzie precyzyjne rowkowanie części ze stali hartowanej za pomocą płytek z polikrystalicznego sześciennego azotku boru (PCBN) stopniowo wypierało tradycyjne szlifowanie. Tyler Economan, menedżer ds. ofertowania w firmie Index w USA, powiedział: „Ogólnie rzecz biorąc, szlifowanie rowków jest procesem bardziej stabilnym, zapewniającym większą dokładność wymiarową niż rowkowanie. Jednak ludzie nadal chcą mieć możliwość wykończenia przedmiotu obrabianego na tokarce. Wymagane jest różnorodne przetwarzanie”.

Różne hartowane materiały obrabiane obejmują stal szybkotnącą, stal matrycową, stal łożyskową i stal stopową. Hartować można wyłącznie metale żelazne, a procesy hartowania stosuje się zwykle w przypadku stali niskowęglowych. Dzięki hartowaniu zewnętrzna twardość przedmiotu obrabianego może być wyższa i łatwiejsza do noszenia, a wnętrze ma lepszą wytrzymałość. Części wykonane ze stali hartowanej obejmują trzpienie, osie, złącza, koła napędowe, wałki rozrządu, koła zębate, tuleje, wały napędowe, łożyska i tym podobne.

Jednakże „materiały twarde” to pojęcie względne i zmieniające się. Niektórzy uważają, że materiały obrabiane o twardości 40-55 HRC są materiałami twardymi; inni uważają, że twardość twardych materiałów powinna wynosić 58-60 HRC lub więcej. W tej kategorii można zastosować narzędzia PCBN.

Po hartowaniu indukcyjnym warstwa utwardzona powierzchniowo może mieć grubość do 1,5 mm, a twardość może sięgać 58-60 HRC, natomiast materiał pod warstwą wierzchnią jest zwykle znacznie bardziej miękki. W tym przypadku ważne jest, aby większość cięcia została wykonana poniżej warstwy utwardzonej powierzchniowo.

Obrabiarki o wystarczającej mocy i sztywności są warunkiem niezbędnym do rowkowania hartowanych części. Według Economana: "Im lepsza sztywność obrabiarki i im wyższa moc, tym efektywniejsze rowkowanie hartowanego materiału. W przypadku materiałów obrabianych o twardości większej niż 50 HRC wiele lekkich obrabiarek nie spełnia wymaganych warunków skrawania. Jeśli wydajność maszyny (moc, moment obrotowy, a zwłaszcza sztywność) zostanie przekroczona, obróbka nie może zostać pomyślnie ukończona."

Sztywność jest bardzo ważna dla urządzenia utrzymującego przedmiot obrabiany, ponieważ powierzchnia styku krawędzi skrawającej z przedmiotem obrabianym jest podczas rowkowania duża, a narzędzie wywiera duży nacisk na przedmiot obrabiany. Podczas mocowania przedmiotów ze stali hartowanej można zastosować szeroki zacisk, aby rozproszyć powierzchnię mocowania. Paul Ratzki, menedżer ds. marketingu w firmie Sumitomo Electric Hard Alloy Co., powiedział: "Obrabiane części muszą być mocno podparte. Podczas obróbki materiałów hartowanych generowane są wibracje i nacisk narzędzia, które są znacznie większe niż podczas obróbki zwykłych przedmiotów, co może skutkować zaciśnięciem przedmiotu obrabianego. Nie może wyskoczyć z maszyny ani spowodować odpryskiwania, a nawet złamania ostrza CBN."

Trzpień utrzymujący płytkę do rowkowania powinien być jak najkrótszy, aby zminimalizować wysięg i zwiększyć sztywność narzędzia. Matthew Schmitz, menedżer ds. produktów GRIP w firmie Isca, zwraca uwagę, że ogólnie rzecz biorąc, narzędzia monolityczne są bardziej odpowiednie do rowkowania w materiałach hartowanych. Firma oferuje jednak również modułowy system rowkowania. „Chwyt modułowy można stosować w sytuacjach obróbki, w których narzędzie jest podatne na nagłą awarię” – mówi. "Nie musisz wymieniać całego chwytu, wystarczy wymienić tańszy element. Chwyt modułowy oferuje również różnorodne opcje obróbki. System modułowy Iskar Grip można zainstalować w wielu różnych produktach. Możesz użyć uchwytu narzędziowego z 7 różnymi ostrzami dla 7 linii produktów lub dowolną liczbą ostrzy do różnych obróbek. Ta sama linia produktów z szerokością szczeliny. "

Sumitomo EW oprawkach narzędziowych firmy lectric do chwytania płytek typu CGA zastosowano metodę mocowania od góry, która wciąga ostrze z powrotem do uchwytu. Uchwyt ten jest również wyposażony w boczną śrubę mocującą, która poprawia stabilność chwytu i wydłuża żywotność narzędzia. Rich Maton, zastępca kierownika działu projektowego firmy, powiedział: „Ten uchwyt narzędziowy jest przeznaczony do rowkowania hartowanych przedmiotów. Jeśli ostrze porusza się w uchwycie, z biegiem czasu ostrze ulega zużyciu, a trwałość narzędzia się zmienia. W przypadku wymagań związanych z obróbką o wysokiej produktywności w przemyśle motoryzacyjnym (takich jak 50–100 lub 150 detali na krawędź skrawającą) przewidywalność trwałości narzędzia jest szczególnie ważna, a zmiany w trwałości narzędzia mogą mieć znaczący wpływ na produkcję”.

Według raportów modułowy system rowkowania Tri-Lock serii GY firmy Mitsubishi Materials jest porównywalny pod względem sztywności ze zintegrowanymi uchwytami ostrza. System niezawodnie chwyta ostrza rowkujące z trzech kierunków (zewnętrznie, z przodu i od góry). Jego dwie konstrukcje konstrukcyjne zapobiegają przemieszczaniu się brzeszczotu podczas rowkowania: występ w kształcie litery V zapobiega przesuwaniu się brzeszczotu na boki; klucz zabezpieczający eliminuje ruch ostrza do przodu spowodowany siłą skrawania podczas obróbki rowka.

Powszechnie stosowane wkładki do rowkowania części ze stali hartowanej obejmują proste wkładki kwadratowe, wkładki formujące, wkładki szczelinowe i tym podobne. Ogólnie rzecz biorąc, wymagane jest dobre wykończenie powierzchni wyciętych rowków, ponieważ mają one część współpracującą, a niektóre są rowkami typu O-ringi lub pierścienie osadcze. Według Marka Menconiego, specjalisty ds. produktów w Mitsubishi Materials: „Procesy te można podzielić na obróbkę rowków o średnicy wewnętrznej i obróbkę rowków o średnicy zewnętrznej, ale większość operacji rowkowania wymaga precyzyjnego skrawania, w tym lekkiej precyzji dotykowej, już od głębokości skrawania około 0,25 mm. Cięcie do pełnego skrawania o głębokości około 0,5 mm”.

Rowkowanie stali hartowanej wymaga stosowania narzędzi o wyższej twardości, lepszej odporności na zużycie i odpowiedniej geometrii. Kluczem jest ustalenie, czy należy zastosować płytkę węglikową, płytkę ceramiczną czy płytkę PCBN. Schmitz powiedział: "Prawie zawsze wybieram płytki węglikowe do obróbki przedmiotów o twardości poniżej 50 HRC. W przypadku przedmiotów o twardości 50-58 HRC płytki ceramiczne są bardzo ekonomicznym wyborem. Tylko wtedy, gdy należy uwzględnić płytki CBN dla przedmiotu obrabianego o twardości do 58 HRC. Płytki CBN nadają się szczególnie do obróbki tak twardych materiałów, ponieważ mechanizm obróbczy nie jest materiałem skrawającym, ale powierzchnią styku narzędzie/przedmiot obrabiany. Stopić materiał.

W przypadku rowkowania części ze stali hartowanej o twardości powyżej 58 HRC kontrola wiórów nie stanowi problemu. Ponieważ zwykle stosuje się rowkowanie na sucho, wióry przypominają raczej pył lub bardzo małe cząstki i można je usunąć ręcznie. Maton z Sumitomo Electric powiedział: „Zwykle tego rodzaju wióry pękają i rozpadają się, gdy uderzą w cokolwiek, więc kontakt wiórów z przedmiotem obrabianym nie spowoduje uszkodzenia przedmiotu obrabianego. Jeśli złapiesz wiór, roztrzaskają się w Twojej dłoni. ”

Jednym z powodów, dla których płytki CBN nadają się do cięcia na sucho, jest to, że chociaż ich odporność cieplna jest bardzo dobra, wydajność obróbki znacznie spada w przypadku wahań temperatury. Economan mówi: „W rzeczywistości, gdy płytka CBN styka się z materiałem przedmiotu obrabianego, na końcówce wytwarza się ciepło powstałe podczas skrawania, ale ponieważ płytka CBN gorzej dostosowuje się do zmian temperatury, trudno jest odpowiednio schłodzić, aby utrzymać stałą temperaturę. Państwo. CBN jest bardzo twardy, ale jest też bardzo kruchy i może pęknąć pod wpływem zmian temperatury.

Podczas skrawania części stalowych o niskiej twardości (np. 45-50 HRC) płytkami z węglika spiekanego, ceramiki lub PCBN, powstające wióry powinny być jak najkrótsze. To skutecznie usuwa ciepło skrawania z materiału narzędzia podczas procesu skrawania, ponieważ wióry mogą odprowadzać dużą ilość ciepła.

jestKar's Schmitz zaleca również obróbkę narzędzia w stanie „odwróconym”. Wyjaśnił: "Podczas instalowania narzędzia na obrabiarce preferowane przez konstruktora obrabiarki narzędzie jest instalowane poprzez obcięcie ostrza skierowaną do góry, ponieważ pozwala to na obrót przedmiotu obrabianego i wywarcie nacisku w dół na szynę maszyny, aby utrzymać stabilność maszyny. Jednakże, gdy ostrze zostanie wcięte w materiał przedmiotu obrabianego, utworzone wióry mogą pozostać na ostrzu i przedmiocie obrabianym. Jeśli uchwyt narzędziowy zostanie odwrócony i narzędzie zostanie zamontowane do góry nogami, ostrze nie będzie widoczne, a wióry automatycznie uciekną z obszaru skrawania pod wpływem działania grawitacji.”

Hartowanie powierzchniowe jest prostą metodą poprawy twardości stali niskowęglowej. Zasada polega na zwiększaniu zawartości węgla na określonej głębokości pod powierzchnią materiału. Gdy głębokość rowkowania przekracza grubość warstwy utwardzonej powierzchniowo, mogą pojawić się pewne problemy w związku ze zmianą ostrza do rowkowania z materiału twardszego na materiał bardziej miękki. W tym celu producenci narzędzi opracowali kilka gatunków ostrzy do różnych rodzajów materiałów obrabianych.

Duane Drape, kierownik sprzedaży w firmie Horn (USA), powiedział: „Przy zmianie materiału z twardszego na bardziej miękki użytkownik nie zawsze chce zmieniać ostrze, dlatego musimy znaleźć najlepsze narzędzie do tego typu obróbki. Jeśli zastosujemy płytkę z węglika spiekanego, wystąpi problem nadmiernego zużycia, gdy ostrze przetnie twardą powierzchnię. Jeśli do cięcia miękkiej części zostanie użyta płytka CBN odpowiednia do cięcia materiałów o dużej twardości, łatwo jest uszkodzić ostrze. Możemy pójść na kompromis: płytki węglikowe o wysokiej twardości + powłoki supersmarujące lub stosunkowo miękkie gatunki płytek CBN + płytki skrawające odpowiednie do skrawania typowych materiałów (zamiast obróbki na twardo).”

Drape powiedział: "Płytek CBN można używać do skutecznego skrawania materiałów obrabianych o twardości 45-50 HRC, ale geometria ostrza musi być dostosowana. Typowe płytki CBN mają ujemną fazę na krawędzi skrawającej. Ta płytka CBN z ujemną fazą jest bardziej miękka w obróbce. W przypadku użycia materiału przedmiotu obrabianego materiał będzie wyrywany, a trwałość narzędzia ulegnie skróceniu. Jeśli zostanie zastosowany gatunek CBN o niższej twardości i geometria krawędzi skrawającej zmieniony, materiał obrabiany o twardości 45-50 HRC można z powodzeniem ciąć.”

Opracowana przez firmę płytka do rowkowania S117 HORN wykorzystuje końcówkę PCBN, a głębokość skrawania wynosi około 0,15-0,2 mm przy precyzyjnym cięciu szerokości przekładni. Aby uzyskać dobre wykończenie powierzchni, ostrze posiada płaszczyznę skrobiącą na każdej z krawędzi tnących po obu stronach.

Inną opcją jest zmiana parametrów cięcia. Według Economana z Index: "Po przecięciu warstwy hartowanej można zastosować większe parametry cięcia. Jeśli głębokość hartowanej wynosi tylko 0,13 mm lub 0,25 mm, po przecięciu tej głębokości albo wymienia się inne ostrza, albo nadal używaj tego samego ostrza, ale zwiększ parametry cięcia do odpowiedniego poziomu."

Aby objąć szerszy zakres przetwarzania, zwiększa się liczba gatunków ostrzy PCBN. Gatunki o wyższej twardości pozwalają na większe prędkości skrawania, natomiast gatunki o większej wytrzymałości mogą być stosowane w bardziej niestabilnych środowiskach przetwarzania. Do obróbki ciągłej lub przerywanej można również stosować różne gatunki płytek PCBN. Maton z Sumitomo Electric zwrócił uwagę, że ze względu na kruchość narzędzi PCBN ostre krawędzie skrawające są podatne na odpryski podczas obróbki stali hartowanej. „Musimy chronić krawędź skrawającą, zwłaszcza przy obróbce przerywanej, krawędź skrawająca powinna być lepiej przygotowana niż przy cięciu ciągłym, a kąt skrawania powinien być większy.”

Iskar&Nowo opracowane gatunki IB10H i IB20H #39; w dalszym ciągu poszerzają linię produktów Groove Turn PCBN. IB10H to drobnoziarnisty gatunek PCBN przeznaczony do ciągłego cięcia stali hartowanej ze średnią i dużą prędkością; podczas gdy IB20H składa się z drobno i średnioziarnistych ziaren PCBN, zapewniających dobrą odporność na zużycie i udarność. Waga wytrzymuje trudniejsze warunki obróbki przerywanej stali hartowanej. Normalnym objawem awarii narzędzia PCBN powinno być zużycie krawędzi skrawającej, a nie nagłe pękanie lub pękanie.

Gatunek PCBN z pokryciem BNC30G wprowadzony przez Sumitomo Electric jest używany do przerywanego rowkowania przedmiotów ze stali hartowanej. Do ciągłego rowkowania firma zaleca uniwersalny gatunek ostrza BN250. Maton powiedział: "Podczas ciągłego cięcia ostrze jest cięte przez długi czas, co generuje dużo ciepła podczas skrawania. Dlatego konieczne jest użycie ostrza o dobrej odporności na zużycie. W przypadku przerywanego rowkowania ostrze w sposób ciągły wchodzi i wychodzi z cięcia. Ma to duży wpływ na końcówkę. Dlatego konieczne jest użycie ostrza o dobrej wytrzymałości i wytrzymywającego okresowe uderzenia. Ponadto powłoka ostrza pomaga również wydłużyć żywotność narzędzia."

Niezależnie od rodzaju obrabianego rowka warsztaty, które wcześniej polegały na szlifowaniu w celu wykańczania części ze stali hartowanej, mogą w celu zwiększenia produktywności przejść na obróbkę rowków za pomocą narzędzi PCBN. Rowkowanie na twardo umożliwia osiągnięcie dokładności wymiarowej porównywalnej ze szlifowaniem, przy jednoczesnym znacznym skróceniu czasu obróbki.