Entalhamento de aço temperado com cortador PCBN

Ranhura de aço temperado com fresa PCBN

Na última década, o canal de precisão de peças de aço endurecido com pastilhas de nitreto cúbico de boro policristalino (PCBN) substituiu gradualmente a retificação tradicional. Tyler Economan, gerente de engenharia de licitações da Index, EUA, disse: "Em geral, a retificação de canais é um processo mais estável que fornece maior precisão dimensional do que a usinagem de canais. No entanto, as pessoas ainda querem poder completar a peça em um torno. É necessária uma variedade de processamentos."

Vários materiais de peças que foram endurecidos incluem aço rápido, aço para matrizes, aço para rolamentos e aço-liga. Somente metais ferrosos podem ser endurecidos, e os processos de endurecimento são geralmente aplicados a aços com baixo teor de carbono. Através do tratamento de endurecimento, a dureza externa da peça pode ser aumentada e usável, enquanto o interior tem melhor tenacidade. As peças feitas de aço temperado incluem mandris, eixos, conectores, rodas motrizes, árvores de cames, engrenagens, buchas, eixos de transmissão, rolamentos e semelhantes.

No entanto, “materiais duros” é um conceito relativo e mutável. Algumas pessoas pensam que os materiais da peça com dureza de 40-55 HRC são materiais duros; outros acreditam que a dureza dos materiais duros deveria ser 58-60 HRC ou superior. Nesta categoria, podem ser utilizadas ferramentas PCBN.

Após o endurecimento por indução, a camada superficial endurecida pode ter até 1,5 mm de espessura e a dureza pode atingir 58-60 HRC, enquanto o material abaixo da camada superficial é geralmente muito mais macio. Neste caso, é importante garantir que a maior parte do corte seja feita abaixo da camada superficial endurecida.

Máquinas-ferramentas com potência e rigidez suficientes são uma condição necessária para usinagem de canais em peças endurecidas. De acordo com Economan, "Quanto melhor a rigidez da máquina-ferramenta e quanto maior a potência, mais eficiente será o canal do material endurecido. Para materiais de peças com dureza superior a 50 HRC, muitas máquinas-ferramentas leves não atendem às condições de corte exigidas. Se a capacidade da máquina (potência, torque e especialmente rigidez) for excedida, a usinagem não poderá ser concluída com êxito."

A rigidez é muito importante para o dispositivo de fixação da peça porque a superfície de contato da aresta de corte com a peça é grande durante o processo de canal e a ferramenta exerce uma grande pressão sobre a peça. Ao fixar peças de aço endurecido, um grampo largo pode ser usado para dispersar a superfície de fixação. Paul Ratzki, gerente de marketing da Sumitomo Electric Hard Alloy Co., disse: "As peças a serem usinadas devem ser firmemente apoiadas. Ao usinar materiais endurecidos, a vibração e a pressão da ferramenta geradas são muito maiores do que ao usinar peças comuns, o que pode resultar na fixação da peça. Não pode voar para fora da máquina ou fazer com que a lâmina de CBN lasque ou até mesmo quebre."

A haste que segura a pastilha para canal deve ser a mais curta possível para minimizar o balanço e aumentar a rigidez da ferramenta. Matthew Schmitz, gerente de produtos GRIP da Isca, destaca que, em geral, as ferramentas monolíticas são mais adequadas para usinagem de canais em materiais endurecidos. Contudo, a empresa também oferece um sistema modular de canal. “A haste modular pode ser usada em situações de usinagem em que a ferramenta está sujeita a falhas repentinas”, afirma. "Você não precisa substituir a haste inteira, você só precisa substituir um componente mais barato. A haste modular também oferece uma variedade de opções de usinagem. O sistema modular Grip da Iskar pode ser instalado em uma variedade de produtos diferentes. Você pode usar um porta-ferramenta com 7 lâminas diferentes para 7 linhas de produtos ou qualquer número de lâminas para processamento diferente A mesma linha de produtos com largura de ranhura."

Sumitomo EOs porta-ferramentas da lectric para fixação de pastilhas do tipo CGA usam um método de fixação superior que puxa a lâmina de volta para dentro do porta-ferramentas. Este suporte também possui um parafuso de fixação lateral para ajudar a melhorar a estabilidade do punho e prolongar a vida útil da ferramenta. Rich Maton, gerente assistente do departamento de design da empresa, disse: "Este porta-ferramentas foi projetado para usinagem de canais em peças endurecidas. Se a lâmina se mover no suporte, a lâmina se desgasta com o tempo e a vida útil da ferramenta muda. Para os requisitos de usinagem de alta produtividade da indústria automotiva (como 50-100 ou 150 peças por aresta de corte), a previsibilidade da vida útil da ferramenta é particularmente importante, e mudanças na vida útil da ferramenta podem ter um impacto significativo na produção."

De acordo com relatórios, o sistema de canal modular Tri-Lock da série GY da Mitsubishi Materials é comparável em rigidez aos mandris de lâminas integrais. O sistema segura com segurança as lâminas de canal em três direções (periférica, frontal e superior). Seu desenho estrutural duplo evita que a lâmina se desloque durante o canal: a projeção em forma de V evita que a lâmina se mova para os lados; a chave de segurança elimina o movimento de avanço da lâmina causado pela força de corte durante a usinagem de canais.

As pastilhas de canal comumente usadas para peças de aço endurecido incluem pastilhas quadradas simples, pastilhas de conformação, pastilhas com fenda e semelhantes. Geralmente, as ranhuras cortadas devem ter um bom acabamento superficial porque possuem uma porção correspondente e algumas são anéis de vedação ou ranhuras para anéis elásticos. De acordo com Mark Menconi, especialista de produtos da Mitsubishi Materials, "Esses processos podem ser divididos em usinagem de canais com diâmetro interno e usinagem de canais com diâmetro externo, mas a maioria das operações de canal exigem corte fino, incluindo precisão de toque leve a partir de cerca de 0,25 mm de profundidade de corte. Corte em um corte completo com uma profundidade de cerca de 0,5 mm."

A usinagem de canais em aço temperado requer a utilização de ferramentas com maior dureza, melhor resistência ao desgaste e geometria adequada. A chave é descobrir se uma pastilha de metal duro, uma pastilha de cerâmica ou uma pastilha de PCBN devem ser usadas. Schmitz disse: "Quase sempre escolho pastilhas de metal duro ao usinar peças com durezas abaixo de 50 HRC. Para peças com dureza de 50-58 HRC, as pastilhas de cerâmica são uma escolha muito econômica. Somente quando a peça as pastilhas de CBN devem ser consideradas para dureza de até 58 HRC. As pastilhas de CBN são particularmente adequadas para usinar materiais de alta dureza porque o mecanismo de usinagem não é um material de corte, mas uma ferramenta/peça de trabalho Derreta o material.

Para canal de peças de aço temperado com dureza superior a 58 HRC, o controle de cavacos não é um problema. Como geralmente é usado o canal a seco, os cavacos são mais parecidos com poeira ou partículas muito pequenas e podem ser removidos manualmente. Maton da Sumitomo Electric disse: "Normalmente, esse tipo de limalha se quebra e se desintegra quando atinge qualquer coisa, portanto, o contato da limalha com a peça de trabalho não a danificará. Se você pegar uma lasca, ela vai quebrar na sua mão. ”

Uma das razões pelas quais as pastilhas de CBN são adequadas para corte a seco é que, embora sua resistência ao calor seja muito boa, o desempenho do processamento é bastante reduzido no caso de flutuações de temperatura. Economan diz: “Na verdade, quando a pastilha de CBN está em contato com o material da peça, ela produz calor de corte na ponta, mas como a pastilha de CBN é menos adaptável às mudanças de temperatura, é difícil resfriar adequadamente para manter uma temperatura constante. Estado. O CBN é muito duro, mas também é muito frágil e pode romper devido a mudanças de temperatura."

Ao cortar peças de aço com baixa dureza (como 45-50 HRC) com pastilhas de metal duro, cerâmica ou PCBN, os cavacos gerados devem ser os mais curtos possíveis. Isso remove efetivamente o calor de corte do material da ferramenta durante o processo de corte porque os cavacos podem transportar uma grande quantidade de calor.

ÉKar's Schmitz também recomenda que a ferramenta seja processada em um estado "invertido". Ele explicou: "Ao instalar uma ferramenta em uma máquina-ferramenta, a ferramenta preferida do fabricante da máquina-ferramenta é instalada cortando a lâmina voltada para cima, pois isso permite que a rotação da peça de trabalho exerça pressão para baixo no trilho da máquina para manter a máquina estável. No entanto, quando a lâmina é cortada no material da peça de trabalho, os cavacos formados podem permanecer na lâmina e na peça de trabalho. Se o porta-ferramenta for virado e a ferramenta for montada de cabeça para baixo, a lâmina não ficará visível e o fluxo de cavacos escapará automaticamente da área de corte sob a ação de gravidade."

O endurecimento superficial é um método simples para melhorar a dureza do aço de baixo carbono. O princípio é aumentar o teor de carbono a uma certa profundidade sob a superfície do material. Quando a profundidade do canal excede a espessura da camada superficial endurecida, alguns problemas podem surgir devido à mudança da lâmina de canal de um material mais duro para um material mais macio. Para este fim, os fabricantes de ferramentas desenvolveram diversas classes de lâminas para diferentes tipos de materiais de peças.

Duane Drape, gerente de vendas da Horn (EUA), disse: "Ao mudar de um material mais duro para um mais macio, o usuário nem sempre deseja trocar a lâmina, então temos que encontrar a melhor ferramenta para este tipo de usinagem. Se uma pastilha de metal duro for usada, ela encontrará o problema de desgaste excessivo quando a lâmina corta uma superfície dura. Se uma pastilha de CBN adequada para cortar materiais de alta dureza for usada para cortar uma peça macia, é fácil danificar a lâmina. Podemos usar um compromisso: alta pastilhas de metal duro + revestimentos superlubrificados ou classes de pastilhas de CBN relativamente macias + pastilhas de corte adequadas para corte de materiais comuns (em vez de usinagem dura)."

Drape disse: "Você pode usar pastilhas de CBN para cortar efetivamente materiais de peças com uma dureza de 45-50 HRC, mas a geometria da lâmina deve ser ajustada. As pastilhas de CBN típicas têm um chanfro negativo na aresta de corte. Essa pastilha de CBN com chanfro negativo é mais macia para usinar. Quando o material da peça é usado, o material terá um efeito de extração e a vida útil da ferramenta será reduzida. Se a classe de CBN com menor dureza for usada e a geometria da aresta de corte for alterado, o material da peça com uma dureza de 45-50 HRC pode ser cortado com sucesso."

A pastilha para canal S117 HORN desenvolvida pela empresa usa uma ponta de PCBN e a profundidade de corte é de cerca de 0,15-0,2 mm quando a largura da engrenagem é cortada com precisão. Para obter um bom acabamento superficial, a lâmina possui um plano de raspagem em cada uma das arestas de corte em ambos os lados.

Outra opção é alterar os parâmetros de corte. De acordo com Economan da Index, "Após cortar a camada endurecida, parâmetros de corte maiores podem ser usados. Se a profundidade endurecida for de apenas 0,13 mm ou 0,25 mm, após cortar essa profundidade, as diferentes lâminas serão substituídas ou ainda usarão a mesma lâmina, mas aumentem os parâmetros de corte para o nível apropriado."

Para cobrir uma gama mais ampla de processamento, os graus de lâminas de PCBN estão aumentando. Classes de dureza mais altas permitem velocidades de corte mais rápidas, enquanto classes com melhor tenacidade podem ser usadas em ambientes de processamento mais instáveis. Para corte contínuo ou interrompido, também podem ser utilizadas diferentes classes de pastilhas de PCBN. Maton, da Sumitomo Electric, destacou que devido à fragilidade das ferramentas de PCBN, arestas de corte afiadas são propensas a lascar durante a usinagem de aço endurecido. “Devemos proteger a aresta de corte, principalmente no corte interrompido, a aresta de corte deve ser mais preparada do que no corte contínuo e o ângulo de corte deve ser maior.”

Iskar&As classes IB10H e IB20H recentemente desenvolvidas pela #39;expandem ainda mais sua linha de produtos Groove Turn PCBN. IB10H é uma classe de PCBN de granulação fina para corte contínuo de média a alta velocidade de aço endurecido; enquanto o IB20H consiste em grãos de PCBN de tamanho fino e médio, proporcionando boa resistência ao desgaste e ao impacto. A balança pode suportar as condições mais severas de corte interrompido de aço endurecido. O modo de falha normal de uma ferramenta PCBN deve ser o desgaste da aresta de corte, em vez de rachar ou rachar repentinamente.

A classe PCBN revestida com BNC30G introduzida pela Sumitomo Electric é usada para canal interrompido de peças de aço endurecido. Para canal contínuo, a empresa recomenda a classe de lâmina universal BN250. Maton disse: “Ao cortar continuamente, a lâmina fica cortada por um longo tempo, o que vai gerar muito calor de corte. Portanto, é necessário usar uma lâmina com boa resistência ao desgaste. No caso de canal intermitente, a lâmina entra e sai continuamente do corte. Tem um grande impacto na ponta. Portanto, é necessário usar uma lâmina com boa tenacidade e que possa suportar impactos intermitentes. Além disso, o revestimento da lâmina também ajuda a prolongar a vida útil da ferramenta.

Independentemente do tipo de canal a ser usinado, as oficinas que antes dependiam da retificação para o acabamento de peças de aço endurecido podem ser convertidas para canal com ferramentas de PCBN para aumentar a produtividade. A usinagem de canais duros pode atingir precisão dimensional comparável à retificação, ao mesmo tempo que reduz significativamente o tempo de usinagem.