Прорезка закаленной стали с помощью резака PCBN

Прорезание пазов в закаленной стали с помощью фрезы PCBN.

За последнее десятилетие прецизионная обработка канавок закаленных стальных деталей пластинами из поликристаллического кубического нитрида бора (PCBN) постепенно заменила традиционное шлифование. Тайлер Экономан, инженер-менеджер по тендерам компании Index, США, сказал: "В целом шлифование канавок - это более стабильный процесс, который обеспечивает более высокую точность размеров, чем нарезание канавок. Тем не менее, люди по-прежнему хотят иметь возможность обрабатывать заготовку на токарном станке. Требуются разнообразные виды обработки".

К различным закаленным материалам относятся быстрорежущая сталь, штамповая сталь, подшипниковая сталь и легированная сталь. Закалке подлежат только черные металлы, а процессы закалки обычно применяются к низкоуглеродистым сталям. Благодаря закалке внешняя твердость заготовки может быть повышена и повышена ее износостойкость, а внутренняя - повышена. К деталям из закаленной стали относятся оправки, оси, соединители, ведущие колеса, распределительные валы, шестерни, втулки, приводные валы, подшипники и тому подобное.

Однако «твердые материалы» — понятие относительное и меняющееся. Некоторые думают, что материалы заготовок с твердостью 40-55HRC являются твердыми материалами; другие считают, что твердость твердых материалов должна быть 58-60 HRC и выше. В этой категории можно использовать инструменты PCBN.

После индукционной закалки поверхностный закаленный слой может иметь толщину до 1,5 мм, а твердость может достигать 58-60 HRC, тогда как материал под поверхностным слоем обычно намного мягче. В этом случае важно следить за тем, чтобы большая часть резки выполнялась ниже поверхностного закаленного слоя.

Станки достаточной мощности и жесткости являются необходимым условием для обработки канавок закаленных деталей. По мнению Economan: "Чем выше жесткость станка и выше мощность, тем эффективнее обработка канавок закаленного материала. Для материалов заготовок с твердостью более 50 HRC многие легкие станки не отвечают требуемым условиям резания. Если мощность станка (мощность, крутящий момент и особенно жесткость) превышена, обработка не может быть успешно завершена".

Жесткость очень важна для устройства удержания заготовки, поскольку во время процесса обработки канавок поверхность контакта режущей кромки с заготовкой велика, и инструмент оказывает большое давление на заготовку. При зажиме заготовок из закаленной стали можно использовать широкий зажим для разгона зажимной поверхности. Пол Рацки, менеджер по маркетингу Sumitomo Electric Hard Alloy Co., сказал: "Обрабатываемые детали должны быть прочно закреплены. При обработке закаленных материалов создаваемая вибрация и давление инструмента намного больше, чем при обработке обычных заготовок, что может привести к зажатию заготовки. Не может вылететь из станка или привести к сколу или даже поломке лезвия из CBN".

Хвостовик, удерживающий пластину для обработки канавок, должен быть как можно короче, чтобы минимизировать вылет и повысить жесткость инструмента. Мэтью Шмитц, менеджер по продукции GRIP компании Isca, отмечает, что в целом монолитные инструменты больше подходят для обработки канавок в закаленных материалах. Однако компания также предлагает модульную систему нарезки канавок. «Модульный хвостовик можно использовать в ситуациях, когда инструмент подвержен внезапному выходу из строя», — говорит он. "Вам не нужно заменять весь хвостовик, вам просто нужно заменить менее дорогой компонент. Модульный хвостовик также предлагает множество вариантов обработки. Модульная система Iskar's Grip может быть установлена ​​в самые разные продукты. Вы можете использовать держатель инструмента с 7 различными лезвиями для 7 линеек продуктов или любым количеством лезвий для различной обработки. Одна и та же линия продуктов с шириной паза".

Сумитомо ЭВ держателях инструментов lectric для захвата пластин типа CGA используется метод верхнего зажима, при котором лезвие втягивается обратно в держатель. Этот держатель также оснащен боковым крепежным винтом, который помогает улучшить стабильность захвата и продлить срок службы инструмента. Рич Мэтон, помощник руководителя конструкторского отдела компании, сказал: «Этот держатель инструмента предназначен для обработки канавок в закаленных заготовках. Если лезвие перемещается в держателе, лезвие со временем изнашивается, и срок службы инструмента меняется. Для требований высокопроизводительной обработки в автомобильной промышленности (например, 50-100 или 150 заготовок на режущую кромку) предсказуемость стойкости инструмента особенно важна, и изменения в стойкости инструмента могут оказать существенное влияние на производство».

По имеющимся данным, модульная система обработки канавок Tri-Lock серии GY компании Mitsubishi Materials по жесткости сравнима со встроенными патронами для лезвий. Система надежно захватывает канавки с трех сторон (периферийной, передней и верхней). Его двухконструкционная конструкция предотвращает смещение полотна во время обработки канавок: V-образный выступ предотвращает смещение полотна в стороны; Ключ безопасности исключает движение лезвия вперед, вызванное силой резания во время обработки пазов.

Обычно используемые канавочные пластины для деталей из закаленной стали включают простые квадратные пластины, формовочные пластины, пластины с прорезями и т.п. Как правило, вырезанные канавки должны иметь хорошую чистоту поверхности, поскольку они имеют сопрягающуюся часть, а некоторые из них представляют собой канавки для уплотнительных колец или стопорных колец. По словам Марка Менкони, специалиста по продуктам компании Mitsubishi Materials: «Эти процессы можно разделить на обработку канавок внутреннего диаметра и обработку канавок внешнего диаметра, но большинство операций по обработке канавок требуют тонкой резки, включая точность легкого прикосновения, начиная с глубины резания около 0,25 мм. Резка до полного разреза с глубиной около 0,5 мм».

Для обработки канавок закаленной стали требуется использование инструментов с более высокой твердостью, лучшей износостойкостью и подходящей геометрией. Ключевым моментом является определение того, следует ли использовать твердосплавную пластину, керамическую пластину или пластину PCBN. Шмитц сказал: "Я почти всегда выбираю твердосплавные пластины при обработке заготовок с твердостью ниже 50 HRC. Для заготовок с твердостью 50-58 HRC керамические вставки являются очень экономичным выбором. Только тогда, когда следует рассматривать вставки из CBN с твердостью до 58 HRC. Пластины из CBN особенно подходят для обработки таких высокотвердых материалов, поскольку обрабатывающий механизм - это не режущий материал, а интерфейс инструмента/заготовки. Плавление материал.

При обработке канавок на деталях из закаленной стали с твердостью более 58 HRC стружкодробление не является проблемой. Поскольку обычно используется сухая обработка канавок, стружка больше похожа на пыль или очень мелкие частицы, и ее можно удалить продувкой вручную. Матон из Sumitomo Electric сказал: «Обычно такая стружка ломается и распадается при ударе о что-либо, поэтому контакт стружки с заготовкой не повредит заготовку. Если вы схватите стружку, она разобьется у вас в руке. »

Одна из причин, по которой пластины из CBN подходят для сухой резки, заключается в том, что, хотя их термостойкость очень хорошая, производительность обработки значительно снижается в случае колебаний температуры. Экономан говорит: «Фактически, когда пластина из CBN контактирует с материалом заготовки, на вершине выделяется тепло резания, но поскольку пластина из CBN менее адаптируется к изменениям температуры, ее трудно адекватно охладить для поддержания постоянной температуры. Состояние. CBN очень твердый, но в то же время очень хрупкий и может лопнуть из-за изменений температуры».

При резке стальных деталей с низкой твердостью (например, 45-50 HRC) твердосплавными, керамическими или PCBN-вставками образующаяся стружка должна быть как можно более короткой. Это эффективно отводит теплоту резания из инструментального материала во время процесса резания, поскольку стружка может уносить большое количество тепла.

ЕстьШмитц из kar также рекомендует обрабатывать инструмент в «перевернутом» состоянии. Он объяснил: "При установке инструмента на станок изготовители станков предпочитают устанавливать инструмент, разрезая лезвие лицевой стороной вверх, так как это позволяет вращению заготовки оказывать давление вниз на направляющую станка, чтобы поддерживать устойчивость станка. Однако, когда лезвие врезается в материал заготовки, образовавшаяся стружка может остаться на лезвии и на заготовке. Если держатель инструмента перевернут и инструмент установлен вверх дном, лезвие не будет видно, и поток стружки автоматически выйдет из зоны резания под воздействием гравитации».

Поверхностная закалка — простой метод повышения твердости низкоуглеродистой стали. Принцип заключается в увеличении содержания углерода на определенной глубине под поверхностью материала. Когда глубина канавки превышает толщину поверхностного упрочненного слоя, могут возникнуть некоторые проблемы из-за смены лезвия для проточки канавок с более твердого материала на более мягкий материал. С этой целью производители инструмента разработали несколько марок лезвий для разных типов обрабатываемых материалов.

Дуэйн Дрейп, менеджер по продажам компании Horn (США), сказал: «При переходе от более твердого материала к более мягкому пользователю не всегда хочется менять лезвие, поэтому нам нужно найти лучший инструмент для этого типа обработки. Если используется пластина из цементированного карбида, она столкнется с проблемой чрезмерного износа, когда лезвие режет твердую поверхность. Если для резки мягкой детали используется пластина из CBN, подходящая для резки материалов высокой твердости, лезвие легко повредить. Мы можем использовать компромисс: высокий твердосплавные пластины + суперсмазываемое покрытие или относительно мягкие пластины из CBN + режущие пластины, подходящие для резки обычных материалов (а не для обработки твердых материалов)».

Дрейп сказал: "Вы можете использовать пластины из CBN для эффективной резки материалов с твердостью 45-50 HRC, но геометрию лезвия необходимо отрегулировать. Типичные пластины из CBN имеют отрицательную фаску на режущей кромке. Эта пластина из CBN с отрицательной фаской мягче обрабатывается. При использовании материала заготовки материал будет иметь эффект вытягивания, и срок службы инструмента будет сокращен. Если используется сплав CBN с более низкой твердостью, геометрия резания изменится. при смене кромки можно успешно резать материал заготовки твердостью 45-50HRC».

В пластине для обработки канавок S117 HORN, разработанной компанией, используется наконечник из PCBN, а глубина резания составляет около 0,15-0,2 мм при точном вырезании ширины шестерни. Чтобы добиться хорошего качества поверхности, лезвие имеет скребковые плоскости на каждой режущей кромке с обеих сторон.

Другой вариант — изменить параметры резки. По мнению журнала Index's Economan: "После прорезания закаленного слоя можно использовать более высокие параметры резки. Если глубина закалки составляет всего 0,13 мм или 0,25 мм, после прорезания этой глубины либо заменяются разные лезвия, либо все же используйте то же самое лезвие, но увеличьте параметры резки до соответствующего уровня".

Чтобы охватить более широкий диапазон обработки, количество марок лезвий PCBN увеличивается. Сплавы с более высокой твердостью позволяют добиться более высоких скоростей резания, а сплавы с более высокой прочностью можно использовать в более нестабильных условиях обработки. Для непрерывного или прерывистого резания также можно использовать пластины различных марок PCBN. Матон из Sumitomo Electric отметил, что из-за хрупкости инструментов из PCBN острые режущие кромки склонны к сколам при обработке закаленной стали. «Мы должны защищать режущую кромку, особенно при прерывистой резке, режущая кромка должна быть подготовлена ​​больше, чем при непрерывной резке, а угол резания должен быть больше».

Искар&Недавно разработанные марки IB10H и IB20H еще больше расширяют линейку продуктов Groove Turn PCBN. IB10H — мелкозернистый сплав PCBN для непрерывной резки закаленной стали на средних и высоких скоростях; в то время как IB20H состоит из зерен PCBN мелкого и среднего размера, что обеспечивает хорошую износостойкость и ударопрочность. Баланс выдерживает более суровые условия прерывистой резки закаленной стали. Обычным видом отказа инструмента из PCBN должен быть износ режущей кромки, а не внезапное растрескивание или растрескивание.

Марка PCBN с покрытием BNC30G, представленная Sumitomo Electric, используется для прерывистой обработки канавок на заготовках из закаленной стали. Для непрерывной обработки канавок компания рекомендует универсальный диск BN250. Мэтон сказал: "При непрерывной резке лезвие режется в течение длительного времени, что приводит к выделению большого количества тепла при резке. Поэтому необходимо использовать лезвие с хорошей износостойкостью. В случае прерывистой обработки канавок лезвие непрерывно входит и выходит из резания. Это оказывает большое влияние на кончик. Поэтому необходимо использовать лезвие с хорошей прочностью и выдерживать периодические удары. Кроме того, покрытие лезвия также помогает продлить срок службы инструмента".

Независимо от типа обрабатываемой канавки, мастерские, которые раньше использовали шлифование для обработки деталей из закаленной стали, могут перейти на обработку канавок с помощью инструментов из PCBN для повышения производительности. Твердая обработка канавок позволяет достичь точности размеров, сравнимой со шлифованием, при этом значительно сокращая время обработки.