Rezanje kaljenega jekla z rezalnikom PCBN

Rezanje kaljenega jekla s PCBN rezalnikom

V zadnjem desetletju je natančno brušenje delov iz kaljenega jekla z vložki iz polikristalnega kubičnega borovega nitrida (PCBN) postopoma nadomestilo tradicionalno brušenje. Tyler Economan, vodja inženiringa za ponudbe pri Indexu, ZDA, je dejal: "Na splošno je brušenje utorov bolj stabilen postopek, ki zagotavlja večjo dimenzijsko natančnost kot utorovanje. Vendar ljudje še vedno želijo imeti možnost dokončanja obdelovanca na stružnici. Potrebne so različne obdelave."

Različni materiali za obdelovance, ki so bili utrjeni, vključujejo hitrorezno jeklo, jeklo za kalupe, ležajno jeklo in legirano jeklo. Samo železne kovine je mogoče kaliti, postopki kaljenja pa se običajno uporabljajo za nizkoogljična jekla. S kaljenjem lahko zunanjo trdoto obdelovanca povečamo in jo lahko nosimo, medtem ko ima notranja žilavost boljšo. Deli iz kaljenega jekla vključujejo trne, osi, konektorje, pogonska kolesa, odmične gredi, zobnike, puše, pogonske gredi, ležaje in podobno.

Vendar so "trdi materiali" relativen, spreminjajoč se koncept. Nekateri ljudje mislijo, da so obdelovanci s trdoto 40-55 HRC trdi materiali; drugi menijo, da mora biti trdota trdih materialov 58-60 HRC ali več. V tej kategoriji se lahko uporabljajo orodja PCBN.

Po indukcijskem kaljenju je lahko površinsko utrjena plast debela do 1,5 mm in trdota lahko doseže 58-60 HRC, medtem ko je material pod površinsko plastjo običajno veliko mehkejši. V tem primeru je pomembno zagotoviti, da je večina rezanja opravljena pod površinsko utrjeno plastjo.

Obdelovalni stroji z zadostno močjo in togostjo so nujen pogoj za žlebljenje utrjenih delov. Po mnenju Economana: "Boljša kot je togost obdelovalnega stroja in večja kot je moč, učinkovitejše je žlebljenje utrjenega materiala. Pri materialih obdelovancev s trdoto nad 50 HRC veliko lahkih obdelovalnih strojev ne izpolnjuje zahtevanih pogojev rezanja. Če je zmogljivost stroja (moč, navor in zlasti togost) presežena, obdelave ni mogoče uspešno zaključiti."

Togost je zelo pomembna za držalo obdelovanca, ker je kontaktna površina rezalnega roba z obdelovancem med postopkom žlebljenja velika in orodje izvaja velik pritisk na obdelovanec. Pri vpenjanju obdelovancev iz kaljenega jekla lahko uporabite široko vpenjalo za razpršitev vpenjalne površine. Paul Ratzki, vodja trženja podjetja Sumitomo Electric Hard Alloy Co., je dejal: "Deli, ki jih je treba strojno obdelati, morajo biti trdno podprti. Pri obdelavi utrjenih materialov so vibracije in pritisk orodja veliko večji kot pri obdelavi običajnih obdelovancev, kar lahko povzroči vpenjanje obdelovanca. Ne more odleteti iz stroja ali povzročiti, da se rezilo CBN odkruši ali celo zlomi."

Steblo, ki drži ploščico za utore, mora biti čim krajše, da zmanjšate previs in povečate togost orodja. Matthew Schmitz, vodja izdelkov GRIP pri Isci, poudarja, da so na splošno monolitna orodja primernejša za žlebljenje utrjenih materialov. Vendar pa podjetje ponuja tudi modularni sistem žlebljenja. »Modularno steblo se lahko uporablja v situacijah obdelave, kjer je orodje nagnjeno k nenadnim okvaram,« pravi. "Ni vam treba zamenjati celotnega stebla, zamenjati morate le cenejši sestavni del. Modularno steblo ponuja tudi različne možnosti obdelave. Iskarjev modularni sistem Grip je mogoče namestiti v vrsto različnih izdelkov. Uporabite lahko držalo orodja s 7 različnimi rezili za 7 linij izdelkov ali poljubno število rezil za različno obdelavo. Ista linija izdelkov s širino utora."

Sumitomo Electricova držala za prijemanje ploščic tipa CGA uporabljajo metodo zgornjega vpenjanja, ki potegne rezilo nazaj v držalo. To držalo ima tudi stranski pritrdilni vijak, ki pomaga izboljšati stabilnost oprijema in podaljša življenjsko dobo orodja. Rich Maton, pomočnik vodje oblikovalskega oddelka podjetja, je dejal: "To držalo orodja je zasnovano za žlebljenje utrjenih obdelovancev. Če se rezilo premakne v držalu, se rezilo sčasoma obrabi in življenjska doba orodja se spremeni. Za zahteve visoko produktivne strojne obdelave v avtomobilski industriji (kot je 50-100 ali 150 obdelovancev na rezalni rob) je predvidljivost življenjske dobe orodja še posebej pomembna in spremembe v življenjski dobi orodja lahko pomembno vplivajo na proizvodnjo."

Glede na poročila je modularni sistem za utore Tri-Lock serije GY podjetja Mitsubishi Materials po trdnosti primerljiv z vpenjalnimi glavami za rezila. Sistem zanesljivo oprime rezila za utore iz treh smeri (obrobno, spredaj in zgoraj). Njegova dvostruka strukturna zasnova preprečuje, da bi se rezilo premaknilo med žlebljenjem: štrlina v obliki črke V preprečuje, da bi se rezilo premaknilo na stran; varnostni ključ odpravi premikanje rezila naprej, ki ga povzroči rezalna sila med obdelavo utorov.

Običajno uporabljeni vložki za utore za dele iz kaljenega jekla vključujejo preproste kvadratne vložke, vložke za oblikovanje, vložke z režami in podobno. Na splošno morajo imeti izrezani utori dobro površinsko obdelavo, ker imajo parni del, nekateri pa so O-obročki ali utori za zaskočne obroče. Po besedah ​​Marka Menconija, produktnega strokovnjaka pri podjetju Mitsubishi Materials, "te postopke lahko razdelimo na obdelavo utorov z notranjim premerom in obdelavo utorov z zunanjim premerom, vendar večina postopkov izdelave utorov zahteva fino rezanje, vključno z rahlo natančnostjo na dotik od približno 0,25 mm globine reza. Rezanje do polnega reza z globino približno 0,5 mm."

Žlebljenje kaljenega jekla zahteva uporabo orodij z večjo trdoto, boljšo odpornostjo proti obrabi in ustrezno geometrijo. Ključno je ugotoviti, ali je treba uporabiti vložek iz karbidne trdine, keramični vložek ali vložek iz PCBN. Schmitz je dejal: "Pri obdelavi obdelovancev s trdoto pod 50 HRC skoraj vedno izberem ploščice iz karbidne trdine. Za obdelovance s trdoto 50-58 HRC so keramične ploščice zelo ekonomična izbira. Le kadar je treba CBN ploščice upoštevati pri trdoti do 58 HRC. CBN ploščice so še posebej primerne za obdelavo tako visokotrdnih materialov, ker obdelovalni mehanizem ni material za rezanje, temveč vmesnik orodje/obdelovanec.

Za žlebljenje delov iz kaljenega jekla s trdoto nad 58 HRC nadzor odrezkov ne predstavlja težav. Ker se običajno uporablja suho žlebljenje, so ostružki bolj podobni prahu ali zelo majhnim delcem in jih je mogoče odstraniti z ročnim pihanjem. Maton iz Sumitomo Electric je dejal: "Običajno se ta vrsta ostružkov zlomi in razpade, ko zadene kar koli, tako da stik ostružkov z obdelovancem ne bo poškodoval obdelovanca. Če zgrabite ostružke, se vam bodo razbili v roki. ”

Eden od razlogov, zakaj so CBN ploščice primerne za suho rezanje, je, da čeprav je njihova toplotna odpornost zelo dobra, se zmogljivost obdelave močno zmanjša v primeru temperaturnih nihanj. Economan pravi: »Pravzaprav, ko je vložek CBN v stiku z materialom obdelovanca, proizvaja toploto rezanja na konici, a ker je vložek CBN manj prilagodljiv temperaturnim spremembam, ga je težko ustrezno ohladiti, da bi ohranili konstantno temperaturo. Država. CBN je zelo trd, vendar je tudi zelo krhek in lahko poči zaradi temperaturnih sprememb."

Pri rezanju jeklenih delov z nizko trdoto (kot je 45-50 HRC) s ploščicami iz cementnega karbida, keramike ali PCBN, morajo biti ustvarjeni ostružki čim krajši. To učinkovito odstranjuje toploto rezanja v materialu orodja med postopkom rezanja, ker lahko ostružki odnesejo veliko količino toplote.

jekarjev Schmitz priporoča tudi obdelavo orodja v "obrnjenem" stanju. Pojasnil je: "Pri nameščanju orodja na obdelovalni stroj je najprimernejše orodje izdelovalca stroja nameščeno z rezanjem rezila z licem navzgor, saj to omogoča vrtenju obdelovanca, da izvaja pritisk navzdol na tirnico stroja, da ostane stroj stabilen. Ko pa je rezilo zarezano v material obdelovanca, lahko oblikovani ostružki ostanejo na rezilu in obdelovancu. Če je držalo orodja obrnjeno in orodje nameščeno navzgor navzdol, rezilo ne bo vidno in tok ostružkov bo samodejno uhajal iz območja rezanja pod vplivom gravitacije."

Površinsko kaljenje je preprosta metoda za izboljšanje trdote nizkoogljičnega jekla. Načelo je povečanje vsebnosti ogljika na določeni globini pod površino materiala. Ko globina žlebljenja presega debelino površinsko utrjenega sloja, lahko pride do nekaterih težav zaradi menjave rezila za žlebljenje iz tršega materiala v mehkejši material. V ta namen so proizvajalci orodij razvili več razredov rezil za različne vrste materialov obdelovancev.

Duane Drape, vodja prodaje pri Hornu (ZDA), je dejal: "Pri prehodu iz tršega materiala v mehkejši material uporabnik ne želi vedno zamenjati rezila, zato moramo poiskati najboljše orodje za to vrsto obdelave. Če uporabimo ploščico iz karbidne trdine, se bo pojavil problem prekomerne obrabe, ko rezilo reže trdo površino. Če uporabimo ploščico CBN, ki je primerna za rezanje visoko trdih materialov, če odrežemo mehak del, lahko uporabimo kompromis: karbidne ploščice visoke trdote + super mazane prevleke ali razmeroma mehke ploščice CBN + rezalne ploščice, primerne za rezanje običajnih materialov (namesto trdih obdelav)."

Drape je dejal: "CBN ploščice lahko uporabite za učinkovito rezanje materialov obdelovancev s trdoto 45-50 HRC, vendar je treba prilagoditi geometrijo rezila. Tipične CBN ploščice imajo negativno posnetje na rezalnem robu. Ta CBN ploščica z negativnim posnetjem je mehkejša za obdelavo. Ko se uporabi material obdelovanca, bo imel material učinek izvleka in življenjska doba orodja se bo skrajšala. Če Uporabljen je razred CBN z nižjo trdoto in spremenjena geometrija rezalnega roba, material obdelovanca s trdoto 45-50 HRC je mogoče uspešno rezati."

Vložek za utore S117 HORN, ki ga je razvilo podjetje, uporablja konico PCBN, globina reza pa je približno 0,15–0,2 mm, ko je širina zobnika natančno odrezana. Da bi dosegli dobro površinsko obdelavo, ima rezilo na obeh straneh strgalo na vsakem rezalnem robu.

Druga možnost je spreminjanje rezalnih parametrov. Glede na Indexov Economan: "Po rezanju skozi utrjeno plast je mogoče uporabiti večje parametre rezanja. Če je globina utrjevanja samo 0,13 mm ali 0,25 mm, se po rezanju skozi to globino zamenjajo drugačna rezila ali pa še vedno uporabite isto rezilo, vendar povečate rezalne parametre na ustrezno raven."

Da bi pokrili širši obseg obdelave, se razredi rezil PCBN povečujejo. Višji razredi trdote omogočajo večje hitrosti rezanja, medtem ko se razredi z boljšo žilavostjo lahko uporabljajo v bolj nestabilnih obdelovalnih okoljih. Za neprekinjeno ali prekinjeno rezanje je mogoče uporabiti tudi različne razrede ploščic PCBN. Maton iz Sumitomo Electric je poudaril, da so zaradi krhkosti PCBN orodij ostri rezalni robovi nagnjeni k krušenju pri obdelavi kaljenega jekla. »Rezilo moramo zaščititi, predvsem pri prekinjenem rezanju, rezilo mora biti bolj pripravljeno kot pri neprekinjenem rezanju, rezalni kot pa mora biti večji.«

Iskar'na novo razvita razreda IB10H in IB20H dodatno širita svojo linijo izdelkov Groove Turn PCBN. IB10H je finozrnat PCBN kakovost za srednje do visoko hitrostno neprekinjeno rezanje kaljenega jekla; medtem ko je IB20H sestavljen iz finih in srednje velikih zrn PCBN, ki zagotavljajo dobro odpornost proti obrabi in udarcem. Tehtnica lahko prenese težje pogoje prekinjenega rezanja iz kaljenega jekla. Običajni način okvare orodja PCBN bi moral biti, da se rezalni rob obrabi, namesto da nenadoma poči ali poči.

Kvaliteta PCBN s prevleko BNC30G, ki jo je uvedel Sumitomo Electric, se uporablja za prekinjeno žlebljenje obdelovancev iz kaljenega jekla. Za neprekinjeno žlebljenje podjetje priporoča svoj univerzalni razred rezila BN250. Maton je dejal: "Pri neprekinjenem rezanju se rezilo reže dolgo časa, kar bo ustvarilo veliko rezalne toplote. Zato je treba uporabiti rezilo z dobro odpornostjo proti obrabi. V primeru občasnega žlebljenja rezilo nenehno vstopa in izstopa iz rezanja. Ima velik vpliv na konico. Zato je treba uporabiti rezilo z dobro žilavostjo, ki lahko prenese občasne udarce. Poleg tega je premaz rezila prav tako pomaga podaljšati življenjsko dobo orodja."

Ne glede na vrsto utora, ki se obdeluje, lahko delavnice, ki so se prej zanašale na brušenje za končno obdelavo kaljenih jeklenih delov, spremenijo v utore z orodji PCBN, da povečajo produktivnost. Trdo žlebljenje lahko doseže dimenzijsko natančnost, ki je primerljiva z brušenjem, hkrati pa bistveno skrajša čas obdelave.