การเซาะเหล็กชุบแข็งด้วยเครื่องตัด PCBN

การเซาะเหล็กชุบแข็งด้วยเครื่องตัด PCBN

ในทศวรรษที่ผ่านมา การกลึงร่องที่แม่นยำสำหรับชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งด้วยเม็ดมีดโพลีคริสตัลไลน์คิวบิกโบรอนไนไตรด์ (PCBN) ได้ค่อยๆ เข้ามาแทนที่การเจียรแบบเดิมๆ Tyler Economan ผู้จัดการฝ่ายวิศวกรรมการประมูลของ Index สหรัฐอเมริกา กล่าวว่า "โดยทั่วไปแล้ว การเจียรร่องเป็นกระบวนการที่มีความเสถียรมากกว่าซึ่งให้ความแม่นยำของมิติที่สูงกว่าการเซาะร่อง อย่างไรก็ตาม ผู้คนยังคงต้องการให้ชิ้นงานเสร็จสมบูรณ์บนเครื่องกลึง จำเป็นต้องมีการประมวลผลที่หลากหลาย"

วัสดุชิ้นงานต่างๆ ที่ผ่านการชุบแข็งแล้ว ได้แก่ เหล็กความเร็วสูง เหล็กแม่พิมพ์ เหล็กแบริ่ง และเหล็กโลหะผสม มีเพียงโลหะกลุ่มเหล็กเท่านั้นที่สามารถชุบแข็งได้ และมักใช้กระบวนการชุบแข็งกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ด้วยการชุบแข็ง ความแข็งภายนอกของชิ้นงานสามารถทำให้สูงขึ้นและสวมใส่ได้ ในขณะที่ด้านในมีความเหนียวดีขึ้น ชิ้นส่วนที่ทำจากเหล็กชุบแข็ง ได้แก่ แมนเดรล เพลา ขั้วต่อ ล้อขับเคลื่อน เพลาลูกเบี้ยว เกียร์ บูช เพลาขับ แบริ่ง และอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน

อย่างไรก็ตาม "วัสดุแข็ง" เป็นแนวคิดที่สัมพันธ์กันและเปลี่ยนแปลงไป บางคนคิดว่าวัสดุชิ้นงานที่มีความแข็ง 40-55 HRC นั้นเป็นวัสดุแข็ง คนอื่นๆ เชื่อว่าความแข็งของวัสดุแข็งควรอยู่ที่ 58-60 HRC หรือสูงกว่า ในหมวดหมู่นี้ สามารถใช้เครื่องมือ PCBN ได้

หลังจากการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ ชั้นที่ชุบแข็งบนพื้นผิวอาจมีความหนาสูงสุด 1.5 มม. และความแข็งสามารถสูงถึง 58-60 HRC ในขณะที่วัสดุที่อยู่ด้านล่างชั้นพื้นผิวมักจะนิ่มกว่ามาก ในกรณีนี้ สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าการตัดส่วนใหญ่เกิดขึ้นใต้ชั้นผิวที่แข็งตัว

เครื่องมือกลที่มีกำลังและความแข็งแกร่งเพียงพอเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการกลึงร่องชิ้นส่วนที่แข็งตัว ตามที่ Economan กล่าว “ยิ่งเครื่องมือกลมีความแข็งแกร่งและกำลังสูงเท่าใด การเซาะร่องของวัสดุชุบแข็งก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น สำหรับวัสดุชิ้นงานที่มีความแข็งมากกว่า 50 HRC เครื่องมือกลเบาจำนวนมากไม่ตรงตามเงื่อนไขการตัดที่จำเป็น หากเกินความสามารถของเครื่องจักร (กำลัง แรงบิด และความแข็งแกร่งโดยเฉพาะ) การตัดเฉือนจะไม่สามารถดำเนินการให้สำเร็จได้สำเร็จ”

ความแข็งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับอุปกรณ์จับยึดชิ้นงาน เนื่องจากพื้นผิวสัมผัสของคมตัดกับชิ้นงานมีขนาดใหญ่ในระหว่างกระบวนการเซาะร่อง และเครื่องมือจะออกแรงกดอย่างมากต่อชิ้นงาน เมื่อหนีบชิ้นงานเหล็กชุบแข็ง สามารถใช้แคลมป์กว้างเพื่อกระจายพื้นผิวแคลมป์ได้ Paul Ratzki ผู้จัดการฝ่ายการตลาดของ Sumitomo Electric Hard Alloy Co. กล่าวว่า "ชิ้นส่วนที่จะกลึงต้องได้รับการรองรับอย่างแน่นหนา เมื่อตัดเฉือนวัสดุชุบแข็ง แรงสั่นสะเทือนและแรงกดของเครื่องมือที่เกิดขึ้นจะมีขนาดใหญ่กว่าการตัดเฉือนชิ้นงานธรรมดามาก ซึ่งอาจส่งผลให้ชิ้นงานจับยึด ไม่สามารถบินออกจากเครื่องจักรได้ หรือทำให้ใบมีด CBN กะเทาะหรือแตกหักได้"

ด้ามที่ยึดเม็ดมีดกลึงร่องควรสั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อลดระยะยื่นให้เหลือน้อยที่สุดและเพิ่มความแข็งแกร่งของเครื่องมือ Matthew Schmitz ผู้จัดการผลิตภัณฑ์ GRIP ของ Isca ชี้ให้เห็นว่าโดยทั่วไปแล้ว เครื่องมือที่มีเสาหินเหมาะสำหรับการกลึงร่องวัสดุที่มีการชุบแข็งมากกว่า อย่างไรก็ตาม บริษัทยังมีระบบการเซาะร่องแบบโมดูลาร์อีกด้วย “ด้ามแบบโมดูลาร์สามารถใช้ในสถานการณ์การตัดเฉือนที่เครื่องมือมีแนวโน้มที่จะเกิดความล้มเหลวกะทันหัน” เขากล่าว “คุณไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนด้ามทั้งหมด คุณเพียงแค่ต้องเปลี่ยนส่วนประกอบที่มีราคาถูกกว่า ด้ามแบบโมดูลาร์ยังมีตัวเลือกการตัดเฉือนที่หลากหลาย ระบบโมดูลาร์ของ Iskar's Grip สามารถติดตั้งในผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันได้หลากหลาย คุณสามารถใช้ตัวจับยึดเครื่องมือที่มีใบมีดที่แตกต่างกัน 7 ใบสำหรับกลุ่มผลิตภัณฑ์ 7 รายการ หรือใบมีดจำนวนเท่าใดก็ได้สำหรับการประมวลผลที่แตกต่างกัน กลุ่มผลิตภัณฑ์เดียวกันที่มีความกว้างของช่อง"

ซูมิโตโม อีตัวจับยึดเครื่องมือของ lectric สำหรับการจับเม็ดมีดประเภท CGA ใช้วิธีการจับยึดด้านบนเพื่อดึงใบมีดกลับเข้าไปในตัวจับยึด ตัวจับยึดนี้ยังมีสกรูยึดด้านข้างเพื่อช่วยปรับปรุงความเสถียรของด้ามจับและยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือ Rich Maton ผู้ช่วยผู้จัดการฝ่ายออกแบบของบริษัทกล่าวว่า "ตัวจับยึดเครื่องมือนี้ได้รับการออกแบบสำหรับการกลึงร่องชิ้นงานที่แข็งตัว หากใบมีดเคลื่อนที่เข้าไปในตัวจับยึด ใบมีดจะสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไปและอายุการใช้งานของเครื่องมือจะเปลี่ยนไป สำหรับความต้องการในการตัดเฉือนที่ให้ผลผลิตสูงของอุตสาหกรรมยานยนต์ (เช่น 50-100 หรือ 150 ชิ้นงานต่อคมตัด) ความสามารถในการคาดการณ์อายุการใช้งานของเครื่องมือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง และการเปลี่ยนแปลงอายุการใช้งานของเครื่องมืออาจมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการผลิต"

ตามรายงาน ระบบการเซาะร่องแบบโมดูลาร์ Tri-Lock ซีรีส์ GY ของ Mitsubishi Materials มีความแข็งแกร่งเทียบเท่ากับหัวจับใบมีดในตัว ระบบจับใบมีดเซาะร่องจากสามทิศทางได้อย่างน่าเชื่อถือ (อุปกรณ์ต่อพ่วง ด้านหน้า และด้านบน) การออกแบบโครงสร้างสองแบบช่วยป้องกันไม่ให้ใบมีดเคลื่อนระหว่างการเซาะร่อง: ส่วนยื่นรูปตัว V ป้องกันไม่ให้ใบมีดเคลื่อนไปด้านข้าง; ปุ่มนิรภัยช่วยลดการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของใบมีดที่เกิดจากแรงตัดระหว่างการกลึงร่อง

เม็ดมีดเซาะร่องที่ใช้กันทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็ง ได้แก่ เม็ดมีดสี่เหลี่ยมธรรมดา เม็ดมีดขึ้นรูป เม็ดมีดเจาะรู และอื่นๆ โดยทั่วไป ร่องที่ตัดจำเป็นต้องมีผิวสำเร็จที่ดีเนื่องจากมีส่วนที่เข้าคู่กัน และบางร่องเป็นโอริงหรือร่องแหวนล็อก ตามที่ Mark Menconi ผู้เชี่ยวชาญด้านผลิตภัณฑ์ของ Mitsubishi Materials กล่าวว่า "กระบวนการเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นการตัดเฉือนร่องที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในและการตัดเฉือนร่องที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก แต่การดำเนินการเซาะร่องส่วนใหญ่จำเป็นต้องมีการตัดที่ละเอียด รวมถึงความแม่นยำในการสัมผัสเบาจากความลึกของการตัดประมาณ 0.25 มม. ตัดเป็นการตัดเต็มโดยมีความลึกประมาณ 0.5 มม."

การเซาะร่องของเหล็กชุบแข็งต้องใช้เครื่องมือที่มีความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอดีขึ้น และมีรูปทรงที่เหมาะสม สิ่งสำคัญคือการพิจารณาว่าควรใช้เม็ดมีดคาร์ไบด์ เม็ดมีดเซรามิก หรือเม็ดมีด PCBN Schmitz กล่าวว่า "ฉันมักจะเลือกเม็ดมีดคาร์ไบด์เมื่อตัดเฉือนชิ้นงานที่มีความแข็งต่ำกว่า 50 HRC สำหรับชิ้นงานที่มีความแข็ง 50-58 HRC เม็ดมีดเซรามิกถือเป็นตัวเลือกที่ประหยัดมาก เฉพาะเมื่อควรพิจารณาเม็ดมีด CBN ของชิ้นงานให้มีความแข็งสูงถึง 58 HRC เม็ดมีด CBN เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตัดเฉือนวัสดุที่มีความแข็งสูงเช่นนี้เนื่องจากกลไกการตัดเฉือนไม่ใช่วัสดุในการตัด แต่เป็น ส่วนต่อประสานเครื่องมือ/ชิ้นงาน

สำหรับการกลึงร่องชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งที่มีความแข็งมากกว่า 58 HRC การควบคุมเศษจะไม่เป็นปัญหา เนื่องจากโดยปกติจะใช้การเซาะร่องแบบแห้ง เศษจึงมีลักษณะคล้ายฝุ่นหรืออนุภาคขนาดเล็กมาก และสามารถขจัดออกได้โดยใช้มือเป่า Maton จาก Sumitomo Electric กล่าวว่า "โดยปกติแล้ว เศษหินประเภทนี้จะแตกหักและสลายตัวเมื่อกระทบกับสิ่งใดๆ ดังนั้นการสัมผัสเศษกับชิ้นงานจะไม่สร้างความเสียหายให้กับชิ้นงาน หากคุณคว้าดาบ พวกมันจะฟาดใส่มือคุณ ”

เหตุผลหนึ่งที่เม็ดมีด CBN เหมาะสำหรับการกลึงแบบแห้งก็คือ แม้ว่าความต้านทานความร้อนจะดีมาก แต่ประสิทธิภาพการประมวลผลจะลดลงอย่างมากในกรณีที่อุณหภูมิผันผวน Economan กล่าวว่า "อันที่จริง เมื่อเม็ดมีด CBN สัมผัสกับวัสดุชิ้นงาน จะทำให้เกิดความร้อนในการตัดที่ปลาย แต่เนื่องจากเม็ดมีด CBN สามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้น้อย จึงเป็นการยากที่จะทำให้เย็นลงอย่างเพียงพอเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่ สถานะ. CBN นั้นแข็งมาก แต่ก็เปราะมากและอาจแตกเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ"

เมื่อตัดชิ้นส่วนเหล็กที่มีความแข็งต่ำ (เช่น 45-50 HRC) ด้วยเม็ดมีดซีเมนต์คาร์ไบด์ เซรามิก หรือ PCBN เศษที่เกิดขึ้นควรจะสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ วิธีนี้จะขจัดความร้อนจากการตัดในวัสดุเครื่องมือในระหว่างกระบวนการตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากเศษสามารถพาความร้อนจำนวนมากออกไปได้

คือSchmitz ของ kar ยังแนะนำให้ประมวลผลเครื่องมือในสถานะ "กลับด้าน" เขาอธิบายว่า “เมื่อติดตั้งเครื่องมือบนเครื่องมือกล เครื่องมือที่ผู้สร้าง Tool Tool ชื่นชอบจะถูกติดตั้งโดยการตัดใบมีดหงายขึ้น เนื่องจากจะทำให้ชิ้นงานหมุนได้เพื่อออกแรงกดลงบนรางเครื่องจักรเพื่อให้เครื่องจักรมีความเสถียร อย่างไรก็ตาม เมื่อใบมีดถูกตัดเข้าไปในวัสดุชิ้นงาน เศษที่ขึ้นรูปอาจยังคงอยู่บนใบมีดและชิ้นงาน หากที่จับเครื่องมือถูกพลิกกลับและติดตั้งเครื่องมือกลับหัว ใบมีดจะไม่สามารถมองเห็นได้ และการไหลของเศษจะหลุดออกจากบริเวณการตัดโดยอัตโนมัติ ภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วง”

การชุบผิวแข็งเป็นวิธีง่ายๆ ในการปรับปรุงความแข็งของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ หลักการคือการเพิ่มปริมาณคาร์บอนที่ระดับความลึกหนึ่งใต้พื้นผิวของวัสดุ เมื่อความลึกของการเซาะร่องเกินความหนาของชั้นพื้นผิวที่แข็งตัว ปัญหาบางอย่างอาจเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนใบมีดเซาะร่องจากวัสดุที่แข็งกว่าเป็นวัสดุที่นิ่มกว่า ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตเครื่องมือจึงได้พัฒนาเกรดใบมีดหลายเกรดสำหรับวัสดุชิ้นงานประเภทต่างๆ

Duane Drape ผู้จัดการฝ่ายขายของ Horn (USA) กล่าวว่า "เมื่อเปลี่ยนจากวัสดุที่แข็งกว่าเป็นวัสดุที่นิ่มกว่า ผู้ใช้มักไม่ต้องการเปลี่ยนใบมีดเสมอไป ดังนั้นเราจึงต้องหาเครื่องมือที่ดีที่สุดสำหรับการตัดเฉือนประเภทนี้ หากใช้เม็ดมีดซีเมนต์คาร์ไบด์ จะประสบปัญหาการสึกหรอมากเกินไปเมื่อใบมีดตัดพื้นผิวแข็ง หากใช้เม็ดมีด CBN ที่เหมาะสมสำหรับการตัดวัสดุแข็งสูงในการตัดส่วนที่อ่อน ก็จะทำให้ใบมีดเสียหายได้ง่าย เราสามารถใช้การประนีประนอม: เม็ดมีดคาร์ไบด์ความแข็งสูง + สารเคลือบหล่อลื่นขั้นสูง หรือเกรดเม็ดมีด CBN ที่ค่อนข้างอ่อน + เม็ดมีดตัดที่เหมาะสำหรับการตัดวัสดุทั่วไป (แทนที่จะใช้การตัดเฉือนแบบแข็ง)

Drape กล่าวว่า "คุณสามารถใช้เม็ดมีด CBN เพื่อตัดวัสดุชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความแข็ง 45-50 HRC แต่ต้องปรับรูปทรงของใบมีด เม็ดมีด CBN ทั่วไปจะมีการลบมุมลบที่คมตัด เม็ดมีด CBN ลบมุมลบนี้จะนุ่มกว่าเมื่อตัดเฉือน เมื่อใช้วัสดุชิ้นงาน วัสดุจะมีผลในการดึงออก และอายุการใช้งานของเครื่องมือจะสั้นลง หากใช้เกรด CBN ที่มีความแข็งต่ำกว่าและรูปทรงของคมตัดมีการเปลี่ยนแปลง สามารถตัดวัสดุชิ้นงานที่มีความแข็ง 45-50 HRC ได้สำเร็จ"

เม็ดมีดกลึงร่อง S117 HORN ที่พัฒนาโดยบริษัทใช้ปลาย PCBN และระยะกินลึกประมาณ 0.15-0.2 มม. เมื่อตัดความกว้างเฟืองอย่างแม่นยำ เพื่อให้ได้ผิวสำเร็จที่ดี ใบมีดจึงมีระนาบขูดที่ขอบตัดแต่ละด้านทั้งสองด้าน

อีกทางเลือกหนึ่งคือการเปลี่ยนพารามิเตอร์การตัด ตามรายงานของ Index's Economan "หลังจากตัดผ่านชั้นที่ชุบแข็งแล้ว สามารถใช้พารามิเตอร์การตัดที่ใหญ่ขึ้นได้ หากความลึกที่ชุบแข็งเพียง 0.13 มม. หรือ 0.25 มม. หลังจากตัดผ่านความลึกนี้แล้ว ใบมีดที่แตกต่างกันจะถูกเปลี่ยนหรือใช้ใบมีดเดียวกัน แต่เพิ่มพารามิเตอร์การตัดให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม"

เพื่อให้ครอบคลุมการประมวลผลที่กว้างขึ้น เกรดใบมีด PCBN จึงเพิ่มขึ้น เกรดความแข็งที่สูงขึ้นจะทำให้ความเร็วตัดเร็วขึ้น ในขณะที่เกรดที่มีความเหนียวดีกว่าสามารถใช้ได้ในสภาพแวดล้อมการประมวลผลที่ไม่เสถียรมากขึ้น สำหรับการตัดต่อเนื่องหรือสะดุด สามารถใช้เกรดเม็ดมีด PCBN ที่แตกต่างกันได้ Maton จาก Sumitomo Electric ชี้ให้เห็นว่าเนื่องจากเครื่องมือ PCBN มีความเปราะ คมตัดที่แหลมคมจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการกะเทาะเมื่อตัดเฉือนเหล็กชุบแข็ง “เราต้องปกป้องคมตัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตัดที่ถูกขัดจังหวะ ควรเตรียมคมตัดมากกว่าการตัดต่อเนื่อง และมุมตัดควรกว้างขึ้น”

อิสการ์&เกรด IB10H และ IB20H ที่พัฒนาขึ้นใหม่ของ #39 ขยายกลุ่มผลิตภัณฑ์ Groove Turn PCBN ต่อไป IB10H เป็นเกรด PCBN เนื้อละเอียดสำหรับการตัดเหล็กชุบแข็งอย่างต่อเนื่องด้วยความเร็วปานกลางถึงสูง ในขณะที่ IB20H ประกอบด้วยเมล็ด PCBN ที่มีเกรนละเอียดและปานกลาง ซึ่งให้ความต้านทานการสึกหรอและทนต่อแรงกระแทกได้ดี เครื่องชั่งสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงยิ่งขึ้นของการตัดกระแทกด้วยเหล็กชุบแข็งได้ โหมดความล้มเหลวตามปกติของเครื่องมือ PCBN ควรอยู่ที่คมตัดสึกหรอ แทนที่จะแตกหรือร้าวกะทันหัน

เกรด PCBN ที่เคลือบ BNC30G ที่แนะนำโดย Sumitomo Electric ใช้สำหรับการกลึงร่องกระแทกในชิ้นงานเหล็กชุบแข็ง สำหรับการกลึงร่องอย่างต่อเนื่อง บริษัทขอแนะนำเกรดใบมีดอเนกประสงค์ BN250 Maton กล่าวว่า “เมื่อตัดต่อเนื่องใบมีดจะถูกตัดเป็นเวลานานซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนในการตัดได้มากดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ใบมีดที่มีความทนทานต่อการสึกหรอที่ดีในกรณีที่มีการเซาะร่องเป็นช่วง ๆ ใบมีดจะเข้าและออกจากการตัดอย่างต่อเนื่องมีผลกระทบต่อปลายอย่างมากดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ใบมีดที่มีความเหนียวที่ดีและสามารถรับแรงกระแทกเป็นช่วง ๆ นอกจากนี้การเคลือบใบมีดยังช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องมืออีกด้วย”

ไม่ว่าจะกลึงร่องประเภทใดก็ตาม โรงงานที่เคยต้องอาศัยการเจียรเพื่อตกแต่งชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งให้เสร็จสิ้น สามารถเปลี่ยนเป็นการกลึงร่องด้วยเครื่องมือ PCBN เพื่อเพิ่มผลผลิตได้ การเซาะร่องแบบแข็งสามารถให้ความแม่นยำของขนาดเทียบเท่ากับการเจียร ขณะเดียวกันก็ลดเวลาการตัดเฉือนลงอย่างมาก