Прорізування загартованої сталі різцем з PCBN

Прорізування загартованої сталі фрезою PCBN

За останнє десятиліття прецизійне оброблення канавок із загартованої сталі зі вставками з полікристалічного кубічного нітриду бору (PCBN) поступово замінило традиційне шліфування. Тайлер Економан, інженерний менеджер компанії Index, США, сказав: «Загалом шліфування канавок є більш стабільним процесом, який забезпечує вищу точність розмірів, ніж обробка канавок. Проте люди все одно хочуть мати можливість завершувати заготовку на токарному верстаті. Потрібна різноманітна обробка».

Різноманітні матеріали заготовки, які були загартовані, включають швидкорізальну сталь, штампову сталь, підшипникову сталь і леговану сталь. Гартувати можна тільки чорні метали, а процеси гартування зазвичай застосовуються до низьковуглецевих сталей. Завдяки зміцненню зовнішня твердість заготовки може бути вищою та придатною для носіння, тоді як внутрішня міцність є кращою. Деталі із загартованої сталі включають оправки, осі, з’єднувачі, ведучі колеса, розподільні вали, шестерні, втулки, приводні вали, підшипники тощо.

Однак «тверді матеріали» — поняття відносне, мінливе. Деякі люди вважають, що заготовки з твердістю 40-55 HRC є твердими; інші вважають, що твердість твердих матеріалів повинна бути 58-60 HRC і вище. У цій категорії можна використовувати інструменти PCBN.

Після індукційного загартування поверхневий зміцнений шар може мати товщину до 1,5 мм, а твердість може досягати 58-60 HRC, тоді як матеріал під поверхневим шаром зазвичай набагато м’якший. У цьому випадку важливо переконатися, що більша частина різання виконується нижче поверхневого зміцненого шару.

Необхідною умовою для оброблення канавок загартованих деталей є верстати з достатньою потужністю і жорсткістю. За словами Economan, "чим краща жорсткість верстата та вища потужність, тим ефективніше оброблення канавок на загартованому матеріалі. Для матеріалів заготовки з твердістю понад 50 HRC багато легких верстатів не відповідають необхідним умовам різання. Якщо потужність верстата (потужність, крутний момент і особливо жорсткість) перевищена, обробка не може бути успішно завершена".

Жорсткість дуже важлива для пристрою для утримання заготовки, оскільки поверхня контакту ріжучої кромки з заготовкою є великою під час канавки, і інструмент чинить великий тиск на заготовку. При затисканні заготовок із загартованої сталі можна використовувати широкий затиск для розгону затискної поверхні. Пол Ратцкі, менеджер з маркетингу компанії Sumitomo Electric Hard Alloy Co., сказав: "Деталі, що підлягають механічній обробці, повинні мати міцну опору. Під час обробки загартованих матеріалів вібрація та тиск інструменту, які створюються, набагато сильніші, ніж під час обробки звичайних заготовок, що може призвести до затискання заготовки. Не може вилетіти з верстата, або призвести до сколу чи навіть ламання леза CBN".

Хвостовик, який утримує пластину для канавок, має бути якомога коротшим, щоб мінімізувати нависання та збільшити жорсткість інструменту. Метью Шмітц, менеджер із продуктів GRIP у Isca, зазначає, що загалом монолітні інструменти більше підходять для оброблення канавок на загартованих матеріалах. Однак компанія також пропонує модульну систему канавок. «Модульний хвостовик можна використовувати в ситуаціях обробки, коли інструмент схильний до раптової поломки», — говорить він. "Вам не потрібно міняти весь хвостовик, вам просто потрібно замінити менш дорогий компонент. Модульний хвостовик також пропонує різноманітні варіанти обробки. Модульну систему Iskar Grip можна встановити в різні продукти. Ви можете використовувати інструментотримач із 7 різними лезами для 7 ліній продуктів або будь-яку кількість лез для різної обробки. Та сама лінія продуктів із шириною щілини".

Сумітомо ЕТримачі lectric для захоплення пластин типу CGA використовують метод верхнього затиску, який тягне лезо назад у тримач. Цей тримач також має бічний кріпильний гвинт, який покращує стабільність захоплення та подовжує термін служби інструменту. Річ Мейтон, помічник керівника відділу дизайну компанії, сказав: «Цей інструментотримач призначений для нарізання канавок на загартованих заготовках. Якщо лезо рухається в тримачі, лезо з часом зношується, а термін служби інструменту змінюється. Для вимог високопродуктивної обробки в автомобільній промисловості (наприклад, 50-100 або 150 заготовок на ріжучу кромку) передбачуваність довговічності інструменту особливо важлива, і зміни терміну служби інструменту можуть мати значний вплив на виробництво».

Згідно з повідомленнями, модульна система канавок Tri-Lock серії GY від Mitsubishi Materials порівнянна за жорсткістю з інтегральними патронами. Система надійно захоплює леза для нарізання канавок з трьох напрямків (периферійного, переднього та верхнього). Його двоконструктивна конструкція запобігає зміщенню леза під час обробки канавок: V-подібний виступ запобігає зсуву леза в сторони; запобіжний ключ усуває переміщення леза вперед, викликане силою різання під час обробки пазів.

Зазвичай використовувані вставки для канавок для деталей із загартованої сталі включають прості квадратні вставки, формувальні вставки, вставки з пазами тощо. Як правило, вирізані канавки повинні мати гарну обробку поверхні, оскільки вони мають сполучну частину, а деякі є ущільнювальними кільцями або канавками для стопорних кілець. За словами Марка Менконі, фахівця з продукції Mitsubishi Materials, «ці процеси можна розділити на обробку канавок внутрішнього діаметра та обробку канавок зовнішнього діаметра, але більшість операцій з канавки вимагають тонкого різання, включаючи легку точність різання приблизно з 0,25 мм. Вирізайте до повного різу з глибиною приблизно 0,5 мм».

Виготовлення канавок із загартованої сталі вимагає використання інструментів з більшою твердістю, кращою зносостійкістю та відповідною геометрією. Головне – визначити, чи слід використовувати твердосплавну вставку, керамічну вставку чи вставку з PCBN. Шмітц сказав: "Я майже завжди вибираю твердосплавні пластини під час обробки заготовок із твердістю нижче 50 HRC. Для заготовок із твердістю 50-58 HRC керамічні пластини є дуже економічним вибором. Тільки тоді, коли пластини CBN слід розглядати для твердості до 58 HRC. Пластини CBN особливо підходять для обробки таких високотвердих матеріалів, оскільки механізм обробки не ріжучий матеріал, але інтерфейс інструмент/деталь.

Для обробки канавок із загартованої сталі з твердістю понад 58 HRC контроль над стружкою не є проблемою. Оскільки зазвичай використовується суха обробка канавок, стружка більше схожа на пил або дуже дрібні частинки, і їх можна видалити вручну. Мейтон із Sumitomo Electric сказав: «Зазвичай такий вид стружки ламається та розпадається, коли він торкається будь-чого, тому контакт стружки з заготовкою не пошкодить заготовку. Якщо схопити стружку, вони розіб’ються в руці. »

Одна з причин, чому CBN пластини підходять для сухого різання, полягає в тому, що, хоча їх термостійкість дуже висока, продуктивність обробки значно знижується у разі коливань температури. Економен каже: «Насправді, коли пластина CBN контактує з матеріалом заготовки, вона виробляє тепло різання на кінчику, але оскільки пластина CBN менш адаптована до змін температури, її важко належним чином охолодити, щоб підтримувати постійну температуру. Держава. CBN дуже твердий, але він також дуже крихкий і може розірватися через зміни температури».

Під час різання сталевих деталей із низькою твердістю (наприклад, 45-50 HRC) із вставками з цементованого сплаву, кераміки або PCBN, утворена стружка має бути якомога коротшою. Це ефективно видаляє тепло різання в матеріалі інструменту під час процесу різання, оскільки стружка може виділяти велику кількість тепла.

ЄKar's Schmitz також рекомендує обробляти інструмент у «перевернутому» стані. Він пояснив: "Під час встановлення інструменту на верстат верстатобудівник найкращий інструмент встановлює, розрізаючи лезо лицьовою стороною вгору, оскільки це дозволяє обертанню заготовки чинити тиск на рейку верстата, щоб утримувати машину стабільною. Однак, коли лезо врізається в матеріал заготовки, утворена стружка може залишитися на лезі та заготовці. Якщо тримач інструменту перевернути та встановити інструмент догори вниз, лезо не буде видно, а потік стружки автоматично виходить із зони різання під дією сили тяжіння».

Поверхневе зміцнення є простим методом підвищення твердості низьковуглецевої сталі. Принцип полягає в збільшенні вмісту вуглецю на певній глибині під поверхнею матеріалу. Коли глибина канавок перевищує товщину поверхневого зміцненого шару, можуть виникнути деякі проблеми через заміну леза для канавок з більш твердого матеріалу на більш м’який матеріал. З цією метою виробники інструментів розробили кілька марок лез для різних типів матеріалів заготовки.

Дуейн Дрейп, менеджер з продажу компанії Horn (США), сказав: «При переході з більш твердого матеріалу на більш м’який матеріал користувач не завжди хоче змінити лезо, тому ми повинні знайти найкращий інструмент для цього типу обробки. Якщо використовується вставка з твердого сплаву, вона зіткнеться з проблемою надмірного зносу, коли лезо ріже тверду поверхню. Якщо використовується вставка з CBN, придатна для різання високотвердих матеріалів, Якщо вирізати м’яку частину, можна легко пошкодити лезо: твердосплавні пластини з високою твердістю + суперзмащені покриття або відносно м’які пластини з CBN + ріжучі пластини, придатні для різання звичайних матеріалів (а не для твердої обробки)».

Дрейп сказав: "Ви можете використовувати пластини CBN для ефективного різання матеріалів заготовки з твердістю 45-50 HRC, але геометрія леза повинна бути відрегульована. Типові пластини CBN мають негативну фаску на ріжучій кромці. Ця пластина CBN з негативною фаскою м’якша для обробки. Коли використовується матеріал заготовки, матеріал матиме ефект витягування, і термін служби інструменту скорочується. Якщо Використовується марка CBN з меншою твердістю та змінюється геометрія ріжучої кромки, матеріал заготовки з твердістю 45-50 HRC можна успішно різати».

Розроблена компанією пластина для канавок S117 HORN використовує наконечник PCBN, а глибина різання становить близько 0,15-0,2 мм, коли ширина зубчастого колеса точно нарізана. Щоб отримати гарну обробку поверхні, лезо має площину для скребка на кожній ріжучій кромці з обох сторін.

Інший варіант - змінити параметри різання. Згідно з Index's Economan, "після розрізання затверділого шару можна використовувати більші параметри різання. Якщо глибина загартування становить лише 0,13 мм або 0,25 мм, після прорізання цієї глибини або замінюють інші леза, або продовжують використовувати те саме лезо, але збільшують параметри різання до відповідного рівня".

Для того, щоб охопити ширший діапазон обробки, класи лез PCBN збільшуються. Вищі класи твердості дозволяють досягти більшої швидкості різання, тоді як сорти з кращою міцністю можна використовувати в більш нестабільних середовищах обробки. Для безперервного або переривчастого різання також можна використовувати різні марки пластин PCBN. Мейтон із Sumitomo Electric зазначив, що через крихкість інструментів PCBN гострі ріжучі кромки схильні до сколів під час обробки загартованої сталі. «Ми повинні захистити ріжучу кромку, особливо при переривчастому різанні, ріжучу кромку слід підготувати більше, ніж при безперервному різанні, а кут різання має бути більшим».

Іскар&Нещодавно розроблені марки IB10H і IB20H ще більше розширюють лінійку продуктів Groove Turn PCBN. IB10H — дрібнозернистий сплав PCBN для середньо-високошвидкісного безперервного різання загартованої сталі; в той час як IB20H складається з зерен PCBN дрібного та середнього розміру, що забезпечує хорошу зносостійкість і ударостійкість. Баланс може витримувати суворіші умови переривчастого різання загартованої сталі. Нормальний режим відмови інструменту PCBN має полягати в тому, що ріжуча кромка зношується, а не раптово тріскається чи розтріскується.

Сплав PCBN з покриттям BNC30G, представлений компанією Sumitomo Electric, використовується для нарізання канавок на заготовках із загартованої сталі. Для безперервного нарізання канавок компанія рекомендує свій універсальний сорт лез BN250. Матон сказав: "При безперервному різанні лезо ріжеться протягом тривалого часу, що виділяє багато тепла. Тому необхідно використовувати лезо з хорошою зносостійкістю. У разі періодичного різання лезо постійно входить у різання та виходить з нього. Воно має великий вплив на кінчик. Тому необхідно використовувати лезо з хорошою міцністю та здатне витримувати періодичний удар. Крім того, покриття леза також допомагає подовжити термін служби інструменту».

Незалежно від типу канавки, що обробляється, майстерні, які раніше покладалися на шліфування для обробки деталей із загартованої сталі, можуть бути переведені на обробку канавок за допомогою інструментів PCBN для підвищення продуктивності. Жорстке рифлення дозволяє досягти точності розмірів, порівнянної зі шліфуванням, при цьому значно скорочується час обробки.