Xẻ rãnh thép cứng bằng dao cắt PCBN

Xẻ rãnh thép cứng bằng dao cắt PCBN

Trong thập kỷ qua, việc tạo rãnh chính xác cho các bộ phận thép đã cứng bằng hạt dao boron nitrit khối đa tinh thể (PCBN) đã dần thay thế phương pháp mài truyền thống. Tyler Economan, giám đốc kỹ thuật đấu thầu tại Index, Hoa Kỳ, cho biết: "Nhìn chung, mài rãnh là một quy trình ổn định hơn, mang lại độ chính xác về chiều cao hơn so với tạo rãnh. Tuy nhiên, mọi người vẫn muốn có thể hoàn thiện phôi trên máy tiện. Yêu cầu nhiều quy trình xử lý khác nhau."

Các vật liệu phôi khác nhau đã được làm cứng bao gồm thép tốc độ cao, thép khuôn, thép chịu lực và thép hợp kim. Chỉ kim loại màu mới có thể được làm cứng và các quá trình làm cứng thường được áp dụng cho thép có hàm lượng cacbon thấp. Thông qua quá trình xử lý cứng, độ cứng bên ngoài của phôi có thể được nâng cao hơn và có thể đeo được, đồng thời bên trong có độ dẻo dai tốt hơn. Các bộ phận làm bằng thép cứng bao gồm trục gá, trục, đầu nối, bánh dẫn động, trục cam, bánh răng, ống lót, trục truyền động, vòng bi và những thứ tương tự.

Tuy nhiên, “vật liệu cứng” là một khái niệm tương đối, hay thay đổi. Một số người cho rằng vật liệu phôi có độ cứng 40-55 HRC là vật liệu cứng; những người khác tin rằng độ cứng của vật liệu cứng phải từ 58-60 HRC trở lên. Trong loại này, có thể sử dụng các công cụ PCBN.

Sau khi đông cứng cảm ứng, lớp làm cứng bề mặt có thể dày tới 1,5mm và độ cứng có thể đạt 58-60 HRC, trong khi vật liệu bên dưới lớp bề mặt thường mềm hơn rất nhiều. Trong trường hợp này, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng hầu hết việc cắt được thực hiện bên dưới lớp đã được làm cứng bề mặt.

Máy công cụ có đủ công suất và độ cứng là điều kiện cần thiết để tạo rãnh cho các bộ phận đã được tôi cứng. Theo Economan, "Độ cứng của máy công cụ càng tốt và công suất càng cao thì việc tạo rãnh của vật liệu đã cứng càng hiệu quả. Đối với vật liệu phôi có độ cứng trên 50 HRC, nhiều máy công cụ nhẹ không đáp ứng được các điều kiện cắt yêu cầu. Nếu vượt quá công suất máy (công suất, mô-men xoắn và đặc biệt là độ cứng) thì quá trình gia công không thể hoàn thành thành công."

Độ cứng rất quan trọng đối với thiết bị giữ phôi vì bề mặt tiếp xúc của lưỡi cắt với phôi lớn trong quá trình tạo rãnh và dụng cụ tạo áp lực lớn lên phôi. Khi kẹp phôi thép đã cứng, có thể sử dụng kẹp rộng để phân tán bề mặt kẹp. Paul Ratzki, giám đốc tiếp thị của Sumitomo Electric Hard Alloy Co., cho biết: "Các bộ phận được gia công phải được hỗ trợ chắc chắn. Khi gia công các vật liệu cứng, độ rung và áp suất dụng cụ tạo ra lớn hơn nhiều so với khi gia công các phôi thông thường, điều này có thể dẫn đến kẹp phôi. Không thể bay ra khỏi máy hoặc khiến lưỡi CBN bị sứt mẻ hoặc thậm chí bị gãy."

Cán giữ hạt dao tạo rãnh phải càng ngắn càng tốt để giảm thiểu phần nhô ra và tăng độ cứng của dụng cụ. Matthew Schmitz, giám đốc sản phẩm GRIP tại Isca, chỉ ra rằng nhìn chung, các công cụ nguyên khối phù hợp hơn để tạo rãnh các vật liệu đã cứng. Tuy nhiên, công ty cũng cung cấp một hệ thống tạo rãnh theo mô-đun. Ông nói: “Chân mô-đun có thể được sử dụng trong các tình huống gia công trong đó dụng cụ dễ bị hỏng đột ngột. "Bạn không cần phải thay thế toàn bộ cán, bạn chỉ cần thay một bộ phận ít tốn kém hơn. Cán mô-đun cũng cung cấp nhiều tùy chọn gia công khác nhau. Hệ thống mô-đun Iskar's Grip có thể được lắp đặt trong nhiều loại sản phẩm khác nhau. Bạn có thể sử dụng một giá đỡ công cụ với 7 lưỡi dao khác nhau cho 7 dòng sản phẩm hoặc bất kỳ số lượng lưỡi dao nào để xử lý khác nhau. Cùng một dòng sản phẩm có chiều rộng khe."

Sumitomo ECán dao của lectric để kẹp hạt dao loại CGA sử dụng phương pháp kẹp phía trên để kéo lưỡi dao trở lại vào cán dao. Giá đỡ này cũng có vít bắt chặt bên cạnh để giúp cải thiện độ ổn định của tay cầm và kéo dài tuổi thọ dụng cụ. Rich Maton, trợ lý giám đốc bộ phận thiết kế của công ty, cho biết: "Giá đỡ dụng cụ này được thiết kế để tạo rãnh các phôi gia công cứng. Nếu lưỡi dao di chuyển trong đầu cặp, lưỡi dao sẽ mòn theo thời gian và tuổi thọ của dụng cụ thay đổi. Đối với các yêu cầu gia công năng suất cao của ngành công nghiệp ô tô (chẳng hạn như 50-100 hoặc 150 phôi trên mỗi lưỡi cắt), khả năng dự đoán tuổi thọ của dụng cụ là đặc biệt quan trọng và những thay đổi về tuổi thọ của dụng cụ có thể có tác động đáng kể đến sản xuất."

Theo báo cáo, hệ thống tạo rãnh mô-đun Tri-Lock dòng GY của Mitsubishi Materials có độ cứng tương đương với mâm cặp lưỡi tích hợp. Hệ thống giữ chặt các lưỡi xẻ rãnh từ ba hướng một cách đáng tin cậy (ngoại vi, phía trước và phía trên). Thiết kế hai cấu trúc của nó giúp lưỡi dao không bị dịch chuyển trong quá trình tạo rãnh: hình chiếu hình chữ V ngăn lưỡi dao di chuyển sang hai bên; phím an toàn giúp loại bỏ chuyển động về phía trước của lưỡi dao do lực cắt gây ra trong quá trình gia công rãnh.

Các hạt dao tạo rãnh thường được sử dụng cho các bộ phận bằng thép cứng bao gồm các hạt dao vuông đơn giản, hạt dao tạo hình, hạt dao có rãnh và các loại tương tự. Nói chung, các rãnh cắt bắt buộc phải có bề mặt hoàn thiện tốt vì chúng có phần tiếp xúc và một số là rãnh chữ O hoặc rãnh vòng khóa. Theo Mark Menconi, chuyên gia sản phẩm tại Mitsubishi Materials, "Các quy trình này có thể được chia thành gia công rãnh đường kính trong và gia công rãnh đường kính ngoài, nhưng hầu hết các nguyên công tạo rãnh đều yêu cầu cắt tinh, bao gồm độ chính xác khi chạm nhẹ từ độ sâu cắt khoảng 0,25 mm. Cắt thành vết cắt hoàn chỉnh với độ sâu khoảng 0,5 mm."

Việc tạo rãnh cho thép cứng đòi hỏi phải sử dụng các dụng cụ có độ cứng cao hơn, khả năng chống mài mòn tốt hơn và hình dạng phù hợp. Điều quan trọng là tìm hiểu xem nên sử dụng hạt dao cacbua, hạt dao gốm hay hạt dao PCBN. Schmitz cho biết: "Tôi hầu như luôn chọn hạt dao cacbua khi gia công phôi có độ cứng dưới 50 HRC. Đối với phôi có độ cứng 50-58 HRC, hạt dao gốm là một lựa chọn rất kinh tế. Chỉ khi hạt dao CBN phôi mới được xem xét có độ cứng lên đến 58 HRC. Hạt dao CBN đặc biệt thích hợp để gia công những vật liệu có độ cứng cao như vậy vì cơ chế gia công không phải là vật liệu cắt mà là giao diện dụng cụ/phôi. Làm tan chảy vật liệu.

Đối với việc tạo rãnh các bộ phận thép cứng có độ cứng trên 58 HRC, việc kiểm soát phoi không phải là vấn đề. Vì rãnh khô thường được sử dụng nên phoi giống như bụi hoặc các hạt rất nhỏ và có thể được loại bỏ bằng cách thổi tay. Maton của Sumitomo Electric cho biết: “Thông thường, loại phoi này sẽ vỡ và tan rã khi va vào bất cứ vật gì nên việc phoi tiếp xúc với phôi sẽ không làm hỏng phôi. Nếu bạn lấy một mảnh vụn, chúng sẽ đập vỡ trong tay bạn. ”

Một trong những lý do tại sao hạt dao CBN thích hợp để cắt khô là vì mặc dù khả năng chịu nhiệt của chúng rất tốt nhưng hiệu suất xử lý sẽ giảm đi rất nhiều trong trường hợp nhiệt độ dao động. Economan cho biết: “Trên thực tế, khi hạt dao CBN tiếp xúc với vật liệu phôi, nó tạo ra nhiệt cắt trên đầu mũi dao, nhưng vì hạt dao CBN kém thích ứng với sự thay đổi nhiệt độ nên khó làm mát đủ để duy trì nhiệt độ không đổi. Tình trạng. CBN rất cứng nhưng cũng rất giòn và có thể bị vỡ do thay đổi nhiệt độ.”

Khi cắt các bộ phận thép có độ cứng thấp (chẳng hạn như 45-50 HRC) bằng hạt dao cacbua xi măng, gốm hoặc PCBN, phoi được tạo ra phải càng ngắn càng tốt. Điều này giúp loại bỏ nhiệt khi cắt trong vật liệu dụng cụ một cách hiệu quả trong quá trình cắt vì phoi có thể mang đi một lượng nhiệt lớn.

làkar's Schmitz cũng khuyến nghị nên xử lý công cụ này ở trạng thái "đảo ngược". Ông giải thích, "Khi lắp một công cụ vào máy công cụ, công cụ ưa thích của người chế tạo máy công cụ là lắp đặt bằng cách cắt lưỡi dao hướng lên trên, vì điều này cho phép chuyển động quay của phôi tạo áp lực hướng xuống trên đường ray máy để giữ cho máy ổn định. Tuy nhiên, khi lưỡi dao được cắt vào vật liệu phôi, các phoi hình thành có thể vẫn còn trên lưỡi dao và phôi. Nếu giá đỡ dụng cụ bị lật và dụng cụ được lắp lộn ngược, lưỡi dao sẽ không nhìn thấy được và dòng phoi sẽ tự động thoát ra khỏi khu vực cắt dưới tác động của trọng lực."

Làm cứng bề mặt là một phương pháp đơn giản để cải thiện độ cứng của thép cacbon thấp. Nguyên tắc là tăng hàm lượng carbon ở độ sâu nhất định dưới bề mặt vật liệu. Khi độ sâu rãnh vượt quá độ dày của lớp cứng bề mặt, một số vấn đề có thể phát sinh do sự thay đổi lưỡi tạo rãnh từ vật liệu cứng hơn sang vật liệu mềm hơn. Để đạt được mục đích này, các nhà sản xuất dụng cụ đã phát triển một số cấp độ lưỡi cho các loại vật liệu phôi khác nhau.

Duane Drape, giám đốc bán hàng tại Horn (Mỹ), cho biết: "Khi thay đổi từ vật liệu cứng hơn sang vật liệu mềm hơn, không phải lúc nào người dùng cũng muốn thay lưỡi dao, vì vậy chúng tôi phải tìm công cụ tốt nhất cho loại gia công này. Nếu sử dụng hạt dao cacbua xi măng, nó sẽ gặp phải vấn đề mài mòn quá mức khi lưỡi cắt trên bề mặt cứng. Nếu sử dụng hạt dao CBN phù hợp để cắt các vật liệu có độ cứng cao để cắt các bộ phận mềm thì rất dễ làm hỏng lưỡi dao. Chúng ta có thể sử dụng một thỏa hiệp: hạt dao cacbua có độ cứng cao. + lớp phủ siêu bôi trơn hoặc cấp hạt dao CBN tương đối mềm + hạt dao cắt thích hợp để cắt các vật liệu thông thường (thay vì gia công cứng)."

Drape cho biết, "Bạn có thể sử dụng hạt dao CBN để cắt hiệu quả các vật liệu phôi có độ cứng 45-50 HRC, nhưng phải điều chỉnh hình dạng lưỡi dao. Hạt dao CBN điển hình có mặt vát âm trên lưỡi cắt. Hạt dao CBN vát âm này mềm hơn khi gia công. Khi sử dụng vật liệu phôi, vật liệu sẽ có hiệu ứng kéo ra và tuổi thọ dụng cụ sẽ được rút ngắn. Nếu sử dụng loại CBN có độ cứng thấp hơn và hình dạng của lưỡi cắt bị thay đổi, thì hình dạng của lưỡi cắt bị thay đổi. vật liệu phôi có độ cứng 45-50 HRC có thể được cắt thành công."

Mảnh dao tiện rãnh S117 HORN do công ty phát triển sử dụng đầu PCBN và chiều sâu cắt khoảng 0,15-0,2 mm khi chiều rộng bánh răng được cắt chính xác. Để đạt được bề mặt hoàn thiện tốt, lưỡi dao có mặt phẳng cạo ở mỗi cạnh cắt ở cả hai bên.

Một lựa chọn khác là thay đổi các thông số cắt. Theo Economan của Index, "Sau khi cắt qua lớp đã cứng, có thể sử dụng các thông số cắt lớn hơn. Nếu độ sâu cứng chỉ là 0,13mm hoặc 0,25mm, sau khi cắt qua độ sâu này, các lưỡi dao khác nhau sẽ được thay thế hoặc vẫn sử dụng cùng một lưỡi dao, nhưng tăng thông số cắt lên mức phù hợp."

Để đáp ứng phạm vi xử lý rộng hơn, cấp độ lưỡi PCBN ngày càng tăng. Các cấp độ cứng cao hơn cho phép tốc độ cắt nhanh hơn, trong khi các cấp có độ bền tốt hơn có thể được sử dụng trong môi trường xử lý không ổn định hơn. Để cắt liên tục hoặc gián đoạn, cũng có thể sử dụng các loại hạt dao PCBN khác nhau. Maton của Sumitomo Electric đã chỉ ra rằng do tính giòn của dụng cụ PCBN, các lưỡi cắt sắc dễ bị sứt mẻ khi gia công thép đã cứng. “Chúng ta phải bảo vệ lưỡi cắt, đặc biệt là khi cắt gián đoạn, lưỡi cắt phải được chuẩn bị nhiều hơn khi cắt liên tục và góc cắt phải lớn hơn.”

Iskar'các loại IB10H và IB20H mới được phát triển tiếp tục mở rộng dòng sản phẩm Groove Turn PCBN của mình. IB10H là loại PCBN hạt mịn dùng để cắt thép cứng liên tục ở tốc độ trung bình đến cao; trong khi IB20H bao gồm các hạt PCBN cỡ hạt mịn và trung bình, mang lại khả năng chống mài mòn và chống va đập tốt. Cân có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt hơn khi cắt thép cứng bị gián đoạn. Kiểu hư hỏng thông thường của dụng cụ PCBN là lưỡi cắt bị mòn thay vì bị nứt hoặc nứt đột ngột.

Cấp độ phủ PCBN được phủ BNC30G do Sumitomo Electric giới thiệu được sử dụng để tạo rãnh gián đoạn các phôi thép đã cứng. Để tiện rãnh liên tục, công ty khuyến nghị sử dụng loại lưỡi đa năng BN250. Maton cho biết: "Khi cắt liên tục, lưỡi dao cắt trong thời gian dài sẽ sinh ra nhiều nhiệt cắt. Vì vậy, cần sử dụng lưỡi dao có khả năng chống mài mòn tốt. Trong trường hợp tạo rãnh gián đoạn, lưỡi dao liên tục ra vào cắt. Ảnh hưởng lớn đến đầu mũi. Vì vậy, cần sử dụng lưỡi dao có độ bền tốt và có thể chịu được va đập gián đoạn. Ngoài ra, lớp phủ lưỡi dao còn giúp kéo dài tuổi thọ dụng cụ".

Bất kể loại rãnh nào được gia công, các xưởng trước đây dựa vào việc mài để hoàn thiện các bộ phận bằng thép cứng có thể được chuyển đổi sang tạo rãnh bằng công cụ PCBN để tăng năng suất. Rãnh cứng có thể đạt được độ chính xác về kích thước tương đương với mài, đồng thời giảm đáng kể thời gian gia công.