L'impatto della selezione dei fluidi di taglio sulla qualità e sulla vita degli utensili

La ricerca di un prodotto di qualità e di un prodotto di qualità, che si basa su un'analisi di qualità, consente di migliorare la qualità dei componenti di un prodotto.

I ruoli fondamentali di taglio fluidi in Broaching

I liquidi di taglio servono diverse funzioni critiche durante le operazioni di broaching. Capire queste funzioni è essenziale per fare selezioni informate.

Lubrificazione all'interfaccia di taglio

La brasatura comporta elevate pressioni di contatto e il relativo movimento tra i bordi di taglio dello strumento e il materiale del pezzo. Un fluido di taglio con forti proprietà lubrificanti forma uno strato di confine che riduce l'attrito, minimizza l'usura dell'adesivo e abbassa la tendenza alla formazione del bordo di incasso (BUE).

Dissipazione del calore e controllo della temperatura

Senza un raffreddamento efficace, le temperature degli utensili possono superare gli 800°C (1472°F) ai bordi di taglio, portando ad un rapido ammorbidimento del materiale dell'utensile e all'usura accelerata. I fluidi di taglio assorbiscono e portano via il calore dalla zona di taglio, mantenendo la durezza degli utensili e la stabilità dimensionale del pezzo.

Evacuazione e fluidificazione del chip

Il confezionamento di trucioli può danneggiare l'utensile e degradare la finitura superficiale. I fluidi di taglio aiutano a svuotare le patatine, soprattutto nella brocciatura interna dove l'accesso è limitato. Inoltre, impediscono il taglio del chip e riducono il rischio di scommettere la superficie finita.

Protezione contro la corrosione

Molti materiali di lavorazione, soprattutto leghe ferrose, sono suscettibili alla corrosione quando esposti a refrigeranti a base d'acqua. I fluidi di taglio contengono spesso inibitori di corrosione che proteggono sia il pezzo che l'utensile della macchina dalla ruggine e dalla colorazione. Questa protezione è vitale per il mantenimento della qualità e della longevità delle attrezzature.

Tipi di Fluidi di taglio e loro effetti su Broaching

I liquidi di taglio per la broccatura cadono in diverse categorie di grandi dimensioni. Ogni tipo ha proprietà distinte che influiscono sulla lubrificazione, il raffreddamento e le prestazioni complessive.

Raffreddatori a base di acqua

I refrigeranti a base d'acqua, tipicamente emulsioni di olio in acqua (oli solubili), offrono un'eccellente capacità di raffreddamento perché l'acqua ha un calore specifico elevato. Sono ampiamente utilizzati nelle operazioni di broaching ad alta produzione in cui la rimozione del calore è la preoccupazione primaria. Tuttavia, le loro proprietà lubrificanti sono generalmente inferiori ai fluidi a base di olio.

Lubrificanti a base di olio

Gli oli diritti (olei non presenti) forniscono una lubrificazione superiore e sono spesso la scelta preferita per operazioni di brocciatura impegnative che coinvolgono leghe dure o le forze di taglio elevate. Essi creano un robusto film lubrificante che riduce l'attrito e l'usura degli utensili, e offrono un'evacuazione eccellente del chip.

Fluidi sintetici

I fluidi sintetici completi sono soluzioni idrosolubili che non contengono olio minerale. Sono formulati con lubrificanti chimici e additivi EP per fornire un equilibrio di raffreddamento e lubrificazione. I sintetici sono spesso utilizzati in brocciatura ad alta precisione dove finitura superficiale e tolleranza sono critici. Offrono eccellenti materiali di pulizia, bassa schiumatura e buona biostibilità. Tuttavia, possono essere più costosi e non possono fornire una lubrificazione sufficiente per i pacchetti ad alta qualità

Fluidi semisintetici

I fluidi semisintetici sono microemulsioni che contengono una piccola quantità di olio (tipicamente 5-30%) disperse in una soluzione a base d'acqua. Combinano una parte della lubricità degli oli solubili con il raffreddamento e la pulizia dei sintetici. I semisintetici sono una scelta popolare di centro per la cottura generalizzata.

Impatto di taglio della selezione fluida sulla qualità di collegamento

La qualità di un componente broccato viene giudicata dalla finitura superficiale, dall'accuratezza dimensionale e dall'assenza di difetti.

Finitura superficiale

Un fluido di taglio correttamente applicato garantisce che i bordi di taglio del metallo di taglio pulito piuttosto che araporare o strapparlo. La lubrificazione riduce il coefficiente di attrito, che minimizza lo spalmamento e il bordo di costruzione. Questo si traduce in una superficie più liscia con la rugosità inferiore (valori Ra o Rz).

Accuratezza dimensionale

La deformazione termica del pezzo e dello strumento è una fonte importante di errore dimensionale. Il raffreddamento inadeguato permette di costruire il calore, causando l'espansione del pezzo e quindi contrarre imprevedibilmente, portando a caratteristiche di tolleranza fuori. I fluidi di taglio con elevata capacità di raffreddamento mitigano questo effetto. Inoltre, i lubrificanti riducono le forze di taglio, che minimizzano la deflezione di pezzi sottili o di brocchi lunghi e sottili.

Controllo truciolato e Integrity superficiale

I chip continui e ben formati sono più facili da evacuare e meno suscettibili di causare danni. La scarsa formazione di chip a causa di una lubrificazione o raffreddamento inadeguato può portare a rottura di chip, saldatura di chip o imballaggio di chip tra i denti. Ciò può causare rottura dei denti, scarsa finitura e anche sequestro di utensili.

Fattori da considerare quando si sceglie i fluidi di taglio per la pesca

La scelta del fluido di taglio ottimale richiede la valutazione delle specifiche condizioni dell'operazione di broaching.

Materiale del pezzo

I diversi materiali rispondono in modo diverso ai fluidi di taglio.

  • Acciai a basso tenore di carbonio e free-machining:[ Questi sono spesso accovacciati con refrigeranti a base d'acqua a causa della loro alta velocità di taglio e della necessità di dissipazione del calore.
  • Acciai inox e leghe ad alta temperatura (ad esempio, Inconel, titanio): Questi materiali hanno scarsa conducibilità termica e tendenze ad alta indurgenza del lavoro. Richiedono lubrificanti con forti additivi EP per prevenire la galvanica e la scheggiatura del bordo degli utensili. I fluidi sintetici a base di olio o ad alte prestazioni sono spesso necessari.
  • I ferri da colata:[] La grafite in ghisa fornisce una certa lubrificazione naturale, ma i fluidi da taglio aiutano ancora a scaricare la polvere di grafite e a prevenire l'usura abrasiva.
  • Leghe di alluminio e non ferrose:[ Questi materiali sono inclini a smembrare e bordo costruito. Fluidi con elevata lubricità e buona bagnatura sono essenziali. Fluidi a base di olio o semisintetici con additivi anti-saldati funzionano bene.

Tipo di operazione di allevamento

La broccatura interna (ad esempio, tastiere, spline) richiede spesso una migliore evacuazione e il lavaggio del chip perché i chip sono intrappolati all'interno del pezzo. I getti di fluido ad alta velocità diretti alla zona di taglio sono vantaggiosi. La broccatura esterna (ad esempio, la superficie di broaching) consente un accesso più facile al chip, ma la dissipazione del calore rimane importante.

Materiale e rivestimento degli utensili

I rottami sono generalmente realizzati in acciaio ad alta velocità (HSS) o, per materiali più difficili, da utensili in metallolurgy HSS o in metallo duro. Molti spilli moderni sono rivestiti con TiN, TiAlN, o AlTiN per migliorare la resistenza all'usura. Il liquido di taglio deve essere compatibile con il rivestimento. Per esempio, alcuni additivi EP possono attaccare chimicamente alcuni rivestimenti. Inoltre, il fluido non deve causare embriture di stress dell'idrogeno.

Regolamento ambientale e di sicurezza

I fluidi a base di olio generano nebbia e fumo, che richiedono ventilazione e filtrazione. Gli additivi clorurati, ampiamente utilizzati per le proprietà dell'EP, sono sotto controllo a causa della potenziale formazione di diossine durante lo smaltimento. Molti negozi stanno passando a formulazioni di cloro-libero o basso-cloro.

Strumento di macchina e sistema di filtrazione Compatibilità

Il liquido di taglio deve essere compatibile con i sigillamenti, i tubi e i materiali della pompa della macchina. Alcuni fluidi sintetici possono causare gonfiore o degradazione degli elastomeri. Inoltre, il sistema di filtrazione deve gestire il tipo di chip e fluido. Gli oli ad alta viscosità possono richiedere la filtrazione del coarser, mentre i fluidi a base d'acqua possono essere filtrati più finemente.

Effetti di taglio della selezione fluida su vita degli strumenti

La durata degli utensili nella broccatura è misurata dal numero di parti prodotte tra i regrindi o dalla lunghezza totale del taglio prima dell'insufficienza degli utensili.

Abrasivo

Le particelle dure nel pezzo o incorporate nel chip possono abradere i bordi di taglio. I fluidi di taglio aiutano a svuotare i detriti abrasivi. I fluidi con proprietà di lavaggio poveri permettono ai chip di ricircolo, aumentando l'abrasione.

Aderenza adesiva e bordo incorporato

Quando esiste una lubrificazione insufficiente, il materiale del pezzo aderisce al viso rastrello dell'utensile, formando un bordo integrato che periodicamente si stacca, prendendo il materiale dell'utensile con esso. Questo provoca l'usura del cratere e la chipping del bordo.

Fatica termica e Cracking

Un fluido che raffredda troppo aggressivamente può spegnere lo strumento, portando a shock termico e a crepa. Al contrario, un raffreddamento insufficiente consente all'utensile di surriscaldare e ammorbidire, accelerando l'usura. Il coefficiente di trasferimento termico del fluido e il metodo di applicazione devono essere bilanciati.

Wear di diffusione

A temperature elevate, gli atomi di materiale utensile si diffondono nel chip del pezzo, indebolindo il bordo di taglio dello strumento. Il raffreddamento efficace mantiene le temperature sotto la soglia per una rapida diffusione, prolungando così la durata degli utensili. Ad esempio, leghe di titanio di brocciatura ad alta velocità senza refrigerante possono causare un rapido fallimento degli utensili a causa dell'usura di diffusione.

Gli studi indicano che l'ottimizzazione della selezione dei fluidi di taglio può aumentare la vita di broach del 50-200% a seconda dell'operazione. Un passaggio da un refrigerante generico a base d'acqua ad un sintetico ad alte prestazioni con additivi EP in un'operazione di broccatura in acciaio pesante è stato documentato per raddoppiare il numero di parti per regrind.

Strategie per ottimizzare l'utilizzo del fluido di taglio in Broaching

La scelta del liquido giusto è solo il primo passo. L'applicazione e la manutenzione adeguati sono essenziali per realizzare i benefici completi.

Concentrazione fluida e monitoraggio della qualità

Per i fluidi a base d'acqua, mantenere la concentrazione all'interno della gamma raccomandata del produttore (tipicamente 5–10%) è fondamentale. Troppo basso fornisce una scarsa lubrificazione e protezione dalla corrosione; troppo alto può causare schiumatura e irritazione della pelle.

Metodo di applicazione e sistema di consegna

Per la cottura interna, utilizzare la consegna tramite utensili refrigerante quando possibile - i brocchi di cottura permettono di pompare il liquido attraverso i canali interni dello strumento alla zona di taglio. Ciò garantisce il raffreddamento diretto e l'evacuazione dei chip. Per la broccatura esterna, i flussi ad alta velocità diretti al viso e al fianco del rake dello strumento forniscono risultati ottimali.

Gestione chip e filtrazione

Installare separatori magnetici, filtri di carta o sistemi centrifughi per rimuovere chip e multe dal fluido. Il liquido pulito riduce l'usura abrasiva e impedisce l'intasamento dell'ugello. I nastri trasportatori a chip devono gestire i chip lunghi e rigorosi tipici della brocciatura.

Combinazione di Fluid con le pratiche di manutenzione degli strumenti

Ispezionare regolarmente i denti di brocca per usura, chipping o bordo. Utilizzare un presetter per il controllo dei bordi di taglio. Assicurare che la brocca sia correttamente affilata e rifornita prima dell'uso. Applicare un leggero ricondizionamento dopo ogni esercizio di produzione. Il fluido dovrebbe essere compatibile con i processi di stoccaggio e pulizia degli utensili.

Formazione e sicurezza degli operatori

Fornire adeguate attrezzature di protezione personale (lucidi, occhiali di spruzzo) quando si tratta di fluidi. Assicurare custodie e collettori di nebbia sono funzionanti correttamente, soprattutto quando si utilizzano fluidi a base di olio. Seguire schede di dati di sicurezza del materiale (MSDS) per una corretta gestione e smaltimento.

Tendenze future in Broaching Fluids di taglio

I fluidi biodegradabili e vegetali stanno migliorando in termini di prestazioni e costi. Gli additivi nanoparticellari (ad esempio, grafine, nanotubi MoS2) sono stati studiati per la lubrificazione estrema e il trasferimento di calore. I sistemi di monitoraggio dei fluidi emergenti intelligenti che utilizzano sensori per pH, concentrazione e temperatura in tempo reale consentiranno la manutenzione basata sulle condizioni.

Per rimanere competitivi, i produttori dovrebbero rivedere periodicamente le loro scelte fluide di taglio e adottare nuove tecnologie che migliorano l'efficienza, la qualità e la sostenibilità.

Conclusioni

La scelta del fluido di taglio appropriato per le operazioni di broaching è una decisione strategica che colpisce direttamente la qualità del prodotto, la longevità degli utensili e l'economia di produzione.

Per ulteriori informazioni, consultare le risorse di ASM International] sui lubrificanti per la lavorazione dei metalli, la Società degli ingegneri manifatturieri (SME) per gli studi di casi e le carte tecniche dei produttori di fluidi di taglio come Master Chemical] o ]