Comprendere gli strumenti di metallo duro nei torni di CNC

Gli utensili in metallo duro sono diventati lo standard per le operazioni di tornitura CNC in settori che vanno dall'auto all'aerospaziale. La combinazione di durezza, resistenza all'usura e stabilità termica rende il carburo di tungsteno un materiale ideale per la lavorazione ad alta velocità.

Selezione utensili e Geometria

La scelta dello strumento di metallo duro giusto per una determinata applicazione è la base di una lavorazione di successo. La geometria degli utensili, il rivestimento, il grado e la forma dell'inserto giocano tutti un ruolo fondamentale nel modo in cui lo strumento interagisce con il materiale del pezzo. Uno strumento che funziona bene per la ruvidità dell'acciaio può essere del tutto inadatto per la finitura di alluminio o la lavorazione di superalloy termoresistenti.

Inserire Geometria e Controllo Chip

Gli angoli di rastrello positivi riducono le forze di taglio e sono ideali per materiali più morbidi e passaggi di finitura. Gli angoli di rastrello negativi forniscono una maggiore resistenza al bordo e sono più adatti per la rugatura e materiali più difficili. La geometria del frantumatore del chip è altrettanto importante. Un frantumatore di chip ben progettato assicura che i chip si rompono in dimensioni gestibili, impedendo l'innesto del chip, l'accumulo di calore.

Tecnologie di rivestimento

I rivestimenti comuni includono il nitruro di titanio (TiN), il carbonitruro di titanio (TiCN), il nitruro di alluminio di titanio (TiAlN), e l'ossido di alluminio (Al2O3). Ogni rivestimento offre diverse proprietà. TiAlN, ad esempio, fornisce un'eccellente resistenza all'ossidazione e una durezza calda, rendendolo adatto per la lavorazione a secco e applicazioni di riduzione di temperatura elevata.

Selezione del grado

I gradi più rigidi con un contenuto più alto di cobalto resistano all'usura abrasiva ma sono più fragili. I gradi più pesanti con contenuto di cobalto inferiore possono sopportare tagli e vibrazioni interrotti ma possono indossare più velocemente. Abbinando il grado di lavorazione al materiale e il funzionamento è fondamentale. Per la rotazione continua di acciaio, un grado duro, resistente all'usura è appropriato.

Impostazione e allineamento

La corretta configurazione di un tornio CNC influisce direttamente sulla precisione di lavorazione, sulla durata degli utensili e sulla finitura superficiale. Anche un piccolo disallineamento può causare errori di usura, di chatter e dimensionali irregolari.

Allineamento dell'altezza del centro

Il bordo di taglio dello strumento in metallo duro deve essere impostato esattamente all'altezza centrale del pezzo. Un set di utensili sotto il centro può causare il pezzo da salire sull'inserto, portando a una finitura superficiale scarsa e a una rottura di utensili potenziale. Un set di strumenti sopra il centro può creare una pressione eccessiva sul bordo dell'inserto, accelerando l'usura.

Utensile Avambramento e Rigidità

Gli utensili in metallo duro sono fragili e sensibili alla deflezione. Lo strapiombo mini-utensile migliora la rigidità e riduce il rischio di vibrazioni e di chipping dei bordi. Come regola generale, lo strapiombo non deve superare l'altezza dello stinco di oltre 1,5-2 volte. Ad esempio, uno shank quadrato di 20 mm non deve estendere più di 30-40 mm dal supporto dell'utensile.

Inserisci il morsetto e i sedili

Gli inserti devono essere fissati in modo sicuro e correttamente nel supporto dell'utensile. Gli inserti o irraggiungibili o non correttamente seduti possono cambiare durante il taglio, causando imprecisioni dimensionali e rottura dell'inserto. Pulire la tasca dell'inserto e le superfici dei sedili dell'inserto prima dell'installazione.

Parametri di taglio ottimizzati

Velocità di taglio, velocità di alimentazione e profondità di taglio influenzano direttamente la vita degli utensili, la finitura superficiale e l'efficienza di lavorazione.

Velocità di taglio

Gli utensili in metallo duro possono operare a velocità di taglio significativamente superiori rispetto agli utensili HSS, tipicamente nella gamma di 100-300 m/min per acciaio, 150-400 m/min per acciaio inossidabile, e 300-800 m/min per alluminio. Tuttavia, la velocità ottimale dipende dalla specifica qualità del metallo duro e del rivestimento.

Tasso di alimentazione

Per gli inserti in carburo, un punto di partenza comune è 0.1-0.4 mm/rev per la ruvida e 0,05-0.15 mm/riv per la finitura. I tassi di alimentazione leggeri riducono le forze di taglio e migliorano la finitura superficiale, ma possono causare la sfregatura se lo spessore del chip scende sotto il raggio del tubo del bordo.

Profondità del taglio

Per i passaggi di ruggine, le profondità di 1-5 mm sono comuni, a seconda della dimensione dell'inserto e del materiale. Per i passaggi di finitura, le profondità di 0.2-0.5 mm producono buone finiture superficiali. La profondità eccessiva di taglio può sovraccaricare l'inserto e causare rottura del bordo, soprattutto nei materiali duri. Quando si lavora in acciaio o superalloy, si riduce la profondità di taglio e di utilizzo.

Raffreddamento e lubrificazione

La gestione del calore è uno dei fattori più importanti nelle prestazioni degli utensili in metallo duro. Il calore eccessivo accelera l'usura, riduce la durata degli utensili e può causare la crepatura termica dell'inserto.

Metodi di applicazione del refrigerante

Il raffreddamento ad inondazione è il metodo più comune, offrendo un flusso continuo di refrigerante alla zona di taglio.Gli utensili in metallo duro, i sistemi di raffreddamento ad alta pressione (40-100 bar) forniscono una migliore penetrazione e evacuazione del chip.

Considerazioni di lavorazione a secco

La lavorazione a secco è spesso possibile con utensili in metallo duro rivestito, soprattutto quando si utilizzano rivestimenti TiAlN o Al2O3 che forniscono protezione termica. La lavorazione a secco elimina i costi di smaltimento e le preoccupazioni ambientali del refrigerante. Tuttavia, richiede un controllo attento dei parametri di taglio per evitare il surriscaldamento. Per operazioni a secco, utilizzare velocità di taglio più elevate con velocità di alimentazione più basse e garantire un'evacuazione adeguata del chip.

Concentrazione e qualità del refrigerante

La concentrazione di refrigeranti solubili in acqua dovrebbe essere mantenuta all'interno della gamma raccomandata del produttore, tipicamente 5-10%. La bassa concentrazione riduce le prestazioni di raffreddamento e lubrificazione, mentre l'alta concentrazione può causare schiuma e irritazione della pelle.

Controllo di allevamento e vibrazione

La vibrazione è una causa comune di guasto prematuro degli utensili, scarsa finitura superficiale e imprecisioni dimensionali nelle operazioni di tornio CNC. Gli strumenti in metallo duro, essendo fragili, sono particolarmente suscettibili alla cippatura indotta dalle vibrazioni.

Fissaggio del pezzo

Per il lavoro dell'albero, utilizzare un centro di riposo o di coda stabile per supportare il pezzo. Per il lavoro di mandrino, assicurarsi che le mascelle siano correttamente allineate e serrate. La forza di presa eccessiva può distorcere le parti sottili, mentre la forza insufficiente consente al pezzo di spostare.

Supporto per utensili Damping

I supporti per utensili a vibrazione riducono il battitore e migliorano la finitura superficiale. Questi supporti utilizzano un ammortizzatore di massa sintonizzato o uno strato viscoelastico per assorbire l'energia vibrazionale. Sono particolarmente utili per applicazioni a lungo raggio, come la tornitura noiosa e interna. Quando si utilizzano supporti per utensili standard, assicurano che il supporto sia correttamente stretto sulla torretta e che lo stinco sia completamente supportato.

Condizione del mandrino e della macchina

La condizione del tornio CNC influisce sulle prestazioni degli utensili. I cuscinetti a mandrino, le torrette disallineamento e i modi sciolti contribuiscono a vibrazioni e inesattezze. La manutenzione regolare della macchina, compresi i controlli di runout del mandrino, la verifica dell'allineamento della torretta e la lubrificazione del modo, assicura condizioni di taglio stabili.

Considerazioni materiali-Specifiche

I diversi materiali di lavorazione impongono diverse esigenze sugli utensili in metallo duro. L'adattamento della selezione degli utensili, della geometria e dei parametri al materiale è essenziale per ottenere risultati ottimali.

Acciaio e lega

Per la lavorazione di acciaio generico, è adatto un inserto in metallo rivestito con un grado di resistenza medio di durezza. Per gli acciai temprati superiori a 45 HRC, utilizzare un grado più duro con un inserto a T-bone o CBN-tipped, o un grado di carburo appositamente progettato per la tornitura dura.

Acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile, particolarmente austenitico gradi (304, 316), è incline a lavorare indurimento e bordo costruito. Gli strumenti in metallo duro con bordi affilati e angoli positivi rake aiutano a ridurre le forze di taglio e ridurre al minimo l'indurimento del lavoro.

Metalli in alluminio e non ferrosi

Per l'alluminio, utilizzare inserti in carburo non rivestiti o rivestiti di diamanti con una superficie lucida per evitare il bordo costruito. Gli angoli di rastrello e i bordi taglienti ad alta efficienza producono tagli puliti e finiture di superficie eccellenti. Le velocità di taglio di 300-800 m/min sono comuni, con velocità di avanzamento di 0,1-0,5 mm/rev. Per ottone e bronzo, utilizzare un approccio leggermente inferiore.

Superlegati e Materiali Esotici

I sovrapposizioni a base di nichel (Inconel, Hastelloy) e leghe di titanio sono tra i materiali più impegnativi per gli utensili in metallo duro. Questi materiali mantengono alta resistenza a temperature elevate e sono abrasivi ai bordi di taglio.

Gestione della vita degli strumenti e monitoraggio dell'usura

La massima durata degli utensili, pur mantenendo la qualità, richiede un monitoraggio sistematico dell'usura degli utensili. Gli strumenti in metallo duro tipicamente falliscono dall'usura del fianco, dall'usura del cratere, dall'usura della tacca o dalla cippatura.

Wear di flangia

L'usura del fiocco si verifica sul lato di rilievo dell'inserto ed è la modalità di usura più comune. È causata da abrasione e degrado termico. L'usura del fianco è generalmente 0.2-0.4 mm per la finitura e 0.4-0.8 mm per la rugosità. Quando l'usura supera questi limiti, la finitura superficiale si deteriora e le forze di taglio aumentano.

Crater Wear

L'usura del cratere sul viso rastrello a causa della diffusione chimica e delle alte temperature, che indebolisce il bordo di taglio e può portare alla rottura del bordo. L'usura del cratere è più comune nella lavorazione ad alta velocità dell'acciaio. Per ridurre l'usura del cratere, abbassare la velocità di taglio, utilizzare un rivestimento con una migliore stabilità termica, o passare ad un grado con maggiore durezza calda.

Notch Wear

L'usura della Notch si verifica alla profondità della linea di taglio, spesso a causa di uno strato superficiale o di una scala indurita sul pezzo. È comune nella lavorazione di superalloy e getti. Per mitigare l'usura della tacca, variare la profondità di taglio per distribuire l'usura, utilizzare un inserto rotondo che presenta un angolo di fidanzamento in continuo, o applicare un rivestimento che resiste all'ossidazione.

Chipping e breakage

Per evitare la cippatura, utilizzare un grado più duro, ridurre la velocità di alimentazione, garantire un'altezza del centro corretta e mantenere un flusso di raffreddamento adeguato. Evitare di coinvolgere lo strumento con un bordo usurato o ad un angolo tagliente del pezzo. Quando si inizia un taglio, utilizzare un approccio delicato per ridurre il carico di impatto.

Errori comuni e come evitare di loro

Anche i macchinisti esperti possono fare errori con l'attrezzo di carburo. La consapevolezza di insidie comuni aiuta a prevenire errori costosi.

  • La rigidità degli utensili di Overestimating:[ Il carburo è duro ma fragile. L'eccessiva sporgenza, il bloccaggio sciolto o i componenti della macchina usurati possono portare a vibrazioni e chipping.
  • L'altezza del centro non corretta:[ Un set di strumenti troppo alto o troppo basso altera l'angolo di rastrello efficace e aumenta lo stress sull'inserto.
  • Utilizzando il grado sbagliato per il materiale:[ Un grado duro può chip in tagli interrotti, mentre un grado duro può indossare rapidamente in tagli continui.
  • Consegno refrigerante negativo:[] Il raffreddamento inadeguato accelera l'usura e può causare la crepatura termica.
  • La velocità è troppo elevata, causa danni termici, mentre la velocità è troppo bassa, causa un bordo integrato. Seguire raccomandazioni del produttore e regolare in base all'usura degli strumenti osservati.
  • Ignorando il controllo del chip:[ I chip lunghi e robusti possono danneggiare il pezzo e lo strumento. Selezionare un inserto con il corretto interruttore del chip e regolare la velocità di alimentazione per attivare la rottura del chip.
  • Riutilizzare gli inserti usurati:[] Un inserto usurato aumenta le forze di taglio e degrada la finitura superficiale.

Conclusioni

Gli utensili in metallo duro offrono vantaggi significativi nelle operazioni di tornio CNC, tra cui velocità di taglio più elevate, durata più lunga degli utensili e finiture superficiali superiori. Questi vantaggi sono realizzati solo quando le migliori pratiche sono seguite durante tutto il processo di lavorazione.