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Verarbeitungskompetenz von vier schwer zu verarbeitenden Metallwerkstoffen

Bei der Auswahl anspruchsvoller Metalle für die Verarbeitung ist Wirtschaftlichkeit ein wichtiges Kriterium.

CBN-Wendeschneidplatten mit verbesserten abgeschrägten Kanten beseitigen Kantenrisse, die beim Schneiden von Materialien mit einer Härte von mehr als 50 RC üblich sind.

Durchgehärteter Stahl, hartes Pulvermetall, hitzebeständige Superlegierungen und Bimetalle sind in der Industrie weithin anerkannt. Obwohl solche Materialien fast unzerstörbare Teile liefern können, stößt ihre Bearbeitung auf Schwierigkeiten: wie sie zu vernünftigen Teilekosten in die endgültige Form gebracht werden können. Glücklicherweise haben die Hersteller von Schneidwerkzeugen große Fortschritte bei Wendeschneidplatten zum Fräsen und Drehen schwieriger Materialien gemacht.

Die heutigen beschichteten Hartmetall-, Cermet-, kubischen Bornitrid- (CBN) und polykristallinen Diamant (PKD)-Schaufeln spielen alle eine Rolle. Die Klinge aus fortschrittlichem Material mit spezieller Geometrie und Beschichtung widersteht mechanischen Stößen und Hitzebeständigkeit und widersteht auch abrasivem Verschleiß. Der effektive Einsatz dieser Klingen kann jedoch verschiedene externe Faktoren erfordern, von denen einer eine Partnerschaft mit einem erfahrenen Werkzeuglieferanten sein kann.

Da die Kosten für Wendeschneidplatten relativ niedrig sind (normalerweise macht die Verwendung von Hartmetall-Wendeschneidplatten nur 3 % der Gesamtbearbeitungskosten aus, während die Verwendung von CBN-Wendeschneidplatten nur 5 bis 6 % ausmacht), kann die Verwendung billiger Wendeschneidplatten eine falsche Wirtschaftspraxis. Fortschrittliche Materialeinsätze können die Zykluszeit verkürzen oder mehr Qualitätsteile für jede Schicht erhalten, wodurch Kosten eingespart werden.

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Andererseits ist es ein kostspieliger Fehler, einen großen Fräser unnötig mit fremden Wendeschneidplatten zu befüllen. Die Kosten für CBN-Wendeschneidplatten betragen das Acht- bis Zehnfache von Hartmetall. Der Betrieb dieser fortschrittlichen Materialklingen mit der falschen Geschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit kann die Teilequalität und die Werkzeugstandzeit beeinträchtigen. Bei Bestandsschwierigkeiten erfordert die Wahl des richtigen Messers sowohl die prozessökonomische als auch die gesamte Prozessbetrachtung.

Verwenden Sie den richtigen Vorschub und die richtige Geschwindigkeit

Betrachten Sie die gesamte Anwendung. In Anbetracht der Zeit, die zum Indexieren und Austauschen der Klinge benötigt wird, können billigere Hartmetallklingen, die eine Rolle bei der Toleranz und Oberflächengüte spielen können, teuer sein. Echte Produktivität ergibt sich aus dem Verständnis der Kompromisse zwischen Durchsatz, Zykluszeit und Rotorleistung.

In einem professionellen Kleinserienbeispiel wurden gesinterte Titankarbid-Gasturbinenschaufeln erfolgreich mit beschichteten Karbid-Schneideinsätzen gefräst. Bei 120 sfm kann die Hartmetallschneide nur 5 bis 10 Minuten schneiden. In der Massenproduktion setzen schwer zu verarbeitende Materialien die akzeptable Standzeit der Klingen in der Regel auf 15 bis 30 Minuten, bei langsam laufenden Teilen sind jedoch kurze Standzeiten und häufiger Werkzeugwechsel nicht die Hauptnachteile. Längere Klingenlebensdauer ist in der Tat in der gesamten Produktion wichtig geworden. Es ist jedoch notwendig, die Ausfallzeit und den Arbeitsaufwand für den Werkzeugwechsel zu reduzieren und die Maschinenauslastung und Produktivität zu verbessern. Hartmetall wird derzeit gut für Turbinenschaufeln verwendet, aber wenn Teile in größeren Stückzahlen produziert werden sollen, kann diese Anwendung den Einsatz härterer und teurerer Schaufeln aus CBN rechtfertigen.

Verarbeitungskompetenz von vier schwer zu verarbeitenden Metallwerkstoffen

Um die Produktivität durch fortschrittliche Materialmesser zu steigern, müssen der richtige Vorschub und die richtige Geschwindigkeit verwendet werden. Die CBN-Wendeschneidplatten von Sandvik Coromant haben eine verstärkte, abgeschrägte Kante, um Kantenrisse zu vermeiden, die beim Schneiden von harten Materialien über 50 RC häufig auftreten. Trotz dieser Zähigkeit erfordern CBN-Wendeschneidplatten immer noch Schneidmaschinenparameter, um strenge Toleranzen einzuhalten. Wenn die Schnittgeschwindigkeit zu niedrig 10 % oder zu hoch 10 % ist, wird die Leistung ernsthaft beeinträchtigt.

Wenn Sie schwierige Materialien bearbeiten müssen, wenden Sie sich bitte an den Lieferanten von Schneidwerkzeugen. Lieferanten können Lösungen anbieten, die darauf basieren, wie andere dasselbe Problem lösen. Wenn ein Test erforderlich ist, beginnt er normalerweise mit einer Hartmetallklinge und verwendet dann ein härteres und teureres Werkzeug. Moderne Klingengeometrie, steife Werkzeugaufnahmen und ausgeklügelte Bearbeitungsverfahren machen in der Regel kostengünstigere Hartmetallklingen für harte Arbeit geeignet. Wann Karbide übertroffen werden sollten, ist von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich, aber eine Vielzahl von Materialien stellt gemeinsame Verarbeitungsherausforderungen.

Gehärteter Stahl

Stahllegierungen, die in vielen Anwendungen verwendet werden, werden immer härter. Während Werkzeugstahl früher als harter Werkstoff von 45 RC galt, ist im Formenbau heute auf 63 RC gehärteter Stahl gebräuchlich. Werkzeughersteller, die früher nur Teile vor der Wärmebehandlung frästen, erhalten heute präzisionsbearbeitete Werkzeugstähle in durchgehärtetem Zustand, um Verzug durch die Wärmebehandlung zu vermeiden. Die beim Fräsen einer vollständig gehärteten Legierung auftretende Hitze und Druck können zu einer plastischen Verformung des Schneideinsatzes und einem schnellen Klingenausfall führen.

Trotzdem lässt sich durchgehärteter Stahl wirtschaftlich mit Hartmetallen bearbeiten. Ein Beispiel ist die Luft- und Raumfahrtverarbeitung. Ein großer Luft- und Raumfahrthersteller entschied sich für Sandvik GC1025 Hartmetall-Wendeschneidplatten zum Nachbohren großer Schmiedens aus 4340 modifiziertem gehärtetem 300M Profilstahl. Wenn der Stahl eine Härte von 30 bis 32 RC hat, wird der größte Teil des Metalls vor der Wärmebehandlung entfernt. Um die Verformung zu korrigieren, ist es jedoch nach dem vollständigen Härten des Werkstücks auf 54 oder 55 RC erforderlich, das große Werkstück nachzubohren.

Ein besonders anspruchsvolles Merkmal tief im Teil erfordert drei Bohrdurchgänge, um die erforderliche Toleranz und das erforderliche Finish zu erreichen. In weniger als einer Zeit verschleißte die Kombination aus harten Materialien und intermittierendem Schneiden die Schneidkanten des Cermets. Dies ist besonders schockierend, wenn man bedenkt, dass die gebrochene Kante das Teil beschädigen kann. Im Gegensatz dazu verfügen hochentwickelte Feinkorn-Hartmetall-Wendeschneidplatten über eine harte PVD-Beschichtung und eine scharfe Schneidwirkung, die sechs- bis neunmal schneiden kann. Um Hartmetall-Wendeschneidplatten zu verwenden, empfiehlt der Werkzeuglieferant, die Schnittgeschwindigkeit von 300 sfm auf 175 sfm zu reduzieren, aber die Schnitttiefe beizubehalten. Es dauert etwa 20 Minuten, bis eine Hartmetallklinge dreimal mit niedrigerer Geschwindigkeit durch das Loch gefahren ist, während ein Cermet-Werkzeug mehr als eine Stunde braucht. wichtiger,

Zur Festlegung von Bearbeitungsparametern für das Fräsen von gehärtetem Stahl mit Hartmetall-Wendeschneidplatten, in der Regel ab 100 sfm. Die Geschwindigkeit des Testpapierschneidens kann 150 bis 180 sfm erreichen. Die übliche Vorschubgeschwindigkeit beträgt 0.003 bis 0.004 Zoll pro Zahn. Schaufelgeometrien mit neutralen oder leicht negativen Spanwinkeln liefern im Allgemeinen stärkere Kanten als Schaufeln mit positivem Spanwinkel. Auch bei der Bearbeitung von hartem Stahl haben runde Hartmetall-Wendeschneidplatten Vorteile. Konturen bieten ein leistungsfähigeres Werkzeug ohne scharfe Ecken, die anfällig sind.

Bitte berücksichtigen Sie bei der Auswahl zwischen Hartmetallsorten die Härtegrade. Sie bieten Schneidkantensicherheit, um den hohen radialen Schnittkräften, die in gehärtetem Stahl auftreten, und starken Stößen beim Ein- und Ausfahren standzuhalten. Darüber hinaus hält der speziell formulierte hochwarmfeste Stahl der Hitze des auf 60 RC gehärteten Stahls stand. Die schlagfesten Hartmetall-Wendeschneidplatten mit Aluminiumoxid-Beschichtung halten auch den hohen Temperaturen beim Fräsen von Hartstahl stand.

Sintermetall

Fortschritte in der Pulvermetallurgie Technologie produzieren superharte Sintermetalle für verschiedene Anwendungen. Ein Hersteller hat eine pulverförmige Nickel-Verbundlegierung mit Wolfram- oder Titancarbid entwickelt, um eine Härte von 53 bis 60 RC zu erreichen. Die Carbidpartikel in der Nickellegierungsmatrix können 90 RC erreichen. Beim Fräsen solcher Materialien erleiden beschichtete Hartmetall-Wendeschneidplatten schnell einen seitlichen Verschleiß und ihre Hauptschneiden werden abgeflacht. Die superharten Partikel in der Mikrostruktur bilden „Mikrotrümmer“ und beschleunigen dadurch den Klingenverschleiß. Hartmetallklingen brechen auch unter dem Scherdruck bei der Bearbeitung von harten Materialien.

CBN-Wendeschneidplatten können zum Schneiden von Hartmetallpulver verwendet werden, das Wolfram und Titankarbid enthält. Fortschrittliche Geometrie kann feinen Schmutz überwinden. Ein Anwender, der pulverförmige Verbundlegierungen fräste, stellte fest, dass die Lebensdauer moderner CBN-Wendeschneidplatten 2,000-mal länger war als die der besten Hartmetall-Wendeschneidplatten. Ein 200-Blatt-Planfräser mit einer Geschwindigkeit von 0.007 sfm und einem Vorschub von 75 Zoll pro Schneide beendet das Probeschneiden von harten Materialien schneller als das harte Schneiden, und die Geschwindigkeit wird um XNUMX% erhöht.

Um die Vorteile von CBN voll auszuschöpfen, müssen die Schneidparameter in einem engen Bereich gehalten werden. Die Geschwindigkeit beträgt etwa 160 sfm, der Vorschub beträgt nur 0.004 bis 0.006 Zoll pro Zahn, aber die Produktivität ist bei der Verarbeitung von Sintermaterialien hoch. Die genauen Bearbeitungsparameter werden am besten durch einen Probeschnitt von 30 bis 60 Sekunden ermittelt. Beginnen Sie mit einer niedrigen Drehzahl und steigern Sie sie allmählich, bis ein übermäßiger Verschleiß der Schneide auftritt.

Schwer zu bearbeitende Materialien sollten in der Regel bearbeitet und getrocknet werden, um die Schneidkantentemperatur konstant zu halten. In den meisten Fällen sind kreisförmige Werkzeuge mit doppelter negativer Geometrie am effektivsten, und die Schnitttiefe ist normalerweise auf 0.04 bis 0.08 Zoll begrenzt.

Das Fräsen ist per Definition unterbrochenes Schneiden. Ständiges Hämmern von gehärteten Materialien auf Rockwell 60 oder höher führt zu einzigartigen Verarbeitungsspannungen. Daher müssen Werkzeugmaschinen und Werkzeuge maximale Steifigkeit, minimalen Überhang und maximale Festigkeit aufweisen, um die hohen Stoßbelastungen während der Bearbeitung aufzunehmen.

Superlegierung

Hitzebeständige Superlegierungen (HRSA), die für die Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt wurden, gewinnen in Automobil-, Medizin-, Halbleiter- und Energieerzeugungsanwendungen immer mehr Anerkennung. Jetzt kombinieren die neueren Titan-Matrix- und Aluminium-Magnesium-Matrix-Materialien bekannte HRSAs wie Inconel 718 und 625, Waspalloy und 6Al4V Titan. All dies hat die Verarbeitung vor Herausforderungen gestellt.

Superlegierungen sind schwierig; einige Titansorten werden mit einer Härte von 330 Brinell bearbeitet. Bei herkömmlichen Legierungen erweichen Schnitttemperaturen über 2,000 °F molekulare Bindungen und bilden eine Fließzone für Späne. Im Gegenteil, die Hitzebeständigkeit, die HRSA so ideal macht, hält sie während des gesamten Verarbeitungszyklus steif.

HRSA neigt auch dazu, während des Schneidens zu verhärten, was zu einem Abplatzen der Schneidklinge führt, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt. Das Schneiden von HRSA ist schwieriger, da das ungehäutete Material mit einem geschärften Messerkantenoxidbelag bedeckt ist, der die Schneide schneller verschleißt.

Angesichts der Schwierigkeit der Bearbeitung ist die Schnittgeschwindigkeit von Superlegierungen sehr gering. Verwenden Sie beispielsweise Sandvik GC2040 Hartmetall-Wendeschneidplatten, um Inconel 718 in 200 sfm Bremskeile zu fräsen. Beim Drehen/Schlichten im Freien beträgt die Drehgeschwindigkeit derselben Legierung mit Sandvik 7020 CBN-Wendeschneidplatten 260 sfm. Im Gegensatz dazu schneiden unbeschichtete Hartmetall-Wendeschneidplatten Werkzeugstahl typischerweise mit Geschwindigkeiten von 400 bis 800 sfm. Der für HRSA verwendete Einsatzstoff entspricht im Allgemeinen dem Einsatzstoff, der verwendet wird, wenn Bearbeitungswerkzeug Stahl.

Die Wahl der Wendeschneidplatte zur Bearbeitung von HRSA ist material- und werkstückabhängig. Hartmetallmesser mit positiver Spanwinkelgeometrie schneiden effektiv dünnwandige HRSA-Schäfte. Bei dickwandigen Teilen können jedoch Keramikklingen mit negativer Schneidkantengeometrie erforderlich sein, um produktivere landwirtschaftliche Ergebnisse zu erzielen. Obwohl die Trockenbearbeitung am besten bei den schwierigsten Materialien verwendet wird, um eine gleichmäßige Kantentemperatur aufrechtzuerhalten, benötigt Titan auch bei extrem niedrigen Drehzahlen ein Kühlmittel.

Die kontinuierliche Härte von HRSA beschleunigt den Verschleiß des Nasenradius der Schneidklinge. Runde Wendeschneidplatten ohne scharfe Ecken bieten die stärksten Schneidkanten, aber die übliche Kaltverfestigung von HRSA kann zu einem progressiven Einstechen der Wendeschneidplatte führen. Die Änderung der Schnitttiefe während der kontinuierlichen Bearbeitung kann Kaltverfestigungszonen vermeiden, die Bildung von Kerben verhindern und die Lebensdauer der Schneide verlängern. Die Schnitttiefe kann von 0.300 Zoll für einen Durchgang bis zu 0.125 Zoll und 0.100 Zoll für nachfolgende Schnitte variieren.

Bimetall

Bimetallkomponenten platzieren harte Materialien in bestimmten Verschleißbereichen, umgeben von oder gemischt mit weicheren Legierungen. Sie werden in der Automobilindustrie und anderen Bereichen immer beliebter und stellen besondere Herausforderungen an die Verarbeitung. CBN-Wendeschneidplatten sind Schneidlegierungen mit hoher Härte und besserer Zerspanbarkeit und können brechen, wenn sie mit weicheren Materialien in Kontakt kommen. PKD-Wendeschneidplatten, die Aluminium bearbeiten und schleifen können, erleiden beim Schneiden von Eisenmetallen übermäßigen Verschleiß.

Die Bearbeitung von Bimetallteilen erfordert effektiv die Entwicklung kompletter Bearbeitungsverfahren von Anwendern, Werkzeuglieferanten und Maschinenlieferanten. Bei einer Anwendung wird die zuvor beschriebene Hartpulvermetall-Verbundlegierung heißisostatisch auf ein kostengünstigeres Substrat aus rostfreiem Stahl 316 gepresst. Der in die Werkzeugmaschinensteuerung programmierte spiralförmige Interpolations-Werkzeugweg übernimmt den optimalen Vorschub und die optimale Geschwindigkeit, wobei zuerst der Pulvermetallbereich und dann das Substrat bearbeitet werden.

Um Bimetall-Zylinderblöcke effizient zu bearbeiten, müssen Automobilhersteller sowohl mit abrasiven Aluminiumlegierungen als auch mit Gusseisen-Zylinderlaufbuchsen umgehen. Durch die Konstruktion der Teile kann der Harteisen-Verschleißbereich nicht vom weichen Aluminium isoliert werden. Ein Werkzeugmaschinenprogramm, das eine sehr niedrige Drehzahl und eine sehr geringe Schnitttiefe bietet, kann jedoch mit verschleißfesten PKD-Wendeschneidplatten die gleichzeitige Bearbeitung von Aluminium und Eisen ohne häufigen Werkzeugwechsel ermöglichen.

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