Цельные пластины из CBN для твердого точения: когда их использовать
Цельные CBN-пластины позволяют расширить диапазон обработки при твердом токарном обращении, когда обычные пластины с насадками Плитка из PCBN не обеспечивает достаточной длины режущей кромки, глубины резания или гибкости, необходимых для применения требуемой стратегии резания.
Однако твердый CBN не всегда является лучшим выбором для всех операций по обработке закаленной стали.
При традиционном чистовом токарном обращении с небольшой глубиной резания паяная или угловая PCBN-пластинка зачастую может стать более экономичным решением. Цельный CBN становится особенно востребованным, когда операция требует большего зацепления режущей кромки, более глубоких проходов, стратегий резания с вытяжкой или иного распределения проходов.
Ищете вставку для конкретного применения из закаленной стали?
→ Просмотр Вставки CBN для твердого точения
Что такое твердосплавная вставка из CBN?
CBN, или кубический нитрид бора, является одним из самых твердых материалов для режущего инструмента, применяемых при механической обработке металлов. В серийном производстве режущего инструмента CBN обычно используется в поликристаллической форме, которую принято называть PCBN.
Обычная пластина с PCBN-насадкой, как правило, состоит из карбидная вставка корпус с относительно небольшим режущим сегментом из PCBN, закреплённым на одном или нескольких углах. Такая конструкция широко используется, поскольку позволяет разместить дорогостоящий сверхтвердый материал только там, где он действительно необходим.
В сплошной CBN-вставке используется гораздо больший объем материала PCBN, и, в зависимости от конструкции, она может изготавливаться без традиционной карбидной основы, применяемой в вставках с насадочным покрытием.
Главное преимущество заключается не просто в том, что в материале содержится больше CBN. Более широкий слой PCBN позволяет обеспечить большую полезную длину режущей кромки и большую свободу в выборе способа её применения.
Это может оказаться важным при применении стратегий обработки, требующих большей глубины врезания, более длинных активных режущих кромок или траекторий резания, которые трудно реализовать с помощью небольшого паяного наконечника из PCBN.
Цельные пластины из CBN и пластины с наплавленным покрытием из PCBN
Эти две конструкции не являются прямыми заменителями друг друга во всех случаях.
| Коэффициент отбора | Твердый CBN | С паяными / спаянными наконечниками из PCBN |
|---|---|---|
| Конструкция вставки | Крупный или полноразмерный режущий элемент из PCBN | Режущий сегмент из PCBN на карбидном корпусе |
| Рабочая кромка из PCBN | Больший выбор подходящих моделей | Ограничено геометрией наконечника из PCBN |
| Передовые методы взаимодействия | Более гибкий в определенных областях применения | Хорошо подходит для обычных небольших мероприятий |
| Большая глубина реза | Возможно при использовании подходящих марок стали и конструкций | Часто ограничивается размером наконечника |
| Стратегии «черчения-резки» | Может обеспечить большую гибкость | Как правило, менее гибкие |
| Традиционное чистовое твёрдое точение | Применяется в обоснованных случаях | Часто бывает очень полезно |
| Стоимость вставки | Как правило, выше | Как правило, ниже |
| Основные критерии отбора | Производственная способность и производительность | Экономически эффективная традиционная твердая токарная обработка |
Таким образом, правильное сравнение не сводится просто к следующему:
Какая вставка более твёрдая?
В обоих случаях в качестве режущего материала используется PCBN.
Более уместный вопрос:
Помогает ли в процессе обработки дополнительная полезная режущая кромка из PCBN, обеспечиваемая цельной конструкцией?
В каких случаях целесообразно использовать твердый CBN?
Когда требуется более передовое решение
Обычная пластина с PCBN-насадкой содержит ограниченный по длине сегмент PCBN на режущем углу.
Для обычных операций чистовой обработки этого зачастую более чем достаточно. Однако некоторые стратегии обработки требуют, чтобы режущая кромка соприкасалась с заготовкой на более длинном участке.
Цельная CBN-вставка обеспечивает большую свободу действий в таких условиях, поскольку полезная часть PCBN не ограничивается небольшим угловым наконечником.
Это может оказаться полезным, когда траектория реза проходит по большей части кромки или когда геометрия детали требует более интенсивного контакта режущей кромки с материалом.
Когда требуется большая глубина реза
Некоторые системы твердосплавных пластин из CBN позволяют работать с большей глубиной резания, чем традиционные конструкции с наконечниками из PCBN.
Это особенно актуально в тех случаях, когда припуск на обработку слишком велик для экономичного прохода чистового твёрдого точения или когда цель заключается в сокращении количества операций.
Однако сама по себе прочная конструкция не означает, что вставку можно автоматически использовать для глубокой черновой обработки.
Фактическая глубина реза по-прежнему зависит от:
твердость заготовки, марка PCBN, подготовка кромки, геометрия пластины, скорость резания, подача, жесткость станка, а также то, является ли операция непрерывной или прерывистой.
По этой причине всегда следует уточнять допустимую глубину резания для конкретного сорта CBN и условий применения.
Когда изменение стратегии обработки позволяет сократить количество проходов
Одной из важнейших причин, по которым стоит рассмотреть возможность использования цельного CBN, является возможность изменить стратегию обработки, а не просто заменить одну пластину на другую.
В зависимости от компонента и системы инструментов цельный CBN может обеспечивать такие подходы к обработке, как режущее действие по длине, зацепление длинной кромкой или различное распределение проходов черновой и чистовой обработки.
Например, операцию, которая ранее требовала выполнения нескольких отдельных пропилов с использованием небольшого PCBN-режущего элемента, иногда можно переорганизовать таким образом, чтобы более длинная режущая кромка выполняла больший объём работы за меньшее количество проходов.
Поэтому стоимость твердого CBN часто зависит от проектирование технологического процесса, а не просто вдохнуть жизнь.
Более высокий цена вставки может быть оправдано, если это сокращает время цикла, позволяет исключить какую-либо операцию или повышает стабильность процесса.
Соотношение цены и себестоимости по компонентам
Твёрдый Пластины из КНБ как правило, содержат больше сверхтвердого материала, чем пластины с PCBN-насадками, и поэтому могут иметь более высокую стоимость.
Однако сама по себе цена за вставку не является наиболее полезным критерием сравнения.
Более важный расчет выглядит следующим образом:
стоимость одной готовой детали.
Твердосплавная вставка из CBN может оказаться целесообразной, если она позволяет:
- меньшее количество проходов при обработке;
- большая площадь контакта режущей кромки;
- увеличенная длина режущей кромки;
- более стабильная стратегия обработки;
- сокращение времени цикла;
- меньшее количество смен инструмента или операций.
С другой стороны, если наклонная PCBN-пластинка уже обеспечивает требуемую чистоту поверхности и срок службы инструмента при низкой себестоимости единицы продукции, то экономических оснований для перехода на цельную CBN-конструкцию может не быть.
В каких случаях PCBN с наклонным режущим краем является более целесообразным выбором?
Твердый CBN не следует рассматривать как автоматическое усовершенствование по сравнению с PCBN с насадками.
Для многих операций по обработке твердых материалов традиционная пластина с твердосплавным наконечником по-прежнему остается более практичным решением.
Это особенно актуально в тех случаях, когда речь идет преимущественно о чистовой токарной обработке, глубина резания невелика, в процесс резания вовлечена лишь небольшая часть режущей кромки, а стандартная пластина, соответствующая стандарту ISO, уже демонстрирует надежную работу.
PCBN с наконечником также может быть привлекательным вариантом в тех случаях, когда стоимость пластин оказывает значительное влияние на экономическую эффективность производства.
Если дополнительный объем пригодного к использованию материала CBN в цельной пластине не способствует сокращению времени цикла, увеличению срока службы инструмента или улучшению технологических характеристик, то этот избыточный материал не приносит практически никакой пользы.
Поэтому цель заключается не в том, чтобы максимально увеличить содержание CBN в пластине.
Цель состоит в том, чтобы выбрать наиболее экономичную конструкцию пластины с учетом требований к обработке.
Закаленная сталь: основная область применения глубокой обработки
Твёрдая токарная обработка является одной из важнейших областей применения режущих инструментов из CBN.
К типичным деталям относятся детали подшипников, закаленные валы, шестерни, детали трансмиссии, матрицы, пресс-формы, инструментальная сталь и детали с поверхностной закалкой.
Пригодность использования цельного или с насадками PCBN зависит не только от того, что заготовка просто обозначена как “закаленная сталь”.”
Как правило, следующую информацию следует рассматривать в совокупности:
Материал заготовки → твёрдость → припуск на обработку → непрерывная или прерывистая резка → требования к поверхности → подготовка кромок → жёсткость станка
Небольшой припуск на чистовую обработку на устойчивом закаленном валу может потребовать совершенно иного решения с использованием CBN, чем в случае детали с большим припуском и прерывистыми элементами.
А как насчёт чугуна?
Твердый CBN также применяется при обработке некоторых видов чугуна.
Высокая износостойкость и наличие более широкой режущей кромки из PCBN могут оказаться полезными при обработке абразивных чугунов или в случаях, когда требуется более глубокое врезание.
Однако термин “чугун” не следует рассматривать как единое условие обработки.
Для обработки серого чугуна, твердого чугуна, охлажденного чугуна, а также деталей с прерывистыми или абразивными поверхностями могут потребоваться различные марки CBN и различные способы подготовки режущих кромок.
Таким образом, выбор подходящего решения зависит от конкретной марки чугуна, его твердости, припуска на обработку и условий резания.
Непрерывное и прерывистое твёрдое точение
Непрерывность резания оказывает существенное влияние на выбор пластин из CBN.
При непрерывной обработке с интенсивным резанием режущая кромка постоянно находится в контакте с заготовкой. Поэтому основными факторами, которые необходимо учитывать, являются износостойкость, термические характеристики и однородность поверхности.
По мере увеличения частоты прерываний режущая кромка неоднократно входит в заготовку и выходит из нее. Механические удары приобретают все большее значение, что повышает требования к вязкости кромки и правильной ее подготовке.
Слегка прерывистый срез — это не то же самое, что сильно прерывистый срез.
Такие элементы, как шпоночные пазы, поперечные отверстия, шлицы, прерванные уступы или неровные закаленные поверхности, могут значительно изменять нагрузку на режущую кромку.
Важно понимать, что:
Сама по себе цельная конструкция из CBN не определяет способность к прерывистой резке.
Необходимо комплексно учитывать марку PCBN, содержание CBN, систему связующего, подготовку кромок, геометрию пластин и условия резания.
Подготовка кромки не менее важна, чем конструкция пластины
Две пластинчатые вставки из CBN с одинаковой формой по стандарту ISO могут демонстрировать совершенно разные характеристики, если их режущие кромки подготовлены по-разному.
При твёрдом токарном обрабатывании обычно используются тщательно контролируемые фаски, хоны или их комбинации для обеспечения баланса между прочностью режущей кромки, режущими усилиями и требованиями к качеству поверхности.
Более прочная режущая кромка может повысить надежность при работе в режиме с перерывами или в тяжелых условиях, но при этом может также увеличить усилие резания.
Более острая заточка может снизить усилие резания и способствовать тонкой отделке, однако при этом обеспечит меньшую защиту режущей кромки в условиях интенсивных перерывов в работе.
По этой причине в процессе отбора следует учитывать следующее:
Марка PCBN + подготовка кромки + радиус передней кромки + конструкция пластины + условия обработки
а не выбирать вставку исключительно по коду ISO.
Жесткость станка имеет решающее значение
CBN демонстрирует наилучшие характеристики в условиях стабильной системы обработки.
Высокая твёрдость заготовки и относительно небольшие допуски при чистовой обработке означают, что вибрация, некачественное закрепление заготовки или чрезмерный вылет инструмента могут быстро снизить стабильность технологического процесса.
Прежде чем менять сорт CBN или конструкцию пластины, проверьте все настройки станка.
К важным факторам относятся зажим заготовки, состояние шпинделя, жесткость держателя инструмента, посадка пластины, вылет инструмента, биение детали и характер прерывистых участков.
Появление сколов не всегда означает, что материал CBN слишком хрупок.
В некоторых случаях настоящая проблема заключается в нестабильности других элементов системы обработки.
Сухое или мокрое твердое точение?
Сухая обработка широко применяется при токарной обработке твердых материалов, поскольку CBN способен работать при высоких температурах резания, а отказ от охлаждающей жидкости может упростить процесс в подходящих случаях.
Однако это не означает, что CBN всегда необходимо использовать в сухом виде.
Обработка во влажном состоянии также может быть целесообразной при использовании определённых марок инструмента, материалов заготовок и условий обработки.
Поэтому правильная стратегия выбора охлаждающей жидкости должна соответствовать рекомендациям, приведенным для конкретной марки CBN и условий эксплуатации.
Не следует рассматривать ни одно из этих утверждений как универсальное правило:
“CBN всегда должен оставаться без средств”.”
или
“CBN требует охлаждающей жидкости”.”
Ни один из этих вариантов не подходит для всех случаев.
Стабильность технологического процесса и равномерная подача охлаждающей жидкости важнее, чем следование общим правилам.
Всегда ли твердый CBN обеспечивает более длительный срок службы инструмента?
Нет.
Срок службы инструмента зависит от всех условий обработки.
Цельная пластина содержит больше материала PCBN, но это не означает, что активная режущая кромка будет изнашиваться медленнее, чем у правильно подобранной пластины с PCBN-насадкой.
На срок службы инструмента влияют марка PCBN, твердость заготовки, скорость резания, подача, глубина резания, прерывание резания, подготовка режущей кромки, жесткость станка и требования к качеству поверхности.
Поэтому главной причиной выбора цельного CBN должно быть то, что его конструкция обеспечивает преимущества для технологического процесса.
Если насадка с наклонным краем уже эффективно выполняет требуемую операцию, то одно лишь использование цельной конструкции может не привести к повышению экономической эффективности.
Контрольный список для выбора твердого CBN
Прежде чем выбрать цельный CBN, следует подумать, действительно ли его конструкция принесет пользу в конкретной области применения.
Твердый CBN стоит рассмотреть в тех случаях, когда для обработки требуется более широкая рабочая режущая кромка из PCBN, большее зацепление режущей кромки или большая глубина резания, стратегия «тянуто-режущая» или «предварительная токарная обработка», меньшее количество проходов или когда речь идет о процессе, который невозможно эффективно выполнить с помощью обычной небольшой режущей кромки из PCBN.
Плитки с PCBN-насадками могут оставаться более практичным выбором в случае традиционного чистового твёрдого точения, когда глубина резания невелика, используется лишь небольшой участок режущей кромки, а имеющаяся в наличии пластина с насадкой по стандарту ISO уже обеспечивает стабильный ресурс инструмента и качество поверхности.
Поэтому окончательное решение должно основываться на совокупности следующих факторов:
конструкция пластины, марка PCBN, подготовка режущей кромки, заготовка и условия обработки.
Вам нужна CBN-вставка для обработки твердых материалов?
Выбор между цельным CBN и PCBN с насадками зависит в первую очередь от конкретных условий обработки, а не только от конструкции пластины.
При запросе рекомендаций по выбору пластин укажите материал и твердость заготовки, код используемой пластины, приблизительную глубину резания, режим резания (непрерывный или прерывистый), текущие параметры резания, требования к качеству поверхности и необходимое количество.
Эти сведения позволяют гораздо проще определить, даёт ли цельное CBN-изделие реальное преимущество в технологическом процессе или же более экономичным выбором будет пластина с PCBN-насадкой.
