一,De kwaliteiten van hoog{0}}staal en de problemen die zich voordoen tijdens het werken ermee
Hoogsterktestaal is doorgaans gelegeerd staal met een treksterkte van meer dan 1200 MPa. Het kan in twee groepen worden opgesplitst: laag-gelegeerd staal (zoals 40Cr, 30CrMnSi) en staal met ultrahoge sterkte (zoals 300M, 45CrNiMoVA). De belangrijkste onderdelen ervan zijn:
Hoge hardheid en taaiheid: na afschrikken of temperen kan de hardheid HRC30-50 bereiken, de treksterkte bereikt 1500 MPa en de taaiheid blijft goed. Dit betekent dat het erg moeilijk te snijden is en dat de snijkracht 1,2 tot 1,5 keer groter is dan die van gewoon staal.
Lage thermische geleidbaarheid: De thermische geleidbaarheid is slechts 1/3 tot 1/4 van die van medium koolstofstaal. De snijwarmte bevindt zich vooral in het gebied van de gereedschapspunt, waardoor het gereedschap snel kan verslijten.
Neiging tot hard worden door werken: Tijdens het snijden vormt zich een verharde laag op de oppervlaktelaag. Deze laag is 50% tot 100% harder dan het onderliggende materiaal, waardoor het snijden nog moeilijker wordt.
Moeilijk te breken spanen: Door de hoge plasticiteit vormen spanen doorlopende banden die gemakkelijk vast kunnen komen te zitten in het gereedschap en het werkstuk, waardoor de bewerking minder stabiel wordt.
Deze eigenschappen veroorzaken problemen zoals gereedschapsbreuk, snelle slijtage en slechte oppervlaktekwaliteit bij het bewerken met traditionele methoden. De essentiële vraag is of CNC-bewerkingen deze uitdagingen kunnen overwinnen.
2. Een onderzoek naar hoe goed CNC-bewerkingstechnologie werkt met hoog-sterktestaal
Bewerking met numerieke besturing helpt bij de productie van hoog{0}}staal doordat u de beweging met hoge precisie kunt regelen, automatisch van gereedschap kunt wisselen en veel assen aan elkaar kunt koppelen. U kunt op de volgende manieren zien hoe aanpasbaar het is:
1. Strenge regels voor werktuigmachines
Voor de verwerking van hoog-staal zijn werktuigmachines nodig die zijn uitgerust met zeer-stijve spindels en geleidingsrailsystemen die aanzienlijke snijkrachten kunnen verdragen. CNC-bewerkingsmachines met vijf--assen kunnen bijvoorbeeld trillingen tijdens complexe oppervlaktebewerking verminderen en de bewerking stabieler maken door het structurele ontwerp en de bewegingsbesturingsalgoritmen te verbeteren. Het vijf--assige bewerkingscentrum dat in de luchtvaart wordt gebruikt, heeft een snijfunctie met constante lineaire snelheid, waardoor de snijsnelheid hetzelfde blijft bij het frezen van conische en bolvormige oppervlakken. Dit zorgt ervoor dat het gereedschap niet overbelast raakt als het toerental varieert.
2. Verbetering van de materialen en vormen van gereedschappen
Omdat hoog{0}}staal zo sterk is, moeten gereedschapsmaterialen de juiste balans vinden tussen hardheid, taaiheid en thermische stabiliteit:
Snijgereedschappen van harde legeringen zijn goed voor zware bewerkingen. Ze worden beter gemaakt door carbiden zoals TiC en TaC toe te voegen. Als u bijvoorbeeld werkt met snijgereedschappen van austenitisch roestvrij staal 2169 en harde legeringen van YH1-kwaliteit, kunt u een oppervlakteruwheid van Ra0,8-1,6 μm verkrijgen door een voorhoek van 22 graden en een achterhoek van 10 graden te gebruiken, samen met koeling van gezwavelde snijolie.
Gecoate snijgereedschappen: TiAlN-coating kan het oppervlak van snijgereedschappen harder maken dan 3500HV en halvemaanslijtage minder waarschijnlijk maken. Uit tests is gebleken dat gereedschappen met coating drie keer langer meegaan dan gereedschappen zonder coating bij het werken met 300M-staal.
Een snijgereedschap van kubisch boornitride (CBN) is goed voor precisiebewerking en is bestand tegen temperaturen tot 3000 HV. Het kan een oppervlakteruwheid bereiken van Ra0,4 μm of minder bij snijden met een snelheid van 50 m/min en invoer met een snelheid van 0,1 mm/s.
Geometrische parameters van het snijgereedschap: een korte hellingshoek (0 graden -5 graden), een grote hellingshoek (10 graden -15 graden) en een gebogen randontwerp dat de snijkracht kan spreiden en de kans op breken van de rand kan verkleinen. Een gereedschapstipradius van r Groter dan of gelijk aan 0,8 mm kan bijvoorbeeld de levensduur van een gereedschap aanzienlijk verlengen bij het werken met 300M-staal.
3. De instellingen voor het snijden en de manier van afkoelen
Snijsnelheid: Voor ruwe bewerking wordt de snelheid laag gehouden (15–50 m/min) om de thermische belasting te verminderen. Voor precisiebewerkingen wordt de snelheid verhoogd tot 80–120 m/min om te profiteren van het thermische verzachtingseffect. Uit de ruwe bewerkingstest van 300M staal blijkt dat de snijkracht bescheiden is en de oppervlaktekwaliteit goed is wanneer de snijsnelheid 150 m/min is, de voedingssnelheid 0,2 mm/s en de snijdiepte 1 mm is.
Hoe te koelen: Hoge-koelvloeistof (druk groter dan of gelijk aan 7 MPa) kan in het snijgebied terechtkomen en de temperatuur met meer dan 40% verlagen. Voor chipmaterialen die moeilijk te breken zijn, kunnen pulskoelingtechnologieën de chips helpen barsten.
De juiste snijvloeistof kiezen: Extreme-druk-emulsie, die zwavel- en chloor-extreme-druk-additieven bevat, kan een chemische adsorptiecoating bieden die voorkomt dat het gereedschap in direct contact komt met het werkstuk. Als u bijvoorbeeld een actief koelmiddel met CCL4 gebruikt bij het werken met metalen met hoge- temperaturen, kan gereedschap 50% langer meegaan.
3. Veelvoorkomend gebruik van CNC-bewerking voor hoog-staal
1. Onderdelen maken voor luchtvaartsmeedstukken
Voor de luchtvaart hebben smeedstukken van hoog{0}}staal, zoals het achterste frame van brandstoftanks, ingewikkelde vormen en sterke materialen. Traditionele verwerking is langzaam en vereist veel klemming. Door gebruik te maken van reverse modeling met optische scanning konden we de blanco-marge nauwkeurig positioneren nadat we waren overgestapt op vijf--assige CNC-bewerkingstechnologie. In combinatie met snijtests om de beste instellingen te vinden (zoals een snijsnelheid van 60 m/min en een voedingssnelheid van 0,05 mm/r), werd de tijd die nodig was om één stuk te verwerken met 40% verkort en bereikte de oppervlakteruwheid Ra0,8 μm.
2. Werken aan de assen van autotransmissies
40Cr-staal dat wordt gebruikt voor transmissieassen in auto's moet zeer sterk zijn tegen vermoeidheid. Door gebruik te maken van gecoate snijgereedschappen van harde legeringen met een voorhoek van 5 graden en een achterhoek van 12 graden bij CNC-draaien, samen met snijden met constante lineaire snelheid (oppervlaktesnelheid van 120 m/min), gaat het gereedschap meer dan 2 uur mee tijdens batchverwerking en loopt het productkwalificatiepercentage op tot 99,5%.
