Перейти к содержимому 
Режущие инструменты для обработки распределительных валов: Руководство по выбору инструмента
Правильный выбор режущего инструмента для обработки распределительных валов - это разница между высокопроизводительным двигателем и грудой металлолома. Вы должны найти баланс между скоростью и точностью, поскольку распредвалы проходят этапы от мягкого точения до жесткого шлифования. В этом руководстве показано, как выбрать инструменты, снижающие стоимость одной детали.
Обзор этапов обработки распределительных валов и инструментов
Производство распределительных валов - это многоступенчатый процесс. Вы начинаете с необработанной отливки или поковки и заканчиваете зеркально чистой закаленной поверхностью.
Черновая токарная обработка и обработка под давлением
Во-первых, необходимо удалить большое количество материала с цапф. Шейка - это часть вала, которая остается в подшипниках блока двигателя. Обычно для этого используются сверхпрочные твёрдосплавные вставки здесь. Цель - высокая скорость съема металла без поломки инструмента. Поскольку на этом этапе материал часто бывает неровным, инструменты должны справляться с прерывистыми резами.
Черновая и получистовая фрезеровка кулачковых лепестков
Затем вы сосредоточитесь на лопастях. Это яйцеобразные детали, которые открывают клапаны. Фрезеровать их сложно, поскольку траектория движения инструмента не является простой окружностью. Вам нужны фрезы, способные работать с изменяющимися углами лепестков. Большинство мастерских используют сменные фрезы чтобы сделать процесс быстрым, а затраты - низкими.
Финишная обработка и шлифование после закалки
После черновой обработки распределительный вал обычно подвергается термообработке для повышения твердости поверхности и износостойкости. После термообработки закаленные поверхности распредвала часто требуют шлифования или твердого точения. Для операций твердого точения или чистовой обработки часто предпочитают использовать пластины CBN из-за их жаропрочности и износостойкости. На этом этапе целью является достижение требуемых допусков, шероховатости поверхности и точности профиля для стабильной работы двигателя.
Твердосплавные пластины и фрезы
Твердый сплав - основной инструмент для производства распределительных валов. Он достаточно прочен для ранних стадий и достаточно дешев для крупносерийного производства.
Для чего используются твердосплавные вставки
Для обточки цапф и грубой фрезеровки лепестков используется твердый сплав. Эти инструменты хороши для снятия внешней оболочки отливки. Вам нужен инструмент, который остается острым, несмотря на абразивный характер чугуна или кованой стали.
Степени и покрытия вставок
Материал, из которого изготовлен распределительный вал, меняет все.
Для чугуна
Вы должны выбрать Твердый сплав класса K. Они очень твердые и противостоят износу, вызванному хлопьями в железе.
Кованая сталь
Вам нужен карбид класса P. Они обладают большей прочностью, чтобы справиться с вязкой стружкой, которую дает сталь.
Покрытия
Ищите покрытия AlTiN. Это покрытие действует как тепловой экран. Оно позволяет работать быстрее, не сжигая инструмент.
Фрезы с индексируемым твердосплавным наконечником и цельные концевые фрезы
У вас есть два основных варианта фрезерования лопастей. Индексируемые фрезы использовать небольшие вставки, которые можно перевернуть, когда они затупятся. Это наиболее распространенный вариант для крупных заводов, поскольку он позволяет сэкономить деньги. Однако для очень маленьких или сложных распределительных валов используйте цельные твердосплавные концевые фрезы. Они обеспечивают более высокую точность, но их замена обходится дороже.
Подготовка краев, чипбрейкер и вставка формы
Подготовка кромки - это то, как закруглена режущая кромка. Острая кромка хороша для мягких материалов, но она легко ломается. Закругленная кромка лучше подходит для черновой обработки. Вам также нужен хороший стружколом. Если стружка не будет ломаться, она будет обволакивать распредвал и царапать отделку. Что касается формы, то очень популярна форма CNMG, потому что она прочная и имеет четыре режущие кромки.
Пластины CBN для твердого шлифования
После закалки обычные твердосплавные пластины обычно не являются первым выбором для чистовой обработки, особенно если твердость поверхности превышает 45-50 HRC. В таких условиях для твердого точения или финишной обработки часто используются пластины из CBN, поскольку они обладают лучшей износостойкостью и термической стабильностью на закаленных поверхностях.
Почему закаленные кулачковые лопасти требуют применения CBN
Твердость закаленных поверхностей часто составляет от 50 до 65 HRC (твердость по Роквеллу). При таком диапазоне твердости обычные твердосплавные пластины могут быстро изнашиваться, легко скалываться или не обеспечивать стабильную чистоту поверхности и точность размеров. CBN - второй по твердости материал после алмаза. Он остается стабильным при очень высоких температурах, характерных для чистовой обработки.
Цельные пластины КНБ в сравнении с пластинами КНБ с наконечниками
Вы увидите два типа инструментов CBN.
Цельные пластины из КНБ (Solid CBN Inserts)
Вся вставка изготовлена из CBN. Они очень дорогие, но их можно использовать с обеих сторон, и они очень хорошо держат тепло.
Вставки с наконечниками из КНБ
Только на угол твердосплавной пластины припаян небольшой кусочек CBN. Они гораздо дешевле и хорошо подходят для легких чистовых резов. Здесь вам нужна только одна режущая кромка.
Выбор марки КНБ
Выбор марки зависит от связующего вещества, используемого для удержания кристаллов CBN вместе.
Высокое содержание КНБ
Лучше всего подходит для прерывистых резов, особенно если вы заметили, что инструмент многократно ударяется о поверхность.
Содержание с низким содержанием КБН
Лучше всего подходит для непрерывной обработки журналов, чтобы получить гладкую, блестящую поверхность.
Твердое точение и твердое фрезерование с КНБ
Вы можете использовать CBN двумя способами. Твердое точение - это как обычное точение, но на закаленной детали. Часто это быстрее, чем шлифование. В некоторых случаях фрезерование или обработка твердых сплавов может частично снизить объем работы по шлифованию, но шлифование по-прежнему широко используется, когда требуется очень высокая точность профиля и чистота поверхности.
Как выбрать подходящий режущий инструмент
Вы должны выбирать инструменты, основываясь на реальном положении дел в вашем цеху, а не просто по каталогу.
Материал и твердость заготовки
Во-первых, проверьте материал. Это охлажденный чугун? Или это азотированный стальной сплав? Охлажденный чугун очень абразивен, поэтому вам нужен инструмент с высокой износостойкостью. Если деталь уже закалена, необходимо использовать CBN.
Стадия обработки
Не используйте отделочный инструмент для черновой обработки. Инструментам для черновой обработки нужна прочная макрогеометрия. Финишным инструментам нужна микроточность для соблюдения жестких допусков.
Объем производства и стоимость одного края
Если вы производите 100 000 распредвалов в год, цена одного вкладыша не так важна, как срок его службы. Вам нужен инструмент, который может работать в течение всей смены без замены. Это сокращает время простоя.
Жесткость станка и охлаждающая жидкость
Инструменты CBN не терпят вибрации. Если ваш станок старый, КНБ будет скалываться. Вам также нужно определиться с охлаждающей жидкостью. Некоторые инструменты с КНБ лучше работают в сухом состоянии, поскольку тепло помогает процессу резания. Однако для черновой обработки твердого сплава обычно лучше использовать охлаждающую жидкость под высоким давлением, чтобы смыть стружку.
Матрица быстрого выбора инструментов
| Стадия обработки распределительного вала | Состояние материала | Рекомендуемый режущий инструмент | Основная цель / польза |
|---|---|---|---|
| Токарные работы в журнале | Литейное сырье / ковка / мягкая сталь | Твердосплавные вставки | Высокая скорость съема металла, хорошая прочность кромки, подходит для черновой обработки неустойчивых поверхностей |
| Журнал "Полуфабрикаты | Мягкий или предварительно закаленный материал | Твердосплавные вставки с покрытием | Лучший контроль размеров и улучшенная однородность поверхности перед термообработкой |
| Черновая фрезеровка кулачковых лепестков | Мягкий / сырой материал | Индексная твердосплавная фреза | Быстрое и экономичное удаление материала для профилирования лепестков |
| Полуфинишная фрезерная обработка кулачковых лепестков | Мягкий или предварительно закаленный материал | Твердосплавная фреза / твердосплавная концевая фреза | Более стабильный контроль профиля и лучшая подготовка к термообработке или финишной обработке |
| Жесткий переплет журналов | Закаленная поверхность | Пластины с наконечниками из КНБ | Хороший выбор для легкой отделки, стабильной поверхности и лучшей стоимости за кромку |
| Твердая обработка кулачковых лопастей | Закаленная поверхность | Пластины с наконечниками из КНБ / выбранная марка КНБ | Подходит для обработки закаленных поверхностей, где требуется износостойкость и качество поверхности |
| Твердосплавная обработка с большими перерывами | Закаленный материал с прерывистым резом | Твердые пластины из КНБ / высокопрочный КНБ | Лучше подходит для более тяжелых резов, сильных прерываний или грубой/полугрубой обработки твердых материалов. |
| Точность профиля / сверхтонкая отделка | Закаленный распределительный вал | Шлифование / суперфиниширование / твердое покрытие CBN в зависимости от допуска | Используется, когда требуется очень высокая точность профиля, чистота поверхности или окончательный контроль геометрии. |
| Нестандартные характеристики распределительного вала | Специальная геометрия / ограниченный доступ к инструменту | Нестандартные режущие инструменты | Разработаны для специальных форм лопастей, узких пространств, комбинированных операций или увеличения времени цикла. |
Режущие инструменты на заказ
Иногда стандартные инструменты из каталога не подходят для конкретной конструкции двигателя.
Когда стандартной оснастки недостаточно
Если у вас очень узкое пространство между лепестками, стандартная фреза заденет следующий лепесток. Или, возможно, у вас вогнутая форма лепестков, до которой плоский инструмент не дотянется.
Общие сценарии создания пользовательских инструментов
Вам нужен ступенчатый инструмент. Это один из инструментов, который может одновременно выполнять поворот и фаску. Это избавит вас от необходимости менять инструмент в станке. Другой вариант - специальный расточная штанга для масляного отверстия, проходящего через центр распределительного вала.
Что указывать при выборе пользовательских инструментов
Когда вы просите создать пользовательский инструмент, вы должны предоставить три вещи:
- 2D- или 3D-чертеж детали.
- Точный материал и его твердость.
- Тип станка и соединение со шпинделем.
Общие проблемы с инструментами и их решения
Даже при использовании самых лучших инструментов все идет наперекосяк. Вот как исправить самые распространенные проблемы.
Преждевременный износ инструмента на закаленных поверхностях
Если ваш КНБ изнашивается слишком быстро, причина кроется в скорости резания. Если вы работаете слишком медленно, КНБ не может создать пластическую деформацию, необходимую для плавного резания. Попробуйте увеличить скорость на 10%. Если это не поможет, проверьте, не тверже ли материал, чем вы ожидали.
Плохое качество обработки поверхности шейки подшипника
Рваная поверхность часто означает, что инструмент недостаточно острый или скорость подачи слишком высока. Для зазубрин нужна очень маленькая подача на оборот. Кроме того, убедитесь, что ваш инструмент имеет геометрию сбрасывателя. Сбрасыватель - это плоский участок на кромке пластины, который сглаживает поверхность при резании.
Несоответствующие допуски на подъем кулачка
Если высота лепестков меняется от детали к детали, инструмент будет перемещаться в держателе. Проверьте силу зажима. Нагрев также может привести к расширению держателя инструмента. Использование высокоточного гидравлический держатель может решить эту проблему.
Вибрация и дребезжание при лепестковом фрезеровании
Болтанка оставляет на металле зебровые полосы. Обычно это происходит из-за слишком длинного инструмента или нежесткой установки. Попробуйте использовать фрезу с дифференциальным шагом. Это означает, что зубья расположены неравномерно, что снижает вибрацию.
Резюме
Выбор правильного инструмента требует соответствия этапа обработки и марки материала. Используйте твердый сплав для черновой обработки и отложите CBN для финишной закалки. Сосредоточившись на жесткости станка и при необходимости разработав индивидуальный дизайн, вы сможете производить хорошие распределительные валы с минимально возможной стоимостью одной детали.
Вопросы и ответы
Какой тип вкладыша лучше всего подходит для обработки закаленных лепестков распределительного вала?
Для доводки закаленных лепестков распределительного вала, пластины из КНБ с наконечниками обычно являются предпочтительным выбором. Они обеспечивают хорошую износостойкость, термостойкость и чистоту поверхности, при этом стоимость одной кромки остается более приемлемой. Цельные пластины из CBN больше подходят для более тяжелых резов, прерывистой обработки или черновой/получерновой обработки закаленных поверхностей, где требуется повышенная прочность кромки.
Могут ли стандартные твердосплавные вставки обрабатывать распределительные валы после термообработки?
В целом, нет. Стандартный карбид почти мгновенно изнашивается на материалах тверже 45-50 HRC. Для таких стадий нужен CBN.
В чем разница между цельными пластинами CBN и пластинами CBN с наконечниками?
Цельный КНБ представляет собой единый кусок материала, а КНБ с наконечником имеет небольшую режущую кромку из КНБ, закрепленную на твердосплавной основе. Пластины из цельного КНБ имеют большее количество материала КНБ и подходят для более тяжелых резов или сильной прерывистой обработки. Пластины с наконечником из КНБ более экономичны для легкой чистовой обработки и непрерывных операций чистовой обработки.
Как выбрать между точением и шлифованием для обработки цапфы кулачка?
Твердое точение с использованием КНБ часто происходит быстрее и требует меньше энергии. Однако шлифование все же лучше, если вам нужны очень жесткие допуски или специфическая текстура поверхности с поперечными штрихами.
Предлагаете ли вы режущие инструменты на заказ для специальных геометрий распределительных валов?
Да, специальные инструменты - это обычное дело для уникальных форм лепестков или когда необходимо объединить несколько этапов обработки в одном инструменте.
