Så uppnås bra komponentkvalitet vid svarvning

Spånkontroll är en av de viktigaste faktorerna att ta hänsyn till för att uppnå bra komponentkvalitet vid svarvning. Välj rätt skärdata och följ våra applikationstips för att uppnå bra komponentkvalitet.

Lyckad spånkontroll

Spånkontroll är en av det viktigaste faktorerna vid svarvning och det finns tre huvudsakliga spånbrytningsalternativ:

• Självbrytning (t.ex. grått gjutjärn)
• Spånbrytning mot verktyget
• Spånbrytning mot arbetsstycket

Självbrytning

Spånbrytning mot verktyget

Spånbrytning mot arbetsstycket

Faktorer som påverkar spånbrytning

• Skärgeometri: Baserat på spånbrytarens bredd och mikro- och makrogeometrins utformning, är spånan mer eller mindre öppen eller ihoptryckt
• Nosradie: Mindre nosradie kontrollerar spånan mer än en större nosradie
• Ställvinkel (äntringsvinkel): Beroende på vinkeln riktas spånan åt olika håll: mot skuldran eller bort från skuldran
• Skärdjup: Beroende på arbetsstyckets material kan ett större skärdjup påverka spånbrytningen, vilket leder till större krafter för att bryta och evakuera spånan
• Matning: Högre matning ger i allmänhet starkare spånor. Kan i vissa fall underlätta spånbrytning och spånkontroll
• Skärhastighet: Förändrad skärhastighet kan påverka spånbrytningen
• Material: Ett kortspånande material (t.ex. gjutjärn) är i allmänhet enkelt att bearbeta. För material med hög mekanisk styrka och deformationsmotstånd
  (solida ämnens tendens att långsamt röra sig eller deformeras under stress, t.ex. Inconel), är spånbrytningen en viktig faktor

Skärdata för svarvning

Utgå från maskin, verktyg, skär och material när du ska välja rätt skärhastigheter och matningar för svarvning.

• Börja med låg matningshastighet för att säkerställa skärsäkerheten och ytjämnheten, öka sedan matningshastigheten för att förbättra spånbrytningen
• Kör med ett skärdjup som är större än nosradien. Detta minimerar skärets radiella avböjning, vilket är viktigt vid invändig bearbetning
• Om man ställer in för låg skärhastighet förkortas skärets livslängd. Använd alltid rekommenderad skärhastighet, v_c m/min (fot/min)

Förbättra svarvkomponentens kvalitet med skärvätska

Korrekt applicerad skärvätska ger högre bearbetningssäkerhet samt förbättrad verktygsprestanda och komponentkvalitet. Var noga med följande när skärvätska används:

• Verktyg med precisionstillförsel av skärvätska rekommenderas starkt för finbearbetning
• Vilket skärvätsketryck som krävs för att bryta spånan beror på munstyckets diameter (utgång), det material som bearbetas samt skärdjup och matning
• Vilket skärvätskeflöde som krävs beror på trycket och skärvätskehålens storlek
• Vid medelfin bearbetning och grovbearbetning rekommenderar vi att man använder undre kylning
• Vid finbearbetning rekommenderar vi precisionstillförsel av skärvätska både över- och underkylning

Klara utmaningar med korrekt applicerad skärvätska

• Problem med spånkontroll: Använd övre kylning
• Dimensionsproblem: Orsakas normalt av för hög temperatur – använd både övre och undre kylning och så högt tryck som möjligt
• Dålig ytkvalitet: Använd övre kylning om defekten orsakas av spånor
• Oförutsägbar verktygslivslängd i grovbearbetningsoperationer: Använd endast undre kylning
• Oförutsägbar verktygslivslängd i finbearbetningsoperationer: Använd både övre och undre kylning
• Dålig spånavgång vid invändiga operationer: Använd både övre och undre kylning, och så högt tryck som möjligt

Så appliceras skärvätska vid svarvning

Så uppnås bra ytjämnhet för svarvade komponenter

Allmänna regler för ytjämnhet:

• Ytjämnheten kan ofta förbättras med högre skärhastighet
• Skärgeometrin (neutral, positiv och negativ spånvinkel samt positiv släppningsvinkel) påverkar ytjämnheten
• Valet av skärsort har mindre inverkan på ytjämnheten
• Vid tendens till vibration, välj en mindre nosradie

Wiperskär

Wiperskär klarar svarvning vid höga matningshastigheter med bibehållen ytjämnhet och spånbrytning.

En generell riktlinje är: Två gånger matningshastigheten, samma ytjämnhet. Samma matningshastighet, dubbelt så god ytjämnhet.

Wiperskär har utformats för att göra den bearbetade ytan slät när skäret matas längs arbetsstycket, och wipereffekten är framför allt avsedd för rätlinjig svarvning och plansvarvning.

Standardradie

Wiperradie

Så väljer du wipergeometri

Standardskär jämfört med wiperskär utifrån matningshastighet

Obs! Alla värden för standardradie är teoretiskt beräknade. Värdena för wiperradie är baserade på testvärden i låglegerat stål.

1. Värden för 1,6 mm (0,06 tum) radie baseras på DNMX-skär

Applikationstips för utvändig svarvning

Vibrationsbenägna komponenter

Bearbetning i en passering (t.ex. av ett rör)

Rekommendationen är att utföra hela bearbetningen i en passering så att kraften riktas in mot chucken/spindeln i axiell riktning.

Exempel:
Ytterdiameter (YD) på 25 mm (0,984 tum)
Innerdiameter (ID) på 15 mm (0,590 tum)
Skärdjup, a_p = 4,3 mm (0,169 tum)
Väggens slutliga tjocklek = 0,7 mm (0,028 tum)

En ställvinkel nära 90° (skärets vinkel 0°) kan användas för att rikta skärkrafterna i axelriktningen. Detta minimerar böjkrafterna på komponenten.

Bearbetning i två passeringar

Bearbetning med synkroniserad övre och undre revolver utjämnar de radiella skärkrafterna, motverkar vibrationer och förhindrar utböjning av komponenten.

Slanka/tunnväggiga komponenter

Vid svarvning av slanka/tunnväggiga komponenter ska man ta hänsyn till följande:

• Använd en ställvinkel nära 90° (äntringsvinkel 0°). Även en liten förändring (från 91/-1 till 95/-5 graders vinkel) påverkar skärkrafternas riktning vid bearbetningen
• Skärdjupet, a_p, bör vara större än nosradien, RE. Stort värde på a_p ökar axialkraften, Fz, och minskar den radiella skärkraften, F_x, vilket orsakar vibrationer
• Använd ett skär med vass egg och liten nosradie, RE, som generar låga skärkrafter
• Överväg att använda en cermet- eller PVD-sort för att säkerställa slitstyrka och en skarp skäregg, vilket är att föredra vid denna typ av bearbetning

Ansatssvarvning/svarvning mot skuldra

Följ steg 1–5 för att undvika skador på skäreggen. Metoden är mycket gynnsam för CVD-belagda skär och kan minska risken för brott avsevärt.

Steg 1–4:

Se till att avståndet mellan varje steg (1–4) motsvarar matningshastigheten, för att undvika spånstockning.

Steg 5:

Utför det avslutande ingreppet i en vertikal passering från den yttre diametern till den inre.

Det kan uppstå problem med spånomsvepning av radien om man vid plansvarvning av skuldran går från den inre diametern till den yttre. Att ändra verktygsvägen kan kasta om spånriktningen och lösa problemet.

Plansvarvning

Börja med att plansvarva (1) och fasa (2). Om det är möjligt och om de geometriska förhållandena tillåter det, bearbeta fasen (3). Den längsgående passeringen (4) är det sista arbetssteget och skäret får en mjuk in- och utgång under bearbetningen.

Plansvarvning ska vara den första operationen för inställning av komponentens referenspunkt till nästa passering.

Gradbildning är ofta ett problem vid slutet av ingreppet (när verktyget lämnar arbetsstycket). Att lämna en fas eller radie (rulla över ett hörn) kan minimera eller förebygga gradbildning.

En fas på komponenten ger en mjukare ingång för skäreggen (både vid plan- och längdsvarvning).

Intermittenta skärförlopp

Vid bearbetning med intermittenta skärförlopp:

• Använd en PVD-sort för att ge eggseghet i applikationer med snabba intermittenser t.ex. hexagonala stänger
• Använd en seg CVD-sort för att ge bulkseghet i applikationer med stora komponenter och kraftigt intermittenta skärförlopp
• Överväg att använda en stark spånbrytare för att få tillräckligt motstånd mot urflisning
• Det kan vara bra att stänga av skärvätskan för att undvika värmesprickor

Finbearbetning av komponent med slipsläppning

Använd största möjliga nosradie, RE, vid längd- och plansvarvning, eftersom det ger:

• En stark egg och större tillförlitlighet
• God ytjämnhet
• Möjlighet att använda hög matning

Överskrid inte hålkälsbredden, och utför hålkälet som sista operation för att få bort grader.

Applikationstips för invändig svarvning

• Välj största möjliga bomdiameter, samtidigt som du ser till att det finns tillräckligt med plats för spånavgång mellan bommen och hålet
• Se till att spånavgången är tillräcklig i förhållande till de skärdata som används, och att rätt typ av spånor skapas
• Välj minsta möjliga överhäng, samtidigt som du ser till att svarvbommens längd möjliggör de rekommenderade fastspänningslängderna. Fastspänningslängden ska aldrig vara mindre än tre gånger bommens diameter
• Använd vibrationsdämpade svarvbommar om du tillverkar vibrationskänsliga detaljer
• Ställvinkeln ska vara så nära 90° (0° äntringsvinkel) som möjligt, för att rikta skärkrafterna längs svarvbommen. Ställvinkeln ska aldrig vara mindre än 75° (-15° äntringsvinkel)
• I första hand ska vändskäret ha en positiv grundform och en positiv skärgeometri för att minimera verktygsavböjningen
• Välj en skärnosradie som är mindre än skärdjupet
• Otillräckligt skäreggsingrepp kan öka vibrationerna som orsakas av friktion under bearbetningen. Välj ett skäreggsingrepp som är större än nosradien för att få ett bra skärförlopp
• Med för stort skäreggsingrepp (stort skärdjup och/eller matning) kan vibrationerna öka på grund av verktygsavböjning
• Skär med tunn beläggning eller utan beläggning ger normalt lägre skärkrafter än skär med tjockare beläggning. Det är särskilt viktigt när förhållandet verktygslängd/diameter är stort. Normalt ger en skarp skäregg förbättrad hålkvalitet genom att minimera vibrationstendenserna
• En geometri med öppen spånbrytare kan vara bättre för invändig svarvning
• En skärsort med högre seghet kan övervägas i vissa operationer eftersom den klarar bättre av spånstockning eller vibrationer
• Överväg alternativa verktygsvägar om spånbildningen behöver förbättras

Applikationstips för hårdsvarvning (HPT)

Utöver de allmänna rekommendationerna för svarvning finns det ytterligare ett antal faktorer att beakta vid hårdsvarvning (om processen innefattar egen komponentberedning före hårdsvarvningen):

• Undvik gradbildning
• Bibehåll snäva dimensionstoleranser
• Producera faser och radier i mjukt tillstånd
• Gå mjukt in i och ut ur ingrepp
• Använd rullande in- och utgång

Ytans mått

X-axel: Detaljens längd

Y-axel: Diameteravvikelse

Kritisk yta

Konfiguration

• Bra maskinstabilitet, fastspänning och linjering av arbetsstycket är avgörande
• Som riktlinje är ett längd-diameter-förhållande på upp till 2:1 för arbetsstycket normalt acceptabelt för arbetsstycken som endast är fäst i ena änden. Om extra stöd som tex. dubbdocka används, kan förhållandet ökas
• Observera att ett spindeldocks- och dubbdocksutförande med termisk symmetri ger extra dimensionell stabilitet
• Använd Coromant Capto®-systemet
• Minimera alla överhäng för att maximera systemets stabilitet
• Överväg att använda svarvbommar med hårdmetallskaft och Silent Tools för invändig svarvning

Skärmikrogeometri

S-typ och T-typ är två typiska eggprepareringar för CBN-skär.

• S-typ: Har den starkaste egglinjen. Står emot mikrourflisning och säkerställer konsekvent ytkvalitet.
• T-typ: För bästa ytjämnhet vid kontinuerliga skärförlopp minimerar gradbildning vid intermittenta skärförlopp. Lägre skärkrafter.

S-typ

Fas med lätt hening

T-typ

Fas utan hening

Skärhörnsgeometri

• Om förhållandena är stabila ska man alltid använda wipergeometri för bästa ytjämnhet.
• Använd skär med låg ställvinkel när det ställs höga krav på produktivitet.
• Ett normalt radieskär ska endast användas när stabiliteten är dålig (slankt arbetsstycke etc.).

Våt eller torr bearbetning

Hårdsvarvning utan skärvätska är den perfekta situationen, och absolut genomförbart. Både skär av kubisk bornitrid och keramiska skär har bra motstånd mot höga bearbetningstemperaturer och man slipper både kostnaderna och svårigheterna med skärvätska.

Vissa applikationer kan kräva skärvätska, t.ex. för att kontrollera arbetsstyckets termiska stabilitet. I dessa fall bör man säkerställa ett kontinuerligt skärvätskeflöde genom hela svarvningen.

I allmänhet fördelas den värme som genereras vid bearbetningen mellan spånan (80 %), arbetsstycket (10 %) och skäret (10 %). Detta illustrerar hur viktigt det är att evakuera spånorna från skäreggsområdet.

Skärdata och förslitning

Hög värme i skäreggsområdet minskar skärkrafterna. Därför generar en för låg skärhastighet mindre värme och kan orsaka skärbrott.

Gropförslitning påverkar skärets hållfasthet gradvis men påverkar inte ytjämnheten så mycket. Däremot påverkar fasförslitning dimensionstoleransen gradvis.

Förslitning som påverkar verktygslivslängd
*) Fasförslitning **) Gropförslitning

Kriterier för skärbyte

Fördefinierad ytjämnhet (B) är ett vanligt och praktiskt skärbyteskriterium. Ytjämnheten mäts automatiskt på en separat station och ett värde ges till en specificerad ytjämnhetskvalitet.

För en optimerad och mer stabil process, ange ett fördefinierat antal komponenter (A) som skärbyteskriterium. Värdet ska vara 10–20 % lägre än den fördefinierade ytjämnheten – det exakta värdet bestäms från fall till fall.

A: Bestämt antal komponenter

B: Bestämd ytjämnhet

X-axel: Antal komponenter

Y-axel: Ytjämnhet

Blå linje: Skärförslitning

Röd linje: högsta värde för R_a/R_z

En passering

En strategi med spånavverkning i en passering är genomförbar både för utvändiga och invändiga arbeten. Det är viktigt att konfigurationen är stabil och att verktygsöverhänget inte överstiger bomdiametern vid invändig svarvning (1×D). För bra bearbetning rekommenderar vi fasade, lätt avrundade skär och medelhög hastighet och matning.

Fördelar

• Snabbast möjliga bearbetningstid
• En verktygsposition

Nackdelar

• Svårigheter att uppfylla hårda dimensionstoleranser
• Kortare skärlivslängd (än vid två passeringar)
• Toleransavvikelser p.g.a. relativt snabb förslitning

Två passeringar

Två passeringar möjliggör obevakad bearbetning av ytor med hög kvalitet. Vi rekommenderar grovbearbetningsskär med 1,2 mm (0,047 tum) radie samt finbearbetningsskär med endast en fas. Båda skären bör ha wipergeometri.

Fördelar

• Verktygsuppsättning som är optimerad för grovbearbetning och finbearbetning
• Högre säkerhet, snävare toleranser och potentiellt längre körningar mellan verktygsbyten

Nackdelar

• Det krävs två skär
• Två verktygspositioner
• Ett extra verktygsbyte