SE516829C2 - Rotating metallic workpiece turning method involves feeding cutting insert in direction a distance into rotating workpiece, the distance being shorter than cutting edge length - Google Patents

Abstract

The method involves feeding a cutting insert (12) in a direction (F) a distance into a rotating workpiece (13). The distance is shorter than the cubic boron nitride cutting edge (14) length in order to give a surface finish of maximum 0.2 Microm. Ends of the active cutting edge are situated outside the zone of contact with the workpiece.

Description

25 30 516 829 S-503SEK 990512 2 Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för hårdsvarvning för att drastiskt minska bearbetningstiden vid finsvarvning av härdade komponenter. Another object of the present invention is to provide a method of hard turning to drastically reduce the machining time in fine turning of cured components.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för hårdsvarvning för att förbättra ytkvaliteten vid finsvarvning av härdade komponenter.Another object of the present invention is to provide a method of hard turning to improve the surface quality in fine turning of cured components.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för hårdsvarvning för att minimera förekomsten av white layers och dragspänningar i den färdigbearbetade ytan.Another object of the present invention is to provide a method of hard turning to minimize the presence of white layers and tensile stresses in the finished surface.

Dessa och andra syften har uppnåtts genom en metod för hårdsvarvning såsom den definieras i efterföljande patentkrav med hänvisning till ritningarna.These and other objects have been achieved by a method of hard turning as defined in the appended claims with reference to the drawings.

Figurförteckning Fig. 1 och 1A visar ett kugghjul i tvärsnitt inför ingrepp med ett verktyg.List of figures Figures 1 and 1A show a gear in cross section before engagement with a tool.

Fig. 2 och 2A visar en kullagerring i tvärsnitt inför ingrepp med ett verktyg.Figs. 2 and 2A show a ball bearing in cross section prior to engagement with a tool.

Detalierad beskrivninq av uppfinningen I Fig. 1 och 1A visas ett svarvverktyg 10 innefattande en skärhållare 11 och ett i denna monterat skär 12. Skäret är utfört i ett material hårdare än hårdmetall, det vill säga hårdare än 1500 HV1 (Vickers hårdhet med lasten 1 kg). Med "hårdmetall" menas här WC, TiC, TaC, NbC, mm i kombination med en bindemetall såsom exempelvis Co eller Ni. Skäret i Fig. 1 och 1A har en triangulär grundform med tre skäreggar 14 och har en skärkantlängd L1, vilken definieras av maximal tillgänglig skäreggs längd. Genom att forma skärplattan i PCBN till samma profil som den färdiga komponentens 13 styryta 15 skall ha, kan hela bearbetningen ske mycket snabbare genom att hela profilen går i ingrepp samtidigt och matningen sker i motsatt riktning mot tidigare. Skäret matas således i endast en riktning F ett avstånd vilket är kortare än skärkantlängden L1. Den färdiga komponentens 13 yta 15 har en längd L2.Detailed description of the invention Figs. 1 and 1A show a turning tool 10 comprising a cutting holder 11 and a cutting insert 12 mounted therein. The cutting insert is made of a material harder than cemented carbide, i.e. harder than 1500 HV1 ). By "cemented carbide" is meant here WC, TiC, TaC, NbC, etc. in combination with a binder metal such as for example Co or Ni. The insert in Figs. 1 and 1A has a triangular basic shape with three cutting edges 14 and has a cutting edge length L1, which is defined by the maximum available cutting edge length. By forming the cutting plate in the PCBN to the same profile as the guide surface 15 of the finished component 13 should have, the whole machining can take place much faster by the whole profile engaging at the same time and the feeding taking place in the opposite direction to before. The insert is thus fed in only one direction F a distance which is shorter than the cutting edge length L1. The surface 15 of the finished component 13 has a length L2.

Skärkantlängden L1 är alltid större än ingreppslängden L2, varvid den aktiva skäreggens 14 ändar vid svarvningen bibringas utanför ingreppet med arbetsstycket 13. Därmed erhålls en ytfinhet Ra som är maximalt 0.2 pm. 10 15 20 25 30 516 829 S-503SEK 990512 3 Tester visar att tiden för bearbetning kan minskas till en tiondel av den konventionellt hårdsvarvade. Helt överraskande har det också visat sig att förekomsten av white layers minskar och att det förefaller som om dragspänningsnivån också blir mindre.The cutting edge length L1 is always greater than the engaging length L2, the ends of the active cutting edge 14 being rotated outside the engagement with the workpiece 13 during the turning. Thereby a surface fineness Ra is obtained which is a maximum of 0.2 μm. 10 15 20 25 30 516 829 S-503SEK 990512 3 Tests show that the processing time can be reduced to one tenth of the conventional hard-turned. Quite surprisingly, it has also been found that the occurrence of white layers decreases and that it appears as if the tensile stress level also decreases.

Exempel 1. Bearbetning av utvändig styryta 15 på ett kugghjul 13, med hårdheten 59 HRc, till en växellåda enligt Fig. 1 och 1A.Example 1. Machining of external guide surface 15 on a gear 13, with the hardness 59 HRc, into a gearbox according to Figs. 1 and 1A.

Vid en konventionell metod: a. Grovsvarvning med skär av neutral rombisk typ vc=130m/min, f=O.16 mm/r, ap=0.l mm, där vc är skärhastighet, f är matningshastighet och ap är skärdjup. b. Finsvarvning enligt ovan men med f=0.06 mm/r, ap=0.05mm gav ytfinheten Ra 0.3 pm med en ytkvalité typisk för konventionell svarvning, det vill säga en fullt synlig skruvformig rand på den genererade ytan med delningen 0.06 mm.In a conventional method: a. Rough turning with inserts of neutral rhombic type vc = 130m / min, f = 0.16 mm / r, ap = 0.l mm, where vc is cutting speed, f is feed speed and ap is cutting depth. b. Fine turning as above but with f = 0.06 mm / r, ap = 0.05mm gave the surface fineness Ra 0.3 pm with a surface quality typical of conventional turning, ie a fully visible helical stripe on the generated surface with the pitch 0.06 mm.

Metod enligt föreliggande uppfinning: Bearbetning med triangulärt skär 12 med 80% av skärkanten i ingrepp och vc=200m/min, f=0.05 mm/r, där parametern ”skärdjup” saknas, gav ytfinheten Ra 0.2 pm vid matning endast vinkelrätt i riktningen F mot arbetsstyckets rotationsaxel CL. Tidsbesparing jämfört med den konventionella svarvningen blev cirka 60% och svarvningen gav en helt blank genererad yta.Method according to the present invention: Machining with triangular insert 12 with 80% of the cutting edge in engagement and vc = 200m / min, f = 0.05 mm / r, where the parameter "cutting depth" is missing, the surface fineness Ra gave 0.2 μm when feeding only perpendicular in the direction F against the axis of rotation CL of the workpiece. Time saving compared to the conventional turning was about 60% and the turning gave a completely shiny generated surface.

En alternativ utföringsform av ett svarvverktyg 10' visas i Fig. 2 och 2A, innefattande en skärhållare 11' och ett i denna monterat profilskär 12'. Skärets 12' hårdhetsförhållande relativt arbetsstycket 13' är detsamma som angivits ovan i samband med Fig. 1 och 1A. Skäret 12' har en triangulär grundform men med minst en bomberad skäregg. Skärkantlängden L1', vilken definieras av maximal tillgänglig skäreggs 14' längd är alltid större än ingreppslängden L2', varvid skäreggens 14' ändar vid svarvningen bibringas utanför ingreppet med arbetsstycket 13'.An alternative embodiment of a turning tool 10 'is shown in Figs. 2 and 2A, comprising a cutting holder 11' and a profile cutting insert 12 'mounted therein. The hardness ratio of the insert 12 'relative to the workpiece 13' is the same as indicated above in connection with Figs. 1 and 1A. The insert 12 'has a triangular basic shape but with at least one bombed cutting edge. The cutting edge length L1 ', which is defined by the length of the maximum accessible cutting edge 14', is always greater than the engaging length L2 ', the ends of the cutting edge 14' being rotated outside the engagement with the workpiece 13 '.

Exempel 2. Bearbetning av invändig lagerbana 15' på en kullagerring 13', med hårdheten 58 HRc, enligt Fig.2 och 2A.Example 2. Machining of internal bearing web 15 'on a ball bearing ring 13', with the hardness 58 HRc, according to Figs. 2 and 2A.

Konventionell metod: 10 15 20 516 829 S-503SEK 990512 4 a. Grovsvarvning med skär av positiv triangulär typ med vc= 150m/min, f=0.1 mm/r, ap=0.15 mm. b. Finsvarvning enligt ovan men med vc= 180m/min, ap=0.05mm gav ytfinheten Ra 0.3 pm med en ytkvalité typisk för konventionell svarvning, det vill säga en fullt synlig skruvformig rand på den genererade ytan med delningen 0.1 mm.Conventional method: 10 15 20 516 829 S-503SEK 990512 4 a. Rough turning with inserts of positive triangular type with vc = 150m / min, f = 0.1 mm / r, ap = 0.15 mm. b. Fine turning as above but with vc = 180m / min, ap = 0.05mm gave the surface fineness Ra 0.3 pm with a surface quality typical of conventional turning, ie a fully visible helical stripe on the generated surface with the pitch 0.1 mm.

Metod enligt föreliggande uppfinning: Generering av färdig yta med profilskäret 12' med vc=400m/min, f=0.02 mm/r, där parametern ”skärdjup” saknas, gav ytfinheten Ra 0.2 pm vid matning endast vinkelrätt i riktningen F mot arbetsstyckets rotationsaxel CL. Tidsbesparing, jämfört med konventionell svarvning blev 50-90% beroende på detaljens storlek. Den invändiga lagerbanan 15' på kullagerringen 13' erhöll en helt blank genererad yta med metoden enligt föreliggande uppfinning, vilket medför att utmattningshàllfastheten förbättras för lagerbanan och att rullmotståndet i lagret minskas.Method according to the present invention: Generation of finished surface with the profile insert 12 'with vc = 400m / min, f = 0.02 mm / r, where the parameter "cutting depth" is missing, the surface unit Ra gave 0.2 pm when feeding only perpendicularly in the direction F to the workpiece rotation axis CL . Time saving, compared to conventional turning was 50-90% depending on the size of the part. The inner bearing web 15 'of the ball bearing ring 13' obtained a completely glossy generated surface with the method according to the present invention, which means that the fatigue strength is improved for the bearing web and that the rolling resistance in the bearing is reduced.

Med metoden enligt föreliggande uppfinning kan ide flesta fall efterföljande henings- och poleringsoperationer tas bort.With the method of the present invention, in most cases, subsequent henning and polishing operations can be removed.

Föreliggande uppfinning avser således en metod för svarvning av ett roterande metalliskt arbetstycke där skärdjup saknas, varigenom bearbetningstiden vid finsvarvning av härdade komponenter drastiskt minskas och förekomsten av white layers och dragspänningar i den färdigbearbetade ytan minimeras.The present invention thus relates to a method for turning a rotating metallic workpiece where cutting depth is lacking, whereby the machining time in fine turning of hardened components is drastically reduced and the presence of white layers and tensile stresses in the finished surface is minimized.

Claims (3)

10 15 20 516 829 o » | | nu n. n » | u ø a ur s-soasßx 990512 5 Patentkrav10 15 20 516 829 o »| | nu n. n »| u ø a ur s-soasßx 990512 5 Patent claims 1. Metod för svarvning av ett roterande metalliskt arbetstycke vars hårdhet ligger i intervallet 45-65 HRc, varvid ett svarvverktyg (10;10') innefattande en skärhàllare (11;11') och ett i denna monterat skär (12;12') bringas i ingrepp med, det relativt svarvverktyget roterande, arbetsstycket, varvid skäret har en skärkant (14;14') utförd i kubisk bornitrid som är hårdare än hårdmetall och har en skärkantlängd (L1;L1'), k ä n n e t e c k n a d a v att skäret matas i en riktning (F) ett avstånd in i det roterande arbetsstycket, vilket avstånd är kortare än skärkantlängden (L1;L1') för att ge ytfinheten Ra maximalt 0.2 pm och att den aktiva skärkantens (14;14') ändar bibringas utanför ingreppet med arbetsstycket (13;13').A method of turning a rotating metallic workpiece having a hardness in the range of 45-65 HRc, wherein a turning tool (10; 10 ') comprising a cutting holder (11; 11') and a cutting insert (12; 12 ') mounted therein engaged with the workpiece rotating relative to the turning tool, the insert having a cutting edge (14; 14 ') made of cubic boron nitride which is harder than cemented carbide and has a cutting edge length (L1; L1'), characterized in that the insert is fed into a direction (F) a distance into the rotating workpiece, which distance is shorter than the cutting edge length (L1; L1 ') to give the surface fineness Ra a maximum of 0.2 μm and that the ends of the active cutting edge (14; 14') are imparted outside the engagement with the workpiece (13; 13 '). 2. Metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att en stor del av tillgänglig skärkant (14;14'), företrädesvis minst 80%, bringas i ingrepp med arbetsstycket momentant.Method according to claim 1, characterized in that a large part of the available cutting edge (14; 14 '), preferably at least 80%, is brought into engagement with the workpiece momentarily. 3. Metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att skäret (12;12') matas i endast en riktning (F) relativt det roterande arbetsstycket.Method according to claim 1, characterized in that the insert (12; 12 ') is fed in only one direction (F) relative to the rotating workpiece.