Революция в вихревой нарезке резьбы: передовая оснастка и поверхностные покрытия

Новая технология покрытия пластин с бездефектным, субмикронным качеством поверхности хорошо подходит для типов режущих нагрузок, испытываемых пластинами при вихревой нарезке резьбы. Фото: GenSwiss.

Как читатель журнала Production Machining, есть очень хороший шанс, что вы уже инвестировали в технологию ЧПУ швейцарских токарных станков или у вас очень острый интерес в этом на будущее. Возможно, это уровень точности, на который эти станки способны, или, возможно, есть длительный высокообъемный производственный заказ, который вы рассматриваете и нуждаетесь в типе возможностей, которые это оборудование предоставляет.

Одна вещь определена: резьбовые операции — это то, с чем столкнется почти каждый швейцарский цех, и каждый швейцарский наладчик должен быть в курсе последних достижений в этой области. В конце концов, другое имя для ЧПУ швейцарского токарного станка, хоть и немного «старой школы», — «автомат». Хотя это не происхождение прозвища, нарезание резьбы — это то, в чем они действительно превосходят.

В частности, вихревая нарезка резьбы (thread whirling) — это процесс нарезки резьбы, обычно выполняемый на швейцарских типах, в котором недавно были сделаны достижения. Новая технология пластин и дизайны оснастки сделали эту альтернативу традиционной однточечной нарезке резьбы еще более продуктивной.

Но прежде чем взглянуть на достижения в технологии оснастки для вихревой нарезки резьбы, давайте сделаем шаг назад и дадим немного руководства для любых «новичков в направляющей втулке» там, пересматривая аспект фирменного элемента дизайна швейцарских токарных станков в отношении обработки резьбы. При нарезке резьбы традиционным однточечным методом на швейцарском станке (или любом токарном станке для этого случая), требуется несколько проходов инструментом для достижения полной глубины профиля резьбы. Это склонно не быть слишком большой проблемой для крупнодиаметровых винтов, использующих 60-градусные включенные профили резьбы, потому что скорость удаления металла низка и деформация заготовки минимальна. Следовательно, давление инструмента, необходимое для резания таких резьб, также относительно низко.

Однако из-за скользящей головки и расположения направляющей втулки швейцарских токарных станков и особенностей или требований заготовки, обрабатываемой, это может создать возможность для заготовки «выпадать» из направляющей втулки, пока она проходит туда-обратно через резьбовый инструмент, результатом чего является деформация и потеря жесткости. Эти феномены становятся еще более распространенными, когда большой диаметр резьбы меньше диаметра сырья. Поддержка, предоставляемая направляющей втулкой, неэффективна. Затем рассмотрите некоторые металлоудаления, необходимые для изготовления более агрессивных «подпоровых» стилей резьбы, таких как те, что обычно встречаются на ортопедических и травматологических хирургических имплантатах, предназначенных для фиксации кости. Однточечная нарезка резьбы становится менее эффективным способом выполнить работу стоимоэффективно. Некоторые из этих глубоких резьб могут требовать до 40–50 проходов для завершения, в зависимости от особенностей резьбы.

Вот где вихревая нарезка резьбы может быть применена для увеличения производственных возможностей такого типа резьбы. Но как работает вихревая нарезка резьбы? Нужны четыре компонента: ЧПУ швейцарский/скользящий головкой токарный станок; выделенное приводное вихревое приспособление, инженерированное специально для этого процесса; кольцо резеца/корпус; и множественные твердосплавные режущие пластины с необходимой точностью резьбового профиля, зашлифованной в них. Эти компоненты оснастки работают в консерте, чтобы «вихрить» прутковый сырой от диаметра сырья к готовой стандартной или нестандартной резьбовой форме за один проход.

Как это достигается? Режущее действие — это фрезеровка, похожая на внутреннедиаметровую фрезеровку резьбы, но на внешнем диаметре заготовки. Это дает тугой контроль над качеством чистоты и скоростью, обеспечивая, что материал остается жестким внутри направляющей втулки, но также через модуляцию нагрузки щепки на зуб и скорости вращения C-оси. По сравнению с однточечной нарезкой резьбы, более высокие скорости удаления металла и лучшие чистоты могут быть достигнуты за счет использования максимально возможного количества резцов в корпусе резеца. В паре с высоконапорной способностью СОЖ, обычно встречающейся на большинстве станков сегодня, зона реза может быть сохранена чистой и свободной от шлам. В результате достигаются очень высокие скорости, приводящие к заусенцевым готовым резьбам в одном проходе.

Продвинутое производство резьбы — это «Плюс»

Теперь давайте взглянем на достижения этого процесса. В мире передовых производственных технологий покрытия твердого сплава — главный игрок в помощи достижению более высокой пропускной способности. Utilis AG Швейцарии недавно представила свою проприетарную оснастку UHM10 TX+, которая комбинирует твердосплавное основание и покрытие, спроектированные не только для титана и медицинских нержавеек применений, но и для высокотемпературных сплавов. Эта новая технология покрытия обладает бездефектным, субмикронным качеством поверхности, которое очень хорошо подходит для типов режущих нагрузок, встречаемых твердым сплавом при вихревой нарезке резьбы. Качество края — важный аспект поддержания точности резьбового профиля, и предложение TX+ укрепляет условие края без деформирования формы геометрии. Это витально, когда корректировка угла лида, позиция центра инструмента и точность пластины критичны для производства идеальных резьб на заготовке, особенно на больших диаметрах резьбы менее 3 мм, где острота вершины резьбы может быть главным требованием.

Добавьте немного досягаемости

В мелкодиаметровых специальных формах резьбы, жесткость установки и расстояние от направляющей втулки могут стать проблемой. Традиционно это адресовывалось получением удлиненной носовой направляющей втулки для удержания сырья и заготовки ближе к «кругу полета» вхревого резеца для предотвращения развития гармоник, разрушающих чистоту и пластину. Как может подтвердить кто угодно, кто запускал удлиненную носовую направляющую втулку, это иногда может стать громоздким, так как все ваши традиционные токарные инструменты теперь нужно сдвинуть наружу от инструментальной плиты для компенсации сдвига направляющей втулки. Много дополнительной наладочной работы поэтому требуется для обеспечения работы вихревой операции с этими мелкодиаметровыми заготовками. Альтернатива — приблизить круг полета резеца к заготовке. Для широкого выбора коммерчески доступных вихревых приспособлений (либо от OEM строителей станков, либо на послемаркете от компаний таких как GenSwiss), теперь есть кольца резцов со встроенными положительными сдвигами в позиционировании круга полета вставки.

Например, допустим, позиционирование живого вихревого инструмента токарного станка имеет 15-мм расстояние от стандартной направляющей втулки до центральной линии твердосплавной вставки. Работа требует вихревой нарезки 2,5-мм большого диаметра, двухходовой подпоровой формы резьбы в титане 6AL-4V. В цехе есть мелкодиаметровый прутковый сырой уже на руках для производства этих резьбовых деталей. Хотя эта резьба хорошо подходит для вихревой нарезки, диаметр означает, что особая осторожность должна быть принята в контроле вибрации, которая может возникнуть от резания двух ходов одновременно от диаметра сырья. Вот где сдвинутое кольцо, продвигающее круг полета вставки ближе к стандартной длине направляющей втулки для компенсации части этого расстояния, сияет. Простая коррекция по Y-оси может быть сделана для повторного центрирования формы вставки на позиции резания пруткового сырья. Часто возможно достичь успеха используя сдвинутое кольцо без удлиненной носовой направляющей втулки.

Ускорьте и охлаждайте

Многие современные швейцарские токарные станки теперь предлагают приводы живого инструмента способные к гораздо более высоким скоростям прямо из коробки, во многом благодаря достижениям в умной моторной технологии, но также подталкиваемые необходимостью большей вращательной скорости для использования с микroинструментами. Множество моделей обладают скоростями живого инструмента от 5000 до 10 000 об/мин на приводе живого инструмента. Соображение, которое должно быть сделано при внедрении вихревой нарезки на заказе — любая микро торцевая фрезеровка или сверление, которые могут потребоваться в дополнение к вихревой нарезке резьбы. Вихревые заказы склонны требовать только 2000–3000 об/мин на живом инструменте для большинства применений, в то время как дополнительная микромеханика может требовать мотор привода на полной доступной скорости, подвергая вихревой шпиндель скоростям, на которых он иначе не нуждался бы работать.

Если вы читаете это и не понимаете значимость здесь, знайте, что большинство моделей швейцарских станков приводят все живое инструмента на инструментальных позициях от одного единственного мотора. Как таковые, при запуске сверла или торцевой фрезы, вихревой шпиндель также будет вращаться на этой более высокой скорости, пока не в резе, подвергая его дополнительному пробегу на одометре, несмотря на не изготовление щепок во время этих более высоких об/мин операций. Очень хороший способ оптимизировать установку для получения не только лучшей производительности из станка, но и большей долговечности вашего вихревого шпинделя и других живых инструментов — соединить его с высокоскоростным шпиндельным блоком, который может помочь снизить общую скорость мотора, приводящего живое инструмента, сохраняя оптимальную поверхностную скорость для микroоперации. Шестеренчатые скоростные множители шпиндели легко доступны для многих марок и моделей швейцарских станков.

Другая наладочная соображение, которая никогда не должна быть упущена — способность обеспечить адекватное охлаждение и удаление щепок из зоны реза. Ранее это часто достигалось запуском высоконапорной линии СОЖ к зоне реза и тщательным нацеливанием струи с использованием гнучей трубки. Это эффективно для очистки гранулярной щепки, созданной вихревым действием, но может быть громоздким для регулировки и идеального нацеливания, добавляя дорогое наладку время к заказу. Входят насадки-охлаждающие, струйно-оснащенные вихревые приспособления и кольца резцов, разработанные PCM Willen SA Швейцарии для своей линейки вихревых приспособлений.

Эта новая и облегченная установка может обеспечить надежную подачу СОЖ и направляет режущую жидкость прямо в зону реза, помогая удалять щепки и поддерживать смазываемость и ресурс инструмента. СОЖ/высоконапорное масло проталкивается через само кольцо резеца и в каналы СОЖ, внутренние к кольцу резеца. Высоконапорные маслые струи наклонены слегка и калиброваны для работы с измерительной длиной вставки, устраняя любой вопрос о том, достигнуты ли смазываемость и оптимальное охлаждение. Дополнительное преимущество нового дизайна охлаждающего кольца — оно также может крепиться с обратной стороны вихревого приспособления через маленькие пружинные детальные зажимные винты, которые могут сэкономить еще больше времени, когда есть необходимость проиндексировать твердосплавную вставку на свежий край. Высоконапорные, быстрые-разъемные линии делают замену или индексацию вставок легче чем когда-либо.

Оставайтесь впереди

Не ошибитесь, агрессивные винтовые резьбы будут продолжать быть основой в медицинской ортопедической отрасли и нет лучшего способа производить их надежно со скоростью, уровнем чистоты и контролем качества, чем вихревая нарезка резьбы. Экономия затрат также может быть реализована обновлением до вихревой нарезки для более базовых резьб, таких как UNC/UNF резьбы на длинных деталях, особенно при работе с материалами, производящими нитевидные вязкие щепки или применениями, требующими сегментации резьбы для предотвращения выпадения из направляющей втулки. Обеспечив, что ваши процессы используют передовую технологию оснастки, ваша операция сможет оставаться конкурентоспособной и опережать кривую на годы вперед.