KR100676248B1 - A method of turning a rotating metallic work piece - Google Patents

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쾨니히노르베르트
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세코 툴스 에이비
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Abstract

본 발명은 45 내지 65 HRC 범위의 경도를 갖는 회전하는 금속공작물을 선삭하는 방법에 관한 것이다. 커팅 인써트 홀더(11) 및 그 안에 장착된 커팅 인써트(12)를 포함하는 선삭 공구(10)는 이 선삭 공구에 대하여 회전하는 공작물과 맞물려진다. 커팅 인써트는 초경합금보다 더 단단하고 절삭날 길이를 가지는 정방형 질화 붕소로 만들어진 절삭날(14;14')을 구비한다. 커팅 인써트는 회전하는 공작물에로 소정 거리만큼 방향(F)으로 이송되는데, 상기 거리는 최대 0.2 ㎛의 표면 마무리(Ra)를 제공하기 위하여 절삭날 길이(L1;L1')보다 짧다. 활성 절삭날(14)의 끝은 공작물(13)과의 접촉영역의 밖에 위치된다.The present invention relates to a method of turning a rotating metal workpiece having a hardness in the range of 45 to 65 HRC. A turning tool 10 comprising a cutting insert holder 11 and a cutting insert 12 mounted therein is engaged with a workpiece that rotates with respect to the turning tool. The cutting insert has cutting edges 14 and 14 'made of square boron nitride that is harder than cemented carbide and has a cutting edge length. The cutting insert is conveyed in the direction F by a predetermined distance to the rotating workpiece, which distance is shorter than the cutting edge lengths L1; L1 'to provide a surface finish Ra of up to 0.2 μm. The end of the active cutting edge 14 is located outside the contact area with the workpiece 13.

Description

회전하는 금속공작물을 선삭하는 방법{A METHOD OF TURNING A ROTATING METALLIC WORK PIECE}A METHOD OF TURNING A ROTATING METALLIC WORK PIECE

본 발명은 독립항의 전문에 따라 회전하는 금속공작물을 선삭하는 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a method of turning a rotating metal workpiece in accordance with the preamble of the independent claim.

정방형 다결정 질화 붕소(PCBN)는 가장 단단한 물질인 다이아몬드에 버금간다. 다이아몬드와 대조적으로, PCBN은 고온에서 안정적인데, 이는 경제적으로 유리한 절삭 데이터로 경화된 강(45-65 HRC)의 선삭도 가능하다는 것을 의미한다. 이것은 이전에는 연삭되던 경화된 부품을 선삭함으로써 오늘날의 현대 기계 가공 산업에 활용되고 있다. 효율적인 CNC 선반은 표면 거칠기 및 공차에 있어 연삭과 동등한 품질로 그러나 낮은 비용 및 짧은 기계 가공 시간으로 신속하고 유연성 있는 기계가공을 가능하게 한다. 연삭 및 경질물 선삭시에 가공된 표면내의 잔류 변형율(residual strains)과 마찬가지로, 소위 백색층이라 불리는 마르텐사이트 변태가 발생할 수 있다. 이러한 현상은 커팅공정에서의 열의 발생 및 기계적인 변형율에 의존하며, 공구경로의 선택뿐 아니라 커팅 데이터, 공구 형상에 의해서도 영향을 받는다. Square polycrystalline boron nitride (PCBN) is comparable to diamond, the hardest material. In contrast to diamond, PCBN is stable at high temperatures, which means it is also possible to turn hardened steel (45-65 HRC) with economically favorable cutting data. It is used in today's modern machining industry by turning hardened parts that were previously ground. Efficient CNC lathes enable fast and flexible machining at the same quality as grinding in surface roughness and tolerances, but at low cost and short machining times. As with residual strains in the machined surface during grinding and hard turning, so-called martensite transformations, called white layers, can occur. This phenomenon depends on the generation of heat in the cutting process and the mechanical strain and is influenced not only by the selection of the tool path but also by the cutting data and the tool shape.

현재 기계가공에 이용되는 경질물 선삭 방법은 완성부품의 품질요구조건을 만족시키기 위하여 커팅 인써트와 공작물표면 사이의 접촉을 가능한한 적게 하려고 하고 있다. 이것은 작은 절삭 깊이 및 이송과 비교적 뾰족한 커팅 코너를 가지고 기계가공이 행해지는 것을 의미한다. 맞물림이 작은 상기 커팅 코너가 절삭 깊이 ap= 0.1 mm, 이송 f= 0.1 mm/r 및 절삭 속도 150 m/min 의 전형적인 커팅 데이터를 이용하여 기계 가공면의 처음부터 그것의 끝까지 가져와 진다.Hard material turning methods currently used in machining attempt to minimize the contact between the cutting insert and the workpiece surface in order to meet the quality requirements of the finished part. This means that the machining is done with a small cutting depth and feed and a relatively sharp cutting corner. The cutting corner with small engagement is brought from the beginning to the end of the machining surface using typical cutting data of cutting depth ap = 0.1 mm, feed f = 0.1 mm / r and cutting speed 150 m / min.

본 발명의 목적은 종래 기술의 장점을 포함하는 경질물 선삭 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a hard turning method comprising the advantages of the prior art.

본 발명의 다른 목적은 경화된 부품의 정삭(精削, fine turning)시에 가공시간을 현저하게 줄이기 위한 경질물 선삭 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a hard material turning method for remarkably reducing processing time during fine turning of hardened parts.

본 발명의 다른 목적은 경화된 부품의 정삭시에 표면 품질을 향상시키기 위한 경질물 선삭 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a hard turning method for improving the surface quality when finishing hardened parts.

본 발명의 다른 목적은 가공된 표면내의 백색층 및 잔류변형율의 존재를 최소화하기 위한 경질물 선삭 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a hard turning method for minimizing the presence of white layers and residual strain in the machined surface.

이러한 목적 및 다른 목적들은 도면을 참조로 한 다음의 청구항에 정의되는 것과 같은 경질물 선삭 방법에 의해 달성된다.These and other objects are achieved by a hard turning method as defined in the following claims with reference to the drawings.

도 1 및 도 1a는 공구와 맞물리기 전의 물림기어 단면도.1 and 1a are cross-sectional views of a bite gear before engaging a tool.

도 2 및 도 2a는 공구와 맞물리기 전의 볼베어링 링 단면도.2 and 2a are cross-sectional views of the ball bearing rings before engaging the tool.

도 1 및 도 1a에 있어서, 선삭 공구(10)는 커팅 인써트 홀더(11) 및 그것에 장착되는 커팅 인써트(12)를 포함하는 것으로 도시된다. 커팅 인써트는 1500 HV1(Vickers hardness with the load 1 kg) 이상의 경도를 가지는 초경합금보다 더 단단한 물질로 만들어 진다. "초경합금"은 여기서 예를 들어 Co 또는 Ni등의 바인더 금속과 결합되는 WC, TiC, TaC, NbC 등을 의미한다. 도 1 및 도 1a의 커팅 인써트는 3 개의 절삭날(14)을 가지는 기본적인 삼각 모양을 가진다. 각 절삭날(14)은 인써트의 인접하는 2 개의 커팅 코너들 사이에 위치되며 최대 가용 인써트날 길이로 정의된 절삭날 길이(L1)을 가진다. PCBN 재질의 인써트를 완성부품(13)의 안내표면(15)과 같은 프로파일로 성형함으로써 기계 가공이 더욱 빠르게 일어나는데 이는 모든 절삭날 프로파일이 동시에 맞물리게 되고 이송이 종래 기술에서의 이송과 반대 방향으로 일어나기 때문이다. 커팅 인써트는 결과적으로, 절삭날 길이(L1)보다 더 짧은 거리로 단일 방향(F)으로만 제공된다. 완성부품(13)의 마무리된 표면(15)은 길이(L2)를 가진다. 절삭날 길이(L1)는 접촉영역의 길이(L2)보다 항상 더 길게 되어, 선삭시 활성 절삭날(14)의 끝이 공작물(13)과의 접촉영역 바깥쪽에 있게 된다. 따라서, 표면 거칠기(Ra)는 최대 0.2㎛로 얻어진다.
테스트결과 본 발명에 따른 방법에 의하면 가공시간이 종래의 경질재 선삭 방법을 이용할 때 걸리는 시간의 1/10까지 줄어들 수 있는 것으로 나타난다. 놀랍게도, 백색층의 존재가 줄어들고 텐션(tension)의 수준도 감소되는 것처럼 나타났다.
1 and 1 a, the turning tool 10 is shown to include a cutting insert holder 11 and a cutting insert 12 mounted thereto. Cutting inserts are made of harder materials than cemented carbides with hardness greater than 1500 HV1 (Vickers hardness with the load 1 kg). "Carbide alloy" means here WC, TiC, TaC, NbC, etc., which are combined with a binder metal such as, for example, Co or Ni. The cutting insert of FIGS. 1 and 1 a has a basic triangular shape with three cutting edges 14. Each cutting edge 14 is located between two adjacent cutting corners of the insert and has a cutting edge length L1 defined by the maximum available insert blade length. By inserting the PCBN insert into the same profile as the guide surface 15 of the finished part 13, machining takes place faster because all cutting edge profiles are engaged at the same time and the feed occurs in the opposite direction to the feed in the prior art. to be. The cutting insert is consequently provided only in a single direction F at a distance shorter than the cutting edge length L1. The finished surface 15 of the finished part 13 has a length L2. The cutting edge length L1 is always longer than the length L2 of the contact region, such that the end of the active cutting edge 14 is outside the contact region with the workpiece 13 during turning. Therefore, the surface roughness (R a) is obtained with a maximum 0.2㎛.
Test results show that the process according to the invention can reduce machining time by one tenth of the time taken by conventional hard material turning methods. Surprisingly, the presence of white layers was reduced and the level of tension appeared to be reduced.

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예시 1. Example 1.

도 1 및 도 1a에 따른 기어박스에 대하여, 59 HRC 경도를 가지는 물림기어(13)의 외부안내면(15)의 가공.Machining of the outer guide surface 15 of the bleed gear 13 with a 59 HRC hardness for the gearbox according to FIGS. 1 and 1a.

종래의 방법:Conventional method:

a. vc = 130 m/min, f = 0.16 mm/r, ap = 0.1 mm인 중립 사방정계형 커팅 인써트에 의한 황삭(荒削, rough turning), 이 때 vc는 절삭속도, f는 이송속도 및 ap는 절삭 깊이.a. Rough turning by neutral octagonal cutting inserts with vc = 130 m / min, f = 0.16 mm / r, ap = 0.1 mm, where vc is the cutting speed, f is the feed rate and ap Cutting depth.

b. f = 0.06 mm/r, ap = 0.05 mm 인 것을 제외하고는 상기 방법에 따른 정삭은 종래의 선삭에 의한 전형적인 표면 품질과 함께 0.3 ㎛의 표면 마무리(Ra)를 제공하였으며 생성된 표면상에 0.06 mm로 구분되어 확실하게 눈에 보이는 나선형 융기를 갖고 있었다.b. Finishing according to this method, except that f = 0.06 mm / r, ap = 0.05 mm, provided a surface finish (R a ) of 0.3 μm with typical surface quality by conventional turning and 0.06 on the resulting surface. It had a spiral ridge, clearly distinguished by mm.

본 발명에 따른 방법:Method according to the invention:

vc = 200 m/min, f = 0.05 mm/r이고 커팅 인써트날이 80% 맞물리는 삼각형 커팅 인써트(12)에 의한 가공(이 때 파라미터 "절삭 깊이"는 빠짐)은, 공작물의 회전축(CL)에 대해 수직방향(F)으로만 이송하는 동안 Ra 0.2 ㎛의 표면 마무리를 제공하였다. "빠짐"이라는 것은 본 발명의 방법에서 절삭 깊이는 파라미터가 아닌 것을 의미한다. 종래의 선삭과 비교하여 절약되는 시간은 약 60%이며 상기 선삭은 완전히 빛나는 생성 표면을 제공하였다.Machining by the triangular cutting insert 12 where vc = 200 m / min, f = 0.05 mm / r and the cutting insert is engaged at 80% (the parameter "cutting depth" is omitted) is the rotation axis CL of the workpiece. A surface finish of R a 0.2 μm was provided during transfer in the vertical direction (F) only. By "missing" it is meant that the cutting depth is not a parameter in the method of the invention. The time saved compared to conventional turning is about 60% and the turning provided a completely shiny production surface.

선삭 공구(10')의 대안적인 실시예는 절삭 인써트 홀더(11') 및 그 안에 장착된 프로파일 인써트(12')를 포함하며, 도 2 및 도 2a에 도시된다. 공작물(13')의 경도에 대한 커팅 인써트(12')의 경도는 도 1 및 도 1a와 관련하여 상술된 것과 동일하다. 커팅 인써트(12')는 적어도 하나의 볼록형 절삭날을 가진다는 것을 제외하고는 기본적인 삼각형 형상을 갖는다. 최대 가용 인써트날(14') 길이로 정의되는 절삭날 길이(L1')는 접촉영역의 길이(L2')보다 항상 더 길어서, 선삭시 활성 절삭날(14')의 끝이 공작물(13')과의 접촉영역 밖에 있게 된다. An alternative embodiment of the turning tool 10 'includes a cutting insert holder 11' and a profile insert 12 'mounted therein and shown in FIGS. 2 and 2a. The hardness of the cutting insert 12 'relative to the hardness of the workpiece 13' is the same as described above in connection with FIGS. 1 and 1A. The cutting insert 12 'has a basic triangular shape except that it has at least one convex cutting edge. The cutting edge length L1 ', which is defined as the maximum available insert edge 14' length, is always longer than the length L2 'of the contact area, so that the end of the active cutting edge 14' at the end of the workpiece 13 ' It is outside the contact area with.

예시 2.Example 2.

도 2 및 도 2a에 따른, 58 HRC 경도를 가지는 볼 베어링 링(13')의 내부 베어링 레이스(15')의 가공.Machining of the inner bearing race 15 'of the ball bearing ring 13' with 58 HRC hardness according to FIGS. 2 and 2A.

종래의 방법:Conventional method:

a. vc = 150 m/min, f = 0.1 mm/r, ap = 0.15 mm인 포지티브 삼각형 타입의 커팅 인써트에 의한 황삭.a. Roughing by cutting inserts of positive triangle type with vc = 150 m / min, f = 0.1 mm / r, ap = 0.15 mm.

b. vc = 180 m/min, ap = 0.05 mm 인 것을 제외하고는 상기방법에 따른 정삭은 종래의 선삭에 의한 전형적인 표면 품질로 0.3 ㎛의 표면 마무리(Ra)를 제공하였으며, 생성된 표면상에 0.1 mm로 구분되어 확실하게 눈에 보이는 나사모양 융기를 갖고 있다. b. Finishing according to the above method, except that vc = 180 m / min, ap = 0.05 mm, provided a surface finish (R a ) of 0.3 μm with typical surface quality by conventional turning, 0.1 on the resulting surface. Clearly visible screw-shaped bumps, separated by mm.

본 발명에 따른 방법:Method according to the invention:

vc = 400 m/min, f = 0.02 mm/r인 프로파일 인써트(12')에 의한 가공된 표면의 생성(파라미터 "절삭깊이"는 빠짐)은 공작물의 회전축(CL)에 대해 수직방향(F)으로만 제공될 때 Ra 0.2 ㎛의 표면 마무리를 제공하였다. 종래의 선삭과 비교하여 절약되는 시간은 부품의 크기에 따라 50 % 내지 90 % 이었다. 볼 베어링 링(13')의 내부 베어링 레이스(15')는 본 발명에 따른 방법에 의해 완전히 빛나는 생성 표면을 얻었으며, 이것은 베어링 레이스의 피로강도를 향상시키고 베어링에서의 구름에 대한 저항을 감소시킨다.The creation of the machined surface by the profile insert 12 'with vc = 400 m / min, f = 0.02 mm / r (parameter "cutting depth" omitted) is perpendicular to the axis of rotation (CL) of the workpiece. When provided only as a surface finish of R a 0.2 μm was provided. The time saved compared to conventional turning was 50% to 90% depending on the size of the part. The inner bearing race 15 ′ of the ball bearing ring 13 ′ has obtained a fully shiny production surface by the method according to the invention, which improves the fatigue strength of the bearing race and reduces the resistance to rolling in the bearings. .

본 발명에 따른 방법에 의해서, 이어지는 호우닝(honing) 및 폴리싱 작업을 대부분의 경우에서 피할 수 있다.By means of the method according to the invention, subsequent honing and polishing operations can be avoided in most cases.

결과적으로, 본 발명은 절삭 깊이가 빠지는 회전하는 금속 공작물의 선삭 방법에 관한 것으로서, 경화된 부품의 정삭시의 가공 시간이 현저하게 감소되며 마무리된 표면에서의 백색층 및 텐션의 존재도 감소된다.As a result, the present invention relates to a method of turning a rotating metal workpiece with reduced depth of cut, in which the machining time at the finishing of the hardened part is significantly reduced and the presence of white layers and tension at the finished surface is also reduced.

Claims (3)

커팅 인써트 홀더(11;11') 및 그 안에 장착되는 커팅 인써트(12;12')를 포함하는 선삭 공구(10;10')는 선삭 공구에 대해 회전하는 공작물과 맞물리고, 커팅 인써트는 초경합금보다 더 단단하고 절삭날 길이(L1;L1')를 가지는 정방형 질화 붕소로 만들어진 절삭날(14;14')을 가지는, 45 내지 65 HRC 범위의 경도를 갖는 회전하는 금속공작물을 선삭하는 방법에 있어서,The turning tool 10; 10 ′ comprising a cutting insert holder 11; 11 ′ and a cutting insert 12; 12 ′ mounted therein engages a workpiece that rotates with respect to the turning tool, the cutting insert being more than carbide. In a method of turning a rotating metal workpiece having a hardness in the range of 45 to 65 HRC, having a cutting edge 14; 14 'made of square boron nitride having a harder and cutting edge length L1; L1'. 상기 절삭날은 최대 0.2 ㎛의 표면 마무리(Ra)를 제공하기 위하여 절삭날 길이(L1;L1')보다 짧은 소정 거리만큼 회전하는 공작물내로 이송되고, 여기에서 활성 절삭날(14;14')의 끝은 공작물(13;13')과의 접촉영역 밖에 위치되는 것을 특징으로 하는 선삭 방법.The cutting edge is conveyed into the workpiece rotating a predetermined distance shorter than the cutting edge length L1; L1 'to provide a surface finish Ra of up to 0.2 μm, where the active cutting edges 14 and 14'. The end of which is positioned outside the contact area with the workpiece (13; 13 '). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 가용 절삭날(14;14')의 상당 부분, 바람직하게는 최소 80%가 공작물과 일시적으로 맞물리는 것을 특징으로 하는 선삭 방법.A turning method characterized in that a substantial part of the available cutting edges (14; 14 '), preferably at least 80%, is temporarily engaged with the workpiece. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절삭날(12;12')은 회전하는 공작물에 대해 단일 방향(F)으로만 이송되는 것을 특징으로 하는 선삭 방법.The cutting edge (12; 12 ') is characterized in that the feed only in a single direction (F) relative to the rotating workpiece.
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