Lavorazione del carburo cementato con rivestimento diamantatofrese a sfera di piccole dimensioni

Con gli strumenti e le macchine utensili giusti, la fresatura di materiali duri come l'acciaio per utensili D-2 con durezza HRC60 non è difficile. Tuttavia, la fresatura di materiali ancora più duri, come le leghe dure, non è altrettanto semplice. Questi materiali sono generalmente ottenibili solo tramite rettifica o elettroerosione.

Con l'introduzione delle microfresatrici a sfera della serie UDCB di Union Tool Inc., molte cose sono cambiate. "Makino ritiene che lo sviluppo di questo utensile sia importante, forse tanto quanto l'introduzione della fresatura di materiali duri a metà degli anni '90", afferma John Bradford, responsabile della ricerca e sviluppo sulla microfabbricazione presso Makino. In passato, il tasso di successo della fresatura di pezzi in lega dura con frese in lega dura era solo del 10-20%.

All'IMTS 2012, Muye District ha dimostrato l'utilizzo di UDCB con un diametro di 1 mm per la fresatura di sgrossatura e la fresatura di precisione di punzoni in carburo cementato con frese a micro-sfera con una durezza di almeno HRA93 presso il suo centro di microlavorazione IQ300 (figure 1 e 2). Dopo 38 minuti di lavorazione, l'usura dell'utensile era di soli 1,8 μm. Se il pezzo viene lavorato mediante elettroerosione, sono necessarie almeno quattro ore (inclusa la programmazione dell'elettrodo, la lavorazione dell'elettrodo e l'elettroerosione del pezzo). "È necessario lavorare almeno tre elettrodi in rame-tungsteno. Nella maggior parte dei casi, è necessario lavorare quattro elettrodi se si vuole mantenere una precisione di 5 μm o superiore", ha affermato Bradford.

Figura 1udcb frese a sfera micro rivestite di diamante

Figura 2 punzoni in carburo

Per la fresatura di più pezzi con una profondità di 2.200 mm, sono state utilizzate una velocità del mandrino di 30.000 giri/min e una velocità di avanzamento di 300 mm/min per le microfrese a sfera a doppio tagliente Udcb, con un carico di truciolo per lama di 10 m. Le microfrese a sfera sono state fissate su un mandrino portautensili a caricamento a caldo MST Uno e l'errore massimo di salto del diametro certificato dal produttore era di 600 nm.

Il diametro delle frese a sfera micro a doppio tagliente Udcb, sviluppate dalla Joint Tool Company, è compreso tra 0,2 e 6 mm. Secondo Jonathan Hay, vicepresidente senior per le vendite e il marketing dell'azienda, i rivestimenti diamantati depositati tramite CVD a filamento caldo con uno spessore superiore a 10 μm offrono una buona durata in condizioni di lavorazione controllate con precisione e minimizzano l'effetto del raggio d'angolo. Rispetto al CVD al plasma, il CVD a filamento caldo consente di depositare rivestimenti più uniformi su superfici di forma complessa.

La durezza del rivestimento diamantato sulle microfrese a sfera UDCB è di circa 100 GPa (9.000 HV), un valore molto vicino a quello del diamante monocristallino. Inoltre, grazie a un controllo preciso dell'interfaccia, l'adesione tra il rivestimento diamantato e il substrato è molto forte.

Poiché la forza di taglio della fresatura di leghe dure è circa 2 volte maggiore di quella della fresatura dell'acciaio per utensili D-2 (HRC60), per ridurre al minimo le vibrazioni, è necessario utilizzare una macchina utensile ad alta rigidità quando si utilizzano frese a micro sfera UDCB e tagliare gradualmente il pezzo con un utensile di avanzamento a spirale. Durante la dimostrazione di lavorazione alla fiera IMTS, Makino ha utilizzato un 1° angolo spirale e velocità di avanzamento ridotta del 90% quando la fresa tagliava il pezzo.

"Abbiamo riscontrato che l'avanzamento Auger è più affidabile perché la forza di taglio è più uniforme", afferma Hay, sottolineando che l'avanzamento può essere mantenuto costante durante tutto il processo di taglio. Le frese a sfera micro UDCB utilizzano una scanalatura elicoidale standard per migliorare la rigidità dell'utensile. Forze di taglio uniformi e omogenee contribuiscono a evitare danni a componenti fragili, substrati e rivestimenti.

Durante una dimostrazione di lavorazione, Muino utilizza aria compressa per rimuovere i trucioli e raffreddare l'interfaccia utensile/pezzo. Hay afferma che questo metodo è superiore al raffreddamento a spruzzo con fluido da taglio a base d'acqua e al raffreddamento a nebbia d'olio. "Se si utilizza la nebbia d'olio, si può formare un piccolo grumo d'olio contenente trucioli di carburo cementati. Il soffiaggio continuo di aria è più affidabile ed ecologico."

Come accennato in precedenza, sebbene stampi in lega dura e altri pezzi di durezza simile possano essere lavorati mediante rettifica, i tipi di caratteristiche (soprattutto le micro-caratteristiche) che possono essere lavorate sono limitati dalla capacità della mola diamantata di raggiungere o penetrare nelle caratteristiche stesse. Sebbene siano disponibili altri utensili ultra-duri come quelli in PCBN e PCD, questi possono costare fino a quattro volte di più rispetto alle microfrese a sfera UDCB (da 534,50 a 674,50 dollari a seconda del diametro), e questi utensili da taglio, durante la lavorazione, non si usurano gradualmente. "Il PCBN è molto difficile da trasformare in un utensile", afferma Hay. "I materiali PCD non sono anisotropi (i materiali anisotropi hanno proprietà diverse se misurati in direzioni diverse), quindi tendono a rompersi."

Bradford ha affermato di essere rimasto alquanto sorpreso dalla reazione dei visitatori durante la dimostrazione: "Non riescono a credere ai propri occhi. I produttori di utensili in carburo cementato avranno a disposizione nuovi strumenti. Si tratta di un progresso tecnologico storico."