Durch die Leere bohren

May 02, 2023

Das kontinuierliche Bohren eines tiefen Lochs in hitzebeständigem Edelstahl kann schon eine Herausforderung sein. Wenn ein Werkstück jedoch im Schleudergussverfahren hergestellt wird, erhöht sich die Komplexität, da das Zentrum einen Hohlraum unterschiedlicher Form und Größe aufweist, der während des Reinigungsprozesses entsteht.

„Es ist die Form eines Blitzes, so kann ich es am besten beschreiben“, sagte Tim Geyer über das Reduzierstück aus Schleuderguss, das MetalTek International für die petrochemische Industrie herstellt.

Das in Waukesha, Wisconsin, ansässige Unternehmen sei ein Komplettanbieter für technische Produkte, sagte Geyer, leitender Verfahrensingenieur für die Maschinenwerkstatt und Leiter des Werkzeugbaus und der Programmierung. Neben der Bereitstellung von Bearbeitungsdienstleistungen produziert MetalTek International Werkstücke im Schleuder-, Sand-, Feinguss- und Stranggussverfahren. Wenn das Unternehmen ein Werkstück im Schleuderverfahren gießt, wird flüssiges Metall in eine Form gegossen, die mit einer bestimmten Drehzahl gedreht wird.

„Es entstehen die Gs, die die reinen Metalllegierungen dazu zwingen, sich um die Matrize herum zu bilden“, sagte er, „und alle Verunreinigungen landen im Inneren des Gussstücks.“

Der beim Gießen entstandene Hohlraum ist etwa 6,35 mm bis 25,4 mm (0,25 bis 1 Zoll) breit und 152,4 mm bis 177,8 mm (6 bis 7 Zoll) tief, sagte Geyer. Das Bohrloch hat einen Durchmesser von 74,93 mm (2,95 Zoll) und eine Tiefe von 203,2 mm (8 Zoll).

MetalTek International verfügt über eine Wärmebehandlungsanlage sowie ein komplettes Chemielabor. Da das Teil jedoch in einer heißen Umgebung betrieben wird, die das Teil wärmebehandelt, sagte er, dass das Reduzierstück aus rostfreiem Stahl nicht wärmebehandelt sei. Das Teil wird zunächst einer Wärmebehandlung unterzogen, um es zu glühen. Die Behandlung erhöht jedoch nicht die Härte. Das saubere äußere Metall des Teils hat eine Härte von 190 HB, während der Hohlraum etwas weicher, aber aufgrund des Zunders, der durch den Gussprozess dort landet, abrasiver ist.

Das Unternehmen erzeugte das Loch ursprünglich mit einem Wendeplattenbohrer, der Einsätze mit vier Schneidkanten aufnahm, aber jeder Einsatz musste zwei- oder dreimal indexiert werden, um im eigentlichen Produktionsbetrieb ein Loch zu erzeugen, sagte Geyer. Zusätzlich zu der Zeit, die das Indexieren in Anspruch nahm, wurde das Teil auf einer automatischen Spannmaschine von Warner & Swasey aus den späten 1960er Jahren bearbeitet, die sich nur in einer Achse bewegte und keine Rückruffunktion hatte, um den Kopf danach wieder in seine vorherige Position zu bringen Ein Werkzeug wurde aus einer Bohrung gezogen. Diese Einschränkung führte dazu, dass die Maschine nicht wusste, wo sie aufgehört hatte, und somit die Zykluszeit zum Luftschneiden der zuvor gebohrten Länge verlängerte.

„Aufgrund der missbräuchlichen Arbeit, die wir leisten“, sagte er, „liefern uns die älteren Maschinen tendenziell bessere Ergebnisse als neuere Maschinen.“

Während der Teilnahme an einem Seminar von Tungaloy America Inc. interessierte sich Geyer für den TungSix-Drill des Werkzeugherstellers aus Arlington Heights, Illinois, wegen des doppelseitigen Wendeplattendesigns mit sechs Schneidkanten, das die Wendeplattenfestigkeit verbessert. Darüber hinaus variierte die Taschengeometrie zwischen der zentralen und der peripheren Tasche des Bohrers. Er war auch von der Form der Kühlmittelkanäle angezogen, die seiner Meinung nach das Kühlmittel effektiver an die Stirnfläche des Einsatzes leiten, wo es benötigt wird.

Ein Einsatz eines TungSix-Drill zeigt Verschleiß nach der Bearbeitung eines Reduzierteils. Bild mit freundlicher Genehmigung von MetalTek International

Kedar Bhagath, Chief Technical Officer von Tungaloy America, erklärte, dass eine Seite des doppelseitigen Einsatzes für die periphere Tasche und die andere für die mittlere Tasche vorgesehen ist, wodurch der Spanbrecher für die beiden Taschen optimiert werden kann, um die besten Späne zu produzieren . Da die Schnittgeschwindigkeit an der zentralen Tasche in Richtung der Mittelachse gegen Null geht, unterscheidet sich die Spanbildung von den Spänen, die von der Umfangsschneide erzeugt werden.

„Der wichtigste Punkt ist, dass der Eckwinkel der Wendeschneidplatte in der zentralen Tasche ein stumpfes Winkeldesign aufweist, was die Wendeschneidplatte stärkt und einen Bruch der Wendeschneidplatte verhindert“, sagte er.

Bhagath sagte, die beiden Kühlmittelkanäle des Bohrers seien mit der Nutform verdreht, um einen größeren Spanraumbereich zu ermöglichen. Darüber hinaus befindet sich am Ende des Kanals ein Schlitz, der das Kühlmittel zum Einsatz leitet und die Späne durch die Spannut und aus der Bohrung drückt.

Geyer führte einen Test durch, um festzustellen, wie der TungSix-Drill im Vergleich zu dem von MetalTek International verwendeten Bohrer sowie einem Bohrer eines anderen Schneidwerkzeugherstellers abschneidet. Dieses dritte Werkzeug eines anderen Werkzeugherstellers schnitt besser ab als der Originalbohrer, musste aber mit etwa 27 m/min laufen. (90 sfm). Im Vergleich dazu lief der TungSix-Drill mit einer Schnittgeschwindigkeit von 52 m/min. (170 sfm) während des Tests. Die Ergebnisse zeigten, dass der ursprüngliche Bohrer eine Schnittgeschwindigkeit von 30 m/min erreichen konnte. (100 sfm), eine Vorschubgeschwindigkeit von 25 mm/min. (1 ipm), eine Spindelgeschwindigkeit von 129 U/min und eine Betriebszeit von 463 Sekunden pro Loch. Im Gegensatz dazu lief der TungSix-Drill mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 51 mm/min. (2 ipm), eine Spindelgeschwindigkeit von 220 U/min und eine Betriebszeit von 273 Sekunden pro Loch bei der Herstellung von 24 Löchern.

Die Analyse der Bohrkosten ergab, dass das Originalbohrgerät 14,28 US-Dollar pro gebohrtem Loch und 13,26 US-Dollar für die Maschine pro Loch kostete, was Gesamtkosten von 27,54 US-Dollar pro Loch ergibt. Der TungSix-Drill hingegen hatte Bohrkosten von 45 Cent pro Loch und Maschinenkosten von 7,80 US-Dollar pro Loch, was Gesamtkosten von 8,25 US-Dollar pro Loch ergibt. Für den 1.000-teiligen Auftrag konnte MetalTek International durch den Wechsel zum Bohrer von Tungaloy America die Kosten um etwa 70 % senken.

„In der Gesamtlaufzeit des Auftrags haben wir etwa 340 Stunden eingespart“, sagte Geyer.

Er beschrieb die Rolle als einen wiederkehrenden Job.

Nachdem das Loch gebohrt wurde, führt das Unternehmen einen Halbschlichtdurchgang und einen Schlichtdurchgang mit Hartmetallbohrstangen durch.

Zusätzlich zu den Kosteneinsparungen habe die Zuverlässigkeit des Bohrvorgangs mit dem TungSix-Drill das Vertrauen von MetalTek International gestärkt, dass neue Mitarbeiter den Prozess korrekt durchführen könnten, insbesondere diejenigen in der zweiten und dritten Schicht, sagte Geyer.

„Die Möglichkeit, diesen Bohrer zu verwenden“, sagte er, „das Wissen, dass die Einsätze nicht mitten im Schnitt explodieren würden, und das Wissen, wie viele Schnitte wir mit dem Einsatz machen werden, hat uns wirklich dabei geholfen, sicher zu sein.“ Weniger erfahrene Bediener, die diese Teile bedienen, werden die ganze Nacht über erfolgreich qualitativ hochwertige Teile herstellen können.“

Zahl, die sich auf die aufgebrachte Last (normalerweise 500 kgf und 3.000 kgf) und auf die Oberfläche des bleibenden Eindrucks bezieht, der von einem 10-mm-Kugeleindringkörper erzeugt wird. Die Brinell-Härtezahl ist ein berechneter Wert der aufgebrachten Last (kgf), dividiert durch die Oberfläche der Vertiefung (mm2). Daher ist die Maßeinheit einer Brinell-Härtezahl kgf/mm2, sie wird jedoch immer weggelassen.

Substanz zum Schleifen, Honen, Läppen, Superfinishen und Polieren. Beispiele hierfür sind Granat, Schmirgel, Korund, Siliziumkarbid, kubisches Bornitrid und Diamant in verschiedenen Körnungen.

Stoffe mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, von denen mindestens eines ein Metall ist.

Vergrößerung eines bereits gebohrten oder entkernten Lochs. Im Allgemeinen handelt es sich dabei um einen Vorgang, bei dem das zuvor gebohrte Loch mit einem Einspitz-Drehwerkzeug abgerichtet wird. Beim Bohren handelt es sich im Wesentlichen um Innendrehen, bei dem normalerweise ein Einschneidewerkzeug die Innenform formt. Einige Werkzeuge sind mit zwei Schneiden erhältlich, um die Schnittkräfte auszugleichen.

Nut oder andere Werkzeuggeometrie, die die Späne beim Ablösen vom Werkstück in kleine Fragmente bricht. Entwickelt, um zu verhindern, dass Späne so lang werden, dass sie schwer zu kontrollieren sind, sich in drehenden Teilen verfangen und Sicherheitsprobleme verursachen.

Gießtechnik, bei der eine Gussform beim Erstarren kontinuierlich durch den Boden der Form herausgezogen wird, sodass ihre Länge nicht durch die Formabmessungen bestimmt wird. Wird hauptsächlich zur Herstellung halbfertiger Walzprodukte wie Knüppel, Vorblöcke, Barren, Brammen und Rohre verwendet.

Flüssigkeit, die den Temperaturaufbau an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung reduziert. Liegt normalerweise in Form einer Flüssigkeit vor, z. B. einer löslichen oder chemischen Mischung (halbsynthetisch, synthetisch), kann aber auch Druckluft oder ein anderes Gas sein. Aufgrund der Fähigkeit von Wasser, große Mengen an Wärme zu absorbieren, wird es häufig als Kühlmittel und Träger für verschiedene Schneidpasten verwendet, wobei das Wasser-zu-Massen-Verhältnis je nach Bearbeitungsaufgabe variiert. Siehe Schneidflüssigkeit; halbsynthetische Schneidflüssigkeit; Schneidflüssigkeit mit löslichem Öl; synthetische Schneidflüssigkeit.

Tangentialgeschwindigkeit auf der Oberfläche des Werkzeugs oder Werkstücks an der Schnittschnittstelle. Die Formel für die Schnittgeschwindigkeit (sfm) lautet: Werkzeugdurchmesser 5 0,26 5 Spindeldrehzahl (U/min). Die Formel für den Vorschub pro Zahn (fpt) ist Tischvorschub (ipm)/Nutenzahl/Spindelgeschwindigkeit (U/min). Die Formel für die Spindeldrehzahl (U/min) lautet Schnittgeschwindigkeit (sfm) 5 3,82/Werkzeugdurchmesser. Die Formel für den Tischvorschub (ipm) ist Vorschub pro Zahn (ftp), 5 Anzahl der Werkzeugnuten, 5 Spindeldrehzahl (U/min).

Geschwindigkeit der Positionsänderung des Werkzeugs als Ganzes relativ zum Werkstück während des Schneidens.

Die Härte ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Oberflächeneindrücken oder Abrieb. Es gibt keine absolute Härteskala. Um die Härte quantitativ auszudrücken, verfügt jede Testart über eine eigene Skala, die die Härte definiert. Die durch statische Methoden ermittelte Eindruckhärte wird durch Brinell-, Rockwell-, Vickers- und Knoop-Tests gemessen. Die Härte ohne Eindruck wird mit einer dynamischen Methode gemessen, die als Skleroskoptest bekannt ist.

Von Cutting Tool Engineering verfasste Nachrichten wurden von den Herausgebern der Zeitschrift Cutting Tool Engineering verfasst oder bearbeitet. Bei den Berichten handelt es sich um Material, das von externen Autoren an CTE übermittelt und von CTE-Redakteuren hinsichtlich Stil und Genauigkeit bearbeitet wurde.