Nästa generations synkroniserade gänghållare konstruerade för bästa gängskärningsprestanda

Takayuki Nakajima  |  OSG Corporation Applications-ingenjör

Bearbetningsproblem associerade med gängning är betydligt mer frekventa i jämförelse med andra roterande verktyg som exempelvis borrar och ändfräsar. Tillverkare brottas ofta med gängningstillämpningar eftersom det finns få effektiva lösningar. Till exempel vilken typ av mätningar skulle du utföra för att uppnå följande?

• Förhindra plötsligt gängskärhaveri
• Stabilisera livslängden för gängskärar
• Förbättra gängkvaliteten
• Stabilisera prestandan hos korta avfasade gängskärar

Alla exempel ovan är svåra att uppnå. När ett tappningsproblem uppstår skulle de flesta operatörerna felsöka genom att sänka skärhastigheten, vilket i sin tur skulle sänka produktiviteten.

OSG Corporation har i syfte att hjälpa tillverkare som använder bearbetningscentrum med synkrona spindlar att klara dessa vanliga gängskärningsproblem nyligen introducerat en ny generation synkroniserad gänghållare – SynchroMaster – som utvecklats för att driva prestanda genom att dämpa höga krafter i en stabil gängskärningsmiljö.

Det svåra med gängskärning

En av anledningarna är att matningen per varv är fixerad. Skärningen av interna gängor utförs av den avfasade delen av en skuren gängskär. I princip utför den komplett gängade delen av en skuren gängskär inte någon skärning, utan följer endast den väg som skurits av avfasningen. När gängskäret roterar ökar varje skärkant på avfasningen gradvist skärdjupet längs ledden, vilket bildar gängkanter som styr gängskärens position. Figur 1 visar gängskärningsprocessen där en skuren gänga med 4 flöjter används.

Figur 1. Skärning av gängskär (4-flöjts)

Stabil gängskärning, även kallad synkront matad gängskärning, är en av de vanligaste gängskärningsmetoderna som används på moderna bearbetningscentrum. Om maskinens spindelrotation och matning synkroniseras för att passa en specifik gängstigning då gängskäret matas in och ut ur ett hål skulle stigningen form formas korrekt. Vid ett matningsfel (ledande eller försenande) skulle en storleksminskning inträffa (lutningsavvikelse eller förstoring), vilket skulle påverka gängprecisionen. Figur 2 visar ett scenario där gängskärmatningsfelet (ledande) inträffat till följd av för hög skärkraft, vilket ger upphov till storleksreducering av invändiga gängor.

Figur 2. Storleksreducering till följd av skärning genom ledning

Teoretiskt sett lämpar sig en solid gängskärshållare utan spänningskompression för bearbetningscentrum med synkrona spindlar. Det förekommer dock alltid avvikelser mellan synkronisering och rörelse (matning) för den specifika gängskär som används. När maskinen åldras kan avvikelsen mellan spindelmatningen och matningen och gängskärets rörelse bli större. Med en solid hållare där inget rörligt värde tillåts skulle en inträffad avvikelse öka tryckbelastningen på gängskäret, vilket i hög grad skulle reducera verktygets livslängd och gängkvalitet på grund av extra krafter.

Som väl är kan matningsfel undvikas genom rätt kombination av bearbetningscentrum och gängskärshållare, se figur 3.

Figur 3. Kombination av bearbetningscentrum och gängskärshållare

Funktioner och fördelar med SynchroMaster

SynchroMaster är en gängskärshållare som konstruerats för att medge en viss del av axiell rörelse för att kompensera axiella avvikelser som inte kan undvikas vid stabil gängskärning. Dess mikrospänningskompression eliminerar de extra axiella krafterna på gängskäret, vilket leder till längre verktygslivslängd, konsekvent gängskärning och förbättrad gängkvalitet. Som figur 4 visar absorberar den unikt integrerade flytenheten belastningarna i tryckriktningen, vilket avsevärt reducerar tryckkrafterna som uppstår under motsatt rotation.

Figur 4. Jämförelse av tryckkraft under bearbetning

Skärningsdata

Figur 5 visar en verktygslängdsjämförelse för en gängskär med kort avfasning som används i kombination med SynchroMaster gängskärshållare och en solid hållare. Skärverktyget som användes för testet var en M4 x 0.7 1P spiralgängsskär med kort avfasning. Ju kortare avfasning, desto större skärning blev resultatet av skärkanten. Av denna anledning kan tillämpningar som använder gängskärar med kort avfasning lätt bli instabila. Gängskärning i S45C där M4 x 0.7 1P spiralgängsskär med kort avfasning med solid hållare i genomsnitt gjorde 200 hål. Använt i kombination med SynchroMaster gängskärshållare istället reducerades belastningen betydligt och gängskäret med kort avfasning kunde uppnå närmare fem gånger så hög hållbarhet jämfört med den solida hållaren.

Figur 5. Jämförelse verktygslängd spiralgängsskär med kort avfasning

Som figur 5 visar är SynchroMaster gängskärshållare inte bara effektiv för skurna gängskärar, utan också för formgängskärar. Eftersom skärning inte sker med formgängskärar och den invändiga gängan bearbetas genom plastisk deformering av materialet är belastningen vid bearbetning ännu högre än för skurna gängskärar. Som figur 6 visar kunde SynchroMaster gängskärshållare dubblera sin verktygslivslängd jämfört med den solida hållaren också för formgängskärar.

Figur 6. Jämförelse verktygslängd formgängsskär

För tillverkare som kämpar speciellt med instabil verktygslivslängd, dålig gängkvalitet, låg produktivitet och stor variationer i djup, längd och stabilt gängskurna hål, se hur SynchroMaster gängskärshållare kan effektivisera gängskärningsprestandan.