เหล็กหล่อและโลหะอัดผงขึ้นรูปเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับชิ้นส่วนยานยนต์เนื่องจากความคุ้มทุน ทนต่ออุณหภูมิ แรงดัน และการสึกหรอ เหล็กหล่อและโลหะอัดผงขึ้นรูปยังใช้ในอุตสาหกรรมอื่นเช่น การก่อสร้างและเครื่องจักร อย่างไรก็ตาม การตัดเฉือนเหล็กหล่อและโลหะอัดผงขึ้นรูปเป็นความท้าทาย MEGA Tech สำรวจโซลูชันการตัดเฉือนจาก Sumitomo Electric Hardmetal ซึ่งออกแบบมาเพื่อขจัดปัญหาและอุปสรรค รวมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพของการตัดเฉือนเหล็กหล่อและโลหะผงอัดขึ้นรูป และอธิบายว่าทำไมเครื่องมือเกรด CBN ใหม่จึงสร้างความแตกต่างจากเครื่องมือเกรดเดียวกันในตลาด

เหล็กหล่อสำหรับอุตสาหกรรมหลัก

การใช้เหล็กหล่อในงานวิศวกรรมพบได้ทั่วไป โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมยานยนต์ ชิ้นส่วนรถยนต์ที่สำคัญ เช่น เสื้อสูบเครื่องยนต์ (Engine Block) ,กระบอกสูบ (Cylinder) ,ก้ามปูเบรก (Caliper Brake) เพลาข้อเหวี่ยง ล้วนผลิตจากเหล็กหล่อ โดยเฉพาะเหล็กหล่อเทาที่มีค่าความทนต่อแรงดึง 20,000 ถึง 25,000 psi ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง เหล็กหล่อใช้สำหรับทำเสา คาน และส่วนประกอบรองรับน้ำหนักมาก ๆ สำหรับอุตสาหกรรมเครื่องจักร เหล็กหล่อใช้ทำชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงและสึกหรอสูง เช่น ฐานเครื่องจักร (Machine Base)

ทำไมเหล็กหล่อและโลหะผงขัดขึ้นรูปจึงตัดเฉือนยาก

เหล็กหล่อเป็นโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอนซึ่งมีคาร์บอนประมาณ 2 ถึง 4% และซิลิกอนประมาณ 1 ถึง 3% เหล็กหล่อมีคุณสมบัติทางกลที่ดี ได้แก่ ความแข็ง ความเหนียว ต้านการเปลี่ยนรูป ความยืดหยุ่น ความอ่อนตัว ความแข็งแรงต่อการดึง และความแข็งแรงต่อความล้า เมื่อนำธาตุโลหะผสม เช่น แมงกานีสและโครเมียมมาผสม เหล็กหล่อจะมีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอ การเสียดสี และการเกิดออกซิเดชันเพิ่มขึ้นอย่างมาก เหล็กหล่อมีหลายประเภทได้แก่ เหล็กหล่อเทา เหล็กหล่อขาว เหล็กหล่อเหนียว และเหล็กหล่ออบเหนียว

ปัญหาและความท้าทายในการตัดเฉือนเหล็กหล่อมาจากเหตุผลหลายประการ ปัญหาหลักที่พบคือการสึกหรอของเครื่องมือมากเกินไป เนื่องจากการขัดสีโดยเศษเหล็กหล่อที่มีลักษณะเป็นเกล็ดกราไฟต์เหมือนสารกัดกร่อนขนาดเล็ก ซึ่งจะทำให้เครื่องมือสึกหรออย่างรวดเร็ว ปัญหาที่สองคือ การมีรูพรุนที่มาก (AIR VOID) และ ความเปราะของเหล็กหล่ออาจนำไปสู่ ตัดเฉือนที่ไม่สามารถคาดเดาได้ ซึ่งอาจส่งผลให้เครื่องมือเสียหายและผิวสำเร็จของชิ้นงานที่ไม่ได้คุณภาพ

ปัญหาที่สามคือการเกิดเศษละเอียดเป็นฝุ่นซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานและเครื่องจักร ฝุ่นที่เกิดจากการกลึงเหล็กหล่อจะเข้าไปสะสมในบอลสกรูของเครื่องจักร ฝุ่นทำให้จารบีสูญเสียคุณสมบัติในการหล่อลื่นจึงเป็นอันตรายต่อเครื่องจักร ดังนั้นในการกลึงเหล็กหล่อจึงต้องเพิ่มรอบการบำรุงรักษาและดูแลน้ำหล่อเย็นให้สะอาด รวมทั้งติดตั้งระบบดูดฝุ่นเพื่อลดปัญหาด้านสุขภาพของผู้ปฏิบัติงาน

เลือกเครื่องมือที่เหมาะสมเพื่อรับประกันความสำเร็จ

การตัดเฉือน เหล็กหล่อและโลหะผงอัดขึ้นรูป จำเป็นต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับคุณสมบัติของวัสดุชิ้นงาน และเทคนิคการตัดเฉือน ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการกลึงปาดหน้า การปรับความเร็วการตัดและอัตราป้อนที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ เพื่อหลีกเลี่ยงการสั่นสะท้านและความร้อนที่มากเกินไป ซึ่งจะทำให้เครื่องมือสึกหรอก่อนเวลาอันควร สำหรับการกัด ช่างเครื่องจะต้องเลือกหัวกัดที่มีมุมตัดที่เหมาะสมที่สุดเพื่อลดแรงตัดและปรับปรุงผิวสำเร็จ สำหรับการลดความหยาบของพื้นผิวการควบคุมอัตราเร็ว การตัดและอัตราป้อน และใช้เม็ดมีดที่มีรัศมีมุมมีดที่เหมาะสม

ดังนั้น จากที่กล่าวมาทั้งหมด จะเห็นว่ากุญแจสู่ความสำเร็จอยู่ที่การเลือกเครื่องมือที่เหมาะสม

เครื่องมือเกรด CBN ใหม่สำหรับการตัดเฉือนเหล็กหล่อ

Sumitomo ได้พัฒนาเครื่องมือตัดเกรด CBN “SUMIBORON^TM BN7125” สำหรับการตัดเฉือนเหล็กหล่อและโลหะผงอัดขึ้นรูปที่มีประสิทธิภาพสูง และขยายขอบเขตการใช้งานต่อยอดจาก BN7115 ที่มีอยู่ในปัจจุบัน SUMIBORON^TM เป็นวัสดุที่ประกอบด้วย CBN (คิวบิกโบรอนไนไตรด์) ซึ่งมีความแข็งรองลงมาจากเพชรเท่านั้น เนื่องจากสารยึดเกาะพิเศษและความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างอนุภาคของ CBN และสารยึดเกาะที่ดีขึ้นด้วยกระบวนการเผาที่เป็นลิขสิทธิ์เฉพาะของ Sumitomo

เครื่องมือตัดนี้เป็นเกรดเอนกประสงค์ที่มีคุณสมบัติสมดุลระหว่างความต้านทานการสึกหรอและการแตกบิ่นที่ยอดเยี่ยม พร้อมทั้งให้ประสิทธิภาพที่เสถียรในการตัดเฉือนด้วยความเร็วสูงและประสิทธิภาพสูงสำหรับวัสดุเหล็กหล่อและโลหะผงอัดขึ้นรูปที่ใช้กับชิ้นส่วนยานยนต์ และยังรองรับการตัดเฉือนโลหะผสมพิเศษ เช่น เหล็กกล้าความเร็วสูง และ โลหะผสมที่ทนความร้อน

เพิ่มประสิทธิภาพการตัดเฉือน

สำหรับงานกัดเหล็กหล่อ เครื่องมือเกรด BN7125 ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ดีขึ้นมากในระหว่างการทดสอบ ด้วยวัสดุงาน FC250 (Pearlite) คัตเตอร์: FMU4080R, เม็ดมีด: SNEW1203ADTR และเงื่อนไขการตัด vc = 1,500m/min, fz = 0.13mm/t และ ap = 0.3 mm ด้วยการตัดเฉือนแบบเปียก พบว่า ที่อัตราการคายเศษโลหะมากกว่า 5,000 cm³ ไม่พบการแตกร้าวของเม็ดมีดและยังสามารถตัดเฉือนงานต่อไปได้ ในขณะที่เม็ดมีดตัดเกรด CBN ทั่ว ๆ ไปได้รับความเสียหายและไม่สามารถใช้งานได้อีก และยังพบความคล้ายคลึงกันในการตัดแบบแบบกระแทก ซึ่ง BN7125 ยังคงทำงานได้ต่อไป ในขณะที่เกรด CBN ของคู่แข่งพบการแตกร้าวและไม่สามารถทำงานต่อไปได้

BN7125 สำหรับงานกลึงมีให้เลือกใช้สี่ประเภทการขัดคมของคมตัด ได้แก่ แบบมาตรฐาน, LF สำหรับการควบคุมการครีบเกิดและขอบชิ้นงานแตก (Burr & edge broken), LE สำหรับเน้นความละเอียดของพื้นผิว และ HS สำหรับการควบคุมการแตกบิ่น

ตัวอย่างการใช้งาน

เม็ดมีด BN7125 ถูกนำมาใช้ในการกัดบล็อกกระบอกสูบเหล็กหล่อเทา ผลลัพธ์ที่ได้คือสามารถป้องกันการเกิดรอยร้าวของเครื่องมือได้ดีเยี่ยม โดยทนทานต่อความเสียหายจากความร้อนได้เกือบสองเท่าเมื่อเทียบกับเครื่องมือทั่ว ๆ ไป นอกจากนี้เม็ดมีด BN7125 ยังทนทานต่อการแตกหักได้ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับเกรด CBN ของคู่แข่ง ทำให้เครื่องมือมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นสองเท่าของคู่แข่ง

การทดสอบยังได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อใช้ BN7125 ในการกลึงชิ้นงานที่ทำจากโลหะผงอัดขึ้นรูป (F-08C2) เช่น แหวนวาล์วแบบนั่งบ่า ซึ่งพบว่าเครื่องมือทนต่อการแตกหักได้ดีและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 1.5 ถึง 2 เท่าเมื่อเทียบกับเครื่องมือของคู่แข่ง

Article by: MEGATech & Sumipol Corporation Limited << Click here

Cast iron and Sintered alloy is a good choice for automotive parts due to its cost-effectiveness, ability to withstand high temperatures and pressures, and resistance to wear and tear. However, Cast iron and Sintered alloy machining can be challenging. MEGA Tech explored the cutting solution from Sumitomo Electric Hardmetal designed to tackle this cast iron and sintered alloy and explained why their new CBN-grade tools are different from others in the market.

Cast Iron and Sintered alloy for Key Industries

The applications of cast iron are common in the engineering world especially the automotive. Essential auto parts like engine blocks, cylinder heads, Caliper Brake, crankshafts, and so on, are made from cast iron, especially the grey cast iron with tensile strength of 20,000 to 25,000 psi. In construction, cast iron is used for columns, beams, and other load-bearing components. In machinery, cast iron is used in parts that experience high stress and wear such as gears, engine blocks, etc.

Why is Cast Iron and Sintered alloy Difficult to Machine?

Cast iron is a class of iron-carbon alloys of about 2 to 4 % and silicon content of around 1 to 3 %. The benefits of cast iron include hardness, toughness ductility, elasticity, malleability, tensile strength, and fatigue strength. When alloying elements like manganese and chromium are applied, cast iron can significantly improve the ability to resist wear, abrasions, and oxidation. Different kinds of cast iron are grey iron, white iron, malleable iron, and ductile iron.

Machining cast iron can be challenging for several reasons. The primary problem encountered when machining cast iron is excessive tool wear due to its abrasive nature where cast iron chips contain graphite flakes which act like tiny abrasives, rapidly wearing down cutting tools if not managed correctly. The second concern is the chip formation issues caused by the brittle material. The brittle nature of cast iron can lead to unpredictable chip formation, causing potential tool damage and poor surface finish.

The third concern is the generation of fine dusty debris that can harm to operators and machines. The dust created from machining cast iron would find its way into the ball screws of the machine. In time, dust could degrade the grease and could harm the machine. So, in machining cast iron it’s recommended to schedule more maintenance and keep the coolant clean. To minimize health problems for operators, an effective dust extraction system is recommended.

The Right Tools for Guaranteed Success

Machining hard metals like cast iron and sintered alloy requires a thorough understanding of the properties of the workpiece material and machining techniques. For instances, in turning and facing process, it’s importance to adjust the right cutting speed and feed rate to avoid excessive vibration and heat that cause premature tool wear. For milling operations, the machinists have to choose cutters with optimal cutting angles to minimize cutting forces and improve surface finish. To minimize surface irregularities, reduce cutting speeds and feeds, and use a larger nose radius on the insert.

With all that said, the key to success lies in selecting the right tools.

New CBN Grade for Hardened Metals Cutting

Sumitomo has developed a CBN Grade “SUMIBORONTM BN7125” for high-efficiency machining of cast iron and sintered alloy and aims to expand its application range to the currently available BN7115. SUMIBORONTM is a CBN material composed of CBN (cubic boron nitride), with a hardness second only to diamond, sintered with improved CBN particle/binder boundary strength due to the special binder and improved binding strength between CBN particles and binders thanks to their proprietary sintering process, excellent fracture resistance is achieved.

This cutting tool is a general-purpose grade featuring balanced excellent wear resistance and fracture resistance while realizing stable performance in high-speed and high-efficiency machining of hardened steel used in automotive components and also supports the machining of exotic alloys such as HSS, heat-resistant alloys, etc.

Cutting Performance

For cast iron milling, the BN7125 has demonstrated a much better performance during the evaluating. With the work material of FC250 (Pearlite), tool : FMU408R, insert: SNEW1203ADTR and cutting conditions of vc = 1,500m/min, fz = 0.13mm/t and ap = 0.3 mm in wet machining, the BN7125, at over 5,000 chip evacuation rate (cm³), the result showed no fractures and was able to continue the cutting while conventional CBN was already damaged and out of use. A similar result was found for interrupted cutting where the BN7125 continued to serve the services while the competitor’s CBN grades found fractures and were unable to continue the task.

The BN7125 is available in four cutting edge treatment types; standard, LF for burr control, LE for surface roughness emphasized, and HS for fracture control.

Examples of Application Ranges

The BN7125 had been used for cutting the grey cast iron cylinder block. The result showed that it can suppress cracking due to heat damage, exhibiting excellent heat damage resistance almost two times comparing to other tools. The BN7125 also exhibits excellent fracture resistance compared to competitor’s CBN, achieving twice the tool life of competitor’s product.

A similar result was realized when use the BN7125 to machine the part that made of sintered ferrous alloy F-08C2 carrier where it achieves 1.5 to 2 times of tool life than the competitor’s tools.

Article by: MEGATech & Sumipol Corporation Limited << Click here

鋳鉄と焼結合金はコスト効率、高温と高圧への耐性、耐摩耗性といった特性から、自動車部品に適しています。但し鋳鉄と焼結合金はその加工に難しい場合があります。

MEGA Tech はこの鋳鉄と焼結合金に対処するために設計された住友電工ハードメタルの切削ソリューションを調査し同社の新しい CBN 工具が市場の他のツールと異なる理由を説明します。

「主要産業向けの鋳鉄と焼結合金」

鋳鉄の用途はエンジニアリングの世界、特に自動車で一般的です。エンジン ブロック、シリ ンダー ヘッド、キャリパー ブレーキ、クランク シャフトなどの重要な自動車部品は鋳鉄製で 特に引張強度が 20,000 ～ 25,000 psi のねずみ鋳鉄が使用されています。建設業界では柱、梁、 その他の耐荷重部品に鋳鉄が使用されています。機械業界ではギア、エンジン ブロックなど、高い応力と摩耗を受ける部品に鋳鉄を使用しています。

「なぜ鋳鉄と焼結合金の加工は難しいのか?」

鋳鉄は鉄と炭素の合金の一種で含有量は約 2 ～ 4 %、シリコン含有量は約 1 ～ 3 % 。鋳鉄の利点には硬度、靭性、延性、弾性、可鍛性、引張強度、疲労強度が挙げられます。マンガンやクロムなどの合金元素を塗布すると鋳鉄は摩耗、擦り切れ、酸化に対する耐性を大幅に向上させることができる。鋳鉄にはねずみ鋳鉄、白鋳鉄、可鍛性鋳鉄、ダクタイル鋳鉄などがあります。鋳鉄の加工は幾つかの理由で困難になる事があります。鋳鉄の加工時に発生する主な問題はその研磨性による過度の工具摩耗だ。鋳鉄のチップにはグラファイト片が含まれておりこれが微細な研磨剤のように作用し適切に管理しないと切削工具に急速な摩耗をもたらす。もう一つの懸念は脆い材料によって引き起こされるチップ形成の問題です。鋳鉄の脆い性質により予期しない切りくず形成が発生し工具の損傷や表面仕上げ不良の原因となる可能性があります。そして3 つ目の懸念はオペレーターや機械に害を及ぼす可能性のある細かい粉塵の発生です。鋳鉄の加工で発生した粉塵は機械のボールねじに入り込み時間が経つと粉塵によってグリースが劣化し機械に害を及ぼす可能性があります。そのため鋳鉄の加工では定期的なメンテナンスを行い冷却剤を清潔に保つ事が重要です。オペレーターの健康問題を最小限に抑えるには効果的な集塵システムをお勧めします。

[成功を保証する適切なツール]

鋳鉄や焼結合金などの硬質金属を加工するにはワークピースの材質の特性と加工技術を十分に理解する必要があります。例えば旋削およびに面取り加工では過度の振動や熱による工具の早期摩耗を避けるために適切な切削速度と送り速度を調整することが重要です。フライス加工では切削力を最小限に抑えて表面仕上げを向上させるためには最適な切削角度のカッターを選択しなくてはなりません。表面の凹凸を最小限に抑えるには切削速度と送りを下げインサートのノーズ半径を大きくする必要があります。とは言え成功の鍵は適切なツールを選択する事です。

「鋳鉄、焼結合金加工の新しい CBN 焼結体」

住友は鋳鉄や焼結合金の高能率加工用CBN材種「スミボロン BN7125」を開発し既存のBN7115よりも適用範囲を広げることを目指しています。スミボロンはダイヤモンドに次ぐ硬度を持つCBN焼結体を特殊バインダーによるCBN粒子/バインダー界面強度の向上と独自の焼結プロセスによるCBN粒子とバインダー間の結合強度の向上により焼結したCBN材種で優れた耐欠損性を実現します。この切削工具は自動車部品に使用される焼入れ鋼の高速・高能率加工で安定した性能を発揮すると同時に優れた耐摩耗性と耐欠損性をバランスよく備えた汎用材種でHSS、耐熱合金などの特殊合金の加工にも対応しています。

「切削性能」

鋳鉄フライス加工ではBN7125が評価段階で大変優れた性能を発揮しました。ワーク材質 FC250 (パーライト)、工具 : FMU408R、インサート :SNEW1203ADTR、切削条件 vc = 1,500m/min、fz = 0.13mm/t、ap = 0.3 mm のウェット加工でBN7125 は 5,000 以上の切りくず排出率 (cm³) で破損がなく従来の CBN はこの条件下がすでに損傷して使用不能となっていたが、BN7125は中断された切削でも同様の結果が得られBN7125 は引き続き高い性能発揮しました。これに対し、競合他社のCBN 素材では破損が見つかり作業の不継続を余儀なくされました。BN7125 には標準の刃先処理に加え、バリ制御用の LF、表面粗さ重視の LE、破損制御用の HS の 4 つの刃先処理タイプが用意されており、用途に応じて選択可能であります。

「適用範囲例」

BN7125 はねずみ鋳鉄シリンダーブロックの切削に使用され、その結果熱損傷による割れを抑制でき他の工具に比べてほぼ 2 倍の耐熱損傷性を発揮することが確認されました。BN7125 は競合他社のCBN に比べて優れた耐欠損性も示し競合製品の 約2 倍の工具寿命を達成しました。さらに、焼結鉄合金 F-08C2 キャリアで作られた部品の加工に BN7125 を使用した場合にも同様の結果が得られ競合他社の工具よりも 1.5 ～ 2倍の工具寿命を達成しております。

Article by: MEGATech & Sumipol Corporation Limited << Click here