耐久性のある工具により、難しい回転ピーリング作業のサイクル時間を短縮

Weingärtner は、Vario+ 700 工作機械のターンピーリング ヘッドと 9 つの荒加工用インサートと 1 つの仕上げ用インサートを組み合わせました。これらはすべて Kennametal の KCU25B 超硬材種を使用しています。工具の故障や工具寿命の大幅な低下はワークピースとヘッドの両方に損傷を与える可能性があるため、工具を交換せずに 1 回のセットアップ内で加工を完了する必要がありました。すべての画像は Weingärtner の提供によるものです。

長さ 3,900 mm の部品から約 60 mm のオーステナイト系ステンレス鋼 1.4435 を回転剥離するのは、すでに困難な作業です。ツールを変更せずにこれを行うことはほぼ不可能です。しかし、複雑な回転コンポーネント用の工作機械を製造するオーストリアの OEM である Weingärtner の顧客が、最近この仕事を持ち込んで同社にやって来ました。

Weingärtner は顧客と相談し、この作業に取り組むための Vario+ 700 機械の 1 つを提供することができましたが、試用したほとんどの工具は工具寿命要件を満たすことができませんでした。最終的に、OEM は工具会社 Kennametal と提携しました。Kennametal の KCU25B グレードの工具は、機械加工プロセス全体を通して十分に耐えられる耐久性があることが証明され、プロセスをさらに推し進めました。

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ターンピーリングチャレンジ

ワインガートナー社のソフトウェア開発部門のプロセス研究者であるダニエル・ウェーバー氏は、同社は顧客相談、モジュラーマシンのカタログ、ヘリカルコンポーネント用の社内CAD/CAMシステム（WeinCAD）、サービスなどを備えた完全なソリューションに誇りを持っていると語った。そのため、60 台の前進キャビティ ポンプを製造するためにターン ピーリング ヘッドを備えた Vario+ 700 を購入した顧客が、新しい機械を収容する施設の準備が完了する前に部品を納品する必要があったとき、ワインガートナーは部品の製造と機械加工プロセスの設計に介入しました。

Weingärtner の特殊な WeinCAD CAD/CAM ソフトウェアは、ポンプ ローターなどのヘリカル コンポーネントのシミュレーション方法を提供し、OEM がターン ピーリング ヘッドを危険にさらすことなくプロセス ソリューションをテストできるようにしました。

部品はストックから直径 160 mm、長さ 3,900 mm まで事前に旋削されます。メインのターンピーリング操作により、最終直径 100.5 mm の偏心輪郭がポンプ ローターに作成されます。ターンピーリングでは、複数の荒加工用インサートと 1 つの仕上げ用インサートを交互に配置して部品をかみ合わせ、短くて壊れやすい切りくずを促進し、150 分のサイクル時間中に工具に干渉しません。偏心形状を作成するには、断続的および連続的な切断の両方が必要であり、さらにターンピーリングヘッドを中心から外した位置に配置する必要があり、そのためヘッドへのアクセスが困難であり、工具交換に 1 回あたり約 30 時間を要しました。工具の故障や工具寿命の大幅な低下がワークピースや剥離ヘッドに損傷を与えなかった最良の状況であっても、工具の交換は表面仕上げにも影響します。

そのため、切削工具とインサートは各部品のサイクルタイム全体にわたって持続する必要がありますが、部品の材質がオーステナイト系ステンレス鋼 1.4435 であるため、この課題はさらに困難になります。これは熱伝導率が低く、加工硬化する傾向があるタフな材料であり、切削工具に厳しい要求を課す要因となります。 Weingärtner がテストした切削工具の多くは、その作業の工具寿命要件を満たすことができませんでした。そのため、工作機械 OEM は Kennametal と提携して、この要求の高い作業のニーズを満たす工具を見つけました。

Weingärtner とその顧客が製造する各ローターは、回転ピーリングのために Vario+ 700 に入る前に、直径 160 ミリメートルまでの予備旋削加工が施されます。このプロセスでは、パーツの長さ 3,900 ミリメートル全体でほぼ 60 ミリメートルの材料が除去されます。

固体 (超硬) ソリューション

Weingärtner からの切削データを分析し、いくつかの形状を調整した後、Kennametal チームは KCU25B 超硬グレードを推奨しました。このグレードには、同社の 3 層 KENGold PVD コーティングが使用されており、Kennametal によれば、これにより熱変形、エッジ摩耗、一般的な摩耗に対する耐性が向上し、工具の耐久性が向上します。

「工具寿命は最初から印象的で、表面品質は安定しており、切りくず処理は信頼性がありました」とウェバー氏は述べ、この工具は必要な 150 分の工具寿命を確実に満たすことができたと述べました。問題の用途のために、Weingärtner は、ターンピーリング ヘッドを、軸方向の切込み深さ 5.5 mm で動作する 9 個の荒加工用インサートと、軸方向の切込み深さ 2.0 mm で動作する 1 個の仕上げ用インサートと組み合わせました。

ワインガートナー社は、これらのツールを使用して Ra 2.2 マイクロメートル、Rz 9.5 マイクロメートルの表面仕上げを達成しました。その結果、後の製造段階で必要な研削量が削減されたと同社は述べています。また、この工具は十分な耐久性があることが証明されており、ワインガルトナーとその顧客は予想よりも積極的な切削パラメータを使用できます。このプロジェクトの Kennametal のセールス エンジニアである Markus Pleyer 氏は次のように述べています。「プロセスを最適化することで、加工時間を 150 分から 126 分に短縮でき、一貫して優れた結果が得られました。」