Gia Công Ren Trên Máy Tiện CNC

Khi gia công tiện các chi tiết ren, việc lựa chọn đúng về dao cụ cắt gọt và kỹ thuật có thể tối ưu hóa quá trình gia công.

Các loại dao cụ để tiện ren đã được hưởng lợi từ những cải tiến về lớp phủ và grade vật liệu, từ đó cải thiện về tổng thể. Ngoài ra, những cải tiến về thiết kế trong các mảnh insert tiện ren giúp kiểm soát phoi tốt hơn. Tuy nhiên, bất chấp những thay đổi này, các kỹ sư sản xuất có xu hướng dành ít thời gian để nghiên cứu tối ưu hóa các hoạt động gia công ren của họ, coi quá trình gia công ren như một “vấn đề” không thể tự cải tiến.

Trên thực tế, quá trình gia công ren có thể được thiết kế để đạt hiệu quả tốt hơn. Bước đầu tiên là bạn cần hiểu một số chủ đề cơ bản trong gia công ren.

Tại sao tiện ren lại được yêu cầu

Tiện ren đòi hỏi nhiều hơn so với các hoạt động tiện bình thường. Lực cắt thường cao hơn, và bán kính mũi cắt của mảnh insert ren nhỏ hơn và do đó yếu hơn so với các mảnh insert tiện thông thường.

Trong quá trình gia công ren, tốc độ tiến dao phải tương ứng chính xác với bước của ren. Trong trường hợp bước ren là 8 bước trên mỗi inch (tpi), dao cụ phải di chuyển với tốc độ tiến dao là 8 vòng trên 1 inch, hoặc 0,125 IPR (Inch Per Round). So sánh ứng dụng đó với một ứng dụng quay thông thường, có thể có tốc độ cấp dữ liệu điển hình khoảng 0,012 ipr. Tốc độ tiến dao khi tiện ren lớn hơn 10 lần. Và lực cắt tương ứng ở đầu của insert tiện ren có thể lớn hơn từ 100 đến 1.000 lần.

Bán kính lưỡi dao của insert tiện ren thường nhỏ gấp đôi so với bán kính lưỡi dao của insert tiện thông thường. Đối với insert tiện ren, bán kính này được giới hạn nghiêm ngặt bởi bán kính cho phép tại gốc của dạng ren như được xác định bởi tiêu chuẩn ren liên quan. Nó cũng bị giới hạn bởi quá trình gia công cắt gọt phôi bắt buộc, vì vật liệu không thể bị cắt gọt như quá trình tiện thông thường, nếu không sẽ xảy ra hiện tượng biến dạng ren.

Kết quả của cả lực cắt cao và lực tập trung hẹp hơn là các insert tiện ren có ứng suất lớn hơn nhiều so với các loại insert tiện thông thường.

Insert tiện ren Partial Profile hay Full Profile

Insert Partial Profile là insert tiện ren mà quá trình gia công cắt gọt không cắt hoặc tạo nếp ren. Đây là insert tiện ren có thể tạo ra một loạt các quy cách ren khác nhau, có thể gia công ren giảm xuống đến độ thô nhất - tức là số bước ren ít nhất trên mỗi inch — được cho phép bởi độ bền của bán kính mũi dao của insert.

Insert Partial Profile, đôi khi được gọi là Insert tiện "không có bề mặt", gia công tạo ren mà không cắt hoặc tạo nếp ren. Một insert có thể tạo ra một loạt ren, xuống đến độ thô nhất - tức là số lượng ren nhỏ nhất trên mỗi inch — được cho phép bởi độ bền của bán kính mũi insert.

Bán kính mũi dao này được thiết kế đủ nhỏ để insert có thể tạo ra các cao độ khác nhau. Đối với các bước ren nhỏ, bán kính mũi sẽ càng nhỏ hơn . Điều này có nghĩa là insert sẽ phải gia công cắt thâm nhập sâu hơn. Ví dụ, insert ren Partial Profile gia công ren 8TPI yêu cầu độ sâu ren là 0,108 inch, trong khi cùng một quy cách ren được sản xuất với insert Full Profile chỉ yêu cầu độ sâu chỉ định là 0,081 inch. Do đó, sử dụng insert Full Profile gia công được chi tiết ren cứng hơn. Hơn nữa, Insert Full Profile có thể gia công ren ít hơn bốn lần gia công.

Insert nhiều me cắt

Insert tiện ren với nhiều me cắt (răng) với một lưỡi cắt nhất định cắt sâu vào rãnh ren hơn so với lưỡi cắt trước đó. Với một trong những loại insert tiện ren này, số pass cắt cần thiết để tạo ra một ren có thể giảm tới 80%. Tuổi thọ của dụng cụ dài hơn đáng kể so với insert một lưỡi cắt vì lưỡi cắt (răng) cuối cùng chỉ lấy đi một nửa hoặc một phần ba phôi kim loại trong một ren nhất định.

Infeed mỗi pass cắt

Độ sâu của vết cắt trên mỗi lần đi qua, hoặc bước tiến trên mỗi lần đi qua, rất quan trọng trong việc tạo ren. Mỗi pass cắt liên tiếp chiếm một phần lớn hơn của lưỡi cắt của insert tiện ren. Nếu lượng tiến dao trên mỗi lần tiến dao là không đổi (không được khuyến nghị), thì lực cắt và tốc độ loại bỏ phoi kim loại có thể tăng quá đột ngột từ lần chuyền này sang lần tiếp theo.

Ví dụ: khi sản xuất dạng ren 60 độ bằng cách sử dụng bước tiến không đổi 0,010 inch cho mỗi pass cắt, pass cắt thứ hai loại bỏ lượng kim loại gấp ba lần so với pass cắt đầu tiên. Và với mỗi pass cắt tiếp theo, lượng phoi kim loại bị loại bỏ tiếp tục tăng theo cấp số nhân.

Để tránh sự gia tăng này và duy trì lực cắt thực tế hơn, độ sâu của cắt hay Ap nên được giảm xuống với mỗi lần cắt.

Phương pháp gia công ren Infeed

Có thể có ít nhất bốn phương pháp tiến dao. Rất ít người nhận ra mức độ ảnh hưởng của sự lựa chọn giữa các phương pháp này đối với hiệu quả của hoạt động gia công ren.

Infeed xuyên tâm (Radial Infeed)

Mặc dù đây có lẽ là phương pháp phổ biến nhất để tạo ren, nhưng nó cũng ít được khuyến khích nhất. Vì dao cụ được ăn theo góc hướng tâm (vuông góc với đường tâm phôi), kim loại được gia công cắt loại bỏ khỏi cả hai mặt của hai bên ren, tạo ra phoi hình chữ V. Dạng phoi của phương pháp này rất khó bị bẻ vụn, do đó, kiểm soát phoi có thể là một vấn đề. Ngoài ra, bởi vì cả hai mặt của insert tiện ren đều phải chịu nhiệt và áp suất cao, tuổi thọ của dụng cụ nói chung khi gia công theo phương pháp Infeed xuyên tâm sẽ ngắn hơn so với khi sử dụng các phương pháp tiến dao khác.

Infeed Flank (Bước tiến ăn vào thân lưng ren)

Trong phương pháp này, hướng tiến dao song song với một trong các sườn của ren, điều này thường có nghĩa là dao đi vào dọc theo một đường 30 độ. Phoi được tạo ra tương tự như phoi sinh ra trong quá trình tiện thông thường. So với phương pháp tiến dao xuyên tâm (Radial infeed), phoi sinh ra ở đây dễ hình thành và dẫn hướng ra khỏi lưỡi cắt hơn, mang lại khả năng tản nhiệt tốt hơn. Tuy nhiên, với bước tiến dao này, mép sau của insert sẽ cọ xát dọc theo sườn thay vì cắt. Điều này làm cháy ren, dẫn đến độ hoàn thiện bề mặt kém và có thể bị chattering.

Infeed Flank cải tiến (Được khuyến nghị) 

Phương pháp này tương tự như phương pháp Infeed Flank ngoại trừ góc tiến dao nhỏ hơn góc của ren - nghĩa là nhỏ hơn 30 độ. Phương pháp này bảo tồn các ưu điểm của phương pháp Infeed Flank trong khi loại bỏ các vấn đề liên quan đến cạnh sau của insert. Thông thường, góc tiến dao 29.5° sẽ tạo ra kết quả tốt nhất, nhưng trong thực tế, bất kỳ góc tiến dao nào từ 25° đến 29.5° độ đều có thể chấp nhận được.

Tiến dao bên thân lưng ren luân phiên (Alternating flank infeed )

Phương pháp này luân phiên thiết lập insert tiến dọc theo cả hai bên thân lưng, sườn của ren và do đó nó sử dụng cả hai mặt của insert để tạo thành ren. Phương pháp này mang lại tuổi thọ dụng cụ lâu hơn vì cả hai mặt của insert đều được sử dụng. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có thể dẫn đến các vấn đề về khả năng thoát có thể ảnh hưởng đến độ hoàn thiện bề mặt và tuổi thọ của dụng cụ. Phương pháp này thường chỉ được sử dụng cho các chi tiết ren bước rất lớn và cho các dạng quy cách ren như Acme và Trapeze.