새로운 시장으로 진출하기로 결정한 매장은 종종 새로운 가공 장비를 추가하거나 노력을 지원하기 위해 새로운 가공 공정을 도입하도록 자극을 받습니다. True Die의 경우, 딥 드로잉 시트 메탈 성형 애플리케이션을 위한 정밀한 원형 툴링을 제조하여 제품 제공을 다양화하기 위해 취한 진전으로 인해 하드 터닝을 위한 효과적인 전략을 개발하게 되었습니다. 목표는 64 HRC까지의 (주로) 경화된 분말 금속 원형 툴링의 내경(ID) 및 외경(OD) 연삭의 필요성을 없애서 동심도, 표면 마감 및 치수 정확도 측면에서 연삭으로 달성할 수 있는 것과 일치하면서 더 높은 재료 제거율을 달성할 수 있도록 하는 것이었습니다. 그 이후로 이를 수행하여 직경 및 반경을 ±0.0002인치 정확도로 하드 터닝할 수 있는 기능을 확립했습니다.

사실, 미시간 주 젤란트 숍의 최근 기계 추가 중 두 대는 주로 하드 터닝을 위해 구매한 터닝 센터입니다. 미치 스탈은 True Die의 기술 전문가로, 터닝 코디네이터인 크리스 맥클리어리와 함께 기계공 팀을 이끌고 숍의 하드 터닝 전략을 수립했습니다. 간단히 말해서, 그는 숍의 접근 방식이 세 가지 상호 연결된 개념으로 요약된다고 말합니다. 전반적인 공정 강성 확립, 적절한 유형의 절삭 공구 구현, 적절한 절삭 데이터 적용입니다.

여기서 핵심 단어는 상호 연결입니다. Stahl 씨는 이러한 개념 중 하나 또는 두 가지만 구현하는 것은 효과가 없다고 주장합니다. 효과적인 하드 터닝을 위해서는 모든 것을 적절히 처리해야 합니다. 그는 "이와 같은 프로세스를 도입할 때 작은 세부 사항을 염두에 두는 것도 마찬가지로 중요합니다."라고 말합니다.

트루 다이, 이전에는 Contour Tool and Engineering이었으나 2015년에 인수한 회사는 플라스틱 사출 금형과 프로그레시브 다이 세트를 설계, 가공 및 조립하는 데 전문성을 갖추고 있습니다. 10,000제곱피트 규모의 시설에는 CNC 밀링 머신, 터닝 센터, 연삭기, 와이어 및 싱커 EDM 장비를 포함한 다양한 가공 장비가 있습니다.

True Die의 사장인 브라이언 브라운은 딥드로우 금속 성형 산업이 다른 시장을 보완하는 새로운 시장으로 다각화할 수 있는 기회를 제공했다고 말합니다. 브라운 씨는 "딥드로우 스탬핑 적용에 대한 우리의 전문성은 우리를 툴링 공급업체로서 독특하게 자리매김하여 시장에 실질적인 솔루션과 더 높은 성능의 툴을 제공할 수 있게 했습니다."라고 말합니다. "100년이 넘는 드로우 스탬핑 설계, 개발 및 생산 경험을 바탕으로 우리는 해당 산업의 고유한 요구 사항을 철저히 이해하고 잘 준비했습니다."

인수 당시 Contour는 금형과 다이만 제조하고 있었습니다. 딥드로우 스탬핑 회사와 전략적 파트너십을 맺고 두 명의 추가 고객을 확보하여 다각화와 빠른 성장의 기회를 제공함으로써, 이 매장은 브라운 씨가 "디테일 부서"라고 부르는, 새 딥드로우 도구와 기존 딥드로우 도구 및 자동 조립 장비에 대한 개별 구성 요소를 제공하는 부서를 설립하여 제품을 훌륭하게 보완했습니다. 사실, 현재 디테일 작업은 매장 매출의 50%를 차지하며, 이 회사는 디테일 시장에 진출한 지 2년 만에 거의 700% 성장했습니다.

이 원형 툴링은 시트 메탈(일반적으로 스테인리스 스틸)에서 구성 요소(일반적으로 원통형)를 만드는 데 사용되는 복잡하고 점진적이며 딥 드로 다이에 사용되며, 주로 자동차 응용 분야(예: 연료, 브레이크 및 에어백 시스템용 구성 요소)에 사용됩니다. 브라운 씨는 "원래는 원형 툴링에 필요한 공차와 마감을 얻기 위해 더 유능한 원통형 연삭 기계를 구매해야 한다고 생각했습니다."라고 말합니다. "하지만 하드 터닝에 대한 경험을 바탕으로, 슈탈 씨는 하드 터닝 공정이 도구에 필요한 정밀도를 달성하고 재료 제거 속도가 더 빠르기 때문에 연삭보다 처리량이 더 빠르다고 제안했습니다. 또한 연삭 비용이 많이 들고 형상 연삭 작업이 필요할 수 있는 경화된 재료에서 복잡한 프로파일을 효율적으로 선삭할 수도 있습니다."

True Die는 작업장이기 때문에 원형 툴링의 배치 크기가 낮고(종종 1개에서 6개까지 다양함) 제품 믹스가 높습니다. 툴링 길이는 20인치까지이고 직경은 0.1인치에서 12인치까지 다양하며 많은 버전이 길이 대 직경 비율(L:D)이 높습니다.

이 매장은 주로 다양한 금속과 합금 원소의 입자를 합친 분말 금속 합금의 막대 재고에서 원형 툴링을 만듭니다. 분말 금속 "레시피"는 막대 재고 형태로 압축되고, 매장은 열처리 전에 연질 또는 "녹색" 상태에서 먼저 가공하여 개별 입자를 결합하여 경화된 구성 요소를 만듭니다. 특정 분말 금속 합금에 따라 녹색 상태에서 툴링의 경도는 본질적으로 무시할 수 있으며 기존 선삭 방법을 사용하여 효과적으로 가공할 수 있습니다. 그러나 열처리 후 툴링 경도는 64 HRC까지 다양할 수 있습니다. 매장에서 가공하는 일반적인 분말 금속 강에는 CPM 3V, 9V 및 10V와 M2 및 M4가 있습니다.

True Die는 일반적으로 사전 경화 상태에서 툴링을 선삭한 후 약 0.010~0.012인치의 추가 재고를 남겨 후속 하드 터닝 패스를 허용합니다. 열처리 후 심하게 휘는 경향이 있는 부품(예: L:D가 높은 부품)에 더 많은 재고를 남길 수 있습니다. 상당한 휘어짐의 경우, 문제는 크기 허용 오차를 달성하는 것이 아니라 오히려 엄격한 동심도 허용 오차를 달성하는 것입니다. Stahl 씨는 "때로는 휘어진 부품을 크기에 맞추는 것보다 똑바로 만드는 것이 더 어렵습니다."라고 말합니다.

True Die가 하드 터닝을 위해 최근 구매한 두 개의 터닝 센터는 다음과 같습니다. 마작12개 스테이션 터렛이 있는 Quick Turn Nexus 250 II 모델(둘 다 라이브 툴링 스테이션이 없음). 이 기계 중 첫 번째는 2016년 4월에 구입했고 두 번째는 그해 8월에 구입했으며, 이 기계는 작업장이 하드 터닝 공정의 기초를 형성하는 데 필요한 강성을 제공한다고 Stahl 씨는 말합니다.

공작기계 유통업체 대표인 Mike Utter에 따르면 애디 머시너리(미시간주 그랜드래피즈)에서 True Die에 기계를 판매한 MX 하이브리드 롤러 가이드 시스템은 강성에 가장 큰 기여를 했습니다. 그는 "롤러는 볼 베어링보다 표면 접촉이 더 크지만 슬라이드보다 마찰이 적습니다."라고 설명했습니다. "또한 이 시스템은 롤러의 탄성 변형이 적고 높은 수준의 감쇠 기능을 제공하여 공구 수명을 연장하기 때문에 무거운 하중 용량을 효과적으로 처리합니다. 또한 X형 설계를 특징으로 하여 하중을 방사형(시계 방향 및 반시계 방향), 역방사형 및 측면의 네 방향으로 효율적으로 분산하고 코너링 동작을 수행할 때 역전 오류를 줄입니다." 또한 이러한 기계에서 사용하는 통합 스핀들 모터는 벨트 구동 스핀들이 있는 기계보다 무거운 하중 절단 시 더 나은 동심도를 제공한다고 합니다.

슈탈 씨는 하드 터닝 시 작업 고정 및 절삭 공구 강성을 고려하는 것도 마찬가지로 중요하다고 말합니다. 전자를 해결하기 위해 작업장은 턱 대신 콜릿을 사용하여 바스톡과 더 많은 표면적 접촉을 제공합니다. 슈탈 씨는 "게다가 콜릿을 사용하면 턱 리프트가 없기 때문에 평행 클램핑을 달성하기가 더 쉽습니다."라고 말합니다. "작업물, 콜릿 및 스핀들 노즈를 포함하여 모든 결합 표면도 깨끗해야 합니다."

True Die는 다음을 사용합니다. 하딩지Nexus 기계(및 작업장의 다른 많은 터닝 센터)에 FlexC 퀵 체인지 콜렛 시스템이 적용되어 총 지시 런아웃(TIR)이 0.0004인치 이내입니다. FlexC는 또한 기존 죠 척과 비교했을 때 설정 및 변경 시간을 단축합니다. 이 시스템은 스핀들 마운트 어셈블리, 콜렛 헤드, 기계의 척이 언클램프 위치에 있을 때 콜렛 헤드를 수동으로 설치하거나 변경하는 데 사용되는 트리거 릴리스가 있는 수동 렌치를 특징으로 합니다.

콜렛 헤드는 가황 공정을 통해 결합된 경화강 세그먼트로 구성됩니다. 콜렛 섕크가 없기 때문에 콜렛 세그먼트는 스톡과 평행을 유지합니다. 평행 클램핑은 스톡 "밀어내기"를 최소화하고 기존 콜렛과 동일한 그립 기능을 달성하는 데 필요한 드로바 힘이 적다고 합니다. 이 시스템은 3.25인치까지의 막대 직경을 수용할 수 있으며 일반적인 FlexC 콜렛 헤드는 다른 크기의 콜렛으로 변경하지 않고도 막대 스톡 크기 변화에 대처할 수 있도록 공칭 크기보다 ±0.020인치 더 작거나 더 큰 그립 범위를 갖습니다. 이 작업장은 3.25인치보다 큰 작업물 직경에 표준 3조 및 6조 척을 사용합니다.

절삭 공구의 강성을 보장하려면 먼저 커터를 적절한 공구 중심 높이에 배치하는 것이 중요하다고 McCleary 씨는 설명합니다. "0.002인치만 중심에서 벗어나도 덜거덕거림과 진동이 발생할 수 있습니다." 그는 말합니다. "게다가 작업물 직경이 작을수록 공구 중심 높이가 더 중요합니다." 작업물 중심에서 공구 거리가 같을 때 작업물 직경이 작을수록 오류 비율이 증가하기 때문입니다.

툴 홀더에서 튀어나온 툴과 오버행도 최소화해야 합니다. 일반적으로 결정적인 요소는 테일스톡을 사용할 때 OD 선삭을 위한 툴 클리어런스와 ID를 보링할 때의 구멍 깊이입니다. "행아웃이 진동을 유발하는 경우 첫 번째 단계는 속도와 이송을 수정하는 것입니다."라고 McCleary 씨는 설명합니다. "다음 단계는 다른 절삭 공구 인서트 노즈 반경 또는 에지 준비를 고려하는 것입니다."

거의 모든 경우에서 True Die는 주로 경삭을 위해 CBN(입방정 질화붕소) 절삭 공구를 사용합니다. Sumitomo. 이 매장에서는 CBN이 매우 단단한 재료의 경우 세라믹보다 오래 지속되고, 반복성이 더 뛰어나며 냉각수를 사용하여 작동할 수 있다는 것을 발견했습니다. 단점은 CBN 커터가 세라믹보다 비용이 더 많이 든다는 것입니다. 일반적으로 연속 절삭에는 Sumiboron BNC200 등급을 사용하고 단속 절삭에는 BNC300 등급을 사용합니다(원형 공구의 약 25%가 단속 절삭을 사용함). 이러한 인서트는 파손 및 마모 저항성의 좋은 균형을 제공하며 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 코팅이 특징이라고 합니다.

True Die는 25도에서 80도(일반적으로 음의 형상을 특징으로 함) 범위의 다이아몬드 모양 인서트와 0.004에서 0.031인치 범위의 노즈 반경을 사용합니다. 55도 인서트는 일반적으로 OD 선삭에 사용되며, 황삭 작업에는 0.030인치 노즈 반경, 마무리 작업에는 0.015인치 노즈 반경이 사용됩니다. 더 강력한 80도 다이아몬드 인서트는 심하게 단속된 절삭에 사용됩니다. 보링 작업의 경우, 작업장은 일반적으로 양의 형상을 가진 80도 인서트를 사용합니다.

McCleary 씨는 음수 또는 양수 형상을 특징으로 하는 인서트를 선택할 때 상충 관계가 있다고 말합니다. 그는 "음수 형상의 인서트가 양수 형상 인서트보다 강하고 뒤집으면 4개의 사용 가능한 모서리를 제공할 수 있다는 것을 발견했습니다."라고 설명합니다. 그러나 이러한 인서트는 절삭 압력을 더 많이 발생시키고 여유 공간이 적습니다. 양수 형상 인서트는 더 자유롭게 절삭하고 여유 공간이 더 많지만 절삭 모서리가 약합니다.

True Die에서 절삭 데이터 측면에서 모든 경삭 애플리케이션에 대한 확정된 값은 없습니다. 이는 재료 유형, 경도, 작업물 L:D, 절삭 조건 등에 따라 달라지기 때문입니다. 작업장은 매우 단단한 재료의 심하게 단속된 절삭의 경우 150sfm에서 적당한 경도 등급의 온화한 재료의 경우 최대 550sfm까지 실행될 수 있습니다.

Stahl 씨는 작업장에서 마무리 작업에 사용하는 일반적인 절삭 깊이(DOC)가 0.003~0.004인치라고 말하지만, 절삭 공구 담당자는 DOC가 최소한 공구의 코 반경과 같아야 한다고 제안했습니다. 그러나 True Die는 작업물 L:D가 20:1보다 높은 경우와 같이 더 깊은 절삭의 압력이 작업물 처짐을 너무 많이 일으키고 종종 공차를 유지하지 못하게 한다는 것을 발견했습니다. 이 압력은 부품에 응력을 가하여 휘게 할 수도 있습니다.

열처리 후 제거할 0.010~0.012인치의 재고를 남겨두면 3회의 하드 터닝 패스를 같은 0.003인치 또는 0.004인치 DOC에서 수행할 수 있습니다. 이렇게 하면 각 패스의 공구 압력이 동일합니다.

"이전 파트가 사양에 맞게 회전되면 작업자는 방금 제거한 재고의 총량만큼 툴을 뒤로 빼야 하며, 툴이 파트를 간신히 스키밍할 수 있어야 합니다." Stahl 씨가 설명합니다. "그런 다음 첫 번째 패스를 수행하여 작업물을 측정할 수 있는 좋은 표면을 제공하고, 두 번째 패스를 수행하여 작업이 반복되는지 확인하고, 마지막 패스를 수행하여 작업물을 최종 크기로 만듭니다."

이 방법을 사용하면 작업장에서 도구가 반복되지 않을 때까지 도구를 밀어낼 수 있습니다. 마모는 정상적이고 예상되며, 인서트가 반복 가능한 양으로 마모되는 한 관리할 수 있습니다. 그러나 현재 모서리가 반복되지 않는 경우 인서트를 변경하거나 새로운 모서리로 인덱싱해야 합니다.

단속 절삭을 제외하고, 이 작업장은 거의 모든 경우에 냉각수를 사용합니다. 냉각수는 칩을 씻어내거나 윤활을 제공하는 데 사용하지 않고, 부품을 냉각하는 데 사용합니다. McCleary 씨는 "때로는 냉각수 흐름을 불활성 팁에서 멀리, 어떤 경우에는 부품의 반대쪽에도 보냅니다."라고 말합니다. "고경도 분말 금속 재료는 열팽창이 허용 오차를 초과할 정도로 경삭 중에 많은 열을 발생시킵니다. 게다가 냉각수를 사용하지 않으면 작업자는 경삭 후 측정하기 전에 작업물을 냉각해야 합니다. 냉각수를 사용하면 부품을 즉시 측정할 수 있습니다." 이 작업장은 절삭 날의 열 파괴 가능성 때문에 단속 절삭에 냉각수를 사용하지 않습니다.

True Die의 두 대의 Quickturn Nexus 기계 중 하나는 하드 터닝 작업에 예약되어 있고, 다른 하나는 기존 터닝에 용량이 필요할 때 가끔 사용됩니다. 사실, Stahl 씨는 가능하다면 터닝 센터를 하드 터닝 공정에 전담하는 것이 중요하다고 생각합니다. 그는 "하드 터닝 마무리 작업으로 기계 일정을 채울 작업이 있다면, 그 기계를 황삭으로 망가뜨릴 이유가 무엇입니까?"라고 묻습니다. "장기적으로는 하드 터닝 전용 기계 하나를 두는 것이 더 낫습니다. 그 기계가 정밀 작업을 효과적으로 수행할 수 있는 시간이 길어지기 때문입니다. 게다가 모든 적절한 터닝, 페이싱 및 보링 도구를 기계에 설정해 둘 수 있어 설정 속도가 빨라집니다. 그렇긴 하지만, 특히 저용량, 고혼합 작업장에서 기계를 하드 터닝에 전념하는 것이 항상 실용적인 것은 아닙니다."