Các cửa hàng quyết định mở rộng sang các thị trường mới thường được thúc đẩy để bổ sung thiết bị gia công mới hoặc áp dụng các quy trình gia công mới để hỗ trợ cho nỗ lực của họ. Trong trường hợp của True Die, những bước tiến mà công ty đã thực hiện để đa dạng hóa các sản phẩm của mình bằng cách sản xuất các công cụ tròn chính xác cho các ứng dụng tạo hình kim loại tấm kéo sâu đã khiến công ty phát triển một chiến lược hiệu quả cho tiện cứng. Mục tiêu là loại bỏ nhu cầu mài đường kính trong (ID) và đường kính ngoài (OD) của (chủ yếu) các công cụ tròn bằng kim loại bột đã tôi có độ cứng lên đến 64 HRC, cho phép công ty đạt được tốc độ loại bỏ vật liệu cao hơn trong khi vẫn phù hợp với những gì quá trình mài có thể đạt được về độ đồng tâm, độ hoàn thiện bề mặt và độ chính xác về kích thước. Kể từ đó, công ty đã thực hiện được điều đó, thiết lập khả năng tiện cứng các đường kính và bán kính với độ chính xác ±0,0002 inch.

Trên thực tế, hai trong số những máy móc mới được thêm vào gần đây của xưởng Zeeland, Michigan là các trung tâm tiện được mua chủ yếu để tiện cứng. Mitch Stahl là chuyên gia kỹ thuật của True Die, cùng với Chris McCleary, điều phối viên tiện, đã lãnh đạo một nhóm thợ máy trong việc thiết lập chiến lược tiện cứng của xưởng. Tóm lại, ông cho biết cách tiếp cận của xưởng được tóm gọn lại thành ba khái niệm có liên quan với nhau: thiết lập độ cứng của quy trình tổng thể, triển khai đúng loại dụng cụ cắt và áp dụng dữ liệu cắt phù hợp.

Từ khóa ở đây là liên kết. Ông Stahl cho rằng việc chỉ triển khai một hoặc hai trong số các khái niệm này sẽ không hiệu quả; tất cả đều phải được giải quyết một cách thích hợp để có thể tiện cứng hiệu quả. Ông lưu ý rằng “Điều quan trọng không kém là phải chú ý đến các chi tiết nhỏ khi đưa một quy trình như thế này vào thực hiện”.

Chết thật, trước đây là Contour Tool and Engineering trước khi mua lại công ty đó vào năm 2015, có chuyên môn trong thiết kế, gia công và lắp ráp khuôn ép nhựa và bộ khuôn tiến bộ. Công ty có một loạt các thiết bị gia công đa dạng trong cơ sở rộng 10.000 foot vuông, bao gồm máy phay CNC, trung tâm tiện, máy mài và thiết bị EDM dây và chìm.

Brian Brown, chủ tịch True Die, cho biết ngành công nghiệp tạo hình kim loại kéo sâu đại diện cho một cơ hội để cửa hàng đa dạng hóa sang một thị trường mới bổ sung cho các thị trường khác mà cửa hàng phục vụ. Ông Brown cho biết: "Chuyên môn của chúng tôi về ứng dụng dập kéo sâu đã định vị chúng tôi là một nhà cung cấp dụng cụ độc đáo, cho phép chúng tôi mang đến các giải pháp hữu hình và các công cụ hiệu suất cao hơn cho thị trường". "Với hơn 100 năm kinh nghiệm kết hợp trong thiết kế, phát triển và sản xuất dập kéo, chúng tôi đã chuẩn bị tốt với sự hiểu biết sâu sắc về các yêu cầu độc đáo của ngành công nghiệp đó".

Vào thời điểm mua lại, Contour chỉ sản xuất khuôn và khuôn dập. Việc phát triển quan hệ đối tác chiến lược với một công ty dập sâu đã tạo điều kiện cho hai khách hàng bổ sung cung cấp sự đa dạng hóa và cơ hội tăng trưởng nhanh chóng, cửa hàng đã hoàn thiện các dịch vụ của mình bằng cách thành lập cái mà ông Brown gọi là "bộ phận chi tiết", cung cấp các thành phần riêng lẻ cho các công cụ dập sâu mới và hiện có cũng như thiết bị lắp ráp tự động. Trên thực tế, công việc chi tiết hiện chiếm 50 phần trăm doanh số của cửa hàng và công ty đã tăng trưởng gần 700 phần trăm trong hai năm kể từ khi tham gia thị trường chi tiết.

Công cụ tròn này được sử dụng trong khuôn phức tạp, tiến bộ và kéo sâu được sử dụng để tạo ra các thành phần (thường là hình trụ) từ tấm kim loại (thường là thép không gỉ), chủ yếu cho các ứng dụng ô tô, chẳng hạn như các thành phần cho hệ thống nhiên liệu, phanh và túi khí. Ông Brown cho biết: “Ban đầu, chúng tôi cho rằng mình cần mua một máy mài hình trụ có khả năng hơn để đạt được dung sai và hoàn thiện công cụ tròn theo yêu cầu”. “Tuy nhiên, với kinh nghiệm về tiện cứng, ông Stahl cho rằng quy trình tiện cứng sẽ đạt được độ chính xác mà các công cụ yêu cầu và đạt được năng suất nhanh hơn so với mài do tốc độ loại bỏ vật liệu cao hơn. Ngoài ra, chúng tôi cũng có thể tiện hiệu quả các cấu hình phức tạp trong vật liệu đã tôi cứng mà chi phí mài sẽ cao và có thể yêu cầu các hoạt động mài định hình”.

Vì True Die là một xưởng gia công, nên kích thước lô hàng cho dụng cụ tròn của họ thấp (thường dao động từ một đến sáu sản phẩm) và hỗn hợp sản phẩm của họ cao. Chiều dài dụng cụ có thể dao động từ 20 inch và đường kính từ 0,1 đến 12 inch, và nhiều phiên bản có tỷ lệ chiều dài trên đường kính cao (L:D).

Xưởng chủ yếu tạo ra các dụng cụ tròn từ phôi hợp kim bột kim loại, được làm từ các hạt kết hợp của nhiều loại kim loại và nguyên tố hợp kim khác nhau. "Công thức" bột kim loại được nén thành dạng phôi mà xưởng đầu tiên gia công ở trạng thái mềm hoặc "xanh" trước khi xử lý nhiệt, liên kết các hạt riêng lẻ lại với nhau để tạo thành phần cứng. Tùy thuộc vào hợp kim bột kim loại cụ thể, độ cứng của dụng cụ ở trạng thái xanh về cơ bản không đáng kể và có thể gia công hiệu quả bằng các phương pháp tiện thông thường. Tuy nhiên, sau khi xử lý nhiệt, độ cứng của dụng cụ có thể đạt tới 64 HRC. Các loại thép bột kim loại thông thường mà xưởng gia công bao gồm CPM 3V, 9V và 10V, cũng như M2 và M4.

True Die thường để lại khoảng 0,010 đến 0,012 inch vật liệu thừa sau khi tiện dụng cụ ở trạng thái đã tôi trước để cho phép thực hiện các lần tiện cứng tiếp theo. Nó có thể để lại nhiều vật liệu thừa hơn trên các bộ phận có xu hướng cong vênh nghiêm trọng sau khi xử lý nhiệt, chẳng hạn như các bộ phận có L:D cao. Trong trường hợp cong vênh đáng kể, thách thức không phải là đạt được dung sai kích thước, mà là dung sai đồng tâm chặt chẽ. Ông Stahl cho biết: "Đôi khi, việc làm thẳng một bộ phận cong vênh còn khó hơn là làm cho nó về đúng kích thước".

Hai trung tâm tiện gần đây True Die được mua để tiện cứng là MazakCác mẫu Quick Turn Nexus 250 II với tháp pháo 12 trạm (cả hai đều không có trạm gia công trực tiếp). Ông Stahl cho biết, máy đầu tiên trong số này được mua vào tháng 4 năm 2016 và máy thứ hai được mua vào tháng 8 cùng năm, và chúng cung cấp độ cứng mà xưởng cần để tạo thành nền tảng cho quy trình tiện cứng của mình.

Theo Mike Utter, đại diện của nhà phân phối máy công cụ Máy móc Addy(Grand Rapids, Michigan), người đã bán máy cho True Die, hệ thống dẫn hướng con lăn lai MX của họ là yếu tố chính tạo nên độ cứng của chúng. Ông giải thích: “Các con lăn cung cấp nhiều bề mặt tiếp xúc hơn so với ổ bi, nhưng lại ít ma sát hơn so với thanh trượt”. “Hệ thống này cũng xử lý hiệu quả khả năng chịu tải nặng, vì con lăn ít bị biến dạng đàn hồi hơn và chúng cung cấp khả năng giảm chấn cao, giúp kéo dài tuổi thọ của dụng cụ. Nó cũng có thiết kế kiểu chữ X phân bổ hiệu quả tải theo bốn hướng—hướng kính (theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ), hướng kính ngược và hướng ngang—và giảm lỗi đảo chiều khi thực hiện chuyển động vào cua”. Ngoài ra, động cơ trục chính tích hợp mà các máy này sử dụng được cho là cung cấp độ đồng tâm tốt hơn trong quá trình cắt tải nặng so với các máy có trục chính dẫn động bằng dây đai.

Ông Stahl cho biết cũng quan trọng không kém khi xem xét độ cứng của dụng cụ cắt và giữ phôi trong quá trình tiện cứng. Để giải quyết vấn đề trước, xưởng sử dụng kẹp collet thay vì kẹp hàm để cung cấp nhiều diện tích bề mặt tiếp xúc hơn với thanh phôi. Ông Stahl cho biết: “Ngoài ra, kẹp song song dễ thực hiện hơn vì không cần nâng hàm khi sử dụng kẹp collet”. “Tất cả các bề mặt ghép cũng phải sạch, bao gồm cả phôi, kẹp collet và mũi trục chính”.

True Die sử dụng HardingeHệ thống kẹp thay đổi nhanh FlexC trên các máy Nexus của hãng (cũng như nhiều trung tâm tiện khác trong xưởng), cung cấp độ lệch tâm chỉ thị tổng thể (TIR) trong phạm vi 0,0004 inch. FlexC cũng tăng tốc thời gian thiết lập và thay đổi khi so sánh với các kẹp hàm thông thường. Hệ thống này có cụm lắp trục chính, đầu kẹp và cờ lê thủ công có nút nhả cò dùng để lắp hoặc thay đổi đầu kẹp thủ công khi kẹp máy ở vị trí không kẹp.

Đầu kẹp collet bao gồm các đoạn thép cứng được ghép lại với nhau bằng quy trình lưu hóa. Vì không có chuôi kẹp collet nên các đoạn kẹp collet vẫn song song với báng. Kẹp song song được cho là giảm thiểu "lực đẩy lùi" của báng và yêu cầu lực kéo thanh kéo ít hơn để đạt được khả năng kẹp giống như các kẹp collet thông thường. Hệ thống này có thể chứa các đường kính thanh dao động từ 3,25 inch và đầu kẹp FlexC thông thường có phạm vi kẹp nhỏ hơn hoặc lớn hơn ±0,020 inch so với kích thước danh nghĩa của nó để phù hợp với sự thay đổi kích thước báng dao mà không cần phải thay đổi thành một kẹp collet có kích thước khác. Xưởng sử dụng các đầu kẹp ba và sáu chấu tiêu chuẩn cho các đường kính phôi lớn hơn 3,25 inch.

Để đảm bảo độ cứng của dụng cụ cắt, trước tiên điều quan trọng là phải định vị dao cắt ở đúng độ cao tâm dụng cụ, ông McCleary giải thích. "Chỉ lệch tâm 0,002 inch cũng có thể gây ra tiếng kêu lạch cạch và rung động", ông nói. "Ngoài ra, đường kính phôi càng nhỏ thì độ cao tâm dụng cụ càng quan trọng". Đó là vì, với cùng khoảng cách dụng cụ từ tâm phôi, tỷ lệ lỗi sẽ tăng lên khi đường kính phôi càng nhỏ.

Cũng nên giảm thiểu tình trạng nhô ra và nhô ra của dụng cụ từ giá đỡ dụng cụ. Thông thường, yếu tố quyết định là khoảng hở của dụng cụ để tiện OD khi sử dụng giá đỡ đuôi và độ sâu của lỗ khi khoan ID. Ông McCleary giải thích rằng “Nếu độ nhô ra dẫn đến rung động, bước đầu tiên là điều chỉnh tốc độ và bước tiến”. “Bước tiếp theo là xem xét bán kính mũi chèn dụng cụ cắt khác hoặc chuẩn bị cạnh”.

Trong hầu hết các trường hợp, True Die sử dụng các công cụ cắt nitride bo khối (CBN) để tiện cứng, chủ yếu từ Sumitomo. Cửa hàng đã phát hiện ra rằng CBN bền hơn gốm sứ đối với các vật liệu rất cứng, có thể lặp lại nhiều hơn và có thể chạy bằng chất làm mát. Sự đánh đổi là máy cắt CBN đắt hơn gốm sứ. Thông thường, nó sử dụng cấp Sumiboron BNC200 để cắt liên tục và cấp BNC300 để cắt ngắt quãng (khoảng 25 phần trăm dụng cụ tròn có các vết cắt ngắt quãng). Những miếng chèn này được cho là có khả năng cân bằng tốt giữa khả năng chống gãy và chống mài mòn, và có lớp phủ titan nhôm nitride (TiAlN).

True Die sử dụng các miếng chèn hình kim cương có góc từ 25 đến 80 độ (thường có hình dạng âm) và bán kính mũi dao có góc từ 0,004 đến 0,031 inch. Miếng chèn 55 độ thường được sử dụng để tiện OD, với bán kính mũi dao 0,030 inch cho các hoạt động gia công thô và bán kính mũi dao 0,015 inch cho công đoạn hoàn thiện. Miếng chèn kim cương 80 độ chắc hơn được sử dụng cho các đường cắt bị gián đoạn nhiều. Đối với các hoạt động khoan, xưởng thường sử dụng miếng chèn 80 độ có hình dạng dương.

Ông McCleary cho biết có sự đánh đổi khi lựa chọn giữa các miếng chèn có hình học âm hoặc dương. Ông giải thích: "Chúng tôi thấy rằng các miếng chèn có hình học âm mạnh hơn các miếng chèn có hình học dương và cũng có thể lật để tạo ra bốn cạnh có thể sử dụng". Tuy nhiên, các miếng chèn này tạo ra nhiều áp lực cắt hơn và cung cấp ít khoảng hở hơn. Miếng chèn có hình học dương cắt tự do hơn và có nhiều khoảng hở hơn, nhưng lại là lưỡi cắt yếu hơn.

Về dữ liệu cắt, không có giá trị chắc chắn nào cho mọi ứng dụng tiện cứng tại True Die, vì nó thay đổi tùy thuộc vào loại vật liệu, độ cứng, L:D của phôi, điều kiện cắt, v.v. Xưởng có thể chạy ở mức thấp nhất là 150 sfm đối với các vết cắt bị gián đoạn nhiều ở các vật liệu rất cứng đến mức cao nhất là 550 sfm ở các vật liệu mềm hơn với mức độ cứng vừa phải.

Ông Stahl cho biết độ sâu cắt (DOC) điển hình mà xưởng sử dụng cho các hoạt động hoàn thiện là 0,003 đến 0,004 inch, mặc dù các đại diện của công cụ cắt đã đề xuất rằng DOC phải bằng ít nhất là lượng bán kính mũi của công cụ. Tuy nhiên, True Die đã phát hiện ra rằng, trong một số trường hợp, chẳng hạn như khi phôi L:D cao hơn 20:1, áp lực của một vết cắt sâu hơn sẽ khiến phôi bị lệch quá nhiều và thường ngăn không cho phôi giữ được dung sai. Áp lực này thậm chí có thể truyền ứng suất vào chi tiết, khiến chi tiết bị cong vênh.

Bằng cách để lại 0,010 đến 0,012 inch phôi cần loại bỏ sau khi xử lý nhiệt, có thể thực hiện ba lần tiện cứng ở hoặc gần DOC 0,003 hoặc 0,004 inch. Theo cách đó, áp suất dụng cụ là như nhau cho mỗi lần.

“Nếu phần trước được gia công theo thông số kỹ thuật, người vận hành có thể lùi dụng cụ lại bằng tổng lượng vật liệu vừa được loại bỏ, sao cho dụng cụ sẽ chỉ lướt nhẹ qua phần đó”, ông Stahl giải thích. “Sau đó, vấn đề là thực hiện lần chạy đầu tiên để tạo ra bề mặt tốt để đo phôi, thực hiện lần chạy thứ hai và đo để đảm bảo thao tác được lặp lại, sau đó thực hiện lần chạy cuối cùng để đưa phôi đến kích thước cuối cùng”.

Sử dụng phương pháp này cho phép cửa hàng đẩy dụng cụ cho đến khi nó ngừng lặp lại. Sự hao mòn là bình thường và dự kiến, và có thể được quản lý miễn là miếng chèn bị mòn ở mức có thể lặp lại. Tuy nhiên, miếng chèn phải được thay đổi hoặc lập chỉ mục thành một cạnh mới nếu cạnh hiện tại không lặp lại.

Ngoại trừ các lần cắt bị ngắt quãng, xưởng sử dụng chất làm mát trong hầu hết các trường hợp. Xưởng sử dụng chất làm mát không phải để rửa phoi hoặc bôi trơn mà để giữ cho chi tiết mát. Ông McCleary cho biết: “Đôi khi chúng tôi sẽ hướng dòng chất làm mát ra khỏi đầu trơ, thậm chí ở phía đối diện của chi tiết trong một số trường hợp”. “Các vật liệu kim loại bột có độ cứng cao tạo ra rất nhiều nhiệt trong quá trình tiện cứng đến mức sự giãn nở nhiệt từ nhiệt có thể vượt quá dung sai cho phép của chúng tôi. Thêm vào đó, nếu không sử dụng chất làm mát, người vận hành sẽ phải làm mát phôi sau khi tiện cứng trước khi đo. Sử dụng chất làm mát cho phép chúng tôi đo chi tiết ngay lập tức”. Xưởng không sử dụng chất làm mát cho các lần cắt bị ngắt quãng vì khả năng nứt nhiệt của lưỡi cắt.

Một trong hai máy Quickturn Nexus của True Die được dành riêng cho công việc tiện cứng, trong khi máy còn lại đôi khi được sử dụng khi cần công suất cho tiện thông thường. Trên thực tế, ông Stahl tin rằng điều quan trọng là phải dành một trung tâm tiện cho các quy trình tiện cứng nếu có thể. Ông hỏi: “Nếu bạn có công việc để lấp đầy lịch trình của máy bằng các hoạt động hoàn thiện tiện cứng, thì tại sao lại đánh bại máy đó bằng cách gia công thô bằng nó?”. “Về lâu dài, tốt hơn hết là bạn nên giữ một máy chuyên dụng để tiện cứng, vì tôi tin rằng điều đó kéo dài thời gian mà máy có thể thực hiện hiệu quả các hoạt động chính xác đó. Thêm vào đó, nó cho phép bạn giữ tất cả các công cụ tiện, phay mặt và khoan phù hợp được thiết lập trong máy, giúp tăng tốc quá trình thiết lập. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng thực tế khi cam kết sử dụng máy để tiện cứng, đặc biệt là trong xưởng gia công có khối lượng thấp, hỗn hợp cao”.