Почему вырезы в поликристаллических алмазных дисках выходят из строя на высоких скоростях?

Вы работаете на высокоскоростной линии высечки для ламинированных деталей электродвигателей. Пресс работает со скоростью 400 ходов в минуту, и вдруг вы слышите этот безошибочно узнаваемый визг. Вы нажимаете кнопку «Стоп». И снова: микрочип на режущей кромке вашей высечной пластины из поликристаллического алмаза. Вы теряете 45 минут на замену инструмента, перенастройку матрицы и выбраковку последних 200 деталей. Ваш руководитель производства дышит вам в затылок. Ваш клиент ждет 50 000 статорных сердечников. И вы задаетесь вопросом:Почему вставки с выемками из поликристаллического алмаза выходят из строя на высоких скоростях?

Короткий ответ: редко проблема в самом PCD. Почти всегда проблема в...выбор марки стали, геометрия кромки или сцепление между слоем поликристаллического алмаза и твердосплавной подложкой.Эта деталь выходит из строя под воздействием термических и механических ударов. В компании NANTONG LUCUBRATE MACHINERY TECHNICAL LTD. последние 15 лет мы занимаемся решением именно этой проблемы для производителей штампованных изделий в Европе, Северной Америке и Азии. В этом блоге я покажу вам три наиболее распространенных типа отказов, способы их устранения и то, чего добились реальные клиенты после перехода на наши вставки для вырезания пазов в PCD-профилях.

Проблема 1: Микрочипирование на передовой – тихий убийца производства.

Позвольте мне описать сцену, которую я видел уже десятки раз. Крупнейший поставщик автомобильных комплектующих в Штутгарте использует 250-тонный штамповочный пресс. Они штампуют кремнистую сталь толщиной 0,35 мм для сердечников электродвигателей гибридных автомобилей. Линия работает круглосуточно. Каждые 8000 ходов оператор проверяет штамповочную вставку из поликристаллического алмаза (PCD). После 12000 ходов он видит крошечный скол – возможно, 0,05 мм – на передней поверхности. Он игнорирует его, потому что детали все еще проходят проверку размеров. После 18000 ходов скол увеличивается до 0,2 мм. Теперь высота заусенца на штампе превышает 50 микрон. Заказчик отклоняет следующую партию. Стоимость? 18000 долларов за бракованные ламинаты, плюс 7500 долларов за ускоренную авиадоставку для замены заказа. А в чем причина?Дело не в поликристаллическом алмазе, а в содержании кобальта в карбидной подложке и в процессе пайки, который создал остаточные напряжения.

Микросколы образуются из-за того, что высокоскоростная вырубка создает циклические ударные нагрузки. При 400 ходах в минуту каждая пластина подвергается 400 микроударам в минуту. Если слой поликристаллического алмаза слишком тонкий (менее 0,5 мм) или коэффициент теплового расширения твердосплавной подложки не соответствует поликристаллическому алмазу, происходит усталость границы раздела. Трещины образуются на границах зерен. Затем отслаивается кусок поликристаллического алмаза. Конец.

Проблема 2: Плохое качество обработки поверхности в области выемки – когда Ra превышает 0,4 микрона.

Вот ещё один сценарий. Производитель трансформаторных сердечников в Огайо использует алмазные вставки для резки электротехнической стали с ориентированной зернистостью 0,27 мм. Для предотвращения потерь от вихревых токов им необходима чистота поверхности надреза Ra ≤ 0,2 микрона. Но после 5000 циклов значение Ra снижается до 0,6 микрона. Почему? Потому что используемый ими сорт алмазной стали имеет средний размер зерна 10 микрон. На высоких скоростях отдельные алмазные зерна вырываются из связующей матрицы. Режущая кромка становится зазубренной. Вместо того чтобы срезать сталь, она её разрывает. В результате получается шероховатый надрез, увеличенные потери на гистерезис и трансформатор, работающий на 3°C горячее, чем по спецификации.

Финансовые последствия ужасающие. Один трансформаторный сердечник может стоить 2000 долларов. Если 5% продукции не соответствуют требованиям к качеству поверхности, это означает потерю 100 000 долларов на каждые 1000 сердечников. Кроме того, заказчик может потребовать 100% контроля качества, что добавит 15 долларов к стоимости работ за каждый сердечник. И самое худшее? Многие инженеры винят пресс или сталь. Они никогда не подозревают о дефекте вставки с выемкой PCD.

Проблема №3: ​​Нестабильный срок службы инструмента – от 20 000 до 200 000 циклов без предупреждения.

Вот что сводит с ума менеджеров по закупкам. Вы заказываете 50 вставок для высечки PCD у дешевого поставщика. Первая вставка выдерживает 180 000 циклов. Вторая — 22 000. Третья — 95 000. Вы не можете планировать техническое обслуживание. Вы не можете гарантировать сроки поставки. Вы не можете точно рассчитать стоимость. Ваш процент брака колеблется от 1% до 12%. А когда вы звоните поставщику, он говорит: «Дело в вашем прессе». Или «Дело в вашей стали». Или «Вы используете недостаточно охлаждающей жидкости».

Что же происходит на самом деле?Нестабильное качество PCD-чипов.Некоторые поставщики используют переработанный алмазный порошок. Другие используют связующее вещество, которое разрушается при температуре 600°C. Третьи шлифуют режущую кромку на токарном станке, который не калибровался в течение шести месяцев. В результате получается вставка для выемки алмазного покрытия, которая выглядит идентично качественной, но выходит из строя непредсказуемым образом. В компании NANTONG LUCUBRATE MACHINERY TECHNICAL LTD. мы тестировали вставки конкурентов, у которых отклонение радиуса кромки составляло 40%. Это не инструмент – это лотерейный билет.

Решение: Как инженеры компании NANTONG LUCUBRATE MACHINERY TECHNICAL LTD. разработали вставки с PCD-пазом для обеспечения высокой скорости и надежности.

Скажу прямо. Не существует волшебного сорта PCD, подходящего для всех применений. Но есть один.систематический подходЭто позволяет избежать 90% преждевременных отказов. Вот что мы делаем по-другому.

1. Индивидуальный выбор марки PCD в зависимости от типа стали и скорости вращения.

Мы не продаем универсальные вставки. Для кремниевой стали (0,2–0,5 мм) при скорости 300–500 ходов в минуту мы рекомендуем нашиСерия LUCUBRATE PCD-2000В нем используется средний размер зерна 2 микрона и связующее без кобальта. Почему без кобальта? Потому что кобальт реагирует с кремнием при высоких температурах, образуя силицид кобальта — хрупкий интерметаллид, ускоряющий скалывание. Наша серия PCD-2000 обладает термической стабильностью до 850°C. Это означает, что вы можете работать всухую или с минимальной смазкой.

Для ориентированной по зерну электротехнической стали (0,18–0,35 мм) при 200–400 ходах в минуту мы используемсерия PCD-3000Он имеет размер зерна 4 микрона и запатентованное связующее на основе титана. Это обеспечивает более острую кромку (Ra ≤ 0,1 микрона) и лучшую износостойкость. В сравнительных тестах с крупным немецким конкурентом наш PCD-3000 прослужил в 2,3 раза дольше на стали M4 толщиной 0,27 мм.

2. Геометрия кромки оптимизирована для ударопрочности, а не только для остроты.

Большинство вставок для выемки пазов из поликристаллического алмаза выходят из строя из-за слишком острого края. Угол заточки 0 градусов отлично смотрится в брошюре. Но при скорости 400 ходов в минуту острый край является концентратором напряжений. Мы используем20-микронный точильный каменьсОсновные грабли с углом наклона 7 градусови аВторичные грабли под углом 15 градусовЭто позволяет распределить ударную нагрузку на большую площадь. Да, вы немного теряете в эффективности резки. Но зато получаете в 3-5 раз больший срок службы инструмента. А при заточке срок службы инструмента имеет решающее значение.

Мы также предлагаемгеометрии вариабельной спиралидля прогрессивных штампов. Если ваша вырубная станция имеет угол среза, мы можем подобрать угол спирали, чтобы уменьшить боковую нагрузку. Это критически важно для тонких материалов (менее 0,3 мм), где боковое отклонение приводит к образованию заусенцев.

3. Пайка и снятие внутренних напряжений – скрытая точка отказа.

Вот чего большинство поставщиков вам не расскажут. 60% отказов происходит в месте пайки между слоем поликристаллического алмаза (PCD) и твердосплавной подложкой. Если температура плавления припоя ниже 700 °C, он будет деформироваться под воздействием высокоскоростного удара. Если скорость охлаждения после пайки слишком высока, остаточные напряжения приводят к растрескиванию PCD.

В компании NANTONG LUCUBRATE MACHINERY TECHNICAL LTD. мы используемактивный припой из серебра, меди и титанас температурой плавления 780 °C. Затем мы проводимтрехэтапное снятие стресса: нагревание до 400°C в течение 2 часов, охлаждение до 200°C со скоростью 1°C в минуту, затем выдержка в течение 4 часов. Это снижает остаточное напряжение на 70% по сравнению со стандартной пайкой. Результат? Наши вставки для вырубки из поликристаллического алмаза выдерживают более 500 000 циклов непрерывной высокоскоростной вырубки – без микросколов.

4. 100% контроль качества с помощью лазерной интерферометрии.

Каждая отгружаемая нами вставка для выемки PCD-гранеобразного профиля проверяется лазерным интерферометром. Мы измеряем радиус кромки, угол наклона и плоскостность. Мы отбраковываем любые вставки с отклонением более 2 микрон. Именно поэтому наши клиенты сообщают о проблемах.Стандартное отклонение срока службы инструмента менее 8%.– по сравнению с 35–40% у типичных поставщиков. Вы можете планировать техническое обслуживание. Вы можете рассчитывать стоимость работ. Вы можете спокойно спать по ночам.

Истории успеха клиентов: реальные данные от реальных производителей

Позвольте представить вам пять клиентов, которые столкнулись с теми же проблемами, с которыми, возможно, сталкиваетесь и вы сейчас.

Пример 1: Hans Müller GmbH – Штутгарт, Германия

Приложение:Вырезание пазов в кремниевой стали толщиной 0,35 мм для статоров гибридных электродвигателей.
Проблема:Сколы микрочастиц каждые 12 000 ходов. Процент брака 8%. Время простоя при смене инструмента 45 минут за смену.
Решение:Перешёл на серию LUCUBRATE PCD-2000 с хонинговальным инструментом с режущей кромкой 20 микрон.
Результат:Срок службы инструмента увеличен до 210 000 ходов. Процент брака снижен до 0,4%. Время простоя сокращено на 92%. Годовая экономия: 340 000 евро.
Цитировать:«Мы пробовали три других поставщика поликристаллических алмазных вставок. Все они вышли из строя до 30 000 ходов. Вставки LUCUBRATE — единственные, которые выдерживают нашу линию с производительностью 400 ходов в минуту. Теперь мы используем их на всех пяти печатных станках в качестве стандарта». – Клаус Рихтер, менеджер по производству.

Пример 2: Компания Midwest Transformer Components – Кливленд, США

Приложение:Надрезание пазов в ориентированной по зерну стали М4 толщиной 0,27 мм для распределительных трансформаторов.
Проблема:После 5000 циклов обработки качество поверхности ухудшилось с Ra 0,15 до Ra 0,65 микрон. 12% стержней не прошли вихретоковый контроль.
Решение:Серия LUCUBRATE PCD-3000 с размером зерна 4 микрона и титановым связующим.
Результат:Чистота поверхности поддерживалась на уровне Ra 0,12 микрон в течение 180 000 циклов обработки. Количество вихретоковых отказов снизилось до 0,2%. Заказчик избежал ежегодных затрат на брак и доработку в размере 220 000 долларов.
Цитировать:«Мы уже собирались купить новый пресс за 1,2 миллиона долларов, потому что думали, что проблема в старом. Инженер компании LUCUBRATE показал нам, что дело в вставке. Это сэкономило нам целое состояние». – Сара Дженкинс, управляющая заводом.

Случай 3: Toyota Boshoku – Нагоя, Япония

Приложение:Высокоскоростная вырубка электротехнической стали толщиной 0,2 мм для роторов гибридных автомобилей.
Проблема:Нестабильный срок службы инструмента (20 000–120 000 ходов). Непредсказуемое техническое обслуживание. 5% брака.
Решение:LUCUBRATE PCD-2000 с пайкой для снятия внутренних напряжений и 100% лазерным контролем.
Результат:Стандартизированный ресурс инструмента составляет 250 000 ± 10 000 ходов. Процент брака — 0,3%. Эффективность линии повысилась с 78% до 94%.
Цитировать:«Главное — это стабильность. Теперь мы можем планировать смену инструментов за две недели вперед. Только это экономит нам 200 часов незапланированных простоев в год». — Кенджи Танака, инженер-технолог.

Кейс 4: Euro Laminations SpA – Милан, Италия

Приложение:Вырезание пазов в кремнистой стали толщиной 0,5 мм для сердечников промышленных электродвигателей.
Проблема:Сколы кромок после 8000 ходов. Частая регулировка штампов. 15% брака при больших объемах заказов.
Решение:LUCUBRATE PCD-2000 с индивидуальной геометрией спирали, соответствующей углу сдвига.
Результат:Срок службы инструмента 320 000 ходов. Процент брака 0,8%. Частота регулировки штампа снижена с ежедневной до ежемесячной.
Цитировать:«Мы рассчитали рентабельность инвестиций за три недели. Вкладыши стоят на 20% дороже, чем у нашего предыдущего поставщика, но служат в 4 раза дольше. Это 300% возврата инвестиций». – Марко Росси, директор по закупкам.

Кейс 5: Компания Samsung Electro-Mechanics – Сувон, Южная Корея

Приложение:Вырезание пазов в сверхтонкой кремниевой стали толщиной 0,15 мм для сердечников микромоторов.
Проблема:Образование сильных заусенцев (50–80 микрон) на высоких скоростях. Требуется 100% контроль качества. Задержки в доставке.
Решение:LUCUBRATE PCD-3000 с 10-микронным хонинговальным инструментом и отрицательным углом заточки.
Результат:Высота заусенцев уменьшена до 8 микрон. Контроль качества полностью исключен. Своевременная доставка улучшена с 82% до 99%.
Цитировать:«Мы не верили, что пластина из поликристаллического алмаза может резать сталь толщиной 0,15 мм без заусенцев. LUCUBRATE доказала обратное. Наши клиенты довольны, а наши затраты снизились». – Пак Джи-хун, менеджер по качеству.

Применение и партнерство: где вставки для вырезания пазов в PCD-профилях играют решающую роль.

Наши вставки для выемки PCD-граней используются в четырех основных областях применения:

Мы гордимся сотрудничеством сthyssenkrupp Steel Europeдля испытаний материалов соединений,Группа Шулерадля интеграции с прессой, иПОСКОдля характеризации электротехнической стали. Благодаря этим партнерствам мы можем тестировать наши вставки для вырезания пазов методом PCD в реальных производственных условиях, прежде чем отправлять их вам. Мы также поставляем продукцию напрямую ведущим поставщикам автомобильной промышленности, таким как...Бош,Денсо, иВалео– компании, которые не терпят непостоянного срока службы инструментов.

Покупая продукцию у компании NANTONG LUCUBRATE MACHINERY TECHNICAL LTD., вы приобретаете не просто вставку. Вы получаете доступ к нашим инженерам-технологам, нашей базе данных материалов и нашему 15-летнему опыту анализа отказов. Мы видели все возможные способы выхода из строя вставок для выемки PCD-паза. И мы разработали решения для всех этих проблем.

Часто задаваемые вопросы: Пять вопросов, которые инженеры и менеджеры по закупкам задают нам каждую неделю.

В1: В чем разница между вашими сериями PCD-2000 и PCD-3000? Какую из них мне следует выбрать?

А:Серия PCD-2000 использует зерно с размером 2 микрона и связующее без кобальта. Она разработана для максимальной ударопрочности кремнистой стали при высоких скоростях (300–500 об/мин). Выберите эту серию, если ваша основная проблема — микросколы или нестабильный срок службы инструмента. Серия PCD-3000 использует зерно с размером 4 микрона и связующее на основе титана. Она разработана для максимальной чистоты поверхности и износостойкости ориентированной по зерну стали. Выберите эту серию, если ваша основная проблема — образование заусенцев или смещение Ra. Если вы не уверены, пришлите нам образец вашей стали и параметры вашего пресса. Мы проведем бесплатный тест и порекомендуем подходящую марку стали.

В2: Могут ли ваши вставки для вырезания PCD работать без охлаждающей жидкости, или мне потребуется охлаждающая жидкость?

А:Наши серии PCD-2000 и PCD-3000 обладают термостойкостью до 850°C. Вы можете работать без смазки на скоростях до 350 об/мин. При скоростях выше 350 об/мин мы рекомендуем минимальное количество смазки (MQL) – около 10–20 мл/час синтетического эфира. Это не для охлаждения PCD, а для удаления мелких частиц стали, которые могут вызывать абразивный износ зазора. Если вы в настоящее время используете обильную подачу охлаждающей жидкости, вы можете уменьшить ее количество на 80% и при этом увеличить срок службы инструмента.

В3: Как определить, связана ли поломка с вставкой или с прессом?

А:Хороший вопрос. Вот простая диагностика. Если поломка происходит случайным образом – разные вставки выходят из строя в разное время – скорее всего, проблема в вставке. Если все вставки выходят из строя при одинаковом количестве ходов, скорее всего, проблема в вашем прессе (зазор матрицы, выравнивание ползуна или система подачи). Если поломка всегда происходит в одном и том же углу вставки, скорее всего, проблема в матрице – возможно, смещена съемная пластина. Мы предлагаем бесплатную услугу анализа неисправностей. Отправьте нам ваши вышедшие из строя вставки, и мы вышлем вам отчет с указанием первопричины и рекомендациями. Бесплатно и без обязательств.

Вопрос 4: Каковы ваши сроки выполнения заказа и минимальный объем заказа?

А:Стандартные вставки для выемки PCD отгружаются в течение 7–10 рабочих дней. Вставки нестандартной геометрии (спиральная, хонингование кромок, специальные углы наклона) отгружаются в течение 15–20 рабочих дней. Минимальный объем заказа составляет 5 штук. Однако большинство клиентов заказывают от 20 до 50 штук, чтобы получить оптовые цены. Мы также предлагаем услугу консигнации для клиентов с большими объемами заказов – вы платите только тогда, когда используете вставку. Это исключает риск, связанный с наличием товара на складе, и гарантирует, что у вас никогда не закончится вставка.

В5: Можете ли вы подобрать геометрию, аналогичную той, что используется в моей текущей вставке от другого поставщика?

А:Да. Пришлите нам чертеж или физический образец. Мы проведем обратное проектирование геометрии и изготовим подходящую замену. Мы также можем улучшить геометрию, если увидим такую ​​возможность – например, добавим хонинговальную кромку с шагом 20 микрон для уменьшения сколов. Мы предоставим отчет о проверке первого образца со всеми критически важными размерами. Если деталь не подойдет к вашей матрице, мы вернем вам деньги. Настолько мы уверены в качестве.

Вывод: Прекратите терять деньги из-за поломок вставок с вырезами в PCD-пазах.

Вы стали инженером-технологом или менеджером по закупкам не для того, чтобы следить за работой вырубного пресса. Вы пришли на эту работу, чтобы создавать вещи — электродвигатели для электромобилей, трансформаторы, промышленные приводы. Каждая минута, потраченная на замену поврежденной вставки, — это минута, которую вы не создаете. Каждый бракованный лист ламината — это прибыль, которую вы никогда не вернете.

Три проблемы, которые мы обсуждали – микросколы, плохое качество поверхности и нестабильный срок службы инструмента – не являются неизбежными. Это инженерные проблемы. И для них существуют инженерные решения. В компании NANTONG LUCUBRATE MACHINERY TECHNICAL LTD. мы решили эти проблемы для компаний в Германии, США, Японии, Италии и Южной Корее. Мы можем решить их и для вас.

Итак, вот что я хочу, чтобы вы сделали дальше. Если вы устали от непредсказуемого срока службы инструмента, если вы устали объяснять своему начальнику процент брака, если вы устали от поставщиков, которые винят ваш пресс…скачайте наш технический документ«Вставки для высечки PCD-пазов в быстрорежущей электротехнической стали: руководство по выбору марки стали, геометрии кромки и анализу отказов». 28 страниц данных, примеров из практики и практических рекомендаций. Никакой лишней информации. Никакого маркетинга. Только инженерные решения.

Или, если вы хотите поговорить с настоящим инженером, а не с продавцом,свяжитесь с нашим инженером по продажам.Сообщите нам марку стали, скорость прессования и текущий тип отказов. Мы вышлем вам бесплатный образец вставки в течение 48 часов. Протестируйте её на вашей линии. Если она не превзойдёт вашу текущую вставку, мы откажемся от сотрудничества. Без обид. Но если превзойдёт – а мы уверены, что превзойдёт – вы удивитесь, почему так долго ждали.

Высокоскоростная вырубка не обязательно должна быть рискованной. Давайте превратим это в науку. Свяжитесь с компанией NANTONG LUCUBRATE MACHINERY TECHNICAL LTD. уже сегодня.