Eagle Group Syrex. Maszyny i narzędzia do obróbki metalu. Czesław Syrek
eba sp. z o.o.eba sp. z o.o.

Artykuł Dodaj artykuł

Narzędzia i strategie zastosowań do przecinania i rowkowania

Podstawowe cele operacji przecinania i rowkowania są identyczne z celami ogólnych operacji toczenia: uzyskanie pożądanego kształtu obrabianej części, spełnienie wymogów dotyczących dokładności i maksymalizacja produktywności.

Podstawowe cele operacji przecinania i rowkowania są identyczne z celami ogólnych operacji toczenia: uzyskanie pożądanego kształtu obrabianej części, spełnienie wymogów dotyczących dokładności i maksymalizacja produktywności. Dodatkowo jednak przecinanie i rowkowanie rozróżniają konkretne kwestie związane z siłą i sztywnością narzędzia, a także kontrolą wióra. Producenci narzędzi stosują innowacyjne projekty narzędzi oraz zaawansowane mechanizmy dostarczania chłodziwa, by spełnić specjalne wymagania operacji przecinania i rowkowania.
 
Narzędzia do przecinania i rowkowania
 
Podobnie jak w przypadku ogólnych operacji toczenia, operacja przecinania i rowkowania to sytuacja gdy obraca się detal a narzędzie jest nieruchome. Pierwszą kwestią do rozważenia jest skonfigurowanie systemu narzędzi skrawania, które zapewni odpowiedni kształt części. W związku z tym konstrukcje systemów narzędzi do przecinania i rowkowania różnią się w zależności od wielkości i głębokości obrabianych elementów. W przypadku operacji głębokiego rowkowania i przecinania na dużych elementach, a także płytkiego rowkowania i przecinania na mniejszych elementach, producenci narzędzi oferują rozwiązania do przecinania i rowkowania w układzie prostopadłym lub stycznym mocowania płytki. 
 
Jednym z przykładów jest nowa rodzina płytek stycznych firmy Seco Tools o czterech krawędziach skrawających – seria X4. Płytki te, dostępne w szerokościach od 0,5 do 3 mm (0,02 – 0,12 cala), zostały zaprojektowane w celu redukcji zużycia materiału podczas przecinania oraz umożliwienia precyzyjnego rowkowania i kopiowania małych i średnich złożonych części. W zależności od szerokości krawędzi skrawającej, maksymalna głębokość skrawania narzędzia waha się w zakresie od 2,6 do 6,5 mm (0,10 – 0,26 cala) przy maksymalnej średnicy odcinanych prętów wynoszącej od 5,2 do 13 mm (0,20 – 0,52 cala). Styczna konstrukcja płytki kieruje siły skrawania do oprawki, zapewniając maksymalną sztywność, stabilność i produktywność. 
 
Po określeniu podstawowego kształtu płytki kluczowym czynnikiem efektywności przecinania i rowkowania jest wybór kąta krawędzi skrawającej. Narzędzie o kącie wynoszącym zero stopni ma prostopadłą krawędź do elementu obrabianego i przekazuje siły skrawania bezpośrednio do oprawki, co podnosi dokładność, trwałość narzędzia i gładkość powierzchni. Jednakże w momencie ukończenia przecinania, narzędzie o kącie zero stopni pozostawia niedocięty materiał w środku przecinanego pręta. Jeśli takie zjawisko nie jest pożądane, zastosowanie narzędzia o niewielkim kącie spowoduje odcięcie detalu w momencie przechodzenia narzędzia przez środek części. Narzędzia o pewnym kącie charakteryzują się także mniejszym prawdopodobieństwem tworzenia zadziorów w materiałach elementów obrabianych. 
 
Po określeniu podstawowej konfiguracji narzędzia zazwyczaj to charakterystyka materiału elementu obrabianego narzuca gatunek płytki, który zapewnia najbardziej efektywną obróbkę elementu. Twardy materiał lub obróbka przerywana wskazuje konieczność zastosowania gatunku mocnego i odpornego na uderzenia, podczas gdy materiał szczególnie ścierny wymaga gatunku płytki zapewniającego odporność na ścieranie. Powłoki płytki, takie jak powłoka z tlenku aluminium Duratomic® CVD firmy Seco, umożliwiają dostosowanie charakterystyki narzędzi do konkretnych materiałów elementów obrabianych i ścieżek narzędzi. 
 
Zalecenia dotyczące zastosowań
 
W przypadku narzędzi do przecinania i rowkowania istnieją konkretne zalecenia dotyczące konfiguracji. Należy pamiętać o zamontowaniu narzędzia tak, aby jego ostrze było dokładnie prostopadłe do osi elementu obrabianego. Minimalizuje to siły osiowe na narzędziu i zapobiega tarciu na bokach płytki. Jeśli chodzi o położenie narzędzia, wysokość środka krawędzi skrawającej powinna być maksymalnie zbliżona do środka elementu obrabianego, w zakresie +/- 0,1 mm/ 0,004 cala, co także zapobiega wywieraniu zbytniego nacisku na narzędzie, a co za tym idzie zmniejszaniu trwałości narzędzia.
 
Parametry skrawania narzędzi do przecinania i rowkowania różnią się nieco od narzędzi do ogólnego toczenia. W przypadku stałych obrotów wrzeciona, prędkość skrawania zmniejsza się do zera, gdy dociera ono do osi pręta. Zmniejszająca się prędkość wywołuje duże naprężenia w narzędziu i może powodować narost krawędzi. W związku z tym prędkość posuwu powinna zostać zmniejszona do 75 procent, gdy narzędzie zbliża się do środka detalu. Dodatkowo prędkość skrawania może zostać dostosowana pod kątem minimalizacji wibracji. Płytki stosowane w operacjach przecinania i rowkowania są zazwyczaj wąskie, co może prowadzić do niestabilności. W związku z tym mocowanie płytki w najkrótszej listwie oraz w największej oprawce, które nie wpływają negatywnie na detal, również pomaga w kontrolowaniu wibracji. Zapewnienie sztywności samego narzędzia, co jest konieczne we wszystkich operacjach związanych z obróbką skrawaniem, również pomaga w tłumieniu niepożądanych wibracji.
 
Wyzwania związane z kontrolą wióra
 
Ograniczona przestrzeń w strefie skrawania podczas przecinania i rowkowania tworzy wyzwania związane z kontrolą wiórów wytwarzanych podczas obróbki. Zwłaszcza podczas przecinania, narzędzie skrawające jest otoczone materiałem elementu obrabianego, co ogranicza możliwości odprowadzania wiórów. Ponadto, w zależności od materiału elementu obrabianego, cienkie wióry generowane podczas przecinania i rowkowania zazwyczaj nie łamią się. Niekontrolowany, ciągły wiór może przerwać operację skrawania, uszkodzić element obrabiany lub wystawić operatora na niebezpieczeństwo. Dodatkowo, problemy z kontrolą wióra często uniemożliwiają prowadzenie operacji bez nadzoru. 
 
Wiele narzędzi do przecinania i rowkowania posiada geometrię krawędzi skrawającej, która ma na celu gięcie i łamanie wiórów. Przykładem tego jest geometria MC firmy Seco. Jeśli pozwala na to gładkość powierzchni i inne warunki, zatrzymanie posuwu podczas skrawania może pomóc w łamaniu wiórów. Inną metodą kontrolowania wiórów jest zastosowanie chłodziwa, które może wypłukiwać wióry mogące zatykać strefę skrawania. Jednakże, tradycyjne chłodziwo nie jest dostarczane pod ciśnieniem niezbędnym, aby dotrzeć do strefy skrawania w operacjach przecinania i rowkowania. Dodatkowo, trudno jest umiejscowić dysze chłodziwa tak, aby strumień dostarczanego chłodziwa działał optymalnie. Co więcej, stosunkowo słaby przepływ chłodziwa może spowodować powstawanie pary w strefie skrawania. Prowadzi to w efekcie do powstania bariery izolującej, która zatrzymuje, a nie rozprasza, ciepło powstałe podczas procesu skrawania. 
 
Alternatywą dla chłodziwa zalewającego jest chłodziwo dostarczane pod wysokim ciśnieniem tak blisko krawędzi skrawającej, jak to możliwe. Nowoczesne pompy chłodziwa w narzędziach do obróbki dostarczają zazwyczaj chłodziwo pod ciśnieniem od 20 bar (290 psi) do 70 bar (1015 psi). System dostarczania chłodziwa firmy Seco zapewnia wszechstronność pracy przy zachowaniu produktywności zarówno z chłodziwem pod niskim ciśnieniem na poziomie 5 bar (72 psi), pod wysokim ciśnieniem 70 bar (1015 psi), jak i na poziomie rozszerzonym do 275 bar (4351 psi). 
 
W celu zapewnienia maksymalnej efektywności chłodziwo pod wysokim ciśnieniem musi być dostarczane w sposób ukierunkowany, tak blisko strefy skrawania, jak to możliwe. Producenci narzędzi stworzyli różne systemy dostarczania chłodziwa pod ciśnieniem. Jedna z popularnych metod obejmuje kierowanie chłodziwa przez płytkę skrawającą. Firma Seco określiła jednak, że najbardziej efektywny przepływ chłodziwa powstaje, gdy chłodziwo tworzy klin między powierzchnią natarcia płytki, a wiórem, który podnosi wiór i odłamuje go. Jasne jest, że w przypadku kierowania chłodziwa przez płytki skrawające, trudno jest skierować strumień w optymalnym kierunku, aby stworzyć klin. Nie wystarczy dostarczyć chłodziwo w pobliże strefy skrawania. Aby działało ono jak klin, strumień musi znajdować się bliżej i być skierowany ku strefie skrawania.
 
W związku z tym firma Seco stworzyła system dostarczania chłodziwa o nazwie Jetstream Tooling®, który kieruje chłodziwo pod wysokim ciśnieniem przez induktory znajdujące się w docisku oprawki. Niewielka średnica induktorów umożliwia generowanie zwartego, szybkiego strumienia chłodziwa, które jest w stanie spenetrować i nawilżyć strefę dużego tarcia między elementem obrabianym a krawędzią skrawającą. Niedawno, w ramach innowacji skierowanej na kontrolowanie wiórów w trudnych operacjach, firma wprowadziła technologię Jetstream Tooling®Duo w oprawkach narzędziowych do przecinania i rowkowania X4. System ten dostarcza chłodziwo z dwóch wylotów. Poza strumieniami górnymi, skierowanymi w optymalny punkt powierzchni natarcia, nowa technologia Duo wprowadza dodatkowy strumień chłodziwa, który obmywa powierzchnię przyłożenia. Chłodziwo pod ciśnieniem dociera do krawędzi skrawającej z dwóch przeciwnych kierunków, co zapewnia maksymalną kontrolę spływu wióra oraz chłodzenie strefy skrawania. 
 
Zastosowania specjalne
 
Kontrola wióra jest kluczowa zwłaszcza podczas obróbki wymagających materiałów, takich jak stopy tytanu i stal nierdzewna. Materiały te są bardzo wytrzymałe oraz odporne na ciepło i zużycie, więc są często stosowane w drogich częściach w branży lotniczej, energetycznej i medycznej. Jednakże cechy czyniące te materiały doskonałymi do użytku w najważniejszych zastosowaniach równocześnie utrudniają ich obróbkę. Łamanie wióra jest zależne od absorpcji i zmiękczania wiórów przez ciepło generowane podczas skrawania. Niestety przykładowo stopy tytanu słabo przewodzą ciepło, co prowadzi powstawania twardych, trudnych do złamania wiórów. 
 
Ostre narzędzia o wysokim, dodatnim kącie natarcia mogą wydajnie skrawać materiały, takie jak stopy tytanu. Jednakże kontrola wióra i maksymalizacja wydajności często wymaga narzędzi dostarczających chłodziwo pod wysokim ciśnieniem. Połączenie ukierunkowanego przepływu chłodziwa i efektu klina między powierzchnią natarcia płytki a wiórem powoduje łamanie wiórów na mniejsze, łatwiejsze w obsłudze fragmenty. 
 
Wnioski
 
Procesy przecinania i rowkowania stanowią ważną część operacji toczenia. Wiążą się z nimi także wyjątkowe wyzwania. Ograniczona strefa skrawania podczas tych procesów wymaga ostrożnego rozważenia podstawowego kształtu narzędzia, geometrii i materiału płytek, a także szczegółów konfiguracji i parametrów skrawania. Kontrola wióra, problem występujący podczas wszystkich operacji obróbki, staje się kwestią bardziej krytyczną przy niewielkich przestrzeniach i wąskich ostrzach tworzących cienkie, trudne do złamania wióry. Producenci narzędzi stworzyli geometrie kontroli wióra, które mogą pomóc w rozwiązaniu tych problemów. Pomóc mogą także strategie skrawania, takie jak zatrzymanie posuwu. Dostarczane w określony sposób chłodziwo pod ciśnieniem może stanowić doskonałą metodę kontroli wiórów. Niekontrolowanie powstające wióry wymagają stałego nadzoru operatora, w związku z czym jedną z podstawowych korzyści spójnej kontroli wióra jest możliwość prowadzenia operacji obróbki z minimalnym nadzorem lub bez nadzoru. Chłodziwo zapewnia także takie same zalety, jak w przypadku innych operacji obróbki, w tym większą trwałość narzędzi i/lub możliwość podnoszenia parametrów skrawania. Razem, narzędzia, techniki i innowacje nowoczesnych narzędzi do przecinania i rowkowania umożliwiają użytkownikom maksymalizację produktywności w tych specjalistycznych, lecz ważnych procesach obróbki.

Podobne artykuły