Ekonomicky výhodné obrábění hliníkových dílů

Spolu se změnami materiálů se mění také nároky na strojní obrábění. V porovnání s aktuálně používanými materiály vyžaduje obrábění slitin hliníku odlišné strategie, zejména co se týká vysokého tlaku na ceny a striktních požadavků na kvalitu a spolehlivost obrábění. Důležitou roli zde sehrávají použité nástroje. Mnoho automobilových výrobců se již s těmito požadavky obrátilo na společnost Walter z Tübingenu. Fabian Hübner, projektový manažer výroby dílů a přepravy, uvádí: „Slitiny hliníku jsou pro automobilový průmysl optimální materiál. Jsou lehké, poskytují dostatečnou pevnost a lze je obrábět řeznou rychlostí, která se zásadně liší od rychlostí používaných při obrábění tradičních litin nebo ocelí. To však neznamená, že jejich obrábění je snadné. Rizikový faktor pro stabilitu celého procesu představují především dlouhé třísky. Kromě toho se na ostrých břitech nástrojů mohou rychle vytvářet nárůstky materiálu. Za těchto podmínek mohou rychle vznikat potíže s dodržením zadaných tolerancí, montážních rozměrů a kvality povrchu. Vše tedy velice úzce závisí na kvalitě řezného nástroje a na volbě správné technologie.“

Při výrobě součástí podvozku z hliníkové slitiny je jednou z největších technických a ekonomických výzev výroba otvorů. Zatímco předem tvářené otvory, například pro náboje kol, se často vyvrtávají, menší otvory, například na ramenech zavěšení kol, jsou naopak vrtány do pevného materiálu. Zohledněny musí být rovněž často velice složité tvary zahloubení vrtaných otvorů a velmi přísné požadavky na přesnost a na kvalitu povrchu. Menší otvory jsou ve většině případů určeny pro uložení kluzných ložisek a tlumičů. To vyžaduje víc než jen nastavení správného průměru otvoru. Přesně vyrobeny musí být například také definované rovinné plochy nebo kuželové části otvorů tak, aby vyhovovaly pro uložení pouzder ložisek nebo tlumičů v dalších fázích výroby. Ve výsledku se tak velice rychle můžeme dostat až na pět obráběcích operací.

Větší počet operací při obrábění jednoho otvoru vyžaduje specifický systém, který mimo jiné zohledňuje také časovou náročnost výměny nástrojů. Také zde pracujeme s rizikem, že se nezdaří splnit zadání a veškeré specifikace týkající se přesnosti, montážních rozměrů, lícování a kvality povrchu. Díky konceptu hybridních nástrojů nabízejí specializovaní výrobci, jako je společnost Walter, svým zákazníkům řešení optimalizované pro konkrétní zakázku, které je charakterizováno maximální spolehlivostí a výslednou kvalitou. A to se skutečně vyplácí. Slovo hybridní zde znamená, že tělo nástroje umožňuje provedení různých obráběcích operací a zejména dokáže fungovat jako několik nástrojů v jednom. Nejedná se zde však pouze o použití vyměnitelných břitových destiček různých tvarů. Hybridní nástroje pracují na principu propojení částí s vyměnitelnými břitovými destičkami a napevno pájenými PKD břity. Jedná se tak o spojení dvou odlišných typů nástrojů. Části podléhající rychlému opotřebení, jako například pro hrubování, jsou proto vybaveny vyměnitelnými břitovými destičkami, které si může snadno vyměnit zákazník sám, aniž by musel celý nástroj posílat na renovaci. Dokončovací obrábění s přesnými rozměry, minimálními úhlovými tolerancemi a striktními požadavky na kvalitu povrchu jsou naopak zajišťovány napevno pájenými PKD břity. Řezné nástroje z PKD jsou charakterizovány vysokou odolností proti opotřebení, a tím i vysokou životností. Hybridní nástroje se používají především pro vrtání do pevných materiálů a k výrobě otvorů kónických a válcových tvarů.

Kované a tepelně zpracované slitiny hliníku s obsahem hořčíku a křemíku jsou hlavním materiálem pro součásti, které se pro výrobu podvozků primárně používají. Práce s nimi obnáší vysoké požadavky na okraje břitu z důvodu jejich vlastností při obrábění. Během obrábění se na okrajích břitů vytvářejí nárůstky, které vedou k jejich rychlejšímu opotřebení. Z důvodu takto vznikajících změn tvaru břitu působí na součást během obrábění vyšší síly, a proto následně nelze dodržet zadané rozměry, úhly či kvalitu povrchu. Tvářené slitiny hliníku také často vytvářejí dlouhé a průběžné třísky, které výrazně ohrožují plynulost obráběcího procesu. Pokud tato rizika nejsou zohledněna, efektivita, jíž lze pomocí hybridních nástrojů dosáhnout, se výrazně snižuje.

Kované a tepelně zpracované slitiny hliníku s obsahem hořčíku a křemíku jsou hlavním materiálem pro součásti, které se pro výrobu podvozků primárně používají. Práce s nimi obnáší vysoké požadavky na okraje břitu z důvodu jejich vlastností při obrábění. Během obrábění se na okrajích břitů vytvářejí nárůstky, které vedou k jejich rychlejšímu opotřebení. Z důvodu takto vznikajících změn tvaru břitu působí na součást během obrábění vyšší síly, a proto následně nelze dodržet zadané rozměry, úhly či kvalitu povrchu. Tvářené slitiny hliníku také často vytvářejí dlouhé a průběžné třísky, které výrazně ohrožují plynulost obráběcího procesu. Pokud tato rizika nejsou zohledněna, efektivita, jíž lze pomocí hybridních nástrojů dosáhnout, se výrazně snižuje.

Díky vyměnitelným břitovým destičkám a ostrým břitům se snižují řezné síly, zatímco velmi hladké čelní plochy a speciální povrch dále snižují vytváření nárůstku na břitech. Vysoce hladký povrch těchto vyměnitelných břitových destiček nabízí malou plochu pro styk s materiálem. Takto upravené vyměnitelné břitové destičky proto mají výrazně delší životnost než běžné, neoptimalizované typy.

Hybridní nástroje společnosti Walter jsou koncipovány a vyrobeny pro aplikace ve specifických výrobních procesech. Samotné tělo nástroje proto již ve svém principu představuje speciální produkt. Vlivem vysoké produktivity, kterou přináší do procesu výroby, se investice do těchto nástrojů rychle vrací. Jeden ze zákazníků společnosti Walter, známá a renomovaná společnost, byl například během fáze vyvrtávání schopen dosáhnout řezné rychlosti v_c přes 1 300 m.min^–1 při posuvu f_z 0,11 mm při vyvrtávání otvorů do ramena nápravy pomocí hybridního nástroje Walter. V následujících fázích vyvrtávání a přesného vyvrtávání poté byla v_c 850 m.min^–1 s posuvem na zub f_z 0,12 mm.

Walter nabízí nový speciální pětistupňový nástroj určený pro vrtání nábojů kol bez jakýchkoliv kompromisů v plnění striktních zadání v oblasti rozměrů a tolerancí. Pomocí téhož nástroje lze nejen vytvořit otvor o požadovaných rozměrech, ale také vyfrézovat rovinnou plochu a začistit otřepy z přední i zadní části otvoru. To je možné díky novým inovativním vyměnitelným břitovým destičkám, které se používají jak v radiálním, tak v tangenciálním směru. Kromě snížení nutnosti výměn nástrojů poskytuje nový vyvrtávací nástroj další výhody a možnosti úspor, a to díky použití exkluzivních vyměnitelných břitových destiček. V porovnání s hybridními nástroji používajícími pájené PKD břity již zde není nutné provádět renovaci nástroje. V případě opotřebení se břitová destička otočí nebo vymění. Všechny břity jsou stejné, nemůže tedy dojít k jejich záměně. Proto lze použít vždy čtyři a čtyři břity, a i v případě, že určitá vyměnitelná břitová destička již byla použita v tangenciálním směru, ji lze osadit do radiální pozice a naopak. Díky nové geometrii nástroje je chladivo nebo mazivo přiváděno přímo k vyměnitelné břitové destičce. V porovnání s kazetovým řešením používá vyvrtávací nástroj více zubů v řezu, což umožňuje zadání vyšších parametrů obrábění. Nástroj umožňuje dosáhnout řezné rychlosti v_c 1 100 m.min^–1 s posuvem na zub f_z 0,5 mm; u vrtání 90° lze dosáhnout řezné rychlosti 700 m.min^–1 s posuvem na zub 0,24 mm.