Co zvolit pro obrábění Al slitin?

Budeme porovnávat nástroje do průměru 25 mm, což je ve většině aplikací i maximální průměr HM nástrojů. Do průměru 25 mm je zároveň i ekonomické používat tvrdokovové tělo pro PKD nástroje a z toho plyne i jedno elegantní řešení na závěr tohoto pojednání. Polotovary HM se vyrábějí běžně do průměru 32 mm, ale ve většině aplikací je použití tohoto průměru už neekonomické a lze obvykle najít levnější řešení. A proč použít pro PKD nástroj tvrdokovové tělo a ne tělo z oceli? Dle našich dlouhodobých zkušeností je díky tuhosti, nízkým vibracím a menšímu opotřebení při renovacích dosaženo u obdobných nástrojů až 3x větší životnosti nástroje ve prospěch nástrojů s HM tělem oproti tělu ocelovému.

V první řadě je třeba si říci, co můžeme očekávat při porovnání od těchto nástrojů.

Životnost nástroje

PKD nástroje mají oproti nástrojům z tvrdokovu mnohonásobně větší životnost. Praktickými zkouškami tento poměr vychází zhruba 10: 1 ve prospěch PKD nástrojů. Tento poměr není nikdy úplně přesný a je odvislý od mnoha faktorů, ale jako výchozí hodnotu lze tento poměr určitě použít. Tento poměr je dán fyzikálními vlastnostmi zmiňovaných materiálů. Tvrdokovové nástroje do Al slitin obvykle používáme bez povlaku, protože povlak zhoršuje jeho kluzné vlastnosti (nástroj není potřeba chránit před teplem jako při obrábění ocelí). Jsou aplikace, kdy může speciální povlak zlepšit ekonomiku obrábění, ale 90 % aplikací je bez povlaku. Pokud tedy použijete PKD nástroj, snížíte počet výměn nástrojů, a tím zkrátíte neefektivní časy obráběcího stroje.

Kvalita povrchu, jeho přesnost a složitost

PKD nástrojem lze v porovnání s tvrdokovem dosáhnout mnohem lepší kvality opracovaných ploch. Pokud tedy odběratel vyžaduje opracování lepší než Rz 2, použití PKD nástrojů se pravděpodobně nevyhneme. Můžeme samozřejmě použít jiných technologií jak vylepšit kvalitu opracovaných ploch (např. leštění), ale obvykle jsou náklady vyšší.

Další výhody hovořící pro PKD nástroje se týkají řádově vyšších přesností oproti tvrdokovu. Tyto nástroje se vyrábějí s přesností od 0,003 mm, což už dále není nutné komentovat. Jen je potřeba, aby si každý konstruktér uvědomil, že každé zúžení výrobní tolerance obrobku značně prodražuje výrobu. Pokud se pohybujeme v přesnostech řádu tisícin, je potřeba vzít do úvahy i vlivy teplotní roztažnosti, koncentrace chladicí emulze, pnutí obrobku a u slabostěnných obrobků i řezný odpor nástroje.

PKD nástrojem lze obrábět i složité tvary, které na vybrušovaném HM nástroji nelze vyrobit. Čím složitější tvary, tím spíše se rozhodování přiklání k použití PKD. Opět však záleží na počtu obráběných kusů. Při obrábění série 1 000 ks nám nebude vadit ani pro složité tvary použít dvou i tří různých HM nástrojů, ale pokud máme sérii o 100 000 ks, tak použití jednoho PKD nástroje oproti třem HM nástrojům bude mít velký vliv na takt stroje.

Ekonomické hledisko

PKD nástrojem lze podstatně zrychlit výrobní takt stroje a tím zlevnit výrobu. Řezné rychlosti používané při obrábění PKD nástroji dosahují až 8 000 m.min^-1 oproti cca 400 m.min^-1 při použití tvrdokovu. Velmi záleží na obráběném materiálu a možnostech stroje. Pro materiál nejčastěji používaný v automobilovém průmyslu AlSi9Cu3 jsme dlouhodobými testy určili jako optimální řeznou rychlost pod Vc 2 000 m.min^-1. Při vyšších rychlostech začne poměrně prudce klesat životnost nástroje. Naopak dalším snižováním otáček nástroje již nedocházelo k měřitelnému prodloužení životnosti nástroje. Pokud je tlak na zvýšení taktu stroje, je lepší vydat se cestou zvyšování posuvů. Každá aplikace vyžaduje konkrétní podmínky a jejich vyladěním lze dosáhnout obrovských úspor. Není vůbec výjimkou, když nástroje dosahují životnosti 200 000 obrobených kusů. Dalším faktorem zvyšujícím takt stroje je již zmiňovaná vyšší životnost PKD nástroje, kdy redukujete počet výměn nástrojů, čímž snížíte neefektivní časy.

Renovace

PKD nástroj lze mnohonásobně renovovat, zatímco tvrdokov lze přebrušovat jen omezeně. Obvykle se u stupňovitých HM vrtáků může přebrousit nástroj 5x až 8x a dále už je nepoužitelný. U PKD nástroje se vymění PKD břit a nástroj může být se stejnými rozměry, jako by byl nový. Cena této renovace PKD nástroje vyjde zhruba na 40–60 % ceny nového nástroje, ale tento údaj je jen orientační. Správně renovovaný nástroj musí dosahovat 100% životnosti nástrojů nových při výrazně nižších finančních nákladech. Tyto náklady závisí na způsobu renovace nástroje, který je dán v první řadě velikostí opotřebení, a dále na tom, zda jde o nástroj osový (bez možnosti korekce ) a nebo o nástroj pohybující se při obrábění ve více osách. Renovace se tedy v zásadě dělí na přeostření nástroje (u stupňovitých a tvarových nástrojů posunutí kontury), což je nejlevnější způsob, dále na vypodložení původního PKD materiálu a nebo na kompletní výměnu PKD materiálu. Je samozřejmě možná i kombinace těchto způsobů, ale vzhledem k technologické náročnosti se používá pouze u těch tvarově nejsložitějších, a tedy nejdražších nástrojů. Zásoba nástrojů pro danou výrobu je dána rychlostí, za jakou dokáže servisní firma nástroje renovovat. Už dávno neplatí, že by renovaci musel provádět výrobce nástroje. Domácí firmy bývají pružnější a disponují obdobnou technologií jako zahraniční dodavatelé. Tak jako rozhodujete, kdo vám přeostří a napovlakuje vrták, tak dnes můžete rozhodnout i o tom, která firma vám zrenovuje PKD nástroj. Doba renovací se pohybuje od dvou do tří týdnů a pokud máte spolehlivého dodavatele pro renovace, můžete lehce odvodit počet nástrojů potřebných pro udržení výroby. Pokud má odběratel zvýšené nároky na přesnost nástrojů, tedy v praxi pod 0,005 mm, je lépe renovovat nástroje přímo v upínači, ať už tepelném, mechanickém a nebo v hydroupínači, a to zejména z technologických a přepravních důvodů.

Rychlost výroby speciálních HM nástrojů do cca 12 pracovních dnů oproti šesti týdnům u PKD nástrojů, nízká cena HM nástrojů a snazší aplikace – to je zase argumentace pro HM nástroje.

A na závěr si dovolíme nabídnout jedno řešení, které není zcela běžné, ale může ulehčit rozhodování, zda použít PKD, nebo HM nástroje. Představte si situaci, kdy se firma uchází o nějakou zakázku obrábění Al dílů a je už v užším výběru odběratele požádána o výrobu vzorků. V tomto případě firma Frezite může nabídnout pro první sérii a odzkoušení technologie HM nástroje, které po otupení a nebo v případě získání kontraktu na velkosériovou výrobu předělá během tří týdnů na PKD nástroje. Zákazník tím ušetří náklady na tělo nástroje a fakturováno bude pouze výměnu PKD břitů.

Pavel Vrba

Frezite

www.frezite.cz

vrba@frezite.cz

Hrubovací frézy pro univerzální a efektivní obrábění

Výborné funkční vlastnosti hrubovacích fréz GS 100 firmy Gűhring zajišťuje tvarové provedení břitů (vlnovka) ve šroubovici, se stupňovitě uspořádaným roztečným úhlem. V porovnání s klasickým provedením jsou energeticky méně náročné a zajistí spolehlivý a ekonomický proces obrábění i na strojích s menším výkonem. Hrubovací frézy jsou doporučovány pro obrábění při méně tuhých upínacích podmínkách obrobků a nástrojů, příp. velkém vyložení nástroje. Předností nových fréz je univerzálnost aplikací, tzn. možnosti využití libovolných kombinací hloubky a šířky záběru. Uspořádání břitů zajišťuje rozložení záběru po celé délce břitu. Navzdory menším posuvům na zub je u této konstrukce frézy dosahováno vysokých úběrů materiálu.

Hrubovací frézy GS 100 jsou připraveny v následujících variantách:

• GS 100 A – přesné provedení se třemi břity a drážkami v pravé šroubovici 30°, frézy jsou bez nebo s vnitřním chlazením, určeny pro obrábění hliníku, jeho slitin i dalších měkkých materiálů do 700 N.mm^-2;
• GS 100 U – frézy s jemnými zuby, čtyřmi břity a drážkami v pravé šroubovici 30°, vhodné pro obrábění všech druhů ocelí do 1 400 N.mm^-2, slitinových ocelí, titanu a chromniklových slitin do pevnosti 1 000 N.mm^-2. Jsou dodávány bez nebo s vnitřním chlazením a leštěným povrchem nebo s povlakem FIRE;
• GS 100 H – s úhlem šroubovice 20° a malým úhlem čela se uplatní při řezání těžkoobrobitelných materiálů s pevností větší než 1 000 N.mm^-2, litiny a kalených materiálů o tvrdosti až 54 HRC.

-zn-

znovak@upcmail.cz