Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Důležité aspekty vysokorychlostního obrábění
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Důležité aspekty vysokorychlostního obrábění

Frézování dutin, výroba zápustek, forem pro odlévání i tlakové lití, jejich prototypů nebo třeba frézování grafitových a měděných elektrod patří k oblastem, v nichž se velmi dobře uplatňuje vysokorychlostní obrábění. V následujících řádcích se pokusíme přiblížit některé jeho klady, zápory a problematiku použití řezných kapalin při tomto druhu obrábění.

Cíle HSC forem a zápustek

Jedním z hlavních přínosů vysokorychlostního obrábění (HSC) je snížení výrobních nákladů zvýšením produktivity, zejména u dokončování a často i při obrábění kalených ocelí. Dalším cílem je zvýšení celkové konkurenceschopnosti zkrácením náběžných a dodacích lhůt. To je možné zejména díky výrobě forem a zápustek na několik nebo dokonce jedno upnutí, zlepšení geometrické přesnosti formy nebo zápustky, což omezí potřebu dalších ručních prací a zkoušek. Díky systému počítačové podpory výroby (CAM) a programování přímo v dílně dojde ke zvýšení využití obráběcího stroje i celé dílny.

Hlavní přednosti HSC

Výhod vysokorychlostního obrábění je mnoho, například nízká teplota řezného nástroje a obrobku v mnoha případech zvyšuje jejich životnost. Na druhou stranu při vysokorychlostním obrábění se využívají velmi mělké řezy a doba záběru je extrémně krátká. Dá se říct, že posuv je vyšší než rychlost šíření tepla materiálem.
Nízké řezné síly způsobují menší a stálou výchylku nástroje. V kombinaci s úběrem stále stejně silné vrstvy materiálu nástroji určenými pro konkrétní operaci je to jeden z předpokladů vysoce produktivního a bezpečného procesu.
Vzhledem k mělkým řezům při vysokorychlostním obrábění klesají radiální síly působící na nástroj a vřeteno. Tím se šetří ložiska vřetena, vodítka a kuličkové šrouby. Vysokorychlostní obrábění se dá dobře kombinovat s axiálním frézováním vzhledem k tomu, že nejsou příliš zatěžována ložiska vřetena a tato metoda umožňuje používat delší nástroje s nižším rizikem vibrací.
HSC umožňuje produktivní obrábění malých součástí. Hrubování, polodokončování a dokončování lze provádět úsporně, pokud je celkový úběr materiálu obrobku relativně malý.
Také produktivita obecného dokončování je vysoká a lze dosáhnout velmi dobré jakosti obrobeného povrchu, často až Ra = 0,2 µm.
Je možné obrábět velmi tenké stěny, například stěnu silnou 0,2 mm a vysokou 20 mm, s použitím sousměrného frézování. Doba kontaktu břitu s obrobkem musí být velmi krátká, aby nevznikaly vibrace a stěna obrobku se nevychylovala. Mikrogeometrie frézy musí být velmi pozitivní a břit velmi ostrý.
Vyšší geometrická přesnost forem a zápustek zjednodušuje a zrychluje montáž. Žádná obsluha obráběcího stroje, nezávisle na tom, jak je zkušená, nemůže dosáhnout struktury a geometrie povrchu vytvořené CAM/CNC řízením. Prodloužení doby obrábění o několik hodin může vést k významnému zkrácení potřebné doby pro leštění. Často o 60 - 100 %.

Méně kroků výrobního postupu

Díky snížení počtu kroků výrobního postupu, např. u kalení, elektrojiskrového obrábění a EDM, lze snížit investiční náklady a zjednodušit logistiku. Snížením počtu EDM zařízení se ušetří prostor v dílně. Vysokorychlostním obráběním lze dosáhnout tolerance rozměrů
0,02 mm, zatímco u EDM jen 0,1 - 0,2 mm.
Pokud se EDM nahradí obráběním, lze zvýšit životnost kalené formy i nástroje. Při nesprávném provedení EDM může přímo pod roztavenou povrchovou vrstvou vzniknout tenká překalená vrstva. Může být tlustá až 20 µm a mít tvrdost až 1000 HV. Vzhledem k tomu, že je podstatně tvrdší než základní materiál, je třeba ji odstranit. To často znamená nutnost zdlouhavého a obtížného leštění. EDM může rovněž způsobit svislé únavové trhliny v roztavené a znovu ztuhlé vrchní vrstvě, které mohou za nepříznivých okolností způsobit odlomení části obrobku. Metody CAD/CAM umožňují rychlou změnu tvaru obrobku, zejména v případech, kdy se odbourá nutnost výroby nových elektrod.

Některé z nevýhod

Vyšší zrychlení a zpomalení, rozběh a zastavení vřetena způsobují relativně vyšší opotřebení vodítek, kuličkových šroubů a ložisek vřetena, což často vede k vyšším nákladům na údržbu. Vysokorychlostní obrábění vyžaduje znalost procesu, programovací vybavení a rozhraní pro rychlý přenos dat, zkušení pracovníci se hledají obtížně.
Nouzové zastavení stroje prakticky nelze použít. Lidská chyba, chyby hardwaru nebo softwaru mohou mít závažné následky. Je také třeba zajistit dobré plánování práce a procesů a nutná bezpečnostní opatření. Stroj musí mít bezpečnostní neprůstřelný kryt, nástroje, adaptéry a šrouby je třeba pravidelně kontrolovat na únavové trhliny. Nedoporučuje se používat těžké nástroje a adaptéry nebo nástroje z rychlořezné oceli.

Použití řezné kapaliny při frézování

Moderní slinuté karbidy, zejména povlakované, obvykle při obrábění nevyžadují přívod řezné kapaliny. Třídy GC mají bez přívodu řezné kapaliny delší životnost a vyšší spolehlivost, než když se řezná kapalina přivádí. To v ještě vyšší míře platí pro cermety, keramiku, kubický nitrid boru a diamant.
Dnes používané vysoké řezné rychlosti vedou k velmi horké zóně řezu. Řez probíhá ve vrstvě tavícího se materiálu obrobku mezi obrobkem a nástrojem, při teplotách nad 1000 °C. Chladicí kapalina přivedená k břitu v záběru se okamžitě vypaří a nemá prakticky žádný chladicí účinek. Kapalina při frézování jen zdůrazní účinek rozdílu teploty v řezu a mimo něj. Při obrábění bez chladicí kapaliny nejsou rozdíly tak velké a odpovídají tomu, na co je příslušná třída optimalizována (pro maximální využití). Přívod chladicí kapaliny ochlazuje břit v době, kdy není v řezu, a tím zvýrazní teplotní rozdíly, které způsobují cyklické namáhání a vznik tepelných prasklin. To samozřejmě vede ke snížení životnosti nástroje. Čím vyšší je teplota řezné zóny, tím horší jsou následky přívodu řezné kapaliny. Moderní karbidy, cermety, keramika a kubický nitrid boru jsou navrženy tak, aby snášely stálé, vysoké řezné rychlosti a teploty v řezu.
Při použití frézovacích nástrojů s povlakovanými řeznými hranami je důležitá i tloušťka povlaku. Dalo by se to přirovnat k účinkům horké vody na sklenici s tlustou nebo tenkou stěnou. Tenká stěna nebo tenký povlak způsobují nižší tepelné pnutí a namáhání. Sklenice s tlustými stěnami v důsledku velkého teplotního rozdílu mezi horkým vnitřním a chladným vnějším povrchem praskne. Totéž nastane u VBD s tlustým povlakem. Výhodou frézování bez chladicí kapaliny je prodloužení životnosti nástroje až o 40 % a v některých konkrétních případech ještě více.
Při obrábění lepivých materiálů, např. nízkouhlíkové oceli a korozivzdorné oceli, řeznými rychlostmi, při kterých se na břitech tvoří nárůstek, je nutno přijmout některá opatření. Teplota řezné zóny musí být vyšší nebo nižší než teplota, při níž se na břitech tvoří nárůstek. Problém řeší vytvoření zóny tavícího se materiálu při vyšších řezných rychlostech. Nevznikají žádné nebo jen velmi malé nárůstky. Při nízké řezné rychlosti klesne teplota řezné zóny, a pak lze s méně nepříznivými důsledky pro životnost nástroje použít chladicí kapalinu.

Výjimky, kde je chlazení oprávněné

Obrábění tepelně odolných slitin se většinou provádí při nízkých řezných rychlostech. V některých případech je nutno součást mazat a chladit chladicí kapalinou, zejména při frézování hlubokých drážek. Při dokončování korozivzdorné oceli a hliníku zabrání chladicí kapalina zadírání malých částic do obrobeného povrchu. Chladicí kapalina zde chladí a do jisté míry i pomáhá odstraňovat malé částice. K omezení geometrické deformace se chlazení požívá při obrábění tenkostěnných součástí. Při obrábění litiny a kujné litiny chladicí kapalina odvádí prach vznikající při obrábění, lze ho ale i odsávat. Kapalina také provádí oplach palet, součástí a částí obráběcího stroje od jemných pilin. To však lze také provádět klasickým způsobem nebo omezit konstrukčními úpravami. Díky svým vlastnostem umožňuje kapalina ochranu součástí a důležitých součástí stroje před korozí.
Pokud se musí frézovat "za mokra," je nutno přivádět velké množství chladicí kapaliny a použít třídu slinutého karbidu doporučenou pro frézování za mokra i sucha. Může se jednat o moderní třídu s houževnatým základním materiálem a vícevrstvým povlakem nebo o něco tvrdší jemnozrnný karbid s tenkým PVD povlakem TiN.

Výhody obrábění za sucha

První z předností je výše popsané zvýšení produktivity, dále pak snížení výrobních nákladů. Náklady na chladicí kapalinu a její likvidaci tvoří 15 - 20 % celkových nákladů, zatímco samotné obráběcí nástroje tvoří jen 4 - 5 %. Obrábění bez kapaliny přináší čistší a zdravější pracovní prostředí bez množení baktérií a zápachu, což je lepší pro obsluhu i životní prostředí. Není nutná údržba nádrží a rozvodu chladicí kapaliny. Při obrábění za sucha obvykle dochází k lepšímu utváření třísky.
Jedním z hlavních faktorů úspěchu vysokorychlostního obrábění je dokonalý odvod třísek z řezné zóny. To, že se znovu neřežou třísky, je při obrábění kalené oceli velmi důležité pro předvídatelnou životnost nástroje a spolehlivost výrobního procesu.

Další články

Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: