Témata
Reklama

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.
Reklama
Reklama
Reklama

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.
Reklama
Vydání #12
Kód článku: 21284
Datum: 11. 12. 2002
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Kloubový robot uvnitř stroje

V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

Související články
Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Přesnost zvyšující produktivitu

Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

Novinka z varnsdorfské líhně

Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

Československá stopa u nového rekordu

Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

Pro větší efektivitu ve výrobě

Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

Vlajková loď pětiosého obrábění

Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

Robot s dvojitým uchopovačem zrychlil obsluhu CNC stroje

Osvald Jensen A/S je dánská rodinná firma dodávající strojírenské produkty pod vlastní značkou. Ve své továrně v Dánsku firma vyvíjí a vyrábí součástky do převodovek pro široké spektrum využití. Zaměřuje se na produkci vysoce kvalitních šnekových převodovek, převodových ústrojí a ozubených kol nejrůznějších velikostí.

Efektivní likvidace obráběcích kapalin

Obráběcí emulze jsou klíčovým prvkem celé řady obráběcích procesů. Emulze zajišťují chlazení, odvod vznikajících třísek, dočasně pasivují obrobky v průběhu operací a mají spoustu dalších funkcí. Na konci životnosti emulze je nutné zajistit jejich likvidaci. Vyčerpané emulze jsou klasifikovány jako nebezpečný kapalný odpad, takže je nelze jednoduše vylít do kanalizace. Článek pojednává o možnostech likvidace obráběcích kapalin.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit