Inovace fréz určující trendy vysokorychlostního obrábění

Například vývoj, který proběhl v devadesátých letech a který později směřoval k vytvoření celkové koncepce, včetně stavby obráběcích strojů schopných běžně dosahovat až 200 000 otáček za minutu, jasně ukázal rizika a důsledky spojené s použitím tak vysokých otáček v případě, že nástroje nebo části strojů nebyly pro zmiňované aplikace vhodné. Hlavními posuzovanými kritérii byly velikost řezných sil, kvalita obrobené plochy, rychlost úběru kovu, životnost nástroje a bezpečnost.  

Frézování hliníkových forem

V současnosti je při vysokorychlostním obrábění nástrojem s vyměnitelnými břitovými destičkami prioritní jejich pevné uchycení. Vysoké otáčky vřetena a rychlosti posuvu stolu, zejména při obrábění hliníku, jsou příčinou vzniku velkých odstředivých sil a z nich vyplývajícího vysokého namáhání prvků pro upínání břitových destiček. Nástroj nové generace určený pro vysokorychlostní obrábění hliníkových slitin, který nedávno představila firma Sandvik Coromant - fréza s vyměnitelnými břitovými destičkami CoroMill 790 -,vznikal s využitím metody konečných prvků pro vývoj a optimalizaci řešení obráběcího nástroje. 

Fréza CoroMill 790 byla vyvinuta především pro operace zahrnující obrábění dutin, frézování hran a obrysů, frézování drážek a tvarové obrábění - většina z nich se vyskytuje při výrobě forem a zápustek. Pevné uchycení břitové destičky je provedeno pomocí speciálního rozhraní mezi břitovou destičkou a tělem nástroje, které přispívá k lepší kvalitě obrobené součásti a také ke zvýšení výkonnosti obrábění v důsledku rovnoměrnějšího rozložení namáhání na celou břitovou destičku.  

Nástroje s vyměnitelnými karbidovými břitovými destičkami  

Stopkové frézy s vyměnitelnými břitovými destičkami se vyrábějí od průměru 12 mm, u nástrojů menších průměrů je již upínání a manipulace s břitovými destičkami značně obtížná, a proto toto řešení nelze použít. Naproti tomu monolitní karbidové stopkové frézy mohou mít průměry v řádu desetin milimetru. Rozsah průměrů nástroje od 10 do 25 mm představuje jedinou oblast, ve které jsou běžně využívány oba zmíněné typy stopkových fréz. Vedle toho jsou zde ale také stopkové frézy Sandvik Coromant s vyměnitelnými řeznými hlavami (EH), které se mohou pochlubit spojením předností obou zmíněných typů fréz.

Klíčovým prvkem fréz CoroMill 316 typu EH je spojení mezi řeznou hlavou a tělem frézy. Jednou z nejdůležitějších součástí vlastní spojky je její samostředicí šroub s patentovaným závitem navrženým tak, aby zajišťoval přitažení a pevné uchycení řezné hlavy ke stopce, bez sebemenší vůle. Radiální obvodové házení a opakovatelnost délkového nastavení v axiálním směru jsou u fréz CoroMill 316 omezeny na pouhých několik setin milimetru.  

Třída břitových destiček pro vyšší řezné rychlosti

Pro dosažení vyšší spolehlivosti obrábění při vysokých hodnotách řezných podmínek je třeba upřednostnit odolnost proti otěru na úkor houževnatosti. Pro obrábění ocelových lisovacích nástrojů se proto jako logický krok ukazuje přechod k tvrdší třídě určené pro oblast ISO P20. Dalšího zlepšení výsledků obrábění je možné dosáhnout, pokud frézování ocelových lisovacích nástrojů probíhá bez použití řezné kapaliny. Frézování za sucha je třeba upřednostnit vzhledem k tomu, že v současnosti používané vysoké rychlosti obrábění značně ztěžují zajištění rovnoměrné dodávky řezné kapaliny v množství zaručujícím potřebný vliv na břit nástroje. Většina se jí totiž odpařuje nebo mění na mlhu, zbytek dostačuje pouze k přerušovanému ochlazování břitové destičky v okamžiku zahájení a ukončení jejího záběru. Tímto způsobem naopak dochází k prohloubení kolísání teplot, což má na břitovou destičku mnohem destruktivnější účinek než působení vysokých teplot.  

Vysoké řezné rychlosti a posuvy jsou příčinou vzniku většího množství tepla. V případě použití tříd břitových destiček pro frézování ocelí, jako je např. GC4220, ale nedochází k zápornému efektu. GC4220 je třída s CVD povlakem vhodná pro použití v oblasti ISO P20, která je určena pro práci při vyšších hodnotách řezných podmínek. Pro některé operace má vyšší prioritu produktivita než všestrannost použití, takže vyžadují vyšší odolnost proti opotřebení. To platí rovněž pro úspěšné zvládnutí operací v případě tvrdších ocelí. Mechanismus opotřebení probíhající za vysokých teplot se v takovém případě stává mnohem závažnějším problémem, který vyžaduje použití třídy s potřebnou odolností proti tomuto typu poškození břitu. Třída GC4220 byla vyvinuta jako první volba umožňující zkrácení časů na obrábění díky zvýšení řezné rychlosti - je dostatečně všestranná, aby mohla sloužit pro optimalizaci obrábění celé řady ocelí pro výrobu lisovacích nástrojů, stejně jako alternativní volba pro frézování litin, kde vznik velkého množství tepla rovněž způsobuje problémy.   

Čelem k výzvám

Trendem v řadě obroben zaměřených na výrobu forem a zápustek se stává použití vyšších rychlostí posuvu a menších hloubek řezu (po dokončení hrubovacích operací). Tato metoda je šetrná ke stroji a umožňuje dosažení lepších výsledků. V případě obráběcích center s kuželem ISO 40 a 30 je stále významnějším hlediskem také omezení potřebného výkonu. Vyšší otáčky a rychlosti posuvu současných strojů rovněž umožňují dosahovat vyšší produktivity při obrábění osazených nebo rovinných ploch pomocí fréz menších průměrů s využitím většího počtu průchodů.

Uvedené faktory pomohly stanovit směr vývoje také pro novou generaci čelních fréz určených pro frézování pravoúhlých rohů. Pro první frézy vytvořené na zcela nové bázi - frézy CoroMill 490 - tak logicky vyplynulo, že maximální přípustná hloubka řezu by se měla pohybovat spíš při dolní hranici 5,5 mm, přičemž doporučená hodnota činí 4 mm. Díky tomu bylo také možné opatřit nové čelní frézy čtvercovými břitovými destičkami, jejichž použití se stalo základem nejenom pro celkovou vysokou stabilitu břitových destiček, která vychází z jejich přesného a spolehlivého uchycení, ale také pro výbornou hospodárnost tohoto nástroje.

Závěrem lze konstatovat, že zvýšení výkonnosti vysokorychlostního obrábění se podařilo dosáhnout především díky důkladnému vývoji obráběcích nástrojů, které jsou nyní po celém světě využívány moderními obrobnami činnými v řadě různých průmyslových odvětví.

Sandvik Coromant - podtisk

Firma Sandvik Coromant je předním světovým dodavatelem obráběcích nástrojů a nástrojových systémů pro oblast obrábění kovů a své zastoupení má ve sto třiceti zemích světa. <0}{0>20 state-of-the-art Productivity Centres located around the world provide customers and Coromant personnel with training in tooling solutions for increased productivity.<}100{>Jejích pětadvacet nejmoderněji vybavených center produktivity, která jsou rozmístěna po celém světě, poskytuje zákazníkům a vlastním zaměstnancům pravidelná školení v oblasti metod obrábění a nástrojových řešení pro zvyšování produktivity. Sandvik Coromant je součástí obchodní divize Tooling skupiny Sandvik Group.

Sandvik Coromant

www.sandvik.coromant.com/cz

Dana Benešová

dana.benesova@mmspektrum.com