Mikronástroje pro precizní obrábění

Při zvyšování produktivity těchto aplikací již není možné vystačit s univerzálními nástroji a při vývoji úspěšných obráběcích operací je třeba respektovat specifické fyzikální zákonitosti. Účinnou pomoc zde samozřejmě přináší správná volba řezného materiálu, geometrie, povlaku a v neposlední řadě i účinné usměrněné chlazení. Všechny tyto atributy v konečném důsledku zaručují plné nasazení těchto nástrojů pro aplikace v rozličných materiálech s vynikající procesní stabilitou.

Mikronástroje byly původně vyvinuty pro obrábění korozivzdorných těles hodinových strojků s velkým důrazem na preciznost. V současnosti je uplatnění těchto nástrojů daleko širší i rozličnější. Používají se v automobilovém průmyslu v brzdových systémech a pro vstřikovací jednotky, dále v medicínské technice, ve vysokofrekvenční technice a elektrotechnice, v textilním průmyslu pro texturovací a zvlákňovací trysky pro spřádací jednotky, v mikromechanice či pro nanopolohovací systémy. Velký objem těchto nástrojů také spotřebovává papírenský průmysl pro výrobu lisovacích papírenských válců z korozivzdorných ocelí.

Program mikronástrojů obsahuje 75 druhů nástrojů ve více než 2 400 rozměrech skladových položek pro mnohačetné aplikace. Mikrovrtáky jsou k mání již od průměru 0,05 mm v HSS provedení nebo od 0,1 mm v případě SK. Mikrovýstružníky z SK jsou k dispozici od průměru 0,98 mm a z HSS od 0,95 mm. Mikrofrézy jsou vyráběny od průměru 0,3 mm a mikrozávitovací nástroje již pro závity od M1.

Vrtání v mikroobrábění představuje jednu z nejvýznamnějších aplikací. Tvrdokovové mikrovrtáky bez chladicích kanálů jsou k dispozici již od průměru 0,1 mm a s chladicími kanály od průměru 1,4 mm. S monolitními mikrovrtáky je možné při stabilních obráběcích podmínkách a vysokých výkonech dosahovat extrémních řezných parametrů i vysokých trvanlivostí. Jako řezný materiál pro tyto nástroje se zde používá tvrdokov s ultrajemnou zrnitostí, který se vyznačuje vysokou tepelnou odolností a extrémní otěruvzdorností.

Příklad vrtání zušlechtěné oceli 42CrMo4 v sériové výrobě na taktovacím stroji:

• průměr vrtáku: 1,20 mm;
• vrtaná hloubka: ap = 1,5 mm;
• vc = 65 m.min^-1;
• n = 17 242 ot.min^-1;
• fn = 0,06 mm.ot.^-1;
• vf = 1 035 mm.min^-1;
• vnější chlazení, 10% emulze.

Tvrdokovové mikrovrtáky řady ExclusiveLine umožňují ještě vyšší využití výkonnostního potenciálu pro stabilní stroje a stabilní obrobky. Dvouploškový výbrus řezných hran i jejich definovaná preparace dovolují zvýšení řezných parametrů při optimální tvorbě třísky pro všechny druhy obráběných materiálů.

Příklad vrtání korozivzdorné oceli 1.4301 v sériové výrobě:

• průměr vrtáku: 2,10 mm;
• vrtaná hloubka: ap = 2,5 mm;
• vc = 60 m.min^-1;
• n = 9 095 ot.min^-1;
• fn = 0,03 mm.ot.^-1;
• vf = 273 mm.min^-1;
• vnitřní chlazení, 12% emulze.

Důležitou součástí mikronástrojového programu pro vrtání jsou vrtáky z práškové rychlořezné oceli. Tento řezný materiál se vyznačuje po konečném tepelném zpracování obzvlášť homogenní strukturou, vysokou houževnatostí, stabilitou řezných hran s vysokou odolností proti opotřebení. Uvedené vlastnosti předurčují tyto vrtáky hlavně pro aplikace na starších strojích a při všeobecně nestabilních podmínkách. Vrtáky jsou dostupné skladem již od průměru 0,05 mm.

Příklad vrtání korozivzdorné oceli 1.4301 v sériové výrobě na vícevřetenovém stroji:

• průměr vrtáku: 2,0 mm;
• vrtaná hloubka: ap = 2,8 mm, průchozí otvory;
• vc = 15 m.min^-1;
• n = 2 387 ot.min^-1;
• fn = 0,03 mm.ot.^-1;
• vf = 72 mm.min^-1;
• vnější chlazení, 15% emulze.

Při obrábění frézami malých průměrů je velkým problémem odtlačování nástroje. To má fatální následky, neboť dochází k odchylkám požadovaných rozměrů. Pro eliminaci těchto negativ je třeba, aby tyto mininástroje měly dostatečnou řezivost se zvýšenou geometrickou ostrostí. Zde také vystupuje do popředí vysoká kvalita použitého tvrdokovu, úzké tolerance a kvalita výroby, jakož i zajištění spolehlivého procesního chlazení. V rámci programu jsou k dispozici frézy stopkové, kopírovací, fazetové i vysoce výkonné frézy ExclusiveLine.

Stopkové frézy jsou univerzální nástroje s řeznou hranou přes střed ve dvou-, tří- i čtyřzubém provedení v rozsahu průměrů od 0,3 do 8,0 mm. Frézu je možné používat i pro pilotování otvorů před vrtáním v šikmých či obecně ve vypouklých nebo vydutých plochách. Také je možné s těmito nástroji bezproblémově frézovat materiály vytvrzené až do 55 HRC.

Příklad frézování drážky 0,6 mm v korozivzdorné oceli 1.4301:

• průměr tvrdokovové frézy: 0,6 mm;
• ap = 0,1 mm;
• ae = 0,6 mm;
• vc = 60 m.min^-1;
• n = 32 000 ot.min^-1;
• fz = 0,006 mm;
• vf = 800 mm.min^-1;
• vnější chlazení, 8% emulze.

Mikrofrézy z řady Exclusive jsou k dispozici v délkách 3x, 5x, 8x, 10x a 12x D a ve dvou- a třízubém provedení. Třízubá varianta má úhel spirály 45°, který vede k významnému potlačení projevů vibrací při samotném obrábění. Speciálně u těchto fréz byla čelní geometrie důkladně propracována. Kombinace rádiusu s přechodovým kuželem mezi stopkou a tělem samotného nástroje zaručují maximální možnou tuhost v celé využitelné délce nástrojů. Jako řezný materiál slouží jemnozrnný tvrdokov vlastní výroby se zvláštními požadavky na velmi vysokou tvrdost. Zcela nově je zde až 6 kanálů, které umožňují periferní chlazení. Tento inovovaný způsob chlazení GühroJet perfektně odvádí třísky z místa řezu z hlubokých drážek nebo z kapes, a to jak při klasickém chlazení emulzí, tak pouhým tlakovým vzduchem či MQL.

^-1
Příklad frézování kopírovací frézou ExclusiveLine v oceli 1.2379 tvrzené na 58 HRC:

• průměr kopírovací frézy: 1,0 mm;
• ap = 0,05 mm;
• ae = 0,05 mm;
• vc = 120 m.min^-1;
• n = 38 200 ot.min^-1;
• fz = 0,008 mm;
• vf = 610 mm. min^-1;
• obrábění za sucha, ofukování tlakovým vzduchem.

Extrémní požadavky na kvalitu drsností povrchu a tolerance zhotovených malých otvorů posunují vystružování v mikrooblasti opět o stupeň výš. Specifické know-how při výrobě a preciznost při broušení předurčují tyto nástroje k vysokým, procesně stabilním výkonům. Důležitou roli zde opět hrají speciální druh tvrdokovu, řezná geometrie a zejména optimalizovaný povlak. Výstružníky pro neprůchozí otvory jsou opatřeny centrálním chladicím kanálem, výstružníky pro průchozí otvory mají čtyři decentrální kanály. Použití těchto nástrojů je univerzální, jsou vhodné i pro aplikace do kalených ocelí do 63 HRC.

Příklad vystružování otvoru 2,0 H7 v oceli 16MnCr5:

• vc = 150 m.min^-1;
• n = 24 000 ot.min^-1;
• fn = 0,25 mm.ot.^-1;
• vf = 6 000 mm. min^-1;
• trvanlivost: 33 m.

Nástroje pro zhotovování závitů mají kritickou úlohu – v celém obráběcím řetězci přicházejí na řadu až ke konci ve fázi, kdy je díl prakticky hotový a je v něm obsaženo již mnoho práce i úsilí. Je zde velké riziko finančních ztrát, pokud by byl obrobek na základě chybného závitu nepoužitelný. Tento fakt zvyšuje tlak na procesní spolehlivost těchto nástrojů a jejich výrobce to zavazuje k maximální preciznosti při vývoji i vlastní výrobě.

Mikrozávitovací nástroje jsou k dispozici pro závity od M1.

Mikrozávitovací frézy jsou vhodné pro pravé i levé závity a umožňují zhotovit závity s různými tolerancemi jen s jedním nástrojem. Díky nízkým řezným silám jsou vhodné i do pevnějších ocelí, Inconelu nebo titanu a také do kalených ocelí do 65 HRC.

Řezací i tvářecí mikrozávitníky mají speciální geometrie i povlaky přizpůsobené mikroobráběcím operacím. U řezacích závitníků je kladen důraz na zvýšenou ostrost řezného klínu. U tvářecích závitníků byl vylepšen tvar tvářecího polygonu ve smyslu optimalizace snížení třecího kontaktu s materiálem, což přineslo redukci krouticího momentu o 30 % i snížení axiální síly.

Využívání mikronástrojů v současné době zahrnuje celou šíři oborů od strojírenství až po elektrotechniku a má stoupající tendenci s ohledem na všeobecnou miniaturizaci. Všeobecně platí, že čím menší je obráběná součást, tím větší jsou požadavky na preciznost, spolehlivost a efektivitu těchto speciálních obráběcích operací. Tyto miniaturní nástroje vyžadují vysokou péči při výrobě a jejich konstrukce jsou založeny na mnoha inovačních krocích. Mikrovrtáky a mikrovýstružníky jsou vyráběny v českém závodě společnosti Gühring v Sulkově u Plzně.

Dr.-Ing. František Plánička

julie.uhlikova@guehring.de

www.guehring.cz