Nové HPC výstružníky - maximální výkon pro všechny materiály

Při obrábění jednotlivých dílů dělíme většinou operace na hrubovací a dokončovací. Vystružování je většinou poslední operací při obrábění díry. Zde je pak vyžadována vysoká kvalita vystružovaných otvorů – kruhovitost, válcovitost i drsnost povrchu. Vyhodnocuje se také rozměrová stabilita vystružených otvorů v závislosti na opotřebení nástroje. Jedním z hlavních kritérií je přitom celková trvanlivost výstružníku. U těchto nástrojů je zákazníky vyžadována vysoká procesní spolehlivost, neboť obráběné díly jsou většinou v závěrečné fázi a bylo do nich vloženo již mnoho práce a energie.

Firma Gühring disponuje komplexním programem vysoce výkonných výstružníků s označením HR 500. V tomto programu se nacházejí výstružníky pro obrábění všech materiálů. Optimální kombinace speciálních geometrií, nových řezných materiálů a deponovaných tenkých vrstev zaručují vynikající jakosti vystružených otvorů při vysokých výkonech. Ucelený standardní nástrojový program umožňuje vystružovat otvory v rozsahu průměrů od 2,97 do 76,00 mm. Pro komplexní pokrytí tak velkého rozsahu jsou k dispozici následující typy nástrojů:

• tvrdokovové (dále TK) monolitní až do průměru 20,00 mm;
• nástroje s TK a cermetovými pájenými řeznými destičkami do průměru 40,00 mm;
• hlavy s TK a cermetovými pájenými řeznými destičkami až do průměru 76,00 mm;
• mezirozměry a stupňové výstružníky v rámci doplňkového programu Active.

Tyto nástroje řady Exclusive Line pro vystružování průchozích (HR 500 D) a neprůchozích děr (HR 500 S) byly vyvíjeny podle nejnovějších trendů ve strojírenském oboru jako komplexní systém zahrnující řezný materiál, aplikaci povlaku, geometrii a řezné parametry.

Důležitou součástí programu HR500 jsou TK monolitní HPC výstružníky umožňující ve většině ocelí řeznou rychlost až vc = 250 m.min^-1 a posuv na otáčku řádově kolem f = 1,0 mm.ot^.-1. Tyto parametry jsou pak na stejné úrovni jako u cermetových výstružníků, avšak bez „cermetových“ omezujících nevýhod. U těchto monolitních výstružníků odpadají problémy při výrobě při broušení (nevznikají ultrajemné mikrotrhliny) a jsou výrobně levnější. Oproti cermetovým výstružníkům je možné progresivně obrábět téměř všechny druhy materiálů včetně měkkých i legovaných nerezových ocelí. Výstružníky se také s velkým úspěchem používají pro obrábění kalených ocelí i s tvrdostí 60 HRC. Vystružování přerušovaných otvorů, aplikace při nestabilnějších upnutích nebo na starších strojích nejsou v těchto případech žádný problém.

Speciálně vyvinutá geometrie s přímými profilovými drážkami umožňuje nasazení extrémně vysokých řezných parametrů i u hlubších děr. Zároveň je díky vynikajícímu přístupu řezné kapaliny k místu řezu bezproblémový odchod jemných třísek před vlastní řeznou hranou. Zde použitá varianta vnějšího chlazení pomocí podélných drážek vybroušených přímo ve stopce umožňuje přesné směrování řezné kapaliny přímo do drážek profilu. Velikou výhodou oproti systému vnitřního chlazení je, že namáhaná přední řezná část výstružníku je kompaktní a není narušena ani zeslabena perforací od kanálů vnitřního chlazení, nedochází zde tudíž ani k hromadění třísek a ucpávání u vyústění. Odpadá zde také problém se změnou polohy výstupních otvorů vnitřního chlazení po přeostření výstružníku. Optimalizace průtoku chladicí kapaliny byla samozřejmě modelována pomocí CFD – simulace mechaniky proudění.

Příklad nasazení výstružníku HR 500 D u zákazníka – obrábění průchozí díry v materiálu 20MnCr5 o průměru 8 H7 do hloubky 25 mm. Řezné parametry:

• v_c = 200 m.min^-1;
• f = 1,6 mm.ot.^-1;
• v_f = 12 700 mm.min^-1 (!).

Trvanlivost břitu je 4 000 děr, tj. 100 metrů.

Tento typ výstružníku je opatřen jedním centrálním chladicím kanálem, jeho poměrně velká plocha zaručuje přívod optimálního množství do místa řezu. Speciální geometrie s přímými profilovými drážkami pak bezproblémově odvádí drobné třísky z místa řezu proti směru posuvu.

Vysokou efektivitu je možné dokladovat na příkladu vystružování otvoru o průměru 8H7 do hloubky 30 mm v legované zušlechtěné oceli 42CrMo4 s pevností 950 N.mm-2, chlazení emulzí tlakem 4 MPa. V tomto případě je možné zkrátit hlavní řezný čas pro každou díru až padesátkrát:

• v_c = 250 m.min^-1;
• f = 1,0 mm.ot.^-1;
• v_f = 9 950 mm.min^-1.

Dosažená drsnost povrchu při těchto extrémních řezných podmínkách se pohybuje v rozmezí od Rz = 1,5 do Rz = 3,5 µm při trvanlivosti břitu výstružníku 45 m.

Vývoj nových produktů se nezastavil, základní program HPC výstružníků byl dále rozšířen o nástroje pro vystružování obrobků z litiny. Hlavní výhodou deponovaného povlaku s označením Signum je, že s uvedeným nástrojem můžeme opracovávat jak šedou, tak i tvárnou litinu. Nový povlak se totiž vyznačuje extrémní tvrdostí (od 5 500 HV), vynikající přilnavostí a vysokou tepelnou odolností. Kromě toho tyto výstružníky dosahují ještě lepší kvality obrobených povrchů a zvýšené trvanlivosti při vysoké procesní stabilitě.

Příklad nasazení výstružníku HR 500 GUSS u zákazníka – obrobek ze šedé litiny GG-30 – brzdový třmen, otvor 18,00 mm H7. Řezné parametry:

• v_c = 200 m.min^-1;
• f = 1,2 mm.ot.^-1.

Dosažená drsnost povrchu je menší než Ra = 0,8 µm při trvanlivosti výstružníku 48 m.

Pokud jsou litinové materiály kvalitní a dostatečně homogenní, je možné běžně dosahovat při vystružování těmito nástroji kvalitu povrchu Ra < 1,6 µm v šedé litině a Ra < 1,2 µm v tvárné litině. Zde je při vyhodnocování drsnosti povrchu limitujícím faktorem spíše kvalita litiny – viz znázornění na dvou příkladech struktur a vyhodnocení.

Tyto monolitní HPC výstružníky umožňují při opracování hliníkových slitin dosahovat hodnot trvanlivosti a jakosti povrchu na úrovni mezi hodnotami dosahovanými tradičními monolitními a PKD výstružníky. Přesto jsou možné posuvové rychlosti dokonce vyšší než u PKD nástrojů. Při optimálních řezných parametrech a ostatních okrajových podmínkách nedochází k nalepování třísek. K tomu velkou měrou přispívají optimalizovaná geometrie nástroje i depozice tenké vrstvy s označením Carbo.

Pro příklad – výstružník v neprůchozím otvoru 7H7 v materiálu AlMgSi1:

• v_c = 400 m.min^-1;
• n = 18 000 ot.min^-1;
• f = 2,2 mm.ot.^-1;
• vf = 40 000 mm. min^-1.

Trvanlivost břitu je 300 m. Dosažená kvalita povrchu Rz v rozmezí 1,1 až 1,8 µm, rozdíl průměrů max. 2 µm.

Na základě vynikajících výsledků, které dosahují monolitní TK vysoce výkonné výstružníky HR 500 (které jsou však k dispozici do průměru 20,00 mm), byla vyvinuta další řada navazující na tento koncept s označením HR 500 G pro rozsah průměrů od 20,00 do 40,00 mm. Tyto výstružníky jsou v provedení s pájenými TK nebo cermetovými řeznými destičkami a jejich základní geometrie odpovídá monolitním, přičemž jejich výroba je daleko ekonomičtější. Proti jiným systémům s vyměnitelnými hlavami mají tyto výstružníky i další výhody – vykazují vyšší stabilitu díky monolitní tuhé konstrukci těla nástroje, dosahují lepších hodnot radiálního házení (odpadá jedno přechodové místo), přívodní chladicí kanál není zúžený, odpadá nebezpečí protočení a je zde možné vyšší radiální zatížení. Výstružníky s cermetovými řeznými destičkami jsou bez povlaku, s TK destičkami jsou s deponovanou vrstvou Signum nebo Carbo.

Také pro průměry větší než 40,00 mm je aplikována technologie HR 500. Celá škála inteligentních řešení zde zaručuje, že i u těchto velkých průměrů je možné využít vysokých řezných parametrů při vynikající kvalitě vystružených otvorů. Rozmanitost tohoto semistandardního programu vystružovacích hlav s velmi krátkými dodacími termíny opět zaručuje obrábění všech druhů materiálů. Zde jsou opět analogicky k programu pro menší průměry pájené řezné destičky tvrdokovové nebo cermetové. Pro TK destičky pak obdobně připadají v úvahu depozice povlaků Signum, nanoA, případně Carbo. Optimální chlazení nástroje je zaručeno důmyslným systémem, který je přihlášen k patentování. Princip je v centrálním šroubu na čelní straně s poměrně velkou plochou hlavou, pod níž ústí chladicí kanály a která otáčí a směruje chladicí kapalinu přímo na břity nástroje. Ucpání výstupu chladicích kanálů jemnými třískami je v tomto případě nemožné. Malá konstrukční výška tohoto šroubu dovoluje bezproblémové vystružování neprůchozích otvorů až do dna. V případě potřeby však může být tento šroub odmontován. Tento program je také skvěle doplněn prodlužovací upínací technikou. Pro vystružovací hlavy jsou standardně k dispozici hydraulická upínací pouzdra s délkou l1 až 295 mm. Je také velice výhodné použít modulární systém 6x6.

Tento upínací program je postaven na modulární bázi držáků pro dokončovací obrábění s nejpřesnějším provedením například pro PKD/CBN nástroje pro jemné obrábění či vysoce výkonné výstružníky HR 500. Ten díky šesti blíže k sobě uspořádaným seřizovacím šroubům pro radiální a axiální nastavení umožňuje velmi snadno provádět úpravy a korekce polohy řezné hrany vůči symetrii rotace. Nástroje jsou pak nastaveny pro obrábění bez kymácivého efektu v mikrometrické přesnosti. Díky možnostem výběru upínačů (hydraulických, tepelných či HPC) a rozhraní (jako HSK či SK) je velmi snadné sestavit si optimální modul. Přívod chladicí kapaliny je bezztrátový díky použití těsnicího mezipouzdra. Pro konečné obrábění bez vibrací je k dispozici 6 otvorů se závity v základním tělese pro precizní dovyvážení celé kompletní sestavy upínače i s nástrojem.

Konečný uživatel nasazením výstružníků HR 500 ve výrobě profituje hned několikrát, protože získá:

• extrémní vysoké řezné podmínky;
• extrémní snížení hlavních časů obrábění a tím i podstatné úspory ve výrobě;
• široké spektrum pro nasazení;
• vysokou procesní spolehlivost;
• v rámci standardního programu příznivé ceny, krátké dodací termíny;
• mezirozměry jsou k dispozici v rámci speciálního programu, a to rychle a levně díky rozsáhlému skladu polotovarů.

Vývojem a zavedením na trh nových progresivních výstružníků HR500 se posouvá hranice technických možností o jeden stupeň výše. Nasazení tvrdokovů pro „cermetové“ řezné podmínky bylo až do poslední doby bráno jako nemožné. Dnes tento trend u technických odborníků vzbuzuje velký zájem.

Dr.-Ing. František Plánička

Gühring

sekretariat@guehring.de

www.guehring.cz