Příručka pro technology: Frézování - nezapomněli jsme jeho základy?

Výroba komponentu dobře opracovaného frézováním představuje cestu od bodu A (hrubý obrobek) do bodu B (dokončený obrobek) tím co možná nejefektivnějším a nejhospodárnějším způsobem. Dosažení tohoto cíle je částečně věcí geometrické strategie (dráha frézy) a částečně technologie (výběr frézy a metoda frézování, včetně řezných podmínek).

První otázkou je vždy hlavní cíl operace. Chceme produktivitu, nebo je naším cílem nejvyšší celková kvalita (minimální zmetkovitost)? Současné požadavky na frézovací operace neustále rostou – je požadována stále vyšší kvalita obrobků (tolerance, kvalita povrchu), zvyšují se nároky na kratší výrobní proces (a tím vyšší produktivitu), větší tlak je na výrobní náklady a stále obtížnější aplikace (tvrdší materiály obrobků, tvarově složitější obrobky), menší výrobní dávky a také je častěji nutné používat v operacích speciální nástroje (delší, menší průměry, stavitelné rozměry nástroje).

Řešení těchto požadavků vede k otázkám: jakou metodu či strategii použít? Měl by se výběr frézy řídit její výkonností, nebo naopak obecnou využitelností? Jak zvolit ty nejoptimálnější řezné podmínky, jaký vliv při výběru hraje materiál obrobku, jeho složitost a velikost či jaká je velikost výrobní dávky? A v neposlední řadě je potřeba také zvážit všechna omezení – kapacitu stroje (výkonnost, stabilitu, posuvy a rychlosti), způsob upnutí obrobku, možnosti chlazení – a zhodnotit, jak všechny tyto faktory omezují výběr nástrojů a naše možnosti obrábění.

Debatu o strategii frézování lze vést ve dvou rovinách. Jedna představuje geometrickou strategii (dráhu frézy) – jakým způsobem se nástroj pohybuje. Zde je na zvážení několik metod, jako např. rovinné či tvarové frézování, kruhové frézování, 5osé frézování, všeobecné čelní frézování (včetně přerušovaného řezu), frézování s velkým vyložením, frézování tenkých stěn nebo slabého dna, kopírovací frézování, zpětné zahloubení, frézování do rohu, frézování po vrstvách (Z-level), peeling, drážkování a frézování hlubokých drážek, konturovací a profilové frézování, ponorné frézování (axiální), postupné zafrézování, frézování šroubovou interpolací, frézování trochoidní, zavrtávání.

Zvláštní skupinu geometrických strategií představují různé typy nájezdů, jako např. radiální nájezd, tangenciální nájezd, postupný. Jde o dráhu přiblížení frézy k obrobku a způsob započetí obráběcí operace.

Druhou rovinou je pak technologie – tedy jaký typ frézy má být pro aplikaci použit a jak pro něj správně stanovit řezné podmínky. Možnými typy frézovacích nástrojů jsou například čelní frézy, frézy pro frézování do rohu, pro frézování drážek, frézy se zuby ve šroubovici, kotoučové frézy, kopírovací frézy, frézy s kruhovými destičkami, frézy pro frézování vysokým posuvem. Každá z uvedených typů fréz má své výhody, avšak také určitá omezení. Volba frézy by tedy měla vycházet z jejích hlavních výhod, avšak s minimálním dopadem případných nevýhod na konkrétní operaci. Velmi důležité je při výběru frézy správné vyvážení výkonnosti a možností jejího využití.

Při výběru frézy podle výkonnosti je klíčovým faktorem dosažení nejvyššího možného výkonu (produktivita či efektivita nákladů), a to u každé operace. To znamená, že každá z různých operací musí být realizována tou nejvýkonnější možnou frézou. Tímto přístupem lze docílit optimální produktivity a nákladové efektivity jednotlivých operací. Při výběru frézy podle možností využití je cílem co nejuniverzálnější nástroj pro různé aplikace. Tak můžeme optimalizovat celkové náklady na nástroje a veškeré náklady s tím spojené, jako jsou náklady na seřízení, cena prostojů apod. Oba způsoby výběru nástroje vyžadují pečlivé posouzení, jelikož zahrnují řadu výhod i nevýhod. Který z uvedených přístupů bude nejlépe vyhovovat dané situaci, je ovlivněno mnoha faktory. Ať se však rozhodnete pro jeden či druhý způsob výběru nástroje, efektivity dosáhnete pouze se správnými řeznými podmínkami.

Posledním podstatným prvkem výběru v postupu „strategie – nástroj – řezné podmínky“ s cílem dosažení efektivního a účinného obráběcího procesu je právě stanovení řezných parametrů. Ve skutečnosti jde o nalezení té nejlepší kombinace řezných podmínek. Vysoké řezné parametry zajišťují vysokou produktivitu, avšak za cenu větší nákladovosti. Při nízkých parametrech budou sice náklady nižší, ovšem sníží se také produktivita. Nanejvýš důležité je proto dodržení správné rovnováhy obou faktorů. Kromě toho limitují proces obrábění ještě další činitele (omezený výkon stroje, nízká stabilita obrobku a frézy), které dále zužují možnosti výběru podmínek pro obrábění.

Několik příkladů metod obrábění: tvrdé frézování (řezné podmínky optimalizované pro frézování obrobků z tvrdých materiálů), HSM (high speed milling – vysokorychlostní frézování), HFM (high feed milling – frézování vysokým posuvem), HRPM frézování (frézování vysokými otáčkami), HPM (high performance milling – vysoce výkonné frézování = frézování s velkým objemem odebíraného materiálu).

Pro vysokorychlostní frézování jsou typické malé radiální a axiální hloubky řezu, malá tloušťka třísky, vysoké řezné rychlosti, ostré břity a tvrdé řezné materiály. Pro frézování vysokým posuvem jsou zase charakteristické malé axiální hloubky řezu, velké radiální hloubky řezu, vysoké posuvy a střední až vysoké řezné rychlosti.

U vysoce výkonného frézování se aplikují velké axiální i radiální hloubky řezu, střední posuvy i řezné rychlosti. A nakonec tvrdé frézování, které se provádí velmi specifickými geometrickými strategiemi při malých axiálních a radiálních hloubkách řezu, s malou tloušťkou třísek a ostrými břity, za vyšších řezných rychlostí a s tvrdými řeznými materiály.

Správné stanovení řezných podmínek je velmi podstatným faktorem při obrábění. Ať už jde o základní operaci obrábění – rovinné (směr posuvu je přímá čára, např. u čelního frézování) či tvarové frézování (dráha směru posuvu je křivka, např. u frézování se šroubovou interpolací), zvolený posuv a radiální i axiální hloubka řezu musejí odpovídat základním pravidlům té které metody. Posuv je pohyb osy frézy, bez ohledu na to, po jaké dráze se tato pohybuje. Hodnota posuvu se proto musí vždy vztahovat k ose frézy, a nikoli k jejímu obvodu. Radiální hloubka řezu je definována jako šířka záběru frézy v obráběném materiálu. Tato šířka se měří rovnoběžně s linií poloměru frézy (přímka kolmá ke směru posuvu). Správný výklad a použití těchto definic zaručuje, že fréza bude mít v dané operaci správný výkon. V případě nedodržení výše uvedených doporučení může dojít k nadměrnému opotřebení nástroje, jeho krátké životnosti, vibracím, špatné kvalitě povrchu.

Dříve než však vůbec začnete přemýšlet o výše uvedených skutečnostech, je třeba mít na paměti několik základních pravidel technologie obrábění, které je potřeba velmi důkladně pochopit a v provozu správně aplikovat. Myslím tím zejména polohu frézy vůči obrobku, aplikaci správného posuvu (aspekty střední tloušťky třísky) a řezné rychlosti (vztah řezné rychlosti a teploty v řezu). Správnou kombinaci těchto pravidel stanovuje tzv. „kompenzační princip obrábění“. Osvojením této metody dokážete vyvážit spolehlivost, produktivitu a nákladovou efektivitu velmi jednoduchým a přímočarým způsobem. V sérii článků, které budou následovat po tomto úvodním, budeme tyto zákonitosti objevovat a učit se využívat je tím nejefektivnějším způsobem, abychom dosáhli co nejoptimálnějších výsledků frézovacích operací.

Podrobné informace k této problematice lze získat také v rámci vzdělávacího programu STEP (Seco Technical Educational Programme).

Patrick De Vos, MSc.

Seco Tools

www.secotools.com/cz

dana.benesova@mmspektrum.com