Témata
Reklama

Vysoký výkon a přesné obrábění miniaturními nástroji

V posledních letech nabývá na významu obrábění miniaturních konstrukčních prvků. Tomuto trendu se také přizpůsobují výrobci strojů a nástrojů.

Paralelně s rychlým vývojem v oblasti elektroniky a zpracování dat probíhá miniaturizace ve výrobě nástrojů a forem. Vysokovýkonné a přesné obrábění nástroji s přesně definovanou geometrií břitu představuje výzvu pro výrobce nástrojů, jakým je např. Paul Horn GmbH. Tuto firmu na českém a slovenském trhu zastupuje společnost SK Technik.
Reklama
Reklama
Reklama

Definice mikroobrábění

Oblast třískového mikroobrábění zahrnuje široké pásmo, které sahá od rozměru 2 mm až pod 1 µm. Průměr nástroje pro mikroobrábění s geometricky stanoveným břitem se pohybuje mezi 0,1 mm až 2 mm.
Firma Horn vyrábí řezné nástroje pro soustružení i frézování od průměru 0,3 mm (obr. 1). Bereme-li v úvahu nástroj průměru 0,3 mm, nejeví se tento nástroj nijak problematicky ve vztahu k definici mikroobrábění. Uvažujeme-li ale jednotlivě tři nejdůležitější veličiny ovlivňující nástroj, jako řezný materiál, geometrii nástroje a povlakování, dostáváme se rychle do mikronového pásma a tím do výše definovaného oboru mikroobrábění. Navíc ještě celý systém ovlivňují další veličiny, jako upnutí nástroje a vlastní obráběcí stroj.

Tři veličiny ovlivňující obrábění

Co se týká nástroje, proces obrábění ovlivňuje především řezný materiál, geometrie a povlak. Řezným materiálem je slinutý karbid. Jedná se o práškový materiál, který se skládá z karbidu wolframu, kobaltu a z přísad pomocných látek pro lepší lisování a vstřikování materiálu. K výrobě mikronástrojů s precizní geometrií se hodí výlučně jemnozrnný slinutý karbid s velikostí zrn mezi 0,2 µm a 0,5 µm.
U břitu ze slinutého karbidu s určitou geometrií břitu je po slinování zpravidla potřebné zařadit proces broušení. Odpovídající tvar brusného kotouče má velikost brusných zrn mezi 15 a 64 µm, což již omezuje geometrii minimálního poloměru vnitřního rádiusu. V praxi se ukázalo, že nejmenší velikost vnitřního radiusu je kolem 50 µm (obr. 2). K tomu je nutné počítat s téměř nevyhnutelnými rýhami po broušení a podélnou drsností břitu, která se pohybuje v řádu mikrometrů.
Součinitel tření mezi břitem nástroje a obráběným dílem se sníží, když na nástroj naneseme otěruvzdorný, teplotně stálý povlak. Příslušný povlak má průměrnou tloušťku vrstvy asi 3 µm, přičemž velice záleží na technologii povlakování. Například při technologii povlakování PVD (v elektrickém oblouku) nebo ARC (obr. 3) vzniknou nerovnosti, které se při povlakování usazují na povrchu materiálu. Nerovnosti mohou mít velikost mezi 0,5 až 20 µm a mají geometricky nedefinovatelnou formu. U mikrofréz povlakovaných postupem ARC je taková nedefinovatelná nerovnost vrstvy (obr. 4) pro mikroobrábění nežádoucí. Zřetelné zlepšení povrchu nástrojů firmy Horn přináší nasazená technologie povlakování CemeCon. Technologie je založena na vypuštění tavné fáze nosného materiálu, čímž zabraňuje tvorbě vrstvy Droplets a v oblasti mikrorozměrů vzniká rovný povrch. Při tloušťce povlakované vrstvy asi 3 µm vykazuje ostří bez dodatečné úpravy vždy určité zaoblení, a to ovlivňuje proces obrábění (obr. 5).

Příklad dílů z oblasti mikroobrábění

Typické součásti z pásma mikroobrábění lze nalézt v hodinářském průmyslu, lékařství a biotechnice, a také v automobilovém a leteckém průmyslu. Výrobce nástrojů Horn se s problematikou přesného obrábění v oblasti mikroobrábění setkává ve vlastní výrobě. Příkladem je opracování formy pro lisování slinutého karbidu, např. z materiálu 1.2842 (90MnCrV8), postupem MIM (Metall-Injection-Molding) pro vytvoření tvrdokovových výměnných břitových destiček (obr. 6) nebo pro výrobu prototypů a lisovaných polotovarů ze slinutého karbidu (obr. 7).

Řezné podmínky - teorie a skutečnost

Dnes lze s pětiosými HSC frézkami obrobit téměř komplexní 3D tvary a obrysy. Téměř všechny obráběné materiály, jako měď, grafit, plasty a ocel, lze obrábět frézovacím nástrojem. Velice rychle jsou ale dosahovány hranice uskutečnitelné dle klasických zákonů třískového obrábění. Průměrná řezná rychlost u oceli vc = 160 m.min-1 vyžaduje teoreticky takové otáčky vřetena, jaké lze v praxi dosáhnout jen zřídkakdy (viz tabulka). Zejména při kopírovacím frézování frézou s plným rádiusem se musí stanovený počet otáček přizpůsobit činnému průměru frézy. Například při frézování frézou s průměrem kulové části 0,5 mm a hloubkou řezu ap = 0,05 mm bez změny úhlu vychýlení nástroje bude činný průměr frézy 0,31 mm. K dosažení řezné rychlosti vc = 160 m.min-1 jsou potřebné otáčky vřetena 169 000 min-1. Činný průměr nástroje se poněkud zvětší, pokud fréza bude o nějaký úhel skloněna k materiálu (obr. 8). Při kopírovacím frézování ucelených obrysů dochází zpravidla ke směšování obrábění s pozitivním a negativním úhlem vychýlení. Pro frézování kontur to znamená, že na každém bodu frézované dráhy bude jiná řezná rychlost vc. V praxi jsou však na stroji dostupné otáčky vřetena mezi 18 000 až 42 000 m.min-1. Proto leží řezná rychlost daleko pod vc = 80 m.min-1.

Upínání nástrojů

Rozhodující vliv na jakost povrchu a přesnost obrysu při frézování má upnutí nástroje. Posuďme příklad obrábění razníku načisto z materiálu 1.2842 při n = 30 000 min-1, ae = 0,01mm, ap = 0,05 mm, vf = 200 mm.min-1, fz = 0,003 mm.ot-1. Pokud bude činit radiální házení nástroje při upnutí již 3 µm, bude z dvoubřitého nástroje pouze nástroj s jedním efektivním břitem. Největší přesnost při upínání nástrojů se dosahuje u tepelně smrštitelných pouzder. Obr. 9 ukazuje nástroj od firmy Horn pro vysokorychlostní vřeteno ve vyváženém tepelném držáku HSK 32.
Rozhodující pro správné frézování je nalezení nejlepší kombinace všech jednotlivých veličin ovlivňujících obrábění. Při jejich porovnání je zřejmé, že navržení komplexního systému pro vysoký výkon a přesnost obrábění s miniaturními nástroji je velice složitou a specializovanou záležitostí.
Veškeré obrázky nalezente v tištěné podobě časopisu.
Matthias Oettle
Reklama
Vydání #3
Kód článku: 50393
Datum: 10. 03. 2005
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

Produktivní vrtání otvorů do hliníku

Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

Související články
Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Automatizovaná upínací technika

Optimalizované technologie a procesy zajišťují ve výrobních firmách stále větší produktivitu. To platí i pro centrické svěráky, které se používají například pro stacionární upínání kulatých a čtvercových obrobků na nejrůznějších obráběcích strojích.

Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

Univerzální brusky pro broušení na kulato

Úzké tolerance a obtížně obrobitelné materiály - pro hospodárnou výrobu velmi přesných válcových obrobků vertikálním, vnějším a vnitřním broušením na kulato je zapotřebí pokroková strojní technologie. Společnost Okamoto nabízí široké portfolio řešení, která vyhovují všem požadavkům průmyslové výroby. Příkladem jsou univerzální CNC brusky IGM4VSP a UGM5V, které při broušení na kulato dosahují přesností v řádu mikrometrů.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

Chytré měření upínací síly

Společnost Kelch uvede ve 3. čtvrtletí 2018 na trh novou generaci přístroje Safecontrol 4.0. Osvědčený systém měření upínací síly ve vřetenu obráběcího stroje je kompletně přepracován a poskytuje nyní uživatelům prostřednictvím vlastní aplikace maximální flexibilitu. Další výhodou je vysoká spolehlivost a v neposlední řadě moderní ergonomický design a jednoduché ovládání.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

Výsledky spolupráce akademické sféry s průmyslem

Pracovníci Ústavu výrobních strojů systémů a robotiky z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně usilují o těsné sepjetí školy s praxí, které nelze realizovat jinak než úzkou spoluprací s průmyslem. V předchozích vydáních MM Průmyslového spektra jsme avizovali, že budeme technickou veřejnost informovat o konkrétních výsledcích naší spolupráce. Zde jsou první poznatky.

Proč používat strategii trochoidního frézování?

Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.

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