Témata
Reklama

Vývoj nástrojů pro rychloobrábění

Rychloobrábění (HSM) není nové, jako koncepce existuje v některých odvětvích déle než dvacet let. Není to pouhá teorie, je zapojeno v praxi v strojírenských provozech. I pro HSM platí, že "proces obrábění je jen tak dobrý, jaké jsou schopnosti nástroje". Vývoj nástrojů pro HSM směrem k vyšší výkonnosti probíhá již řadu let a dosahuje výsledků, které jsou dobře viditelné v řadě aplikací

Dodnes neexistuje žádná zavedená definice HSM. Pod klíčovým slovem rychlost se mohou rozumět otáčky vřetene, řezná rychlost nebo rychlost posuvu. Používání vysokých rychlostí bez ohledu na to, k čemu se slovo "rychlost" vztahuje, vyžaduje zapojení vhodného procesu a správných faktorů.
V minulosti se vývoj HSM zaměřoval především na vysoké otáčky vřetene v rozmezí od 8000 do 100 000 min-1. Řada aplikací, která zůstávala v experimentální rovině, byla brzy zavedena do praxe (na začátku 90. let) leteckým průmyslem a japonským průmyslem obráběcích strojů. Otáčky vřetene se však zatím držely na spodní hranici HSM.
V 90. letech vedl vývoj HSM v Německu profesor Herbert Schulz z Technické university v Darmstadtu se zaměřením na celkovou koncepci, včetně stavby obráběcích strojů schopných dosahovat rychlostí otáček až 200 000 min-1. V centru zájmu byly vysoké otáčky vřetene a rychlosti posuvu, přičemž byly ukázány následky a rizika spojená s vysokými rychlostmi za situace, kdy nástroje nebo součásti stroje nebyly pro uvedené aplikace vhodné. Podle profesora Schulze jsou hlavními faktory HSM, jež je nutné zvažovat, řezné síly, textury povrchu, rychlost ubírání kovu, životnost nástroje a v neposlední řadě bezpečnost. Pro provedení úspěšné operace je důležitá optimalizace všech těchto faktorů.
Popiska obr.: Změny řezné rychlosti s materiálem obrobku
Darmstadtský ústav také zkoumal HSM z hlediska materiálu obrobku a jeho vztahu k řezné rychlosti. Pro materiály začínající u slitin niklu přes slitiny titanu, oceli, litinu, slitiny mědi, hliník až k vlákny vyztuženým plastickým hmotám byly stanoveny zóna konvenčního obrábění, "šedá zóna" a zóna rychloobrábění. Nijak nepřekvapuje, že se jednotlivé zóny pro různé materiály vzájemně značně odlišovaly.
I když se zvolí definice HSM libovolně, je zřejmé, že rozsahy rychlostí budou záviset na materiálu obrobku a aplikaci. Řezné rychlosti jsou samozřejmě úměrné rychlostem posuvu, které se během vývoje procesu společně postupně zvyšují.
Reklama
Reklama
Reklama

Výhody HSM z hlediska výrobce řezných nástrojů

  • Vyšší produktivita, která snižuje náklady obrábění;
  • vytváření lepší jakosti obrobeného povrchu, která snižuje nutnost leštění na minimum;
  • zlepšená geometrická přesnost, která efektivněji zajišťuje vyšší jakost;
  • nižší řezné síly, které jsou příčinou menší a stálejší výchylky nástroje;
  • nižší teploty prodlužující životnost nástroje a umožňující vyšší řeznou rychlost;
  • účinné obrábění kalených/tvrzených materiálů, které odstraňuje tepelné zpracování;
  • zmenšení tvorby ostřin na obrobku, které zkracuje dobu dokončování.
  • Hlavní překážky pro použití HSM

    Ačkoliv se většina materiálů obrobků pro HSM dobře hodí, obrobitelnost některých z nich klade omezení na jeho rychlost. Materiály, jako jsou superslitiny, materiály HRSA a dokonce některé korozivzdorné oceli, kladou velmi vysoké nároky na ostří a další významné zvyšování řezných rychlostí a posuvů je doprovázeno nutností pokračujícího vývoje nástrojů.
    U válcových nástrojů s malým průměrem, jako jsou válcové čelní frézy a vrtáky, jsou často omezujícím faktorem otáčky vřetena obráběcího stroje, spolu s rychlostí posuvu ve všech osách. Mohou jím být také řídicí funkce CNC a programové vybavení. Nikdy nesmí být přehlíženy ani bezpečnostní aspekty. Ty jsou zvláště důležité, jde-li o nástroje větších průměrů s polohovatelnými břitovými destičkami.
    Z toho vyplývá, že pro univerzální zavádění HSM je v některých oblastech nutný ještě další vývoj. Avšak tam, kde jsou splněny požadavky a proces HSM je uspokojivě stabilizován, lze získat mnoho výhod.
    Příkladem toho, jak dobu výroby ovlivnil nejen vývoj HSM, ale také vývoj CNC, je pohled na obrábění typické zápustky pro hluboké tažení. Změny začaly počínaje rokem 1990 přechodem z kopírovacího frézování na obrábění CNC. Celková doba výroby zápustky se zkrátila z 2000 na 1100 hodin, doba od objednávky po dodání o 30 %. Jakost obrobeného povrchu dosahovaná v té době byla minimálně Rt 0,1 mm. V roce 1993 se doba výroby zkrátila na 780 hodin zavedením obrábění v 5 osách. To pokračovalo zavedením procesu HSM a zkrácením doby výroby na 580 hodin a doby mezi objednávkou a dodávkou na 50 % oproti té, která existovala o pět let dříve. Kromě toho je jakost obrobeného povrchu dosahovaná při HSM desetkrát lepší.

    Omezující faktory

    Řezné nástroje se neustále zdokonalují a v posledních desetiletích zaznamenaly dramatický vývoj. Modernizací struktur, povlaků a výrobního procesu se rozšířilo zejména použití slinutého karbidu. Novější vývoj směřuje k menšímu, ultrajemnému zrnu ve slinutém karbidovém substrátu. Pokud se zmenšuje velikost zrna, stoupá jak pevnost materiálu v příčném lomu, tak jeho tvrdost. To vede ke zlepšení odolnosti proti opotřebení a k houževnatosti, zvláště když je velkost zrna menší než jeden mikron. Výzkum a vývoj v oblasti těchto materiálů povede v budoucnosti k ještě jemnějším nanostrukturám. Tyto nové řezné nástroje, využívané při HSM, umožní rychleji obrábět i náročnější materiály.
    Obrábění kalené oceli, které se často používá v průmyslu zápustek a forem, se dnes považuje za samozřejmost. Vývoj slinutých karbidů pro karbidové nástroje s polohovatelnými břitovými destičkami otevřel řadu nových možností. Například jakost H10P materiálu Pluratech je charakterizována extrémně jemnozrnným substrátem kombinovaným s povlakem TiAlN, který je nanesen technologií PVD, což ji činí vhodnou k použití pro kalené oceli s tvrdostí přesahující i 54 HRC, přičemž se značně prodlužuje životnost nástroje. Jakost H10P byla vyvinuta pro takové aplikace HSM, v nichž se pro dokončovací operace používají malé hloubky řezu a vysoké řezné rychlosti.
    Příklad tvarového frézování v kalené zápustkové oceli (53 HRC) ukazuje, že i při velmi vysokých řezných rychlostech je opotřebení hřbetu na řezných ostřích poměrně omezeno i po dlouhé době používání nástroje (řezná rychlost 640 m.min-1 dává frézovanou vzdálenost 180 m s výsledkem opotřebení hřbetu o 0,12 mm).
    Pro obrábění slitin hliníku otevřel nové možnosti vývoj polykrystalických diamantových materiálů ve formě polohovatelných nástrojů s povlakem PCD. Do geometrie břitové destičky lze začlenit geometrii lamače třísky tam, kde je k dispozici více břitů než u konvenčních špičatých modelů. Částice povlaku z čistého diamantu jsou také účinnější než konvenční špičky, protože ty jsou spékané, a tudíž obsahují pojivo o nižší tvrdosti.
    Vývoj nástrojových materiálů prostřednictvím vývoje slinutých karbidových substrátů.
    Tvrdost (H) a pevnost v příčném lomu (T) se zlepšily díky zmenšení velikosti zrna substrátu z normálního (1) přes jemné (2) k dnešnímu ultrajemnému (3). S pokračujícím výzkumem a vývojem v této oblasti představují superjemné materiály (4) a materiály s nanometrovým zrnem (5) další zlepšení nástrojových materiálů, které přispěje k rozvoji HSM.
    Kubický nitrid boru (CBN), jehož tvrdost překonává jen diamant, se používá v širším měřítku nejen pro obrábění součástek z kalené oceli, ale také pro obrábění litiny při vysokých rychlostech. Výhodnost jeho použití oproti keramice v této konkrétní situaci dokládá příklad soustružení brzdového kotouče z litiny GG25. Dřívější keramická břitová destička byla používána při řezné rychlosti 700 m.min-1, zatímco břitovou destičku z CNB bylo možné použít při rychlosti 11 000 m.min-1. Životnost nástroje také vzrostla ze 200 na 4500 kusů a doba řezu se snížila o 40 %. CNB se rovněž hojněji používá při rovinném frézování za značně zkrácené doby obrábění a mnohem delší životnosti nástroje.

    Řezné nástroje a bezpečnost

    Používání vysokých otáček vřetene s sebou nese vážný bezpečnostní aspekt. Energie, kterou mají i velmi malé součástky uvolněné za vysokých rychlostí, je překvapivě vysoká a nebezpečná. Polohovatelná břitová destička otáčející se rychlostí 40 000 min-1 má stejnou kinetickou energii jako kulka z pistole! Je životně důležité, aby byly ochranné kryty obráběcího stroje dostatečné pevné a aby byly řezné nástroje konstruovány tak, aby snášely při HSM vysoké otáčky vřetena.
    Tato moderní frézovací hlava, i když není pro HSM konstruována, vydržela dobře a může být bezpečně používána při otáčkách vřetene až do 24 950 min-1 nebo řezné rychlosti 3919 m.min-1 s frézou o průměru 50 mm.
    Klaus Christoffel, Christer Richt
    Reklama
    Vydání #10
    Kód článku: 31003
    Datum: 08. 10. 2003
    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    Technologie pro firmu s dobrou tradicí

    Společnost Jihlavan je tradičním výrobcem letecké i pozemní hydrauliky. Má vlastní vývoj leteckých hydraulických přístrojů. Navíc vyrábí pro významné evropské společnosti přístroje dle jejich dokumentace. S jeho výrobním ředitelem Liborem Babákem jsme si povídali zejména o technologiích a trendech a „vychytávkách“ v této oblasti výroby.

    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