Kaip pasirinkti tinkamus apdirbimo įrankius įrangos gamybai

Pasirinkite įrankių medžiagą, atitinkančią apdirbamojo gaminio medžiagą ir gamybos apimtis, kad pasiektumėte optimalų apdirbimo našumą

Optimalios įrankių medžiagos parinkimas reikalauja subalansuoti apdirbamojo gaminio savybes, gamybos apimtis ir sąnaudų efektyvumą. Kietesnėms medžiagoms, pvz., kietintiems lydiniams, reikia didesnio nusidėvėjimo atsparumo, o masinei gamybai svarbiausia yra įrankių ilgaamžiškumas, o ne pradinės investicijos.

Karbidiniai, greitapjudžiai (HSS) ir keraminiai įrankiai: stiprybės, ribojimai bei sąnaudų ir našumo kompromisiniai sprendimai

Aukšto greičio apdirbimo operacijose, susijusiose su plienais ir lietiniais geležies lydiniais, dažniausiai naudojami karbidiniai įrankiai, nors jie kainuoja maždaug dvigubai brangiau nei aukšto greičio plieno (HSS) įrankiai. Tačiau jie tarnauja nuo trijų iki penkis kartus ilgiau, todėl daugumai dirbančių reguliariuosius gamybos ciklus įmonių jie yra vertingas investicijos objektas. Keraminės įterpės puikiai veikia pjoviant superlydinius esant temperatūroms, viršijančioms 1000 °C, tačiau įmonių savininkai dažnai vengia jų darbams, kurie dažnai prasideda ir sustoja, nes šiomis sąlygomis jos linkusi lūžti. Aukšto greičio plienas vis dar išlaiko savo vietą mažomis serijomis apdirbant aliuminį, nes jį galima daug kartų perštinti prieš keičiant, net jei jis negamina detalių taip greitai kaip karbidiniai įrankiai. Dirbant su titano lydiniais, dengtieji karbidiniai gręžtukai atrodo pasiekiantys tinkamą pusiausvyrą tarp šilumos pažeidimų atsparumo ir cheminio nusidėvėjimo apsaugos, kuris kelia problemas kitoms įrankių medžiagoms.

Medžiagai specifinės rekomendacijos: plieno, aliuminio, kompozitų ir kietintų lydinių apdirbimas

Dėjant diamantino dengtukus ant kompozitinių pjovimo įrankių tikrai padeda sumažinti tas nepatogias problemas, susijusias su pluošto ištraukimu ir sluoksniavimu apdirbant. Dirbant su kietintais plienais, kurių kietumas viršija 45 HRC, keraminiai įrankiai išlaiko savo matmeninę tikslumą ganėtinai gerai. Vis dėlto reikia būti atsargiems, nes šie įrankiai lengvai suskyla, jei jie neteisingai sumontuoti nestabiliame mašinos aplinkoje. Prieš pradedant visą gamybą verta atlikti kelis bandymo pjūvius, kad įsitikintume, jog viskas veikia kaip tikėtina. Šiluminio išsiplėtimo skirtumai tarp įrankio medžiagos ir apdirbamos medžiagos gali sukelti tikslumo problemų vėlesniuose etapuose. Matėme atvejų, kai tikslumo nuokrypiai viršijo 0,1 mm didinant gamybos mastus, kas žinoma sukelia rimtų sunkumų kokybės kontrolės komandoms vėlesniais etapais.

Pasirinkti pjovimo įrankio geometriją ir tipą pagal operaciją ir detalės reikalavimus

Galinių frezų, sukimosi įdėklų ir grąžtų: funkcionaliosios paskirtys ir pjovimo taikymo ribos

Galiausiai, frezavimo įrankiai puikiai tinka užduotims, kurios reikalauja kelių pjovimo taškų, pvz., profiliavimui ir įlankų frezavimui, ypač kai reikia apdoroti sudėtingas formas ir kontūrus. Sukimosi įterpiai veikia kaip vienataškiai pjovimo įrankiai, specialiai sukurti cilindrinių detalių formavimui sukimo staklėse. Standartiniai gręžtuvai skirti skubiam skylių gręžimui, o dauguma žmonių naudoja sukamusius gręžtuvus įprastam pergręžimui. Šie įvairūs įrankiai turi gana aiškius ribojimus dėl to, ką jie gali atlikti. Pavyzdžiui, frezavimo įrankiai netinka gilioms skylių gręžimui, sukimosi įterpiai netinka frezavimo operacijoms, o įprasti gręžtuvai dažniausiai palieka grubesnį paviršių nei išgręžtuvai. Kai mechanikai pasirenka netinkamą pjovimo įrankį, jie dažnai pastebi, kad jų įranga susidėvi daug greičiau – net iki 70 % greičiau nei įprastai – ir gauna detalių, neatitinkančių techninių reikalavimų, kartais nuokrypis būna didesnis nei pusė tūkstantosios colio.

Kratiklio, spiralės ir laisvojo kampo kampai: poveikis skiedrų valdymui, šilumos valdymui ir paviršiaus baigiamajam apdirbimui

Kirpimo įrankių geometrija lemia, kaip susidaro skiedros, kaip išsisklaido šiluma apdirbant ir koks paviršiaus baigiamasis apdorojimas lieka detalei. Kalbant apie pjaustymo kampą, teigiamas kampas sumažina pjaustymo jėgas maždaug 15–20 procentų, tačiau dėl to įrankio pjūklo kraštai tampa labiau linkę į įtrūkimus. Priešingai, neigiamas pjaustymo kampas geriau atlaiko sunkiai apdirbamų medžiagų, pvz., kietintų plieno lydinių, poveikį, nors tam reikia daugiau galios. Aliuminio frezavimui geriausiai tinka sukimosi kampai nuo maždaug 25 iki 45 laipsnių, nes jie padeda efektyviai pašalinti skiedras, kol jos neperskiriamos iš naujo ir nepablogina paviršiaus baigiamojo apdorojimo. Išėjimo kampai turi būti didesni nei šeši laipsniai, kad būtų išvengta per didelio trinties sukeltos šilumos kaupimosi, tačiau jei jie yra per dideli, pjūklo kraštas tampa pažeidžiamas. Baigiamajam apdirbimui paprastai naudojami siauresni sukimosi kampai – 30 laipsnių ar mažiau – kartu su lygiomis griovelių paviršiais, kad būtų pasiektas paviršiaus baigiamasis apdorojimas, kurio Ra vertė būtų mažesnė nei 32. Tuo tarpu grubiems apdirbimams naudingi statresni sukimosi kampai – 45 laipsniai ir daugiau, nes jie padeda greičiau pašalinti šilumą intensyvaus pjaustymo metu.

Panaudokite pažangias dengimo medžiagas, kad padidintumėte apdirbimo efektyvumą ir įrankių tarnavimo laiką

TiN, TiCN ir DLC dengimo medžiagos: palyginamasis analizės tyrimas dėl dilimo atsparumo ir šiluminės stabilumo

Įrankių denginiai tapo būtini įrankių tarnavimo laikui pratęsti ir bendrai padidinti našumą, sumažinant trintį bei šiluminę žalą eksploatuojant. Pavyzdžiui, titano nitridas (TiN) puikiai atlaiko dilimą iki maždaug 600 °C temperatūros, todėl jis dažnai yra pirmasis pasirinkimas daugumai standartinių plieno apdirbimo užduočių. Kitas denginys – titano karbonitridas (TiCN) – pasižymi geresniais kietumo rodikliais ir gali atlaikyti temperatūrą iki 750 °C. Dėl to TiCN ypač tinka aukšto greičio apdirbimui su kietomis arba abrazyvinėmis medžiagomis, kurios įprastai greitai sukelia įrankių dilimą. Dar vienas denginys – panašus į deimantą anglis (DLC) – visiškai kitokios kilmės: jis užtikrina nuostabų kietumą ir sukuria labai mažos trinties paviršius. Tačiau DLC turi temperatūrines ribas – paprastai nuo 300 iki 400 °C, nebent naudojamos specialios versijos, pvz., tetraedrinė amorfinė anglis (ta-C). Šios temperatūrinės ribos reiškia, kad DLC nėra visada tinkamas kiekvienai taikymo srityje, nepaisant jo įspūdingų eksploatacinių savybių.

• Atsparumas dilimui : DLC > TiCN > TiN
• Terminės ribos : TiCN (750 °C) > TiN (600 °C) > DLC (400 °C)
• Medžiagos tinka : TiN – švelniems ir vidutinio kietumo plienams, TiCN – kietintiems lydiniams ir nerūdijančiajam plienui, DLC – spalvotiesiems metalams ir kompozitams

Tinkamų dangų parinkimas pagal apdirbamojo gaminio medžiagą padeda išvengti ankstyvo nesėkmingo veikimo ir sumažina neplanuotą sustojimą.

Integruokite apdirbimo įrankių parinkimą su technologinio proceso planavimu ir CNC galimybėmis

Kuriant įrankių parinkimo sprendimus, būtina, kad jie atitiktų tai, ką CNC staklės gali fiziškai ir per savo valdymo sistemas tikrai apdoroti. Labai svarbūs yra tokie veiksniai kaip verpeto galios lygiai, sukimo momento kitimas esant skirtingoms sukimosi greičio reikšmėms, maksimalus sukimosi greitis (RPM) ir įrankių keitimo būdas staklėse – visi šie veiksniai lemia, ar pavyks išvengti darbo sulėtėjimo arba įrenginių per ankstyvo nusidėvėjimo. Kaip pavyzdžio atvejo analizės galima paminėti aukšto padavimo greičio frezavimo įrankį, specialiai sukurtą titano apdorojimui. Šie įrankiai reikalauja labai standžių montavimo sistemų ir patikimų tvirtinimo įtaisų, kad būtų pasiekiamos jų techninės charakteristikos. Atliekant daugiaplokštuminio kontūrinio apdirbimo darbus tikslumas tampa dar svarbesnis. Įrankiams reikia tikslaus geometrinio profilio, taip pat šiluminės stabilumo dangų, kad jie išlaikytų tikslumą sudėtingų paviršių formose. Proceso planavimas taip pat padeda nustatyti, kokie įrankiai yra tinkamiausi. Dideliems gamybos apimtims papildomos išlaidos aukštos kokybės karbidinėms frezoms su pažangiomis dangomis ilgainiui atsipildo. Tačiau prototipų kūrimo etape daugelis įmonių renkasi greitpjudžio plieno (HSS) įrankius, nes jie suteikia didesnės lankstumo galimybes. Teisingai parinkus įrankius pasiekiamas geriau šukų šalinimas, mažiau vibracijos problemų ir pilnas CNC sistemos mechaninės galimybės panaudojimas. Naujausi 2023 m. SME duomenys rodo, kad įmonės, kurios derina įrankių parinkimą su bendru procesų projektavimu, sumažina ciklo trukmę apie 15–20 procentų ir išplečia įrankių naudojimo trukmę net iki 30 procentų. Ši visapusiška strategija transformuoja apdirbimo operacijas iš atskirų, nepriklausomų žingsnių į vieningą ir daug produktyvesnę visumą.

Dažnai užduodami klausimai

Kokius veiksnius reikėtų įvertinti renkantis apdirbimo įrankio medžiagą?

Turėtumėte įvertinti apdirbamojo gaminio savybes, gamybos apimtis ir sąnaudų efektyvumą. Kietesnėms medžiagoms reikia didesnio nusidėvėjimo atsparumo, o didelėms gamybos apimtims svarbiausia yra įrankio tarnavimo trukmė.

Kodėl karbidiniai įrankiai dažnai yra pageidaujami apdirbant plieną?

Karbidiniai įrankiai užtikrina ilgesnį tarnavimo laiką – jie trunka nuo trijų iki penkių kartų ilgiau nei greitaplieno (HSS) įrankiai, todėl jie yra sąnaudų efektyvūs reguliariai vykdomose gamybos serijose, net jei jų pradinė kaina yra aukštesnė.

Kokie yra keramikinių įrankių privalumai ir trūkumai?

Keramikiniai įrankiai puikiai tinka superlydiniams apdirbti aukštoje temperatūroje, tačiau jie linkę skilti darbuose, kur dažnai pradedama ir sustabdoma darbas.

Kaip įrankių dengiamosios medžiagos, pvz., TiN ir TiCN, padeda padidinti apdirbimo efektyvumą?

Įrankių dengiamosios medžiagos padidina įrankių tarnavimo trukmę, sumažina trintį ir mažina šiluminį pažeidimą eksploatuojant, todėl bendrai padidinamas apdirbimo efektyvumas.

Kaip įrankių pasirinkimo integravimas su technologinio planavimo ir CNC galimybėmis naudingas apdirbimo operacijoms?

Įrankių pasirinkimo integravimas su technologiniu planavimu užtikrina suderinamumą su CNC sistemomis, sumažina ciklo trukmę 15–20 procentų ir padidina įrankių naudojimo trukmę iki 30 procentų.