Jak rozwiązywać problemy z trwałością narzędzi
Pixabay – BeekiNarzędzia skrawające mają określoną trwałość, a procesu ich zużywania nie da się niestety uniknąć. Określone działania albo zaniechania mogą to zużywanie się narzędzi znacznie przyspieszyć, narażając w ten sposób przedsiębiorstwo produkcyjne na większe koszty działalności. Warto więc poznać sposoby zwiększenia trwałości narzędzi i przez cały czas ich użytkowania się do nich stosować.
Duże siły, jakie oddziałują na narzędzia podczas procesów skrawania, opory ruchu na skutek tarcia czy wysokie temperatury na styku krawędzi narzędzia i obrabianej powierzchni to najważniejsze czynniki, które wpływają na to, że narzędzia skrawające się sukcesywnie zużywają. Do tej listy czynników, których nie da się uniknąć, można jednak dodać kolejne. W wielu przypadkach są one efektem braku wiedzy lub doświadczenia albo po prostu błędu operatora, który odpowiada za realizowany proces obróbczy.
Lech Wyród, menadżer produktu narzędzia składane w YG-1 Poland, podkreśla, że podstawową sprawą jest używanie narzędzi zgodnie z ich przeznaczeniem.
– U klientów bardzo często spotyka się jednak narzędzia, które pracują z nieodpowiednimi parametrami albo są nieoptymalnie dobrane do danych warunków lub obrabianego materiału. Dlatego na pytanie „jak podnieść ich trwałość” odpowiem, że przede wszystkim trzeba ich najpierw prawidłowo używać, a potem dostosować parametry wyjściowe, lekko je modyfikując – mówi Lech Wyród i dodaje, że wśród wiodących producentów narzędzi trwa nieustanny wyścig o wydajność i trwałość, głównie dotyczący nowych powłok.
Dobór narzędzia do obrabianego materiału
Podstawą wydajnej obróbki skrawaniem, i nie chodzi tu wyłącznie o kwestię wydłużenia żywotności narzędzi, jest właściwy dobór narzędzia skrawającego. To o tyle istotne, że coraz częściej w różnych zastosowaniach można spotkać nowe, trudno obrabialne materiały, takie jak nadstopy niklu, stopy tytanu czy żarowytrzymałe stale nierdzewne.
Nie każde narzędzie poradzi sobie z obróbką takich materiałów. Odpowiedzią na te wyzwania są więc narzędzia wykonane m.in. z węglika spiekanego, ze spieków ceramicznych, a także zaawansowane narzędzia ceramiczne.
– Żeby zobrazować możliwości zwiększenia żywotności narzędzi skrawających, posłużmy się przykładem materiałów trudno obrabialnych o wysokiej twardości, takich jak stopy żaroodporne na bazie niklu i tytanu. Ze względu na wysoką wytrzymałość na podwyższone temperatury materiały te mogą znaczącą wpływać na przyspieszone zużycie narzędzia obrabiającego – wyjaśnia Tomasz Charkot, specjalista ds. marketingu w MMC Hardmetal Poland.
– W przypadku tego rodzaju materiałów wydłużenie trwałości możliwości obróbki zależy głównie od prawidłowego doboru narzędzia. Dlatego warto zadbać, aby narzędzie dedykowane do stopów trudno obrabialnych było wykonane np. z wytrzymałego węglika spiekanego, z odpowiednią powłoką, która nie tylko zwiększa odporność na ścieranie, ale również zapewnia niższe opory skrawania i lepszy spływ wióra. W dalszej kolejności istotne z punktu widzenia żywotności narzędzia są m.in. prędkość skrawania, posuw, głębokość skrawania lub chłodzenie − dodaje.
Andrzej Cieplak, product manager threading w YG-1 Poland, podkreśla, że firma YG-1 w nowych narzędziach wprowadza lepszy materiał, z którego jest ono wykonane, nową aplikacyjną konstrukcję i geometrię oraz nową powłokę.
– Najlepszym przykładem są serie gwintowników Synchro Tap i Prime Tap ze stali narzędziowej proszkowej HSS/PM. Obie serie mają inne geometrie i konstrukcje pod aplikacyjne zastosowanie do obrabianych materiałów i charakterystyk pracy. Gwintowniki serii Prime Tap mają nową powłokę wielowarstwową „X” bazowaną na glinko-azotku-chromie. Natomiast gwintowniki serii Chip Breaker Tap mają pierwszy raz w YG-1 zastosowaną innowacyjną, aplikacyjną konstrukcję i geometrię do tworzenia krótkich wiórów – mówi Andrzej Cieplak.
– Natomiast najlepszym przykładem wierteł VHM, w których stosujemy kompleksowo różne właściwości do zwiększenia ich trwałości, jest seria Dream Drill Pro wykonana z drobno ziarnistego węglika spiekanego. Stosujemy w niej nowe geometrie ostrzy (np. główna krawędź tnąca jest wydłużona, bo jest w kształcie litery „S”) oraz nową wielowarstwową powłokę „Z” (na bazie krzemu) − wylicza.
Podstawą właściwe parametry obróbki
Jak zauważył Tomasz Charkot, równie istotne jak dobór narzędzia jest ustawienie odpowiednich parametrów obróbki, w tym przede wszystkim prędkości skrawania, wartości posuw i głębokości skrawania. Parametry te nie tylko są istotne dla żywotności narzędzia, ale generalnie decydują o wydajności całego procesu, a także o jakości uzyskanego detalu.
Zarówno zbyt wysokie, jak i zbyt niskie wartości poszczególnych parametrów mogą powodować różne negatywne następstwa. Zbyt niskie posuwy podczas wiercenia głębokich otworów znacząco zmniejszają trwałość narzędzia, powodując „ślizganie się” ostrza w początkowej fazie procesu. Działająca równocześnie siła poosiowa może powodować efekt wyboczenia, czego następstwem są niewidoczne mikropęknięcia narzędzia.
Zbyt duża prędkość, która wprawdzie przyspieszy czas obróbki, może powodować wzrost temperatury na styku narzędzia i obrabianego detalu. Natomiast zbyt duża temperatura przyspiesza ścieralność powierzchni narzędzia − efektem mogą być deformacje plastyczne czy też szybko postępujące zużycie kraterowe.
Niekorzystna może okazać się również zbyt niska prędkość skrawania. Może powodować problemy z usuwaniem wiórów, powstawaniem narostów i w efekcie przyczyniać się do tępienia ostrza.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Zbyt wysoka wartość posuwu to zwiększone ryzyko niewłaściwego formowania wiórów, co z kolei może skutkować uszkodzeniem narzędzia. Natomiast zbyt mały posuw będzie powodował szybkie ścieranie się powierzchni przyłożenia.
Duża głębokość skrawania może przyczyniać się do powstawania większych sił nacisku i w efekcie do wyłamania się płytki. Z kolei przy zbyt małej głębokości skrawania może dojść do powstawania niekorzystnych dla narzędzi drgań.
Chłodzenie, wióry i inne czynniki
Olbrzymie znaczenie dla trwałości narzędzi ma również zastosowanie odpowiedniego chłodziwa. Generalnie chłodziwo jest niezbędne (poza tzw. obróbką na sucho), ponieważ obniża temperaturę obróbki i zapewnia odpowiednie smarowania. Przekłada się to na mniejszą ścieralność materiału ostrza narzędzia. Dodatkowo może mieć również działanie antykorozyjne.
Nie tylko jednak odpowiedni rodzaj chłodziwa i jego ilość są ważne. Liczy się również sposób jego podawania. Podawanie chłodziwa od góry jest precyzyjniejsze, dlatego można stosować mniejsze ciśnienie. Natomiast podawanie chłodziwa od dołu lepiej odprowadza ciepło z obszaru skrawania.
Sposób podawania chłodziwa wpływa też na skuteczność odprowadzania wiórów. Jeśli chłodziwo jest podawane przed narzędziem, będzie lepiej wypłukiwać wióry. Jeśli zostanie podane za narzędziem, może spowodować, że wióry zostaną ponownie wepchnięte do strefy obróbki, co ją utrudni i może spowodować szybsze zużycie się narzędzia.
Kolejnymi czynnikami, które mogą skrócić żywotność narzędzi, są niewłaściwa geometria głowic, zbyt duże wysięgi czy złe kąty przystawania płytek. Odpowiednio dobrany kąt skrawania, kąt natarcia, kształt ostrza i ostrość płytki skrawającej wpływają na wydajność obróbki, redukcję oporów skrawania i sił tnących oraz zwiększenie trwałości narzędzia.
Równie ważna jest odpowiednia jakość stosowanych uchwytów narzędziowych. Źle dobrane lub nadmiernie zużyte uchwyty zmniejszają stabilność mocowania i mogą prowadzić do nadmiernego „bicia” podczas obróbki − a to będzie się przekładać na szybsze zużywanie się ostrza narzędzi.
– Z pewnością ważne jest też systematyczne monitorowanie zużycia narzędzi skrawających. A kiedy to konieczne, nie powinno się zwlekać z wymianą narzędzia, które nie sprawdza się podczas danego procesu obróbki. Pozwoli to oszczędzić czas i wyeliminuje nieplanowane przestoje, co przyczyni się do podniesienia efektywności produkcji – zauważa Tomasz Charkot.
– Stosując przy produkcji kompleksowo jak najwięcej połączeń nowych materiałów z nowymi geometriami, z nowymi konstrukcjami i z nowymi powłokami, otrzymujemy w rezultacie narzędzia ze znacznie zwiększona trwałością i odpornością na zużycie. Tylko tak wielopłaszczyznowe podejście do zwiększania trwałości narzędzi YG-1 zapewnia również znacznie większą odporność na niesprzyjające warunki pracy, jakie można spotkać podczas obróbek skrawaniem – dodaje Andrzej Cieplak.
Czynniki, które mogą przyspieszyć zużycie narzędzi skrawających:
- zły dobór narzędzia do obrabianego detalu i materiału, z jakiego go wykonano,
- niewłaściwa geometria ostrza skrawającego,
- nieprawidłowe parametry skrawania,
- brak odpowiedniego chłodzenia i smarowania podczas procesów obróbczych,
- niewłaściwe odprowadzanie wiórów z obszaru obróbki,
- wibracje podczas procesu skrawania.
O Autorze
