Kontrola niestabilności podczas frezowania profilowego
Sandvik CoromantW przypadku frezowania profilowego niestabilność rzadko objawia się nagłą awarią. Zazwyczaj przejawia się ona zmniejszeniem prędkości posuwu, skróceniem cykli bez nadzoru oraz rezygnacją operatorów z agresywnych parametrów skrawania w celu ochrony przedmiotów o wysokiej wartości.
Ponieważ w obróbce skrawaniem coraz częściej wykorzystuje się tytan, stal nierdzewną typu duplex oraz superstopy żaroodporne (HRSA), utrzymanie stabilności obróbki staje się kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność. Alvaro Ruiz, globalny specjalista ds. zastosowań produktów w firmie Sandvik Coromant wyjaśnia, dlaczego przy projektowaniu narzędzi kładzie się obecnie nacisk na bezpieczeństwo procesu i przewidywalne zużycie.
Powiązane firmy
Stabilność jako wyzwanie
W branżach takich jak lotnictwo, energetyka oraz produkcja matryc i form operacje frezowania profilowego rzadko odbywają się w idealnych warunkach. Elementy te często charakteryzują się obecnością głębokich wybrań oraz cienkościennych struktur, co wymusza stosowanie narzędzi o dużym wysięgu oraz przerywanego procesu obróbki. Dodatkowym utrudnieniem są właściwości obrabianych materiałów, generujących wysokie temperatury w strefie skrawania, wykazujących tendencję do umacniania (samoutwardzania) oraz powodujących ciągłe powstawanie wiórów, których efektywne odprowadzanie jest utrudnione. W tych warunkach wyzwanie wykracza poza kwestię trwałości narzędzia i sprowadza się do charakterystyki obróbki w dłuższej perspektywie czasowej.
Niewielkie wahania obciążenia wiórami, drgań i stabilności płytki kumulują się, powodując nieprzewidywalność. Gdy zaufanie operatorów słabnie, zespoły zajmujące się obróbką reagują ostrożnie, łagodząc parametry skrawania lub ograniczając pracę bez nadzoru, aby chronić obrabiany przedmiot. Skutkiem tego jest mniejszy stopień wykorzystania płytek skrawających i spadek ogólnej wydajności.
Sandvik CoromantFrezowanie profilowe powoduje powstanie bardzo dynamicznych warunków skrawania, ponieważ narzędzie porusza się po skomplikowanej geometrii. Wgłębienia w tytanie często charakteryzują się dużą głębokością i podatnymi ściankami, co zwiększa drgania w całym układzie. W superstopach żaroodpornych, takich jak Inconel, ciepło kumuluje się na krawędzi skrawającej, co przyspiesza zużycie i zwiększa ryzyko awarii. Gatunki nierdzewne i dupleksowe stwarzają dodatkowe wyzwania związane z wytrzymałością i odprowadzaniem wiórów, które obciążają zarówno płytkę, jak i korpus frezu podczas całego cyklu skrawania.
W takich warunkach nawet niewielkie niedoskonałości systemu narzędziowego mogą zakłócić proces skrawania. Wynika to z faktu, że wiele źródeł niestabilności zbiega się w miejscu styku z ostrzem, gdzie wahania siły docisku i obciążenia termiczne przekładają się na różnice w grubości warstwy skrawanej oraz zróżnicowane zużycie poszczególnych ostrzy.
Mikroruchy płytki są jednym z czynników mających największy wpływ na ten proces. Nawet niewielkie przesunięcie w gnieździe płytki może wpłynąć na grubość warstwy skrawanej i obciążenie krawędzi, powodując zaburzenie równowagi zużycia. W miarę narastania tej nierównowagi spada przewidywalność, a wzrasta ryzyko nagłego uszkodzenia krawędzi. Aby zachować kontrolę nad procesem, zużycie musi przebiegać w sposób spójny i powtarzalny, co pozwala planować wymianę ostrzy narzędzi, zamiast reagować na nieoczekiwane awarie.
Bilansowanie siły skrawania
Kontrola kierunku i rozkładu sił ma kluczowe znaczenie dla stabilności podczas frezowania profilowego. Nadmierne siły promieniowe powodują wzrost drgań, dlatego też kontrola rozkładu sił w korpusie frezu jest niezbędna do utrzymania stabilności procesu przy zmiennym zagłębieniu w materiał.
Geometria narzędzia stanowi tu kluczowy czynnik. Połączenie odpowiednich rozwiązań w zakresie geometrii osiowej i promieniowej pomaga ograniczyć drgania poprzez zmniejszenie obciążenia promieniowego przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa krawędzi skrawających, zwłaszcza w przypadku tytanu i stali nierdzewnej, gdzie agresywny styk może szybko doprowadzić do destabilizacji cięcia.
Istotną rolę odgrywa również stosowanie strategii dużego posuwu. W wielu operacjach profilowania zmniejszenie zagłębienia osiowego w połączeniu z okrągłymi płytkami pozwala na zmniejszenie promieniowych sił skrawania przy jednoczesnym zwiększeniu prędkości posuwu, co sprzyja wydajności skrawania. Jest to szczególnie skuteczne w przypadku frezowania wybrań oraz operacji wymagających dużego wysięgu, gdzie często ma to większe znaczenie niż maksymalizacja indywidualnej głębokości skrawania.
Projektowanie pod kątem bezpieczeństwa obróbki
Przy projektowaniu narzędzi coraz większy nacisk kładzie się na zachowanie frezu w całym okresie eksploatacji, a nie na to, jak bardzo można go obciążać w optymalnych warunkach. Jeśli zużycie jest pod kontrolą, a jakość skrawania pozostaje stabilna, producenci mogą utrzymać wysokie parametry przy mniejszym ryzyku. To właśnie takie podejście do zachowania narzędzia podczas obróbki stało się podstawą przy projektowaniu CoroMill MR20: frez z płytkami okrągłymi o geometrii dodatniej, ze szczególnym uwzględnieniem materiałów z grup ISO M, ISO S i ISO P do frezowania profilowego i czołowego.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
W centrum uwagi znajduje się nowa konstrukcja gniazda płytki. Duża powierzchnia styku między płytką a korpusem frezu ogranicza mikroruchy pod obciążeniem, co pomaga utrzymać stałą grubość warstwy skrawanej na całej długości krawędzi. Stabilne osadzenie poprawia rozkład obciążenia i zapobiega przedwczesnemu rozchwianiu, które może zakłócić przebieg procesu.
Równie ważna jest wytrzymałość w miejscu styku. Dzięki zachowaniu kształtu nawet przy wielokrotnym obciążaniu frez nie ulega stopniowej deformacji, która w przeciwnym razie powodowałaby z czasem wahania w działaniu. Efektem jest stała wydajność przez cały okres eksploatacji narzędzia, a nie stopniowe pogorszenie jego właściwości.
Ta sama zasada ma zastosowanie również do ogólnego zużycia narzędzia. Frez MR20 jest produkowany z zachowaniem wąskich tolerancji korpusu oraz z wykorzystaniem nowego systemu kontroli wymiarów, co sprzyja stopniowemu i przewidywalnemu zużyciu płytek. Gdy zużycie postępuje równomiernie na wszystkich ostrzach frezu, zachowuje on równowagę, łatwiej jest utrzymać odpowiednią jakość powierzchni, a ryzyko lokalnego uszkodzenia krawędzi skrawających ulega zmniejszeniu.
Sama płytka sprzyja takiemu zachowaniu. Model MR20 wykorzystuje płytkę okrągłą o sześciu pozycjach roboczych, o grubym, solidnym korpusie, co zapewnia jej wytrzymałość niezbędną do radzenia sobie ze zmieniającym się obciążeniem bez utraty stabilności krawędzi. To z kolei pozwala na stosowanie większych prędkości posuwu bez zwiększania niestabilności podczas skrawania. Jest to szczególnie ważne podczas przechodzenia od obróbki zgrubnej do półwykończeniowej, gdzie wahania obciążenia mogłyby w przeciwnym razie spowodować utratę równowagi poszczególnych krawędzi.
Zastosowanie do obróbki tytanu i superstopów żaroodpornych wiąże się z kolejnym wyzwaniem: kumulacją ciepła w okolicy strefy skrawania. Nowy, zintegrowany system podawania chłodziwa od dołu pomaga obniżyć ogólną temperaturę podczas procesu skrawania, co pozwala na dłuższe zachowanie właściwości powłoki płytki. Tym samym pozwala uzyskać bardziej stabilny przebieg zużycia w materiałach, które w przeciwnym razie sprzyjałyby cyklicznym zmianom temperatury i nieprzewidywalności.
W nowoczesnej obróbce skrawaniem wydajność zależy od tego, na ile można polegać na danym procesie obróbczym. Wysokie prędkości posuwu przynoszą korzyści tylko wtedy, gdy można je utrzymać bez narażania się na ryzyko. Dlatego strategie profilowania odchodzą od osiągania maksymalnej wydajności w krótkich impulsach na rzecz stałej wydajności, która utrzymuje się w zmiennych warunkach.
W przypadku elementów o dużej wartości konsekwencje są natychmiastowe. Pojedyncza odrzucona konstrukcja lotnicza lub przerwany cykl obróbki przedmiotu produkowanego seryjnie mogą przeważyć nad wszelkimi marginalnymi korzyściami wynikającymi ze zwiększenia prędkości skrawania. Gdy proces pozostaje stabilny, zakłady mogą z większą pewnością stosować większe prędkości posuwu i wydłużać czasy obróbki przy mniejszej liczbie interwencji. Efektem jest proces, który przebiega zgodnie z oczekiwaniami od pierwszego do ostatniego przedmiotu.
Źródło: Sandvik Coromant
