Obróbka materiałów trudnoobrabialnych – nowe narzędzia i strategie skrawania
Sandvik CoromantPrzemysłowa Wiosna, jak co roku, będzie doskonałą okazją, żeby zapoznać się z najnowszymi rozwiązaniami w obszarze obróbki skrawaniem. Podczas wydarzenia, które cieszy się dużym zainteresowaniem wśród producentów maszyn i narzędzi, nie zabraknie również nowych rozwiązań technologicznych, które mogą zrewolucjonizować podejście do obróbki materiałów trudnoobrabialnych.
Obróbka materiałów trudnoobrabialnych to jedno z najbardziej wymagających wyzwań w dzisiejszym przemyśle, w szczególności w takich branżach, jak lotnictwo, przemysł medyczny, motoryzacyjny czy kosmiczny. Wykorzystywanie materiałów o wysokiej twardości, takich jak stopy tytanu, nadstopy niklu i chromu czy żarowytrzymałe stale, wymaga zastosowania odpowiednich narzędzi skrawających, maszyn o wysokiej sztywności, jak również precyzyjnych strategii obróbczych. Celem jest uzyskanie wysokiej jakości powierzchni detali przy zachowaniu wydajności procesu skrawania. Żeby sprostać tym wymaganiom, inżynierowie i technolodzy sięgają po nowoczesne technologie, które umożliwiają obróbkę nawet najbardziej opornych materiałów.
Nowoczesne narzędzia i maszyny do obróbki materiałów trudnoobrabialnych
Aktualnie najczęściej stosowane narzędzia skrawające, wykonane z węglika spiekanego (w tym te o zwiększonej udarności), nie zawsze są w stanie sprostać obróbce każdego rodzaju materiału. Skutkuje to obniżeniem wydajności procesu skrawania (co wydłuża czas obróbki), szybszym zużyciem narzędzi oraz niezadowalającą jakością obrabianego detalu. W najgorszych przypadkach może to prowadzić do niemożności przeprowadzenia obróbki w ogóle.
Dlatego pojawia się potrzeba wprowadzania nowych rozwiązań materiałowych, szczególnie w produkcji frezów czy wierteł. Producenci narzędzi skrawających nieustannie poszukują nowych materiałów, które będą zoptymalizowane pod kątem obróbki trudnych materiałów, takich jak superstopy żaroodporne (HRSAs) czy stopy niklowe, by zapewnić jak najlepsze parametry skrawania.
Współcześnie do produkcji bardziej wytrzymałych narzędzi stosuje się między innymi borazon (azotek boru), diament polikrystaliczny oraz ceramikę. Przykładem może być zastosowanie ceramicznych frezów trzpieniowych, gdzie prędkość skrawania może być nawet 20–30 razy wyższa niż w przypadku tradycyjnych narzędzi wykonanych z węglika spiekanego. Taka różnica wynika z wyższej twardości narzędzi ceramicznych, które zachowują swoje właściwości nawet w wysokich temperaturach.
Oprócz nowych materiałów narzędziowych popularnym rozwiązaniem, które pozwala zwiększyć efektywność narzędzi, jest nakładanie powłok. Odpowiednio dobrane powłoki, dopasowane do specyficznych wymagań procesu, mogą znacznie poprawić właściwości skrawające narzędzi, a w konsekwencji wpłynąć na poprawę zarówno wydajności, jak i jakości obróbki.
Marcin Kurcoń, dyrektor zarządzający Vollmer Polska, podkreśla natomiast znaczenie innowacyjnych maszyn, które pozwalają na precyzyjne ostrzenie narzędzi wykorzystywanych do obróbki materiałów trudnoobrabialnych.
– Podczas tegorocznej edycji targów STOM pokazujemy 3 wybrane rozwiązania z naszego portfolio skierowane dla różnych segmentów przemysłu branży metalowej: szlifierkę Vollmer VGrind Argon do produkcji narzędzi obrotowych HM, Centrum Szlifierskie Loroch KSC 560-B do ostrzenia frezów piłkowych i pił tarczowych oraz zautomatyzowany system gratowania ultrasonicznego ultraTEC dla elementów wykonanych z aluminium, PCV, Inconelu i innych materiałów twardych. VGrind charakteryzuje się dużym momentem obrotowym wrzeciona (25 Nm), szerokim zakresem obrabianych narzędzi (Ø 0,3–200 mm) oraz kompaktową automatyzacją wymiany narzędzi bez przezbrajania dla średnic uchwytu Ø 3–20 mm – mówi Marcin Kurcoń.
Strategie skrawania dla materiałów trudnoobrabialnych
Skrawanie materiałów trudnoobrabialnych wiąże się z wieloma wyzwaniami. Odpowiednia strategia skrawania jest kluczowa, żeby zapewnić optymalną wydajność i utrzymać wysoką jakość powierzchni.
Przedstawiciele firmy Richo Polska rekomendują obróbkę na sztywnej obrabiarce (solidna, masywna konstrukcja, stabilne mocowanie obrabianego elementu (mocne imadła i uchwyty) oraz dodatkowe podpory i systemy tłumienia drgań w przypadku narzędzi o większym wysięgu. Świetnie sprawdzi się obróbka trochoidalna (ogranicza kontakt narzędzia z materiałem, zmniejszając jego zużycie) i obróbkę warstwową (redukuje powstawanie nadmiernego ciepła i poprawia stabilność procesu).
W tym roku na targach STOM-TOOL firma Richo zaprezentuje pionowe centrum obróbcze Miumac DM-1052B. To bardzo uniwersalna obrabiarka, która sprawdza się w różnych rodzajach obróbki, także materiałów trudnoskrawalnych. Centra serii DM mają bowiem szeroką podstawę, więcej prowadnic i wózków w osiach X, Y i Z. Jest to też dynamiczna maszyna z przyspieszonymi przejazdami 48 m/min i posuwem roboczym 20 m/min. Dlatego też bez problemów radzi sobie z obróbką trochoidalną, która najlepiej sprawdza się przy skrawaniu materiałów trudnoobrabianych. Daje ona wysoką i powtarzalną chropowatość, gdyż mamy stały naddatek w trakcie frezowania.
Marcin Kurcoń zwraca uwagę, że postępujący i naturalny trend w branży wskazuje na konieczność projektowania maszyn nie tyle autonomicznych i nastawionych na sztywny, zadany cykl pracy, co umożliwiających wykorzystanie ich w jak najszerszym zakresie wykonania narzędzia, zachowując wyśrubowane wymagania i minimalizując konieczność przezbrajania maszyn do minimum. Tu nie ma miejsca na kompromis.
>>Zobacz więcej informacji o tegorocznej edycji targów STOM – Pobierz bezpłatny MM Magazyn Targowy<<
Innowacyjne technologie elektrodrążenia i frezowania
W obróbce materiałów trudnoobrabialnych niezwykle istotne są także technologie elektrodrążenia i frezowania. Zwłaszcza ta pierwsza technologia jest jednym z najskuteczniejszych narzędzi do obróbki materiałów trudnoobrabialnych.
W ofercie firmy GF Machining Solutions znajdują się m.in. obrabiarki AgieCharmilles CUT E 350, wyposażone w nowoczesny generator umiejscowiony tuż przy wannie roboczej, które zapewniają wysoką jakość powierzchni już po trzech przejściach, osiągając chropowatość na poziomie Ra 0,55 µm – podczas gdy inne dostępne obrabiarki na rynku wymagają co najmniej czterech przejść. Dodatkowo technologia Spark Track usprawnia proces cięcia, a moduł EDM Expert oferuje gotowe strategie obróbki dla różnych materiałów, w tym węglika spiekanego, co pozwala na optymalizację parametrów pracy.
W elektrodrążarkach AgieCharmilles CUT E 350 precyzję cięcia zapewniają sztywna konstrukcja, liniały optyczne i bezluzowe prowadniki drutu. Generator IPG eliminuje niekorzystne zjawiska, jak warstwa biała czy elektroliza i umożliwia uzyskanie Ra do 0,2 µm. Dzięki cyfrowym rozwiązaniom, takim jak Taper Expert czy Wire Expert, elektrodrążarki gwarantują wyjątkową dokładność odwzorowania konturu.
Precyzyjna obróbka metali to nie tylko konieczność zachowania wysokiej jakości powierzchni, ale także dokładnego odwzorowania konturu. Dlatego elektrodrążarki AgieCharmilles oferują wiele rozwiązań, takich jak Taper Expert – pozwalający na precyzyjne cięcie pod kątem w tolerancji +/- 1 st., moduł Wire Expert, który automatycznie kompensuje beczkowatość ścian, dedykowany system CAD/CAM, który przy tworzeniu programu uwzględnia także bazę technologii zainstalowaną w maszynie.
Zaawansowane centra obróbcze
W kontekście obróbki materiałów trudnoobrabialnych, przedstawiciele firmy GF Machining Solutions zwracają również uwagę na znaczenie zaawansowanych frezarek 5-osiowych.
Wśród prezentowanych na targach STOM rozwiązań na stoisku firmy GF znajdzie się także 5-osiowa frezarka Mikron MILL E 700 U. Dzięki wrzecionu o wysokim momencie obrotowym (120 Nm), mocy 36 kW i prędkości obrotowej do 20 000 obr./min maszyna ta radzi sobie doskonale z obróbką materiałów trudnoobrabialnych. Jest to szczególnie istotne w produkcji komponentów dla przemysłu lotniczego i medycznego. Dla bardziej wymagających użytkowników rekomendowany jest model Mikron MILL P 800. Jego bramowa konstrukcja zapewnia wyjątkową stabilność i precyzję, co przekłada się na spektakularne rezultaty nawet w najbardziej wymagających aplikacjach.
We frezarkach kluczowe znaczenie ma doskonałe wrzeciono Step-Tec, symultaniczny stół napędzany silnikami momentowymi oraz stabilna termicznie konstrukcja korpusu. Mikron Mill oferuje również zaawansowane opcje software’owe, takie jak ISM extended, która wykrywa nadmierne wibracje i pozwala operatorowi zmodyfikować proces, poprawiając jakość powierzchni i wydłużając żywotność narzędzi. Dodatkowo, automatyzacja umożliwia pracę 24/7, dodatkowo zwiększając wydajność procesu.
Jakub Szyndlar, technolog ds. rozwoju klienta w firmie Abplanalp zauważa natomiast, że przy zastosowaniu najnowszych technologii każda z nowoczesnych maszyn obróbczych CNC jest w stanie obrabiać materiały trudnoobrabialne. Warto jednak podkreślić, że przy obróbce materiałów trudnoskrawalnych, kluczowy jest dobór sztywnej i dokładnej obrabiarki, takiej jak np. japońskie maszyny Kitamura HX250iG czy Nakamura-Tome WY100V. Dodając do tego jednego z liderów obróbki dla branży medycznej – automat wzdłużny szwajcarskiej firmy Tornos – w połączeniu z najwyższej jakości narzędziami, chłodziwem czy oprogramowaniem mamy receptę na sukces.
– Pamiętajmy, że nie sama obrabiarka skrawa, bo bez odpowiednich narzędzi i technologii, to tylko bardzo drogi gabaryt. Automatyzacja, którą oferujemy, nowoczesne technologie pod kątem narzędzi, wysokowydajne chłodziwa, zaawansowane techniki programistyczne i poprawne wyszkolenie kadry – to naszym zdaniem klucz do sukcesu w obróbce wydajnej, z zachowaniem wysokich jakości powierzchni – dodaje przedstawiciel Abplanalp.
Wyzwania związane z mocowaniem detali
Problem związany z obróbką materiałów trudnoobrabialnych nie kończy się oczywiście na doborze narzędzi skrawających i odpowiedniej strategii obróbki. Kolejnym kluczowym elementem jest odpowiednie mocowanie detali, które musi zapewniać stabilność i precyzyjne trzymanie elementów podczas skrawania.
Żeby osiągnąć optymalną wydajność procesu obróbczego przy zachowaniu wysokiej jakości powierzchni, należy przede wszystkim skupić się na jak najlepszym ustabilizowaniu detalu i narzędzia. Punkty bazujące detal mogą nie wystarczyć, żeby należycie podeprzeć detal, dlatego bardzo często zmuszeni jesteśmy do zapewnienia dodatkowych punktów podparcia. To dodatkowe podparcie powinno być samoadaptujące się do każdej konkretnej sztuki, aby nie wprowadzać naprężeń w zamocowany detal. Taką funkcję pełnią podpory hydrauliczne (np. LD, TNC) i pneumatyczne (WNC), których 3. już generację oferuje firma Kosmek. Wyróżniają się one szczególnie niską siłą kontaktu z detalem oraz wysoką siłą blokady i sztywności.
Jak zauważa Adrian Romanowski z firmy Kosmek, obróbka materiałów trudnoobrabialnych z punktu widzenia mocowania detali niesie dwa zasadnicze wyzwania.
– Po pierwsze, mamy do czynienia z dużymi siłami skrawania, które przechodzą przez detal na przyrząd mocujący. I tutaj z pomocą przychodzą nasze komponenty wyposażone w technologię Kosmek High Power, dzięki której następuje mechaniczne wzmocnienie siły trzymania detali. Po drugie, w takich aplikacjach dążymy do jak najmniejszych naddatków, co z kolei podnosi wymagania co do precyzji mocowania detali. Firma Kosmek może się pochwalić rozwiązaniami, które pozwalają pozycjonować detale czy też całe palety z powtarzalnością lepszą niż 3 μm – tłumaczy Romanowski.
Obróbka materiałów trudnoobrabialnych to wyzwanie, które wymaga zaawansowanych narzędzi, technologii i precyzyjnych strategii obróbczych. Wykorzystanie nowoczesnych maszyn, takich jak szlifierki, frezarki czy elektrodrążarki, w połączeniu z odpowiednimi technologiami mocowania detali oraz precyzyjnie dobranymi parametrami skrawania, pozwala na osiągnięcie doskonałej jakości powierzchni i stabilności procesu.
Omówione w artykule rozwiązania to jedynie przykłady innowacyjnych technologii, które zostaną zaprezentowane podczas Przemysłowej Wiosny. Targi będą okazją do zapoznania się z wieloma rozwiązaniami oferowanymi przez wystawców z danej branży, a także do bezpośrednich rozmów z ekspertami z różnych firm.
