Wytwarzanie w hali produkcyjnej przypomina wyścig samochodowy – liczy się tu przede wszystkim zawrotna prędkość jazdy i ograniczenie do minimum liczby i czasu postojów. Niezaplanowane przerwy w obróbce zabierają cenny czas – są jak dziura w oponie, która niweczy szanse kierowcy na zwycięstwo. Problemy z wyłamaniem ostrza narzędzia czy zakleszczenie się wiórów w podobny sposób obniżają wydajność zakładu produkcyjnego co nagła awaria na torze wyścigowym. Zbyt duża chropowatość powierzchni przedmiotów ze skomplikowanymi rowkami, niewłaściwe ciśnienie chłodziwa, długie wysięgi i wysoki poziom drgań – to kolejne punkty na liście wyzwań, jakie stawiają operacje przecinania i toczenia rowków. Wszystkie te problemy mogą skutkować czymś najmniej pożądanym w toku produkcji – zniszczeniem wartościowego przedmiotu obrabianego. Aby uniknąć tego rodzaju problemów, a także zapewnić wysoką trwałość i jakość wykonanych przedmiotów oraz odpowiednią produktywność procesów obróbczych, konieczny jest właściwy dobór narzędzi. Warto tej czynności poświęcić czas i uwagę, bo korzyści są nie do przecenienia. Znakomicie ilustruje je przykład dużych zakładów przemysłowych, w których podczas obróbki przyłącza pompy zastosowano wysokiej klasy system do odcinania. Efekty? Czterokrotnie więcej obrabianych przedmiotów na ostrze w znacznie krótszym czasie. W zakładzie udało się poprawić produktywność o 43% i zaoszczędzić niebagatelne 34 godziny czasu produkcji.

Bezpieczne odcinanie

Zabieg odcinania jest wykonywany przede wszystkim na obrabiarkach z podajnikiem pręta, często wykorzystywanych w produkcji masowej. Trwa krótko, dlatego w tym obszarze raczej trudno raczej liczyć na oszczędności czasowe i zwiększenie produktywności. Jednak po sekwencji odcinania niektóre przedmioty wymagają obróbki dodatkowych detali na wrzecionie pomocniczym, a wióry, które owijają się wokół przedmiotu, mogą uniemożliwić zamocowanie w tym miejscu kolejnego przedmiotu. Jeśli tak się zdarzy, wyprodukowany element bę dzie wybrakowany lub maszyna przestanie pracować. Nie bez znaczenia jest również to, że zabieg odcinania, choć przebiega w bardzo szybkim tempie i w zasadzie nie rodzi komplikacji, ma ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa przebiegu obróbki, ponieważ wykonywany jest zwykle jako jedna z ostatnich operacji technologicznych. Jeśli podczas przecinania narzędzie się złamie, obrabiany przedmiot zwykle zostaje nieodwracalnie zniszczony, a to z kolei może skutkować długimi przestojami maszyny.

Rowki z problemami

Zabieg toczenia rowków jest zwykle mniej wymagający niż odcinanie, dlatego w tym obszarze łatwiej zadbać o bezpieczeństwo. Można więc skoncentrować się na poszukiwaniu sposobów poprawy produktywności, zwłaszcza w obróbce szerokich rowków, która jest bardziej czasochłonna i ma większy wpływ na łączny czas maszynowy niż obróbka rowków wąskich. Do najistotniejszych problemów, jakie może generować zabieg toczenia rowków zewnętrznych, należą długie wysięgi, trudności z odprowadzaniem wiórów i konieczność podawania chłodziwa na ostrze. Metodą najlepszą pod kątem ekonomicznym i wydajnościowym jest w tym wypadku toczenie rowków w jednym przejściu. Jeśli jednak mamy do czynienia z rowkiem, którego głębokość jest większa niż szerokość ostrza, można zastosować inne rodzaje obróbki: obróbkę w kilku przejściach, toczenie wgłębne, zagłębianie skośne lub profilowanie.

Długie wysięgi i utrudnione odprowadzanie wiórów to z kolei dwa kluczowe wyzwania związane z obróbką rowków wewnętrznych. Długi wysięg może być odpowiedzialny za ugięcie narzędzia i wystąpienie drgań. A drgania i utrudnione odprowadzanie wiórów mogą spowodować wyłamanie płytki i dużą chropowatością powierzchni. W przypadku toczenia rowków wewnętrznych najczęściej spotykaną techniką jest obróbka promieniowa, jednak można tu także stosować obróbkę w kilku przejściach i toczenie wgłębne.

Kryteria doboru narzędzi

Rodzaj zabiegu – toczenie rowków zewnętrznych, wewnętrznych i przecinanie – to podstawowe kryterium, jakie musimy wziąć pod uwagę, dobierając narzędzie do tej operacji. Ważne są również wymagania związane z jakością obrabianych materiałów – tu liczy się klasa dokładności wykonania przedmiotów oraz pożądany stopień chropowatości powierzchni. To one zdecydują, czy np. konieczne będzie użycie płytki z dogładzającymi narożami, która zapewni chropowatość powierzchni na odpowiednim poziomie, bez zmiany parametrów skrawania. Istotna jest także wielkość obrabianej partii – czy chodzi o pojedynczy rowek, czy produkcję masową.

Podatność materiału na łamanie wiórów (skrawalność) oraz trudności z ich odprowadzaniem i kontrolą to kolejne ważne czynniki, które powinniśmy uwzględnić. W przypadku obróbki dużych przedmiotów znaczenie ma również stabilność pracy samej obrabiarki, jej moc i moment obrotowy, a także możliwość (lub jej brak) pewnego zamocowania przedmiotu.

Dobierając odpowiedni system narzędziowy do przecinania i toczenia rowków, warto też przeanalizować kwestie: doprowadzania cieczy obróbkowej (czy chłodziwo narzędzia, liczby narzędzi w głowicy rewolwerowej, dostępności wrzeciona pomocniczego lub konika, ograniczeń związanych z prędkością obrotową obrabiarki, zwłaszcza dla podajnika pręta i małych średnic. Duże znaczenie ma również rodzaj materiału, który determinuje przebieg obróbki. Całkiem inaczej proces obróbczy wygląda w przypadku metali nieżelaznych o dość małej twardości, takich jak aluminium, miedź czy mosiądz, niż gdy obrabiamy przedmioty wykonane z superstopów żaroodpornych (materiałów na bazie niklu, żelaza i kobaltu). Inne właściwości obróbkowe mają stopy tytanu, które obrabia się zwykle po wyżarzaniu lub przesycaniu i starzeniu, gdy ich twardość wynosi od 250 do 440 HB, a inne przedmioty z materiałów hartowanych i hartowanych indukcyjnie, o twardości 50–65 HRC.

Narzędzia do przecinania

W przypadku narzędzi do przycinania szczególnie przydatną opcją jest funkcja precyzyjnego podawania chłodziwa. Wspomaga ona odprowadzanie wiórów, zmniejsza temperaturę i zużycie płytki oraz sprzyja mniejszej chropowatości powierzchni. W tej kategorii świetnie sprawdzają się krótkie wysięgi narzędzia. Warto też przyjrzeć się sposobowi zamocowania płytki – to on zapewnia optymalną stabilność. Przy odcinaniu obrabianego przedmiotu, niezależnie od tego, czy jest to pręt, czy rura, ważna jest oszczędność materiału i zminimalizowanie wartości całkowitej siły skrawania. Wąska płytka zmniejsza opory skrawania, co przyczynia się do oszczędności materiałowych. Kolejny ważny element to sama geometria płytki. Gdy jest ona dobierana indywidualnie, zapewnia szerokość wiórów mniejszą od szerokości rowka, dzięki czemu zyskamy nad nimi kontrolę, a w efekcie – wysoką jakość wykończenia powierzchni podczas odcinania.

Wybór konkretnej płytki zależy od techniki przecinania. W przypadku przecinania z małą głębokością (średnice ≤ 12 mm) należy stosować trójostrzowe płytki zapewniające ekonomiczne przecinanie podczas produkcji masowej. W przecinaniu z umiarkowaną głębokością (przy średnicy ≤ 40 mm) świetnie sprawdzają się oprawki z mocowaniem śrubą i zaciskiem sprężystym z płytkami dwuostrzowymi. Natomiast w przecinaniu z dużą głębokością (średnice ≤ 112 mm) kluczowe znaczenie ma stabilność płytki, ponieważ przy tego rodzaju skrawaniu na płytkę oddziałują duże siły. W tym wypadku najlepszym wyborem będzie listwa ze stabilnym zaciskiem sprężystym i płytka jednoostrzowa. W przecinaniu bez pozostawiania czopika i zadziorów dobrym rozwiązaniem jest stosowanie ostrych geometrii o małych promieniach naroża. Na eliminację czopika i zadziorów pozwolą również płytki z odchyloną krawędzią skrawającą. Generują one siłę skierowaną ukośnie do ruchu posuwowego i dlatego są zalecane tylko do obróbki na krótkich wysięgach (

W przypadku obróbki małych przedmiotów znakomicie sprawdzają się płytki o jak najmniejszej szerokości, za to z jak najostrzejszymi krawędziami skrawającymi. Jeśli doskonała ostrość krawędzi nie jest warunkiem niezbędnym, można wybrać wariant bardziej ekonomiczny, czyli płytkę trój- lub dwuostrzową, która lepiej sprawdza się również przy dużych średnicach.

Innowacyjne rozwiązania

Prostota konstrukcji, efektywność kosztowa, wysoka jakość i wydajność to optymalne cechy, którymi powinien charakteryzować się system narzędziowy do przecinania i toczenia rowków. Właśnie te kryteria wzięli pod uwagę projektanci serii GW z firmy Mitsubishi Materials. W systemie tym płytka jest mocowana w listwie bez użycia śrub, a dzięki specjalnemu kluczowi jej wymiana ogranicza się do jednej czynności, co zwiększa efektywność pracy. Klinowy kształt płytki zapewnia bezpieczeństwo i sztywność, zapobiegając jej wyrywaniu z listwy podczas obróbki. Trzy powierzchnie bazujące gwarantują niezawodne pozycjonowanie płytki i zwiększają stabilność jej mocowania. Z kolei cztery powlekane gatunki węglika zapewniają szeroki zakres zastosowania narzędzi – m.in. do obróbki stali stopowych i nierdzewnych, żeliw oraz materiałów trudnoobrabialnych.

Choć wydawałoby się, że w tak wąskiej dziedzinie, jaką są narzędzia do przecinania i toczenia rowków, powiedziano już wszystko, to jednak wciąż pojawiają się innowacyjne rozwiązania przynoszące lepsze rezultaty pracy. Do takich należy całkiem nowa metoda odcinania w ustawieniu wzdłuż osi Y opracowana przez firmę Sandvik, specjalizującą się w narzędziach skrawających i rozwiązaniach narzędziowych. Podczas tradycyjnego odcinania posuw odbywa się wzdłuż osi X, a wypadkowa siła skrawania skierowana jest w stronę najsłabszej części listwy. Natomiast system narzędziowy CoroCut QD, służący do odcinania w centrach tokarskich i obrabiarkach wielozadaniowych z osią Y, został zaprojektowany tak, aby powierzchnia natarcia płytki była ustawiona prostopadle do podstawy listwy.

Dzięki temu siła skrawania skierowana jest w korzystniejszy sposób (po linii prostej), co daje większą stabilność, mniej drgań (a więc i hałasu) oraz bardzo małą chropowatość powierzchni. Ponad sześciokrotnie większa sztywność listwy umożliwia zwiększenie posuwu lub przecinanie na dłuższym wysięgu bez utraty stabilności, a to z kolei oznacza więcej przeciętych przedmiotów w ciągu jednego dnia. Dzięki nowej technologii nie ma już potrzeby stosowania pił taśmowych – listwy do przecinania wzdłuż osi Y umożliwiają odcinanie większych średnic niż stosowane wcześniej metody. Z kolei wykorzystanie osi Y pozwala sięgnąć po pełne możliwości pracy obrabiarki wielozadaniowej lub centrum tokarskiego, co przyczynia się do większej produktywności zakładu.

Optymalny wybór narzędzi obróbczych nie jest sprawą łatwą – aby zapewnić bezpieczny przebieg odcinania, wykonać efektywną obróbkę rowków lub uzyskać dobry przebieg odprowadzania wiórów podczas obróbki rowków czołowych, trzeba równocześnie wziąć pod uwagę bardzo wiele zmiennych. Dlatego producenci oferują również profesjonalne doradztwo w zakresie obróbki wiórowej metali. Ich wiedza pozwala sprostać rzeczywistym wyzwaniom związanym z tą tematyką i doborem narzędzi, które spełnią oczekiwania – zwiększą produktywność i poprawią bezpieczeństwo pracy.

_____

Tekst przygotowany na podstawie materiałów z bazy wiedzy firmy Sandvik; wykorzystano również materiały Mitsubishi Materials