Zarządzanie wiórami w procesie obróbki skrawaniem
Raven MediaObróbka skrawaniem metali to jeden z podstawowych procesów w sektorze produkcyjnym, który umożliwia precyzyjne kształtowanie elementów. Kluczowym aspektem tego procesu jest nie tylko umiejętne posługiwanie się narzędziami skrawającymi, ale także efektywne zarządzanie wiórami.
Problemy z kontrolą wiórów podczas obróbki skrawaniem metali często prowadzą do różnych utrudnień, takich jak skrócenie żywotności narzędzi skrawających, przestoje przenośnika wiórów czy uszkodzenie obrabianego przedmiotu. Mogą być także istotnym zagrożeniem dla bezpieczeństwa pracowników.
Te nieprawidłowości i zagrożenia wpływają nie tylko na efektywność i koszty produkcji. Mogą także prowadzić do strat, które wiążą się z naprawami maszyn i przestojami produkcyjnymi, oraz negatywnie wpływać na wizerunek firmy i relacje z klientami.
Istnieją jednak rozwiązania, które pomagają przedsiębiorstwom zidentyfikować największe źródła problemów i przejąć kontrolę nad wiórami. Może to skutkować dłuższą żywotnością narzędzi, zwiększenia produktywności i poprawy jakości obrabianych elementów.
Proces skrawania wiórowego
W procesie skrawania wiórowego metalu ostrze narzędzia skrawającego z dużą siłą zagłębiane jest w obrabiany materiał. Działając na zasadzie klina, powoduje jego rozdzielenie i usunięcie warstwy nadmiaru w postaci wióra.
Rozdzielenie metalu wymaga zastosowania znacznej ilości energii, a narzędzie skrawające jest poddawane dużym obciążeniom mechanicznym i termicznym. Może to prowadzić do pogorszenia jego stanu lub nawet uszkodzenia, szczególnie jeśli nie są zachowane odpowiednie parametry obróbki.
Ciepło generowane w procesie skrawania wymaga skutecznego odprowadzenia. Większość tego ciepła rozpraszana jest przez kilka dróg: przez przedmiot obrabiany, przez narzędzie skrawające, a także przez wióry. W przypadku obróbki stali z optymalną prędkością skrawania ok. 75% ciepła jest odprowadzana przez wióry, 10% przez obrabiany przedmiot, a pozostałe 15% jest przenoszone na ostrze narzędzia skrawającego.
Kluczowa w tym procesie jest funkcja płynu chłodząco-smarującego. To bowiem on absorbuje ciepło wydzielane przez wióry, przedmiot i narzędzia skrawające oraz zapewnia smarowanie elementów, które biorą udział w procesie obróbki metali.
Rodzaje wiórów
Obserwowanie przez operatora wyglądu wiórów usuniętych z obszaru cięcia może być w trakcie procesu skrawania bardzo pomocne. Zwłaszcza wtedy, gdy płyn chłodzący, głowica narzędzia skrawającego lub zarysowane, zmatowiałe okno w tokarce mocno ograniczają pole widzenia.
Wióry klasyfikuje się według normy PN-ISO 3685, ale w sposób uproszczony można podzielić je na wióry korzystne, dopuszczalne i niedopuszczalne.
Wióry korzystne to dobrze wykształcone, krótkie wióry o śrubowym lub spiralnym kształcie, które mogą świadczyć o prawidłowym przebiegu procesu obróbki. Takie kształty wskazują zwykle, że wióry nie są zbyt napięte i łamią się pod wpływem własnego naprężenia, co jest korzystne dla stanu krawędzi skrawających i powierzchni obrabianego przedmiotu.
Kształty te są również pożądane, ponieważ krótkie wióry łatwiej usuwa się z obszaru roboczego i wymagają mniej miejsca na składowanie.
Wióry krótkie, mocno zwarte, szczególnie w przypadku stali trudnobrabialnych z dodatkiem niklu lub tytanu, oznaczają, że generowane są bardzo wysokie ciśnienie i nadmierna ilość ciepła. Tego rodzaju wióry są niekorzystne (ale dopuszczalne) oraz mogą prowadzić do przedwczesnego wykruszania się krawędzi skrawającej i skrócenia trwałości narzędzia.
W takich sytuacjach operator powinien rozważyć dostosowanie parametrów skrawania do obrabianego elementu i dokonać dokładnej oceny stanu narzędzia, aby zapobiec dalszym uszkodzeniom.
Z kolei pojawienie się długich wiórów o spiralnym lub wstęgowym kształcie, często skłębionych, jest niedopuszczalne. Może wskazywać na problemy z narzędziem skrawającym, nieprawidłową prędkością cięcia lub niewłaściwymi parametrami chłodzenia.
Tego typu wióry mogą również negatywnie wpływać na jakość obrabianej powierzchni i prowadzić do uszkodzeń narzędzi. Mogą także tworzyć niebezpieczne warunki pracy dla operatora, powodować problemy z ewakuacją w przenośniku oraz przestojami w produkcji.
Regularna obserwacja wiórów jest istotna dla utrzymania efektywności i bezpieczeństwa procesu skrawania metali. Operator może bowiem szybko zidentyfikować ewentualne problemy i podjąć odpowiednie działania naprawcze, aby uniknąć problemów i uszkodzeń narzędzi.
Formowanie wiórów
Formowanie wiórów rozpoczyna się już od pierwszego kontaktu wióra z narzędziem skrawającym. Na ten proces wpływają różne czynniki, m.in.:
- prędkość skrawania,
- posuw,
- głębokość skrawania,
- rodzaj obrabianego materiału,
- rodzaj i geometria ostrza narzędzia,
- gatunek płytki skrawającej.
Łamacze wiórów
Długie, splątane wióry są niepożądane, ponieważ mogą prowadzić do wielu problemów podczas procesu obróbki. Takie wióry są trudniejsze do usunięcia z obszaru cięcia oraz mogą spowodować uszkodzenie narzędzi i obrabianego przedmiotu, a nawet stanowić zagrożenie dla operatorów.
Kontrola procesu formowania wióra jest więc konieczna, bo pozwala zapewnić jego prawidłowy kształt i długość oraz zminimalizować ryzyko wystąpienia niepożądanych efektów obróbki. Jednym ze sposobów osiągnięcia właściwych wiórów jest zastosowanie narzędzia skrawającego o odpowiednio zaprojektowanej geometrii.
Geometria łamania wiórów płytki skrawającej składa się z trzech podstawowych elementów: profilu krawędzi skrawającej, konturu lub rowka wiórowego i tzw. obszaru styku między krawędzią a rowkiem wiórowym. Żeby wymusić pożądane formowania się wióra podczas skrawania metalu krawędzie natarcia płytek odpowiednio się kształtuje, wprowadzając różnorodne sfazowania, które pełnią funkcję łamacza wiórów.
Wspomniane wcześniej rowki mają za zadanie ułatwić zwijanie wióra, dlatego nazywa się je zwijaczami. Z kolei celem łamacza jest wymuszenie powstawania krótkich odcinków wiórów, łatwych do wyprowadzenia ze strefy obróbki.
Niekiedy narzędzia skrawające są wyposażone w specjalnie zaprojektowane nakładki na ostrza skrawające, które współpracują z odpowiednio wyprofilowanymi rowkami na krawędziach skrawających, powodując szybkie łamanie się długich wiórów wstęgowych na mniejsze segmenty. Te nakładki ułatwiają proces skrawania, poprawiają jakość obróbki i minimalizują ryzyko wystąpienia niepożądanych efektów.
W zapewnieniu wydajnej pracy łamacza wióra kluczowe jest utrzymanie odpowiedniej temperatury i siły nacisku na płytkę skrawającą. Nadmierne generowanie ciepła może skutkować odkształceniem plastycznym krawędzi płytki, podczas gdy niewystarczająca ilość ciepła zmniejsza korzyści, które płyną z redukcji plastyczności materiału w strefie cięcia.
Zbyt duży nacisk na płytkę może spowodować mechaniczne zużycie jej krawędzi skrawającej. Natomiast zbyt mały − może prowadzić do wytworzenia długich wiórów.
Łamacze wiórów dostępne są w różnych konfiguracjach, co pozwala sprostać różnorodnym potrzebom przemysłu obróbki metali lub umożliwia ich wykorzystanie w bardziej ogólnych zastosowaniach. Producenci narzędzi oferują różnorodne konfiguracje, które są dostosowane do konkretnych wymagań branży obróbki skrawaniem lub mogą być używane w szerszym spektrum zastosowań.
Chłodziwo pod wysokim ciśnieniem pomocne przy tworzeniu się wiórów
Niezwykle skutecznym sposobem zarządzania wiórami może być podniesienie ciśnienia cieczy chłodzącej. Ten rodzaj systemu chłodzenia opiera się na specjalnie zaprojektowanej pompie generującej wysokociśnieniowe strumienie chłodziwa, kierowane za pomocą kilku dysz, bezpośrednio na obszar skrawania. Dzięki temu możliwe jest efektywne smarowanie i chłodzenie głównej strefy ciepła, która znajduje się tuż za krawędzią skrawającą.
Niektóre narzędzia i płytki skrawające są specjalnie wyprofilowane i wyposażone w szczeliny lub otwory, które ułatwiają nanoszenie chłodziwa bezpośrednio na obszar cięcia. Jednostka wysokociśnieniowa powinna być dobrana odpowiednio do pojemności zbiornika chłodziwa maszyny. Pozwala to uniknąć konieczności montażu dodatkowego agregatu chłodzącego, który miałby za zadanie ograniczenie wzrostu temperatury chłodziwa.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
System chłodzenia pod wysokim ciśnieniem może być niezwykle pomocny w zapewnieniu stabilności procesu obróbki, trwałości narzędzi i kontroli nad tworzeniem się wiórów. Choć taka inwestycja może wymagać pewnych dodatkowych kosztów, które wiążą się z zakupem i konserwacją sprzętu, to korzyści przekładają się na zwiększoną wydajność i jakość obrabianych elementów. A to z kolei przyczynia się do poprawy efektywności całego procesu produkcyjnego.
Kontrola wiórów a montaż narzędzi i parametry skrawania
W uzyskaniu lepszej kontroli nad tworzeniem się wiórów podczas obróbki przedmiotów kluczowe jest właściwe zamocowanie narzędzia w obrabiarce i odpowiednie dostosowanie parametrów skrawania. Ważne, aby krawędź płytki skrawającej była w osi obrabianego przedmiotu, a wysunięcie narzędzia skrawającego było możliwie jak najkrótsze, zapewniając stabilne mocowanie. Poprawna regulacja tych parametrów może znacznie zwiększyć efektywność procesu obróbki i zapobiec problemom, które wynikają z niepożądanego tworzenia się wiórów.
Montaż narzędzia może mieć krytyczne znaczenie dla kształtu wiórów. Jeśli bowiem krawędź skrawająca narzędzia nie jest ustawiona prawidłowo, łamacze wiórów mogą nie działać optymalnie, co prowadzi do niepożądanej długości wiórów i nadmiernego zużycia narzędzia.
Umieszczenie narzędzia powyżej osi środka wrzeciona powoduje dodatkowe opory i drgania, natomiast umieszczenie go poniżej środka prowadzi do powstania wibracji i zwiększenia obszaru ścinania. Ustawienie obrabiarki powinno być więc regularnie sprawdzane, ponieważ awarie i zaniedbania konserwacji okresowej mogą prowadzić do nieprawidłowego pozycjonowania narzędzi.
Stabilność mocowania narzędzia skrawającego to kolejny czynnik, który może wpływać na głębokość obróbki, a tym samym na kontrolę wiórów. Jeśli płytka skrawająca będzie zamocowana niestabilnie i będzie się przesuwała podczas wcinania w obrabiany materiał, może to prowadzić do nieregularnych i niepożądanych kształtów wiórów, a także do powstania nierówności na powierzchni przedmiotu obrabianego.
Zarządzanie wiórami będzie utrudnione, jeśli płytka skrawająca wraz z narzędziem będzie się odsuwać przy każdym obrocie obrabianego przedmiotu. Modułowy system narzędziowy może pomóc ograniczyć tego rodzaju odkształcenia narzędzia, poprzez skrócenie jego długości od głowicy narzędziowej do krawędzi skrawającej.
W niemal wszystkich płytkach skrawających do metali kluczową rolę w kontroli wiórów odgrywa w standardzie ISO głębokość skrawania. Zgodnie z powszechnie przyjętą zasadą głębokość ta powinna wynosić co najmniej 2/3 wielkości promienia wierzchołka ostrza. Aby osiągnąć optymalne wyniki skrawania, głębokość powinna mieścić się w zakresie od 1 do 2 mm poza promieniem.
Jednym z często spotykanych błędów jest przekonanie, że większa głębokość skrawania prowadzi do mniejszej trwałości narzędzia. Prawdą jest jednak, że podczas regulacji posuwu, prędkości lub głębokości skrawania właśnie głębokość ma najmniejszy wpływ na żywotność narzędzia. Zwiększenie głębokości skrawania powinno być więc pierwszym krokiem, który powinno się podjąć w przypadku stwierdzenia słabej kontroli nad powstającymi wiórami.
Posuw ma również decydujące znaczenie dla właściwej kontroli wiórów. Jeśli będzie zbyt niski, geometria płytki skrawającej nie zapewni właściwego łamania wiórów. Może to prowadzić do gromadzenia się skrawanego materiału na krawędzi płytki albo splątania długich wiórów wstęgowych wokół narzędzia lub obrabianego przedmiotu.
Natomiast zbyt wysoki posuw dla wybranej geometrii płytki może spowodować, że wiór zostanie zbyt mocno ściśnięty, co może skutkować ich zgrzaniem. Łamanie takich wiórów odbywa się przy wysokim nacisku i może prowadzić do pogorszenia trwałości lub uszkodzenia płytki.
Na kontrolę wiórów wpływa również prędkość skrawania. Jej wpływ jest wprawdzie mniejszy niż w przypadku posuwu, ale może przynieść rozwiązanie, kiedy zmiany innych parametrów procesu nie są skuteczne.
Zbyt niska prędkość skrawania może negatywnie wpłynąć na kontrolę wiórów. Materiał narastający na krawędzi płytki może uniemożliwić właściwe kształtowanie się wiórów, natomiast zbyt niska temperatura w strefie skrawania może utrudnić zmianę właściwości obrabianego materiału na bardziej łamliwą formę.
Z kolei zbyt duża prędkość skrawania może zdeformować krawędź skrawającą i całkowicie zmienić sposób formowania się wióra.
Rozdrabnianie wiórów
Jeśli zmiana parametrów skrawania nie przynosi oczekiwanych rezultatów w likwidacji długich, tworzących kłęby wiórów, niezwykle przydatne mogą się okazać rozdrabniacze lub kruszarki wiórów. Te zaawansowane urządzenia są w stanie efektywnie rozdrabniać i łamać wióry, zmniejszając ich objętość, co ułatwia ich utylizację, odwirowywanie lub brykietowanie.
Tego rodzaju urządzenia nadają się do rozdrabniania wiórów ze stali węglowej, stali nierdzewnej i innych gatunków stali stopowej, a także stopów aluminium, żelaza gąbczastego i dodatkiem tytanu.
Dzięki takiemu procesowi zarządzanie wiórami staje się efektywniejsze. Natomiast odpady generowane podczas obróbki mechanicznej mogą być skutecznie zredukowane do bardziej kompaktowych form, co przyczynia się do zoptymalizowania procesu obróbki i lepszego zarządzania odpadami.
Brykietowanie wiórów
Kolejnym istotnym elementem w efektywnym zarządzaniu wiórami są brykieciarki wiórów, które umożliwiają ich kompaktowanie i przekształcenie w formy łatwiejsze do obróbki. Te specjalistyczne urządzenia najczęściej korzystają z napędu hydraulicznego do formowania wiórów w zwarte i regularne brykiety.
Podczas procesu brykietowania możliwe jest także odzyskanie płynów chłodzących, które znajdują się wewnątrz wiórów. Odzyskane ciecze są ponownie kierowane do centrów obróbczych, co prowadzi do zmniejszenia zużycia tych cieczy i oszczędności ekonomicznych.
Brykiety wiórów mogą być łatwo transportowane, co redukuje przestrzeń i koszty magazynowania odpadów. Ponadto brykiety osiągają znacznie lepsze ceny niż luźny złom, ponieważ mogą być bezpośrednio ładowane do pieców. Redukcja objętości produktu pozwala także na zmniejszenie liczby dostaw odpadu do wyspecjalizowanych firm, które zajmują się gospodarką odpadami, lub bezpośrednio do odlewni. Także to przekłada się więc na wymierne oszczędności.
