Produkcja form



Pobieranie 102,74 Kb.
Data03.03.2018
Rozmiar102,74 Kb.

Produkcja form
25 najczęściej zadawanych pytań w dziedzinie wykonawstwa form


1) "Jakie są najważniejsze i decydujące czynniki przy wyborze stali na formy?" 1

2) "Jakie są główne parametry decydujące o obrabialności danego materiału?" 2

3) Co składa się na całkowity koszt produkcji formy czy matrycy? 2

4) Co jest charakterystycznego dla obróbki żeliwa? 2

5) Jakie są główne, najczęstsze rodzaje operacji obróbkowych przy produkcji form? 3

6) Jakiego rodzaju narzędzia powinny być zasadniczo używane do tych operacji? 3

7) Czy jest jakiś szczególny o decydującym znaczeniu dla procesu obróbki? 3

8) Dlaczego frezy na okrągłe płytki są najczęściej uważane za narzędzia pierwszego wyboru do zgrubnej oferty form? 4

9) Co to jest efektywna prędkość skrawania (ve) i dlaczego ma ona tak istotne znaczenie dla produktywności? 4

10) Jakie są najważniejsze czynniki zapewniające sukces przy frezowaniu hartowanej stali narzędziowej? 5

11) Kiedy frezować współbieżnie, a kiedy przeciwbieżnie? 5

12) Frezowanie kopiowe, czy frezowanie konturowe po warstwicach? 6

13) Dlaczego frezy muszą mieć różne podziałki? 6

14) Jak powinien być ustawiony frez, aby osiągać najwyższą wydajność? 7

15) Jakie działania należy podejmować, aby wyeliminować wibracje z procesu skrawania? 7

16) Jakie są najważniejsze zagadnienia związane z wyważaniem narzędzi? 7

17) Jakich uchwytów należy używać, aby mieć najlepsze wyniki obróbki konwencjonalnej i szybkościowej (HSM) ? 8

18) Jak obrabiać wewnętrzne naroża bez ryzyka drgań? 9

19) Jak najlepiej zacząć obróbkę zagłębienia? 9

20) Jaka jest definicja obróbki szybkościowej (HSM)? 10

21) Jakie są cele obróbki szybkościowej? 10

22) Jakie są cele obróbki szybkościowej? 11

23) Czy są jakieś przeciwwskazania dla HSM? 11

24) Jakie wymagania stawia się obrabiarkom do HSM? 12



25) Jakie muszą być typowe cechy narzędzi i jakie wymagania stawia się narzędziom do HSM? 12




1) "Jakie są najważniejsze i decydujące czynniki przy wyborze stali na formy?"



Rodzaj formy czy matrycy - są dwa główne rodzaje materiałów stosowanych do tych celów.
A) Stale do pracy na gorąco, które są w stanie znosić względnie wysokie temperatury występujące przy odlewaniu kokilowym, kuciu matrycowym i wytłaczaniu na gorąco.
B) Stale do pracy na zimno, stosowane do cięcia i dziurkowania, kucia na zimno, wyciskania na zimno, tłoczenia i prasowania wyrobów z proszków.

Tworzywa sztuczne - niektóre tworzywa sztuczne mogą wydzielać produkty uboczne, jak np. PCW. Korozja może też być powodowana przez kodensację powodowaną długimi przerwami w procesie produkcyjnym, agresywne gazy, kwasy, nagrzewanie i studzenie, wodę i przez warunki magazynowania. W takich przypadkach zaleca się stosowanie stali nierdzewnej.

Wielkość formy - Często do wytwarzania dużych gabarytowo form używa się stali ulepszonych cieplnie. Na formy o mniejszych wymiarach stosuje się stale zahartowane na wskroś.

Liczba cykli pracy - wysoko zahartowane stale - 48-65 HRC - powinny być stosowane na formy używane do pracy wielkoseryjnej (>1000 000 cykli). Stale ulepszane do 30-45 HRC powinny być stosowane do wyrobu form do średnioseryjnej produkcji (100 000 - 1 000 000 cykli). Natomiast miękkie stale niestopowe o twardości 160- 250 HB używa się na formy do produkcji krótkich serii wyrobów (< 100 000 cykli).

Gładkość powierzchni - wielu wytwórców form do tworzyw sztucznych zainteresowanych jest dobrą jakością powierzchni. Równocześnie z poprawianiem skrawalności stali przez zwiększanie zawartości siarki pogarsza się jakość jej powierzchni. Stal o zwiększonej zawartości siarki staje sie też bardziej krucha.

2) "Jakie są główne parametry decydujące o obrabialności danego materiału?"



Skład chemiczny stali ma duże znaczenie. Im większa jest zawartość składników stopowych, tym stal jest trudniejsza w obróbce. Odpowiednio, wraz ze zmniejszaniem się zawartości węgla, polepsza się podatność stali na skrawanie.

Struktura stali ma też duże znaczenie dla jej obrabialności. Różną strukturę mają odlewy, odkuwki, wyroby wytłaczane, walcowane i obrobione skrawaniem. Odkuwki i odlewy mają też często trudnoobrabialną strukturę warstwy przypowierzchniowej.

Twardość jest jednym z głównych czynników wpływających na obrabialność materiału. Generalną zasadą jest, że im twardsza stal, tym trudniejsza w obróbce. HSS może być stosowana do 330-400 HB, HSS + TiN do 45 HRC. Do materiałów o twardości 65-70 HRC muszą być być stosowane węgliki, ceramika, cermet lub CBN.

Wtrącenia niemetaliczne mają ogólnie zły wpływ na trwałość narzędzi. Jednym z przykładów jest Al2O3 (tlenek glinu), który, będąc czystą ceramiką, jest bardzo ścierny.

Naprężenia resztkowe w końcu, mogą stwarzać problemy w obróbce. Często zaleca się wykonywać odprężanie po obróbce zgrubnej.

3) Co składa się na całkowity koszt produkcji formy czy matrycy?



W przybliżeniu, koszt całkowity można podzielić na następujące składniki:
Obróbka mechaniczna 65%
Materiał obrabiany 20%
Obróbka cieplna 5%
Montaż/pasowanie10%

Wskazuje to wyraźnie, jak ważna jest dobra obrabialność i sprawny przebieg procesu obróbki dla ekonomiczności produkcji form czy matryc.


4) Co jest charakterystycznego dla obróbki żeliwa?



Ogólnie można powiedzieć, że:
Im wyższa jest twardość i wytrzymałość żeliwa, tym gorsza jest jego obrabialność i tym krótsza trwałość narzędzi. Obrabialność większości rodzajów żeliw poddawanych obróbce skrawaniem jest generalnie dobra. Jej stopień jest silnie uzależniony od struktury. Twardsze żeliwa perlityczne są nieco trudniejsze do obrobiania. Żeliwa z grafitem płatkowym i żeliwa ciągliwe mają doskonałe właściwości skrawne, podczas gdy żeliwo sferoidalne nieco gorsze.
Główne przyczyny zużycia narzędzi spotykane przy obróbce żeliwa to ścieranie, przyleganie i dyfuzja. Ścieranie powodowane jest głównie przez cząstki węglików, wtrącenia piasku i twardą w efekcie zabielenia skórę. Przyleganie skutkujące narostem ma miejsce przy niższych prędkościach skrawania i niższych wówczas temperaturach obróbki. Dotyczy to grupy żeliw ferrytycznych, które mają tendencję do przyspawywania się do ostrza, a może to być przezwyciężone przez zwiększenie prędkości i temperatury skrawania.
Z drugiej strony, zużycie dyfuzyjne powiązane jest z temperaturą i pojawia się przy wyższych prędkościach skrawania, szczególnie w bardziej wytrzymałych gatunkach żeliwa. Takie gatunki mają wyższą odporność na odkształcanie, co prowadzi do wyższej temperatury w strefie skrawania. Ostatni rodzaj zużycia zależny jest od reakcji między żeliwem i materiałem narzędzia, i czasem, dla uzyskania dobrej jakości powierzchni, zachodzi konieczność używania do obróbki przy wyższych prędkościach skrawania płytek ceramicznych lub z CBN.
Typowymi własnościami narzędzi, wymaganymi zwykle dla obróbki żeliwa są twardość na gorąco i stabilność chemiczna, a ponadto - zależnie od rodzaju operacji, materiału obrabianego i warunków obróbki – wymagane są wytrzymałość, udarność i odporność na zmienne temperatury. Równolegle używa się gatunków węglikowych, jak i ceramicznych. Uzyskiwanie satysfakcjonujących wyników obróbki żeliwa zależy od tego, jak następuje proces zużycia narzędzia: gwałtowne tępienie się ostrza oznacza przedwczesne wyłamanie płytki w wyniku mikropęknięć cieplnych i wykruszeń i prowadzi do złych rezultatów w postaci psucia materiału obrabianego, złej jakości powierzchni, etc. Stopniowo zachodzące zużycie na powierzchni przyłożenia, przy utrzymywaniu się prawidłowej, ostrej krawędzi skrawającej, jest sytuacją korzystną i oczekiwaną.


5) Jakie są główne, najczęstsze rodzaje operacji obróbkowych przy produkcji form?



Proces technologiczny powinien być podzielony na przynajmniej trzy rodzaje obróbki:
obróbkę zgrubną, średnią i wykańczającą, a czasami też superdokładną (głównie w technice HSM). Zabiegi frezowania pozostałości są oczywiście wykonywane po obróbce średniej, jako przygotowanie do obróbki wykańczającej. Ważne jest, aby na każdym etapie obróbki dokładać starań, żeby pozostawiać możliwie równomierny naddatek dla kolejnej obróbki. Trwałość narzędzia będzie dłuższa i bardziej przewidywalna, jeśli w czasie skrawania będzie mniej zmian kierunku i wielkości obciążenia. Jeśli to możliwe, operacje wykańczające przeprowadzać należy na specjalnie do tego przeznaczonych obrabiarkach. Zwiększy to dokładność geometryczną i jakość powierzchni formy i skróci czas poświęcany na montaż i próby.

6) Jakiego rodzaju narzędzia powinny być zasadniczo używane do tych operacji?



Obróbka zgrubna: frezy na okrągłe płytki, frezy kuliste, frezy palcowe z dużym promieniem naroży.
Obróbka półwykańczająca:
frezy toroidalna (na okrągłe płytki, średnica frezów 10-25 mm), frezy kuliste.
Obróbka wykańczająca:
frezy toroidalne, frezy palcowe kuliste.
Frezowanie pozostałości:
frezy toroidalne, frezy kuliste, frezy z zakończeniem prostym. Należy oczywiście starać się optymalizować proces obróbki przez stosowanie frezów o najodpowiedniejszych średnicach, dedykowanych gatunków i geometrii płytek, jak też odpowiednich parametrów skrawania i dobrej strategii obróbki.

Aby zapoznać się z naszą ofertą w zakresie produktywnych narzędzi do obróbki form, proszę zamówić nasz katalog "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2



7) Czy jest jakiś szczególny o decydującym znaczeniu dla procesu obróbki?



Jednym z najważniejszych zadań w procesie obróbki jest pozostawianie równego naddatku dla kolejnych narzędzi w późniejszych zabiegach. Znaczy to, że trzeba używać narzędzi o różnych średnicach, od większych do mniejszych, szczególnie w czasie obróbki zgrubnej i półwykańczającej. Głównym kryterium powinno być zbliżanie się w każdej operacji, tak blisko jak to tylko możliwe, do ostatecznego kształtu formy.

Równomierny naddatek dla każdego narzędzia gwarantuje równą i wysoką wydajność i bezpieczeństwo procesu skrawania. Prędkość skrawania i posuw mogą być utrzymywane na odpowiednio wysokim poziomie gdy ap i ae są stałe. Mniej będzie wtedy zmian kierunku i wartości sił działających na narzędzie, co z kolei da mniejsze wydzielanie ciepła, mniejsze zmęczenie i w efekcie


dłuższą trwałość narzędzia. Jeśli przestrzega się tej procedury, wówczas niektóre operacje półwykańczające i praktycznie wszystkie wykańczające mogą by realizowane bez nadzoru lub z ograniczonym nadzorem operatora. Stały naddatek jest też jednym z głównych warunków powodzenia obróbki szybkościowej HSM
Inny pozytywny efekt równomiernej grubości naddatku to dobre waruki pracy obrabiarki - prowadnic, śrub tocznych i łożysk wrzeciona.

8) Dlaczego frezy na okrągłe płytki są najczęściej uważane za narzędzia pierwszego wyboru do zgrubnej oferty form?



Jeżeli zgrubne frezowanie wybrania wykonywane jest frezem prostokątnym walcowo-czołowym, wówczas w obróbce półwykańczającej trzeba wyrównywać wiele schodkowych pozostałości. Towarzyszą temu zmienne siły skrawania i różne ugięcia narzędzia. Rezultatem jest nierówny naddatek na obróbkę wykańczającą, co wpływa na niedokładność kształtu wykonywanej formy. Jeśli używa się freza walcowo-czołowego z trójkątnymi płytkami, wówczas ostrza mają stosunkowo małą wytrzymałość, co zagraża bezpieczeństwu obróbki. Płytki trójkątne czy rombowe wywołują też duże promieniowe siły skrawania, a ponadto z powodu małej liczby ostrzy na płytce, nie są zbyt ekonomiczne w zastosowaniu do frezowania zgrubnego.

Z drugiej strony, płytki okrągłe, pozwalające frezować we wszystkich kierunkach posuwu i w każdym materiale, generują małe ślady kolejnych przejść i dzięki temu pozostawiają niewielki i równomierny naddatek na obróbkę półwykańczającą. Jedną z cech okrągłych płytek jest to, że tworzą one wióry o zmiennej grubości. Pozwala to na wyższe posuwy w porównaniu do większości płytek o innych kształtach. Skrawanie płytkami okrągłymi jest też łagodniejsze, jako że kąt przystawienia wzrasta stopniowo od prawie zera (przy płytkim skrawaniu) do 90 stopni. Przy maksymalnej głębokości skrawania kąt przystawienia wynosi średnio 45 stopni, a przy frezowaniu kopiowym obwodem freza, wzdłuż prostych ścianek, kąt ten wynosi 90 stopni. Tłumaczy to też wytrzymałość frezów na okrągłe płytki - obciążenie w czasie obróbki narasta stopniowo. Frezy na okrągłe płytki - CoroMill 200, które znaleźć można w naszym katalogu "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2, powinny być zawsze traktowane jako pierwszy wybór do obróbki zgrubnej i średniej. W obróbce 5-osiowej okrągłe płytki spisują się bardzo dobrze i nie ma właściwie ograniczeń w ich stosowaniu.

Przy dobrym programowaniu frezy na okrągłe płytki i frezy toroidalne mogą w dużym zakresie zastępować frezy kuliste. Frezy na okrągłe płytki, o małym biciu, w połączeniu ze szlifowanymi, dodatnimi i lekko tnącymi geometriami płytek, mogą być używane do obróbki półwykańczającej, a czasem nawet wykańczającej.

9) Co to jest efektywna prędkość skrawania (ve) i dlaczego ma ona tak istotne znaczenie dla produktywności?



Ważne jest, aby zawsze opierać obliczanie efektywnej prędkości skrawania na rzeczywistej, zaangażowanej w skrawanie średnicy narzędzia. Jeśli nie bierze się tego pod uwagę, popełnia się poważny błąd w obliczaniu posuwu, ponieważ posuw zależy od prędkości obrotowej wrzeciona i średnicy skrawania przy danej prędkości skrawania.
Jeśli do obliczenia prędkości skrawania przyjmuje się nominalną średnicę narzędzia, to przy płytkim skrawaniu efektywna (rzeczywista) prędkość skrawania będzie zbyt niska.
Odnosi się to do takich narzędzi, jak frezy na płytki okrągłe CoroMill 200 i CoroMill 300 (szczególnie o małych średnicach), frezy kuliste Coromant i frezy palcowe o dużych promieniach naroża - patrz katalog Coromanta "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2. Oczywiście i posuw będzie wówczas zbyt mały, a produktywność zostanie znacznie zaniżona. Najistotniejsze jest, że parametry skrawania będą daleko poniżej zalecanego zakresu i możliwości narzędzi.

Podczas obróbki 3-wymiarowej, średnica skrawania zmienia się w zależności od kształtu formy czy matrycy. Jednym ze sposobów poradzenia sobie z tym problemem jest podzielenie formy na części wyróżniające się obecnością stromych ścianek, i na takie, gdzie dominuje płytka topografia. Następnie można podejmować kompromisowe decyzje i osiągać dobre rezultaty, jeśli odpowiednio opracuje się oprogramowanie CAM i założy dobre parametry, stosownie do wymagań poszczególnych charakterystycznych segmentów formy.


10) Jakie są najważniejsze czynniki zapewniające sukces przy frezowaniu hartowanej stali narzędziowej?



Podstawowym warunkiem szybkościowej (HSM) obróbki wykańczającej czy superdokładnej hartowanej stali narzędziowej jest płytkie skrawanie. Głębokość skrawania nie powinna przekraczać 0,2/0,2 mm. Ma to na celu uniknięcie nadmiernego ugięcia układu narzędzia i zachowanie wąskich tolerancji wymiarów i dokładności geometrycznej obrabianej formy lub matrycy.

Bardzo ważne jest też, aby stosować bardzo sztywne narzędzia i uchwyty. Przy wyborze narzędzi pełnowęglikowych kierować się należy grubością rdzenia (największą wytrzymałością na zginanie). Regułą jest, że wzrost średnicy narzędzia o 20%, np. z10 do 12 mm, zmniejsza ugięcie narzędzia o 50%. To samo można powiedzieć o zmniejszaniu wysięgu narzedzia - jeśli skróci się wysięg o około 20%, wówczas ugięcie zmniejszy się o 50%. Pogrubione chwyty narzędzi i stożkowa konfiguracja przdłużek jeszcze dalej zwiększa sztywność. Przy stosowaniu frezów kulistych - patrz "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2 - na wymienne płytki, sztywność może być zwiększona 3-4 razy przez wykorzystanie trzonków wykonanych z tzw. heavy metalu.

Przy obróbce wykańczającej metodą HSM hartowanej stali, ważne jest też, aby wybierać dedykowane gatunki i geometrie płytek. Należy też stosować powłoki o wysokiej twardości na gorąco, takie jak TiAlN.

11) Kiedy frezować współbieżnie, a kiedy przeciwbieżnie?



Zasadnicze zalecenie brzmi: staraj się frezować współbieżnie kiedy to tylko możliwe.
Gdy podczas frezowania współbieżnego ostrze wchodzi w materiał, grubość wióra jest w tym momencie maksymalna. Natomiast przy frezowaniu przeciwbieżnym jest odwrotnie - na początku grubość wióra jest najmniejsza. Trwałość narzędzia jest generalnie krótsza przy frezowaniu przeciwbieżnym, niż przy współbieżnych, co spowodowane jest znacznie tu większym wydzielaniem ciepła. Gdy grubość wióra wzrasta od zera do maksimum, wtedy wydziela się dużo ciepła, ponieważ ostrze w dużym zakresie trze o powierzchnię obrabianą. Siły promieniowe są też znacznie wyższe przy frezowaniu przeciwbieżnym, co ma niekorzystny wpływ na łożyska wrzeciona.

Przy frezowaniu współbieżnym ostrze poddawane jest głównie naprężeniom ściskającym, które są znacznie korzystniejsze dla węglików spiekanych niż naprężenia rozciągające, dominujące przy frezowaniu przeciwbieżnym. Jest jednakże kilka wyjątków. Przy obróbce wykańczającej bokiem freza palcowego pełnowęglikowego (patrz narzędzia przedstawione w katalogu "Narzędzia do produkcji form i matryc" C- 1102:2), szczególnie w materiałach hartowanych, pierwszym wyborem jest frezowanie przeciwbieżne. W ten sposób łatwiej zachować warunki płaskości ścian, a także zapewnić większą dokładność kąta naroża. Ślady kolejnych przejść są mniejsze lub nie wystąpią wcale. Wynika to głównie z kierunku działania sił skrawania. Jeśli frez jest bardzo ostry, siły skrawania przy frezowaniu współbieżnym wciągają narzędzie w głąb materiału. Frezowanie przeciwbieżne może być wskazane na starych frezarkach o zwiększonym luzie na śrubie pociągowej, ponieważ w ten sposób generowany jest docisk, który kasuje luz i stabilizuje proces obróbki.


12) Frezowanie kopiowe, czy frezowanie konturowe po warstwicach?



Najlepszym sposobem zapewnienia obróbki współbieżnej przy wykonywaniu wybrań jest frezowanie konturowe. Frezowanie zewnętrznym obrysem freza (na przykład freza kulistego - patrz katalog "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2) zwykle poprawia produktywność, ponieważ ostrza uczestniczą w skrawaniu na większej średnicy narzędzia. Jeśli prędkość obrotowa wrzeciona jest ograniczona, to frezowanie konturowe ułatwia utrzymanie prędkości skrawania i zmniejsza zmiany wielkości i kierunku obciążenia. Ma to szczególne znaczenie przy obróbce szybkościowej i przy obróbce materiałów hartowanych, gdy prędkości skrawania i posuwy są wysokie. Zarówno ostrza jak i cały proces skrawania są wrażliwe na zmienne obciążenia, które mogą powodować uginanie narzędzia i wywoływać drgania, a nawet doprowadzić do całkowitego zniszczenia narzędzia. O ile to możliwe należy unikać frezowania kopiowego wzdłuż stromych ścianek. Frzy frezowaniu kopiowym współbieżnym grubość wióra jest większa przy niskich prędkościach skrawania. Występuje też ryzyko wyszczerbiania ostrzy w osi narzędzia. Jeśli układ sterowania ma słabą fukcję "patrz naprzód", lub jej nie ma wcale, opóźnienia nie będą dość szybkie i uszkodzenia w centrum narzędzia są wielce prawdopodobne. Nieco lepiej jest frezować kopiowo pod górę wzdłuż stromej ścianki, gdyż grubość wióra jest wówczas największa, przy bardziej odpowiedniej prędkości skrawania.

Dla najlepszej trwałości narzędzi zaleca się, aby proces skrawania przebiegał ciągle, najdlużej jak to możliwe. Trwałość narzędzia będzie znacznie gorsza, jeśli narzędzie często wchodzi i wychodzi z materiału. Zwiększa to stresy cieplne i zmęczenie narzędzia. Lepiej jest dla nowoczesnych węglików spiekanych, gdy pracują w wysokiej i równej temperaturze, niż przy dużych wahaniach temperatury. Przy frezowaniu kopiowym często zachodzi naprzemienne frezowanie współbieżne i przeciwbieżne, co wiąże się z częstym przerywaniem skrawania. Jest to zjawisko niekorzystne dla wszystkich rodzajów frezów, a ponadto pogarsza jakość formy czy matrycy. Każde wejście ostrza w materiał powoduje ugięcie narzędzia, co pozostawia pewne wzniesienie na obrobionej powierzchni. Wady powierzchni pojawiają się również przy wychodzeniu narzędzia z pracy, gdy następuje zwolnienie sił i odgięcie narzędzia, co prowadzi do lekkiego wcięcia w materiał.



13) Dlaczego frezy muszą mieć różne podziałki?



Frez, będąc narzędziem wieloostrzowym, może mieć różną liczę zębów (z), i jest kilka czynników, które pomagają zdecydować, jaki rodzaj podziałki lub liczba zębów powinny być zastosowane do danej obróbki. Materiał obrabiany, wielkość przedmiotu, ogólna stabilność, długość wysięgu, wymagania odnośnie jakości powierzchni i moc obrabiarki są niektórymi warunkami związanymi z obróbką. Warunki związane z narzędziem to dostateczny posuw na ząb, wymóg jednoczesnego zaangażowania przynajmniej dwóch ostrzy, zdolność odprowadzania wiórów - że wymienimy kilka najważniejszych.

Podziałka (u) freza to odległość punktu na ostrzu od takiego samego punktu na kolejnym ostrzu. Frezy dzieli się na mające podziałkę rzadką, gęstą i bardzo gestą, i większość frezów Coromanta występuje w tych trzech opcjach - sprawdź w katalogu "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2. Gęsta podziałka oznacza więcej zębów przy średniej wielkości kieszeniach wiórowych i pozwala na wysoką objętościową wydajność skrawania. Używana jest zazwyczaj do obróbki żeliwa i do średnio-ciężkiego frezowania stali. Gęsta podziałka stanowi pierwszy wybór do frezowania ogólnego i zalecana jest do produkcji mieszanej. Podziałka rzadka oznacza mniej zębów na obwodzie freza i większe kieszenie wiórowe.

Podziałka rzadka jest często stosowana przy obróbce zgrubnej - do wykańczającej - stali i tam, gdzie skłonność do wibracji zagraża wynikom obróbki. Podziałka rzadka to prawdziwe remedium na problemy i stanowi pierwszy wybór do pracy na długim wysięgu, przy niskiej mocy obrabiarki i przy innych zastosowaniach gdzie trzeba zminimalizować siły skrawania.

Podziałka bardzo gęsta to małe kieszenie wiórowe i możliwość bardzo wysokich posuwów minutowych. Takie frezy są odpowiednie do obróbki nieciągłych przedmiotów żeliwnych, zgrubnego frezowania żeliwa i stali - przy małych głębokościach skrawania, na przykład przy frezowaniu obrysów. Są też dobre do zastosowań i materiałów, gdzie prędkość skrawania musi być utrzymywana na niskim poziomie. Głowice frezowe mogą mieć podziałkę równomierną bądź nierównomierną. Ta ostatnia cechuje się nierównymi odstępami między zębami i wyróżnia się bardzo dobrą efektywnością, gdy chodzi o unikanie problemów z wibracjami.

Gdy pojawiają się problemy z drganiami, należy, gdy to tylko możliwe, stosować frez o nierównomiernej i rzadkiej podziałce, ponieważ mniejsza liczba zębów w pracy daje mniejszą skłonność do narastania drgań. Mniejsza średnica freza też może poprawić sytuację. Należy wybrać dobrze dopasowaną do zadania kombinację gatunku i geometrii płytek - ostre krawędzie w połączeniu z wytrzymałym gatunkiem węglika.

14) Jak powinien być ustawiony frez, aby osiągać najwyższą wydajność?



Na drogę skrawania wpływa usytuowanie freza. Trwałość narzędzia jest często uzależniona od długości skrawania, którą musi przebyć ostrze skrawające. Frez, który jest ustawiony centralnie względem obrabianej powierzchni, ma do przebycia krótszą drogę skrawania, natomiast gdy frez przestawiony jest w bok od osi przedmiotu, wówcza łuk, który zakreśla ostrze w materiale, jest dłuższy. Mając na względzie kierunek działania sił skrawania należy zdecydować się na pewien kompromis. W przypadku gdy frez usytuowany jest symetrycznie względem obrabianej powierzchni, kierunek wypadkowej promieniowej siły skrawania zmienia się w rytm, jak płytki wchodzą i wychodzą z pracy. Luz na wrzecionie też może powodować drgania i wieść do uszkodzenia płytek.

Poprzez sprowadzenie freza z osi osiąga się bardziej stabilny i korzystny kierunek sił skrawania. Im dłuższy jest wysięg, tym ważniejsze jest zapobieganie możliwości występowania drgań.



15) Jakie działania należy podejmować, aby wyeliminować wibracje z procesu skrawania?


Pierwszym działaniem, jakie należy podjąć gdy pojawiają się drgania, jest zmniejszenie sił skrawania. Może to być osiągnięte przez zastosowanie odpowiednich narzędzi, metod obróbki i parametrów skrawania

Postępuj według opisanych poniżej wypróbowanych zasad:
- Wybierz frez o rzadkiej i nierównomiernej podziałce.
- Stosuj płytki o dodatniej, lekko tnącej geometrii.
- Stosuj możliwie najmniejszy frez. Jest to szczególnie ważne przy używaniu trzpieni z tłumieniem drgań.
- Stosuj płytki o małym zaokrągleniu krawędzi ostrza (ER). Zmień płytki z gubą powłoką na cienko pokrywane. Jeśli to konieczne, stosuj płytki niepowlekane. Stosuj wytrzymały gatunek o drobnoziarnistym podłożu.
- Stosuj wyższy posuw na ząb. Zmniejsz obroty wrzeciona i zachowaj posuw minutowy (=wyższy posuw na ząb). Można też zachować prędkość obrotową, a zwiększyć posuw stołu (wyższy posuw na ząb). Nie zmniejszaj posuwu na ząb!
- Zredukuj promieniową i osiową głębokość skrawania.
- Wybierz stabilny uchwyt, taki jak Coromant Capto. Zastosuj największą możliwie średnicę adaptera, aby osiągnąć najwyższą stabilność. Dla najlepszej sztywności należy budować stożkowo zbieżne przedłużki.
- Przy dlugich wysięgach używaj trzpieni z tłumieniem drgań, w połączeniu z frezami o rzadkiej i nierównomiernej podziałce. Mocuj frez bezpośrednio do trzpienia z tłumikiem drgań.
- Ustawiaj frez niesymetrycznie względem powierzchni obrabianej.
- Jeśli stosujesz frez o równomiernej podziałce, pomocne może być wyjęcie jednej z płytek.

Asortyment dostępnych narzędzi - patrz katalog "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2



16) Jakie są najważniejsze zagadnienia związane z wyważaniem narzędzi?


Wyważanie zwiększa długość procesu o kilka dodatkowych etapów i wymaga:


- Określenia niewyważenia narzędzia, czy całego zespołu narzędziowego.
- Zmniejszenia niewywagi przez zmianę narzędzia, zdjęcie nadmiaru materiału z narzędzia poprzez obróbkę skrawaniem albo założenie na narzędzie odpowiedniej przeciwwagi.
- Często taka procedura musi być powtarzana - narzędzie jest ponownie sprawdzane i dokładnie wyważane, aż do osiągnięcia wymaganej dokładności wyważenia.

Samo wyważanie narzędzia nie rozwiązuje wszystkich problemów z niestabilnością obróbki. Jedną z tego przyczyn może być niedopasowanie uchwytu do końcówki wrzeciona obrabiarki. Zdarza się, że występuje tam zauważalny luz, albo też na stożku są przyklejone wióry lub inne zanieczyszczenia. Stożek nie będzie wówczas dokładnie wycentrowany. Zanieczyszczenia spowodują efekt niewyważenia, nawet jeżeli samo narzędzie, uchwyt i wrzeciono będą w doskonałym stanie. Wyważanie narzędzi stanowi dodatkowy koszt obróbki i za każdym razem należy dokonać analizy opłacalności takiego działania.

Wiele jednakże może być dokonane dla dobrego zbalansowania poprzez samo wytypowanie odpowiedniego narzędzia, i przedstawiamy tu niektóre zasady, którymi warto się kierować:
- Kupuj narzędzia i uchwyty o sprawdzonej jakości. Wybieraj uchwyty, które były obrabiane dla usunięcia niewyważenia.
- Preferuj narzędzia krótkie i lekkie, na ile to możliwe.
- Regularnie sprawdzaj narzędzia i uchwyty na obecność pęknięć zmęczeniowych i odkształceń.

Dopuszczalne ze strony procesu obróbki niewyważenie narzędzia zależy od parametrów samego procesu. Składa się nań wielkość sił skrawania, stan wyważenia samej obrabiarki i stopień wzajemnego oddziaływania na siebie tych dwóch czynników. Najlepszym sposobem doprowadzenia do dobrego wyważenia układu jest metoda prób i błędów. Powtarzaj podjęte działania wiele razy, obserwując wyniki kolejnych prób. Po każdej próbie poprawiaj niewyważenie narzędzia i próbuj ponownie. Optymalnym stanem zrównoważenia narzędzia jest stan, gdy dalsze wyważanie nie poprawia już jakości powierzchni obrobionej, albo punkt, przy którym proces skrawania z łatwością zapewnia dotrzymanie wymaganych tolerancji wymiarowych przedmiotu obrabianego.

Kluczem do powodzenia jest skupienie się na całości procesu, a nie kierowanie się tylko na zminimalizowanie wartości G, czy innych arbitralnie ustalonych celów. Celem powinno być osiągnięcie możliwie największej opłacalności procesu obróbki. Należy porównywać koszty wyważania narzędzia i efekty, jakie może to przynieść i na tej podstawie decydować o podejmowanych działaniach.

Dla otrzymania bliższych informacji na temat wyważania narzędzi proszę skontaktować się z najbliższym przedstawicielem Sandvika Coromanta.



17) Jakich uchwytów należy używać, aby mieć najlepsze wyniki obróbki konwencjonalnej i szybkościowej (HSM) ?




Przy dużych prędkościach obrotowych siły odśrodkowe mogą powodować lekkie zwiększenie średnicy otworu we wrzecionie. Może mieć to ujemny wpływ na niektóre narzędzia, które stykają się z końcówką wrzeciona tylko swą powierzchnią stożkową. Rozprężenie wrzeciona może spowodować wciągnięcie narzędzia w głąb wrzeciona pod działaniem śruby ściągającej. Efektem może być niedokładność wymiarowa w osi Z.

Narzędzia, które stykają się z wrzecionem zarówno na stożku, jak i na czole, są bardziej odpowiednie do obróbki wysokoobrotowej. Nawet gdy wrzeciono lekko się rozpręża, oparcie na czole nie pozwala wciągnąć narzędzia w głab wrzeciona. Narzędzia z wydrążoną częścią chwytową są też reaktywne na siły odśrodkowe - ich zadaniem jest rozkurczać się, podążając za wzrostem średnicy wrzeciona przy wysokich prędkościach obrotowych. Kontakt narzędzia z wrzecionem na obu powierzchniach - czołowej i obwodowej - zapewnia też sztywne połączenie, pozwalające na agresywne skrawanie. Złącze Coromant Capto, dzięki swemu wielokątnemu przekrojowi, jest niedościgłe jeśli chodzi o zdolność przenoszenia wysokich momentów obrotowych i tym samym pozwala na wysoką produktywność obróbki.





Porównanie kontaktu powierzchniowego na końcówce wrzeciona
przy wysokich prędkościach obrotowych


Obroty wrzeciona

ISO 40

HSK 50A

Coromant Capto C5

0

100%

100%

100%

20 000

100%

95%

100%

25 000

37%

91%

99%

30 000

31%

83%

95%

35 000

26%

72%

91%

40 000

26%

67%

84%

Przy planowaniu obróbki HSM należy starać się budować narzędzia składające się z frezów i adapterów o symetrycznej konstrukcji. Jest kilka różnych systemów, które mogą być zastosowane. System zacisków skurczowych, gdzie oprawka jast podgrzewana i jej otwór rozszerza się, a następnie zaciska narzędzie gdy jest ochładzana, uważany jest za jeden z najlepszych i najpewniejszych systemów mocowania dla HSM. Po pierwsze dlatego, że zapewnia bardzo niskie bicie, po drugie - złącze może przenosić wysokie momenty, po trzecie - łatwo jest zbudować potrzebny zestaw narzędziowy, a w końcu - zapenia wysoką ogólną sztywność złącza.

Innym doskonałym i bardzo uniwersalnym uchwytem jest oferowany przez Coromanta precyzyjny uchwyt zaciskowy CoroGrip. Ten system mocowania pokrywa wszystkie zastosowania - od obróbki zgrubnej do superwykańczającej. Jeden uchwyt może mocować wszystkiego typu narzędzia, z chwytami zarówno cylindrycznymi, jak i ze ścięciami, czy spłaszczeniami (Whistle notch, Weldon). Standardowe tulejki, takie jak tulejki do uchwytów HydroGrip, BIG, Nikken, NT etc., mogą być również stosowane w uchwytach CoroGrip. Bicie na wysięgu 4 X D wynosi zaledwie 0,002 - 0,006 mm. Siła zamocowania i zdolność przeniesienia momentu są nadzwyczaj wysokie, a wyważona konstrukcja czyni ten uchwyt doskonale przydatnym do obróbki na wysokich obrotach (< 40 000 obr/min). Z ofertą na uchwyty proszę zapoznać się w katalogu "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2.


18) Jak obrabiać wewnętrzne naroża bez ryzyka drgań?

Tradycyjnym sposobem frezowania w narożniku jest użycie liniowego przejścia (G1) z nieciągłym przesuwem freza w narożniku. Znaczy to, że gdy frez dochodzi do naroża, musi być przyhamowany ze względu na ograniczone przyspieszenia kątowe. Pojawiają się też krótkie postoje, zanim silniki zdołają zmienić kierunek ruchu posuwowego i w efekcie zachodzi mnóstwo momentów zwiększonego tarcia i wzrostu temperatury. Kontakt na długim odcinku krawędzi skrawającej również zaburza siły skrawania i często wiedzie do podcinania naroża. Najbardziej typowym tego efektem są drgania - tym silniejsze, im większe i dłuższe jest narzędzie lub wysięg na jakim pracuje.

Najlepsze rozwiązania tego problemu:


  • Stosuj frez z promieniem naroża płytek mniejszym niż wstępnie założono. Stosuj metodę interpolacji kołowej przy frezowaniu narożników. Taka metoda frezowania nie pociąga za sobą żadnych wyraźnych zatrzymań narzędzia, co oznacza, że ruch odbywa się łagodnie i ciągle, a ryzyko wibracji jest bardzo zmniejszone.

  • Innym rozwiązaniem jest wykonywanie naroża o większym promieniu niż na rysunku, poprzez interpolację kołową. Może to być korzystne, gdyż pozwala czasem stosować do obróbki zgrubnej frezy o większych średnicach, co daje wyższą produktywność.

  • Naddatek pozostający w narożu może być następnie usunięty w operacji frezowania pozostałości - frezem o mniejszej średnicy - z interpolacją kołową.


19) Jak najlepiej zacząć obróbkę zagłębienia?

  • Są cztery główne sposoby rozpoczęcia frezowania zagłębienia:



  • Wywiercenie wstępnego otworu, albo wywiercenie otworów w narożach. Metoda niezalecana: potrzebne jest jedno dodatkowe narzędzie, zajmujące miejsce w magazynie. Z punktu widzenia procesu skrawania, niekorzystny jest moment przebijania się freza przez ściankę wywierconego otworu i zmienne wtedy siły skrawania. Ponowne cięcie wiórów - proces mogący doprowadzić do uszkodzenia freza - zachodzi też częściej, gdy frezuje się zaczynając od wywierconych otworów.

  • Jeśli używa się frezów kulistych lub na okrągłe płytki - patrz katalog "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2 - często stosuje się wwiercanie freza na pełną osiową głębokość skrawania. Ujemną stroną tej metody jest problem z ewakuacją wiórów i powstawanie bardzo długich wiórów przy pracy frezami na okrągłe płytki.

  • Jedną z najlepszych metod jest liniowe zagłębianie skośne w X/Y i Z, aż do osiągnięcia pełnej głębokości frezowania.

  • W końcu, frezowanie zagłębienia może być od początku realizowane metodą interpolacji śrubowej. Jest to bardzo dobra metoda, ponieważ daje łagodną akcję skrawania i wymaga mało miejsca na rozbieg freza.

20) Jaka jest definicja obróbki szybkościowej (HSM)?

Dyskusja na temat definicji obróbki szybkościowej nadal jest nierostrzygnięta. Jest wiele opinii, wiele mitów i wiele różnych sposobów definiowania HSM.



Opierając się na kilku z tych definicji, można powiedzieć, że HSM to:

  • Obróbka z wysokimi prędkościami skrawania

  • Obróbka z wysokimi prędkościami obrotowymi wrzeciona

  • Obróbka z wysokimi posuwami

  • Obróbka z wysokimi prędkościami i posuwami

  • Obróbka wysoko wydajna


Naszą definicję HSM można sformułować następująco:


  • HSM nie oznacza wyłącznie obróbki z wysoką prędkością skrawania. To proces wymagający bardzo specjalistycznych technologii i wyposażenia narzędziowego.

  • HSM nie zawsze wymaga wielkich prędkości obrotowych wrzeciona. W licznych przypadkach, gdy stosuje się frezy o dużych średnicach, prędkość obrotowa jest umiarkowana.

  • HSM jest często stosowana do obróbki wykańczającej wstępnie zahartowanych stali, z prędkościami i posuwami 4-6 razy większymi niż przy konwencjonalnej obróbce.

  • HSM to bardzo wydajna obróbka małych gabarytowo przedmiotów w zakresie od wstępnej do wykańczającej, i wykańczająca do superdokładnej przedmiotów o dowolnych wymiarach.

  • HSM rośnie na znaczeniu tym bardziej, im bardziej przedmiot obrabiany zbliżony jest do swego ostatecznego kształtu.

  • HSM jest obecnie realizowana głównie na obrabiarkach ze stożkiem ISO 40.

Bliższe dane na temat HSM zawiera katalog "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2.



21) Jakie są cele obróbki szybkościowej?


Głównym celem jest zmniejszyć koszty produkcji przez większą produktywność obróbki. Szczególnie przy obróbce wykańczającej - często w hartowanej stali narzędziowej. Innym celem jest zwiększyć swą ogólną konkurencyjność przez skrócenie cykli produkcyjnych i terminów realizacji zamówień.


Główne przesłanki stosowania obróbki szybkościowej:

Produkcja form w krótkich seriach i obróbka w pojedynczym zamocowaniu.

Poprawa dokładności geometrycznej form osiągana w czasie obróbki mechanicznej, co w efekcie zmniejsza pracochłonność obróbki ręcznej i czas poświęcany na próby.

Lepsze wykorzystanie obrabiarek i całego warsztatu poprzez planowanie produkcji za pomocą systemu CAM i przez programowanie zorientowane na możliwości warsztatu.

Bliższe dane na temat HSM zawiera katalog "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1102:2.


22) Jakie są cele obróbki szybkościowej?


Narzędzia i przedmioty obrabiane nie nagrzewają się do wysokiej temperatury, co w wielu wypadkach wydłuża trwałość narzędzi. Z drugiej strony, przy HSM skrawanie jest płytkie i czas w którym ostrze styka sie z materiałem jest szczególnie krótki. Można powiedzieć, że posuw jest szybszy niż czas potrzebny na propagację ciepła.

Niskie siły skrawania powodują niewielkie i stałe ugięcie narzędzia. To, w połączeniu ze stałą grubością naddatku w każdej operacji i na każde narzędzie, jest jednym z koniecznych warunków wysoko wydajnego i bezpiecznego procesu.

Ponieważ płytkie skrawania jest typowe dla HSM, siły promieniowe, działające na narzędzie i wrzeciono są niskie. Zmniejsza to zużycie łożysk wrzeciona, prowadnic i przekładni śrubowo-tocznych.

Produktywna i opłacalna obróbka małych gabarytowo przedmiotów - łącząca operacje zgrubne, średnie i wykańczające - kiedy całkowita ilość usuwanego naddatku jest stosunkowo niewielka.

Wysoka wydajność ogólnej obróbki wykańczającej i możliwość osiągania nadzwyczaj wysokiej jakości powierzchni. Chropowatość powierzchni często nie przekracza Ra ~0,2 mikronów.

Możliwość frezowania przedmiotów o bardzo cienkich ściankach. Czas skrawania, naciski i ugięcia są dzięki HSM bardzo zredukowane.

Dokładność geometryczna form pozwalająca na ich łatwiejsze i szybsze kompletowanie. Żaden ślusarz, jak by nie był wyszkolony, nie może konkurować z obrabiarką zaprogramowaną za pomocą systemów CAM/CNC pod względem dokładności i gładkości powierzchni. Jeśli poświęci się więcej godzin na obróbkę mechaniczną, to czas spędzany nad ręcznym cyzelowaniem formy obniży się dramatycznie. Często nawet aż o 60-100%!

Operacje takie, jak hartowanie międzyoperacyjne, frezowanie elektrod i elektrodrążenie (EDM) mogą być zminimalizowane. Pozwala to zmniejszyć nakłady inwestycyjne i uprościć logistykę. Trwałość, odporność na zużycie i jakość form czy matryc wykonywanych z hartowanej stali są często większe, gdy elektrodrążenie zastąpi się frezowaniem.

Zmiany konstrukcyjne mogą być dokonywane bardzo szybko dzięki technice CAD/CAM, a szczególnie wtedy, gdy nie trzeba wykonywać nowych elektrod do EDM.

Bliższe informacje na temat HSM zawarte są w katalogu "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1120:2.

23) Czy są jakieś przeciwwskazania dla HSM?





  • Wysokie przyspieszenia i opóźnienia oraz cykle zatrzymywania i rozruchu skutkują stosunkowo szybkim zużyciem prowadnic, przekładni śrubowo-tocznych i łożysk wrzecion. Pociąga to często za sobą wyższe wydatki na utrzymanie obrabiarek.

  • Niezbędne są specyficzne umiejętności, wyposażenie programistyczne i system dla szybkiej transmisji danych do obrabiarek.

  • Trudno jest skompletować odpowiednio wysoko wykwalifikowaną załogę.

  • Odpowiednio dłużej trwa proces uczenia się - często na własnych błędach.

  • Czerwony przycisk "stop awaryjny" jest praktycznie bezużyteczny! Ludzkie pomyłki oraz błędy oprogramowania czy sprzętu mogą powodować ogromne problemy.

  • Konieczne są wysokojakościowe półfabrykaty i sprawne planowanie produkcji - trzeba nasycać wciąż "głodną" maszynę

  • Niezbędne są następujące środki ostrożności: Obrabiarki powinny być wyposażone w osłony o dużej odporności na rozpryski. Należy unikać stosowania narzędzi o dużym wysięgu. Nie stosować narzędzi i oprawek o masywnej budowie. Sprawdzać narzędzia, oprawki i śruby na obecność pęknięć zmęczeniowych. Stosować tylko narzędzia o określonej przez producenta maksymalnej prędkości obrotowej. Nie stosować narzędzi monolitycznych z HSS!

Bliższe informacje na temat HSM zawarte są w katalogu "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1120:2.


24) Jakie wymagania stawia się obrabiarkom do HSM?


Następujące wymagania stawia się obrabiarkom z końcówką wrzeciona ISO/BT wielkości 40.



  • Prędkość obrotowa wrzeciona < 40 000 obr/min

  • Moc na wrzecionie > 22 kW

  • Posuwy programowe 40-60 m/min

  • Posuwy szybkie jałowe < 90 m/min

  • Przyspieszenia i opóźnienia liniowe > 1 G

  • Prędkość przetwarzania bloku programu 1-20 ms

  • Transfer danych 250 Kbit/s (1 ms)

  • Interpolacja odcinkowa z podziałem 5-20 mikronów lub interpolacja wg krzywych NURBS

  • Wysoka stabilność cieplna i sztywność wrzeciona, wysokie napięcie i chłodzenie łożysk wrzeciona

  • Chłodzenie przez wrzeciono

  • Sztywny korpus o wysokiej zdolności tłumienia drgań

  • Kompensowanie różnych błędów - szczególnie temperaturowych i na przekładni śrubowo-tocznej

  • Zaawansowana funkcja "patrz naprzód" w sterowaniu CNC

Bliższe informacje na temat HSM zawarte są w katalogu "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1120:2.


25) Jakie muszą być typowe cechy narzędzi i jakie wymagania stawia się narzędziom do HSM?




Narzędzia pełnowęglikowe:

  • Precyzyjnie szlifowane - bicie poniżej 3 mikronów

  • Możliwie najkrótszy wysięg i wysunięcie z uchwytu, najwyższa sztywność i gruby rdzeń dla możliwie najniższego ugięcia

  • Krótkie ostrze i mała długość styku z materiałem dla zminimalizowania ryzyka drgań, zmniejszenia sił skrawania i ugięcia

  • Nadwymiarowe i stożkowe trzpienie, szczególnie dla małych średnic narzędzi.

  • Węglik drobnoziarnisty; powłoka TiAlN dla wysokiej odporności na zużycie

  • Otwory dla wewnętrznego doprowadzania chłodziwa

  • Odpowiednia, mocna mikrogeometria dla HSM w hartowanej stali

  • Narzędzia powinny być symetryczne, najlepiej wyważone konstrukcyjnie

Głowice z wymiennymi płytkami:

  • Wyważone konstrukcyjnie

  • Bardzo dokładne pod względem bicia, zarówno od strony gniazd na płytki, jak i samych płytek; maksymalne bicie z wzorcową płytką do 10 mikronów

  • Gatunki i geometrie wyspecjalizowane dla HSM

  • Odpowiednie luzy między ostrzami a korpusem freza aby uniknąć przycierania, gdy zanika ugięcie narzędzia (siły skrawania)

  • Otwory dla doprowadzania chłodziwa lub powietrza (we frezach palcowych)

  • Oznakowanie maksymalną dopuszczalną prędkością obrotową na korpusie freza

Bliższe informacje na temat HSM zawarte są w katalogu "Narzędzia do produkcji form i matryc" C-1120:2.








©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna