Miért vall kudarcot sok kerámialapkás megmunkálási teszt, még mielőtt igazán elkezdődne?
A legtöbb forgácsolással foglalkozó szakember számára van egy szabály, amely egész pályafutása során újra és újra megerősítést nyert:
Ha bizonytalan vagy, lassíts.
Túl gyorsan kopik a forgácsolóél? Csökkentsd a forgácsolási sebességet.
Instabillá válik a folyamat? Csökkentsd a forgácsolási sebességet.
A lapka a sérülés jeleit mutatja? Csökkentsd a forgácsolási sebességet.
Keményfémmel történő megmunkálásnál ez az ösztönös reakció gyakran helyes.
Aztán elérkezik az első teszt egy kerámialapkával.
Egy alkalmazástechnikai mérnök felkeresi az ügyfelet, hogy kerámia szerszámot vezessen be egy nagyoló
művelethez.
Az ajánlás egyértelmű:
„Növelje a forgácsolási sebességet 250 m/min-ről 900 m/min-re.”
A gépkezelő ránéz a gépre.
Aztán a lapkára.
Majd ismét az alkalmazástechnikai mérnökre.
„Azt akarja, hogy majdnem négyszer gyorsabban forgácsoljak?”
Az ajánlás elsőre hibásnak tűnik.
Mindaz, amit a keményfémmel végzett megmunkálás során az évek alatt megtanultunk, azt sugallja, hogy a nagyobb sebesség több hőt, nagyobb kopást és magasabb kockázatot jelent.
A gépkezelő ezért azt teszi, ami ésszerűnek tűnik.
900 m/min helyett a gép 400 m/min forgácsolási sebességgel indul.
Az eredmény?
Rövid szerszámélettartam.
Váratlan kopás.
Kiábrándító termelékenység.
A következtetés pedig gyakran ez:
„Nálunk a kerámia nem működik.”
A valóságban a kerámialapka soha nem kapott lehetőséget arra, hogy a tervezett körülmények között működjön.
Mert a sikeres kerámiaforgácsolás másfajta gondolkodásmódot igényel.Miért működik a kerámia más szabályok szerint?
A magyarázat abban rejlik, hogy a hő hogyan hat a munkadarabra és a forgácsolószerszámra.
A hagyományos keményfém-megmunkálásnál a hőt általában ellenségnek tekintjük. A magasabb hőmérséklet felgyorsítja a kopást, csökkenti a szerszámélettartamot és rontja a folyamat stabilitását.
A kerámiával való forgácsolás azonban másképp működik.
Hőálló szuperötvözetek és öntöttvasak nagy sebességű megmunkálásánál a hő és a forgácsolási teljesítmény közötti kapcsolat jelentősen eltérhet attól, amit a legtöbb szakember megszokott.
A nikkelalapú ötvözetek szobahőmérsékleten rendkívül nagy szilárdsággal rendelkeznek. A hőmérséklet emelkedésével azonban az anyag lágyulni kezd. Körülbelül 800 °C-on a deformációval szembeni ellenállása jelentősen csökken, így könnyebben megmunkálhatóvá válik.
Eközben a kerámia forgácsolóanyagok olyan hőmérsékleteken is megőrzik keménységüket és kopásállóságukat, amelyeken a hagyományos keményfémminőségek tulajdonságai gyorsan romlanának.
Ez különleges előnyt eredményez: ahogy nő a hőmérséklet a forgácsolási zónában, a munkadarab anyaga könnyebben megmunkálhatóvá válik, miközben a kerámia forgácsolóél megőrzi szilárdságát.
Az eredmény kisebb forgácsolóerő, nagyobb anyagleválasztási teljesítmény és magasabb termelékenység.
Ezért tűnhetnek elsőre meglepően magasnak a kerámiaszerszámokhoz ajánlott forgácsolási sebességek. A cél nem egyszerűen az anyag gyorsabb eltávolítása, hanem olyan termikus körülmények létrehozása,amelyek között a folyamat hatékonyan működik.
A túlzott óvatosság ára
Az elmélet megértése egy dolog.
A gyakorlatban történő alkalmazása egy másik.
Amikor kerámiaszerszámokat vezetnek be a gyártásba, sok felhasználó az első próba során ösztönösen csökkenti az ajánlott forgácsolási sebességet.
Ez ésszerű óvintézkedésnek tűnik.
Sajnos gyakran éppen az ellenkező hatást váltja ki.
Alacsonyabb forgácsolási sebességnél előfordulhat, hogy a forgácsolási zóna hőmérséklete nem éri el azt a szintet, amely a termikus lágyulás kihasználásához szükséges. Az anyag továbbra is nehezen megmunkálható marad, a forgácsolóerők növekednek, a termelékenység pedig csökken.
Egy Inconel 718 anyagon végzett nagyoló marási alkalmazásban például a forgácsolási sebesség körülbelül 400 m/min-ről több mint 1000 m/min-re történő növelése jelentősen csökkentette a megmunkálási időt,miközben kisebb kopást eredményezett, mint az alacsonyabb forgácsolási sebesség.
A keményfémről kerámiára áttérő felhasználók számára gyakran ez az a pillanat, amikor az elvárások és avalóság végre összhangba kerülnek.
Nem csak a sebességről van szó
Mindez természetesen nem jelenti azt, hogy a kerámiaforgácsolás egyszerűen abból áll, hogy feljebb vesszük az orsó fordulatszámát, és reméljük a legjobbakat.
Mint minden fejlett forgácsolószerszám-technológia, a kerámia is megfelelő alkalmazási körülményeket igényel.
A merevség kulcsfontosságú. A munkadarab stabil befogása, a szerszám biztonságos rögzítése, a minimális kinyúlás és a rezgésmentes összeállítás mind hozzájárulnak a megbízható teljesítményhez. Marásnál a folyamatos szerszámpályák és a megszakítások csökkentése segítenek minimalizálni a forgácsolóélt érő ütésszerű terheléseket. Esztergálásnál a stabil fogás és az állandó forgácsolási körülmények lehetővé teszik a kerámiaminőségek teljes potenciáljának kihasználását.
Gyakori kérdés a hűtő-kenő folyadék alkalmazása is. Marásnál a kerámiával történő megmunkálást jellemzően szárazon végzik. A forgácsolás során keletkező magas hőmérséklet a folyamat része, a szakaszos hűtőfolyadék-ellátás pedig hősokkot okozhat, amely károsíthatja a forgácsolóélt. Esztergálásnál viszont a hűtőfolyadék sok esetben eredményesen alkalmazható, mivel a forgácsolóél folyamatosan
fogásban marad, így elkerülhetők a marásra jellemző ismétlődő felmelegedési és lehűlési ciklusok.
A legfontosabb különbség az, hogy a keményfémmel ellentétben probléma esetén ritkán a forgácsolási sebesség az első paraméter, amelyet csökkenteni kell.
A megoldás sokkal gyakrabban a folyamat stabilitásának javítása, nem pedig a megmunkálás lassítása.
Gondoljuk újra, amit a forgácsolási sebességről tudunk
A kerámiaforgácsolás legnagyobb kihívása gyakran nem a gép, nem a lapka, és még csak nem is a megmunkálandó anyag.
Hanem a keményfémmel végzett sikeres megmunkálás során évek alatt kialakult szokások megváltoztatása.
Az egyik leggyakoribb tévhit, hogy a kerámialapkákat egyszerűen egy újabb keményfémminőségnek tekintik.
Pedig nem azok.
A kerámia egy másfajta forgácsolási technológia, amelyet eltérő működési elvekhez és teljesen más teljesítménytartományhoz terveztek.
A kerámia forgácsolóanyagok fejlesztésében szerzett több évtizedes tapasztalatával az NTK Cutting Tools átfogó megoldásportfóliót kínál mind a hőálló szuperötvözetek, mind az öntöttvasak megmunkálásához. A HRSA anyagok nagy sebességű nagyolására kifejlesztett SiAlON minőségektől a szürke- és gömbgrafitos öntöttvashoz optimalizált kerámiamegoldásokig ezek a technológiák olyan termelékenységi szintek elérését teszik lehetővé, amelyek hagyományos keményfém szerszámokkal gyakran nem érhetők el.
Ha legközelebb egy kerámialapkához ajánlott forgácsolási sebesség meglepően agresszívnek tűnik, álljon ellen a kísértésnek, hogy keményfémként kezelje.
Az ajánlott sebesség nem pusztán azért ilyen magas, mert a lapka képes elviselni.
Azért ilyen magas, mert ezen a tartományon kezd igazán működni a technológia.
A NTK Cutting Tools-ról
A NTK Cutting Tools, az IMC Csoport tagja, a fémmegmunkáló ipar számára nyújt fejlett szerszámmegoldások globális beszállítója. A vállalat ismert a magas hőmérsékleten végzett megmunkáláshoz használt kerámia szerszámok terén szerzett szakértelméről, valamint a precíziós és svájci típusú megmunkálási alkalmazásokban szerzett specializációjáról, ahol a pontosság és a folyamatstabilitás kiemelten fontos. A széleskörű szerszámmegoldás-portfóliónak köszönhetően a NTK segíti a gyártókat a termelékenység növelésében, a folyamatok stabilitásának biztosításában, valamint az erőforrás-hatékonyság javításában olyan igényes iparágakban, mint a repülőgépipar, az autóipar, az orvosi, az elektronikai és az általános mérnöki ágazat.
