Vállak közötti megmunkálás – fókuszban a beszúrás

A beszúrás, a leszúrás és a profilbeszúrás az esztergálás legnagyobb kihívást jelentő folyamatai közé tartozik. A hagyományos hosszesztergálással vagy oldalazással ellentétben beszúráskor és leszúráskor a forgácsolóél két váll (lépcső) között munkálja meg a munkadarabot. Pontosan ezek a peremfeltételek határozzák meg alapjaiban a folyamatot. Míg hosszesztergáláskor a forgács viszonylag szabadon távozhat, addig beszúráskor a munkadarab vállai balról és jobbról is korlátozzák a forgácsolóélet. A Paul Horn GmbH már több mint 50 éve fejleszt megoldásokat pontosan az ilyen megmunkálási műveletekre, és világszerte e terület szakértőjeként tartják számon.

Beszúráskor a forgács lényegében felfelé és az előtolás irányával ellentétesen hagyja el a megmunkálási zónát. Ez komolyabb követelményeket támaszt a szerszámgeometriával, a forgácsalkotással, a hűtéssel és a folyamatstabilitással szemben. Még a kisebb eltérések is forgácstömörödést, fokozott kopást, rossz felületi minőséget vagy akár szerszámtörést okozhatnak. A beszúrás tehát távolról sem egyszerű folyamat. Csak a szerszámtechnológia, a bevonat, a gépstabilitás, a befogástechnika és a folyamatvezérlés összehangolt kölcsönhatása biztosít egyenletes eredményeket. A cél minden esetben a forgács ellenőrzött formázása, a horonyból való biztonságos eltávolítása, valamint a hosszú szerszámélettartam és a reprodukálható megmunkálási eredmények elérése.

A forgácsolóél-geometria jelentősége

A forgácsolóél geometriája jelentős hatással van a beszúrásra és a leszúrásra. Fő feladata a forgács ellenőrzött vezetése és pontos formázása.
A forgácskezelés során a geometria rövid, jól kezelhető forgácsformákat hoz létre, mint például csavart forgács, spirálforgács, vessző alakú forgács, szegmentált forgács vagy töredezett forgács. Ez megakadályozza a forgács feltekeredését és csökkenti a folyamatleállásokat. A hosszú szalagos forgács ezzel szemben rátekeredik a munkadarabra vagy a szerszámra, akadályozza a forgácsáramlást és rontja a felületi minőséget. Ezzel egy időben a geometria célzottan deformálja és keskenyíti a forgácsot. Ez a keskenyítés lehetővé teszi a forgács biztonságos eltávolítását a horonyból, még szűkös megmunkálási helyzetekben is. Célzott forgácstörés nélkül széles forgács keletkezik, amely súrlódik a horony oldalaival, és károsítja a munkadarab felületét.

A geometria hatása különösen a különböző forgácstörő profilok összehasonlításakor szembetűnő. A köszörült, rádiuszos forgácstörő profilok gyakran csak minimális hatást gyakorolnak a forgácsra, amely nagyrészt ellenőrizetlenül áramlik és hosszú szalagokat képez. A kifejezett forgácstörő profillal rendelkező geometriák viszont rövid, ellenőrzött és erősen deformált forgácsot produkálnak. Ez az ellenőrzött forgácsalkotás a stabil megmunkálási folyamatok alapja. Különösen a rozsdamentes anyagoknál – mint például az 1.4305 – a megfelelő geometria határozza meg a folyamatbiztonságot és a szerszámélettartamot. A forgácsalkotás még 100 m/perc körüli forgácsolósebességnél és körülbelül 0,12 mm/fordulat előtolásnál is jelentős hatással van a megmunkálási eredményre.

Trochoid beszúrás

A trochoid (gördülő) beszúrás kibővíti a hagyományos beszúró eljárások lehetőségeit. Ahelyett, hogy a teljes hornyot egyetlen telibe-fogással munkálná meg, a szerszám egy egymásra szuperponált pályát követve mozog a munkadarabon. Ez a stratégia csökkenti a szerszám terhelését. Ezzel egy időben javul a forgácseltávolítás, mivel kisebb forgácskeresztmetszetek keletkeznek. Ez a módszer különösen előnyös mély beszúrásoknál vagy nehezen megmunkálható anyagok megmunkálásakor. A jellemző folyamatparaméterek közé tartozik például a 280 m/perc körüli forgácsolósebesség és az akár 0,6 mm/fordulat előtolás. Minimálisan kb. 0,7 mm-es, maximálisan pedig legfeljebb 1,5 mm-es fogásmélységeket alkalmaznak. A fogásvételi szög jellemzően 40° és 60° között mozog. Kisebb kapcsolódási szögek csökkentik a radiális erőket. Ezzel egy időben mérséklődik a forgácsolóél termikus terhelése is. A folyamat különösen alkalmas a modern, nagyteljesítményű megmunkálásra és a nagy leválasztási teljesítmény elérésére.

A modern bevonatok jelentősége

A modern beszúrólapkák bevonata befolyásolja a gazdaságosságot és a folyamatbiztonságot. Csökkenti a kopást, minimalizálja a forgács és a szerszám közötti súrlódást, megakadályozza az élrátét-képződést, és magasabb forgácsolási paramétereket tesz lehetővé. Ugyanakkor a megfelelő bevonat javítja a kopás felismerését és növeli a folyamatstabilitást. A szerszámbevonatok fejlesztése során számos befolyásoló tényezőt kell figyelembe venni. Ezek közé tartozik a szerszám és a munkadarab anyaga közötti kémiai kölcsönhatás, a forgácsolóél-rádiusz, a bevonatolási eljárás és a bevonat mechanikai tulajdonságai. Mindezek mellett ezen elemek kölcsönhatása továbbra is kritikus fontosságú. Ha a geometria, a hordozó (szubsztrát) és a bevonat nem kompatibilisek, belső feszültségek keletkeznek a bevonatban. Ezek ugyan javíthatják a keménységet és a szívósságot, de repedéseket vagy lepattogzást is okozhatnak.

A folyamathoz igazított bevonat befolyásolja a szerszámélettartamot. A bevonatot azonban nem szabad elszigetelten kezelni. A teljes megmunkálási folyamat kölcsönhatása továbbra is kulcsfontosságú. A gép stabilitása, a munkadarab-befogás, a szerszámtartó, a hűtési stratégia és a forgácsolási paraméterek közvetlenül befolyásolják a váltólapka teljesítményét. A gyakorlati tesztek azt mutatják, hogy a szerszámélettartam jelentős növekedése érhető el pusztán a megfelelően megválasztott bevonatok alkalmazásával. Ezzel szemben a geometria, a bevonat és a folyamatparaméterek nem megfelelő kombinációi gyorsan idő előtti kopáshoz vezetnek. A folyamat tervezése mindig a teljes megmunkálási rendszer holisztikus szemléletét igényli.

Hűtés a beszúrási folyamat során

A hűtés döntő szerepet játszik a beszúrásnál. Csökkenti a forgácsolóél termikus terhelését, miközben a hűtő-kenő folyadék aktívan támogatja a forgács eltávolítását a forgácsolási zónából. Különösen rozsdamentes acél beszúrásakor keletkezik magas hőmérséklet. A gyakorlati tanulmányok rámutatnak a különböző hűtési stratégiák közötti különbségekre. Alacsony nyomású, külső hűtőfolyadék-ellátás esetén gyakran súlyos kopás jelentkezik a homlokfelületen. Ha a hűtőfolyadék nyomását növelik, a kopás jelentősen csökken.
Azok a rendszerek, amelyek a hűtőfolyadékot közvetlenül a homlokfelületre irányítják, kiváló eredményeket érnek el. Az integrált hűtőfolyadék-ellátással rendelkező modern szerszámtartók célzott hűtést tesznek lehetővé közvetlenül a forgácsolási zónában. Ez csökkenti a forgácsolóél termikus terhelését. Ezenkívül javul a forgácseltávolítás is. A modern szerszámtartó-rendszerek integrált hűtőcsatornákon keresztül pontosan látják el a homlok- és hátfelületeket. A közvetlen hűtőfolyadék-ellátás korán megemeli a forgácsot, és ellenőrzött módon szállítja ki a horonyból. A szerszámtartók általában univerzális hűtőfolyadék-csatlakozásokkal rendelkeznek hornyokon vagy G1/8”-os csatlakozókon keresztül.

Nemcsak a hűtőfolyadék-ellátás, hanem a hűtőfolyadék összetétele is befolyásolja a megmunkálási folyamatot. Az emulzió olajtartalmának kismértékű változása is jelentős hatással lehet a szerszámélettartamra. Gyakorlati példák mutatják, hogy az olajtartalom 11 százalékról 13 százalékra történő növelése Inconel 718 megmunkálásakor megduplázhatja a szerszámélettartamot. Különösen a hőálló anyagoknál a magasabb kenőanyagtartalom mérsékli a forgács és a szerszám közötti súrlódást. Ez csökkenti a hőmérsékletet és a kopást, miközben egyúttal javítja a forgácsalkotást is.

Leszúrás az X és Y tengelyen

A különböző erőviszonyok közvetlenül befolyásolják a lapkafészek terhelését. Feltételezve, hogy a forgácsolóélre merőlegesen 2000 N, sugárirányban (radiálisan) pedig 400 N erő hat, az X tengely mentén végzett leszúrás a nagy hajlítónyomaték miatt jelentősen nagyobb terhelést eredményez.
Az Y tengelyű leszúrásnál ez a terhelés körülbelül 30 százalékkal csökken. Ennek következtében a folyamatok simábban és kisebb rezgéssel futnak. A gyakorlati példák azt mutatják, hogy az X tengelyű leszúrásról az Y tengelyűre való átállás mind a szerszámélettartamot, mind a folyamatstabilitást javítja.
Egyes alkalmazásokban a szerszámélettartam több mint a duplájára nőtt a forgácsolási paraméterek változatlanul tartása mellett. Ezzel egy időben a zajszint is csökken. Az Y tengelyű leszúrás azonban megköveteli, hogy a gép és a vezérlőrendszer támogassa a szükséges tengelyirányú mozgásokat és megmunkálási stratégiákat.

Összetett kontúrok beszúrása

Az összetett kontúrok – mint például a több fogból álló profilok – szigorú követelményeket támasztanak a folyamatstratégiával szemben. Az egyik lehetőség a kontúr hagyományos, lépésről lépésre történő kialakítása egy beszúró szerszámmal. Ebben az esetben az egyes hornyokat egymás után programozzák be és munkálják meg. Ez a módszer különösen prototípusokhoz vagy kis sorozatokhoz alkalmas. Nagy szériás gyártásnál azonban a programozási és megmunkálási ráfordítás jelentősen megnő. Alternatív megoldásként az alakos (profil-) beszúró szerszámok lehetővé teszik a teljes kontúr egyetlen megmunkálási műveletben történő előállítását egy speciálisan kialakított alakos forgácsolóél segítségével, amely a teljes geometriát egyszerre hozza létre. Előnyük a nagy ismétlési pontosság és a rövid megmunkálási idő. A forgácsolóél egyszerre fogásban lévő nagy hossza miatt azonban nagy megmunkálási erők ébrednek, amelyek rezgést, felületi nyomokat (rezgésnyomokat) és méreteltéréseket okozhatnak.

A tangenciális profilbeszúrás a klasszikus alakos beszúró eljárást bővíti ki egy lényegesen stabilabb stratégiával. A váltólapka jellemzően körülbelül 45°-os szögben helyezkedik el a lapkafészekben. A szerszám nem sugárirányban (radiálisan) lép be a munkadarabba, hanem tangenciálisan (érintőlegesen) halad el mellette. Ebben a folyamatban a kontúr egyes elemei egymás után jönnek létre. A radiális alakos beszúrással ellentétben a teljes él szélessége nem egyszerre lép kapcsolatba az anyaggal. Az erőmérő rendszerekkel végzett mérések egyértelmű különbségeket mutatnak a két módszer között. A hagyományos alakos beszúrásnál közel 6000 N-os forgácsolóerők is felléphetnek. A tangenciális profilbeszúrásnál az erők lényegesen alacsonyabbak. A csökkentett terhelés simább forgácsolási folyamatokat, kisebb gépterhelést és alacsonyabb zajszintet biztosít. Ezenkívül az esztergált alkatrész felületi minősége is javul.

Összegzés

A Horn a gazdaságos és megbízható beszúrás szakértőjének számít. Az optimalizált forgácsolóél-geometriák, a modern bevonatok, a célzott hűtés és a nagy gépstabilitás döntő fontosságúak a stabil folyamatokhoz. Az optimalizált forgácsalkotás és a belső hűtés jelentősen javítja a forgácseltávolítást, a felületi minőséget és a szerszámélettartamot. Az olyan folyamatok, mint a trochoid beszúrás vagy az Y tengelyű leszúrás csökkentik az erőket, növelik a folyamatstabilitást és fokozzák a gazdaságosságot.

Forrás: Sajtóinformációk | HORN

A nehezen forgácsolható anyagok, mint például a korrózióálló acélok, hőálló szuperötvözetek (HRSA), titánötvözetek, edzett acélok és koptató hatású öntöttvasak megmunkálása nem pusztán annyiból áll, hogy választunk egy szívósabb, keményfém minőséget. A lapkageometria alapvető fontosságú, hogy mekkora forgácsolóerők ébrednek, illetve hogy kézben tartsuk a hő- és forgácsképződést, a szerszáméltartamot és az egyenletes felületminőséget. Az ISCAR világszinten piacvezetőnek számít a forgácsolószerszámok területén, ezért széles termékpalettát fejlesztett ki, kifejezetten a nehezen forgácsolható anyagok megmunkálására alkalmas lapkageometriákból.

A legtöbb, nehezen forgácsolható anyag közös jellemzője a nagy szakítószilárdság még magas hőmérsékleten is, a gyenge hővezetési tulajdonságok, nagymértékű alakítási keményedés, erős koptató hatás és hosszú, folyó forgács keletkezésére való hajlam. A lapkageometria közvetlenül befolyásolja a fenti jellemzőket a forgácsolás során. Az ébredő forgácsolóerőkre és a képződő hőre, a forgácsképződésre és -elvezetésre, a forgácsolóél rádiuszának és terhelhetőségének egyensúlyára, illetve a rezgések keletkezésére és a rezgéscsillapításra mind-mind hatással van a lapkageometria. A megfelelő ISCAR geometria kiválasztásával a gyártók megtalálhatják az egyensúlyt a forgácsleválasztáshoz szükséges élrádiusz és az idő előtti szerszámtörést kiküszöbölő terhelhetőség között.

A titánötvözetekhez és HRSA-hoz hasonló anyagok forgácsolásakor alapvető fontosságú, hogy minél kisebb forgácsolóerők ébredjenek. Az ISCAR pozitív homlokszögű lapkái tervezéskor a legfőbb szempontok a minimális hőképződés és az alakítási keményedés csökkentése volt, ezért kis élrádiuszt alakítottak ki, ez ráadásul segíti a forgácselvezetést és csökken a teljesítményigény is. Ezeket a geometriákat általában simításkor és elősimításkor alkalmazzák, ahol a szabályozott forgácselvezetés és a felületminőség rendkívül fontos. A paletta másik végén az edzett acélok vagy koptató hatású öntöttvasak forgácsolásához nagyobb teherbírású forgácsolóélekre van szükség. A mérsékelten pozitív, vagy nulla homlokszögű, hónolt- vagy letöréssel kombinált forgácsolóélű lapkák ellenállóbbak a kitöredezéssel és a kráteres kopással szemben. Az ISCAR a gondosan megtervezett forgácstörőkkel teremti meg az egyensúlyt a hatékony forgácsleválasztás és a nagy terhelhetőségű forgácsolóél között.

Korrózióálló acélok megmunkáláskor különösen fontos az anyagspecifikus geometria kiválasztása, hiszen az alakítási keményedés és a folyó forgács nagymértékben csökkentheti a szerszáméltartamot. A közepesen pozitív homlokszögű lapkák hatékony forgácstörőkkel párosítva megakadályozzák a forgács feltekeredését és stabilan tartják a megmunkálási feltételeket, még megszakított fogások esetén is. Az ISCAR megoldásai, mint például a LOGIQ…TURN MF és MM geometriákat széles körben használják simításra és elősimításra, míg a HELI‑TURN spirális forgácsolóélű lapkái csökkentik a felületi nyomást és javítják a felületminőséget. Ezeket az élgeometriájú lapkákat a kopásállóság és a megbízhatóság növelése érdekében gyakran IC907 és IC908 anyagminőségből gyártják.

A hőálló szuperötvözetek még komolyabb kihívások elé állítják a szerszámokat, hiszen a szakítószilárdságuk még magas hőmérsékleten is nagy, és nagy mennyiségű hő képződik a forgácsolási zónában. A hőképződés csökkentése érdekében rendkívül kis élrádiuszt, erősen pozitív homlokszöget és kiváló forgácselvezetést kell biztosítani. Az ISCAR HELI‑TURN geometriái használatakor kisebb radiális erők ébrednek, a LOGIQ-6-TURN M3M és F3M geometriáival pedig több forgácsolóélt lehet kihasználni, optimális forgácselvezetéssel párosítva. Ezeket az élgeometriájú lapkákat (1. ábra) HRSA stabil megmunkálása érdekében fejlett, mint például IC806 vagy IC907 anyagminőségből gyártják.

Titánötvözetek megmunkálásakor hasonlóan ügyelni kell a kis élrádiuszra és a kis forgácsolóerőkre, hiszen a rossz hővezetésük és kitöredezésre való hajlamuk miatt könnyen előfordulhat szerszámtörés. Az erősen pozitív homlokszögű, a forgácsolóélnél keskeny érintkezési felületű lapkák elősegítik a vékony forgácsok képződését és csökkentik a hőképződés. Az ISCAR pozitív homlokszögű LOGIQTURN geometriái megfelelőek ilyen körülmények esetén, a WHISPERLINE esztergaszerszámok (2. ábra) pedig a titán megmunkálásakor gyakori rezgések csillapításával javítják a művelet teljesítményét. Az optimatizált fogácsolóél kialakítása megakadályozza az élkopást, így növeli az éltartamot.

WHISPERLINE esztergaszerszámok (2. ábra)

Edzett acélok megmunkálásakor a legfontosabb a forgácsolóél teherbírása és a művelet stabilitása. A nagy teherbírású forgácsolóélek és a megfelelő homlokszögek együttesen kiküszöbölik az él kitöredezését, és még a nagy keménységű anyagok esetén is folyamatos forgácstörést biztosítanak. A kopásálló anyagminőségből készített, robusztus LOGIQTURN RM lapkák megerősített élgeometriájának köszönhetően kemény esztergálásra képesek, amellyel kiváltható a köszörülés, a termelékenység és rugalmasság érdekében.

A nehezen megmunkálható anyagokon végzett beszúrási- és leszúrási műveletek során a forgácsolóél teljes szélességében fogásban van, ezért nagyobb igénybevétel terheli. Az ISCAR erre a célra a CUT‑GRIP rendszert (3. ábra) ajánlja, amely F, M és R dedikált geometriákat kínál, különböző anyagok és fogácsolási körülmények közötti optimalizált le- és beszúrására. A nagy merevségű és hatékony forgácselvezetést biztosító, keskeny lapkák különösen hatékonyak korrózióálló acélok és HRSA megmunkálásakor, ahol a forgácskezelés alapvető fontosságú.

CUT‑GRIP rendszert (3. ábra)

Összegezve tehát a megfelelő ISCAR lapkageometria kiválasztásához gondosan meg kell határozni a művelet típusát, a szerszámgép stabilitását, a fogásvételt, az előtolást és a hűtési eljárást. A kisebb tömegű vagy merevségű szerszámgépek esetén hasznos az erősen pozitív homlokszögű lapkákat, míg nagyobb fogásvétel esetén erősebb forgácsolóélt kell választani. A szerszámon keresztüli (nagynyomású) hűtés javítja a forgácskezelést és a szerszáméltartamot. Az ISCAR adott alkalmazásokra optimalizált geometriák a meghatározott forgácsolási eljárásoknál nyújtanak kiszámítható és folyamatképes eredményt.

A megfelelő ISCAR lapkageometria kiválasztása tehát alapvető fontosságú a nehezen forgácsolható anyagok megmunkálásakor. Ha a gyártók felismerik, hogy a homlokszög, a forgácsolóél bevezetése és a forgácstörő kialakítása hogyan befolyásolja az anyag viselkedését, jelentősen növelhetik a szerszáméltartamot, a termelékenységet és a munkadarab minőségét. Az ISCAR megoldásai, mint a LOGIQ-6-TURN, a LOGIQ-3-TURN, a HELI‑TURN, a CUT‑GRIP, és a WHISPERLINE családok, bevált geometriákat kínálnak korrózióálló acélok, szuperötvözetek, titán és edzett anyagok megbízható és hatékony megmunkálásához még a legigényesebb alkalmazások esetén is.

További információk:www.iscar.hu