Odată cu introducerea unghiurilor de așchiere laserate, o abordare complet nouă din punct de vedere constructiv și tehnologic pătrunde în dezvoltarea uneltelor. În locul prelucrării tradiționale, substractive, prin procese de șlefuire, tăierea cu laser necesită o construcție negativă, în care geometria uneltelor este proiectată specific pentru îndepărtarea materialului prin laser. Acest lucru duce la un efort de construcție crescut, necesită procese CAD specializate și impune cerințe noi pentru structurarea datelor.
„Integrarea geometriei de prindere laserizate în uneltele din carburi dure marchează o schimbare fundamentală în construcție și fabricație”, subliniază Alexander Seifermann, șeful de construcție la producătorul de unelte de precizie SIMTEK din Mössingen. „Acolo unde anterior am prelucrat în principal prin șlefuire, astăzi se folosește adesea laserul - cu efecte semnificative asupra geometriei, construcției și aplicării. De la îndepărtarea clasică a materialului pe suprafețe mari - la proiectarea punctuală și tridimensională a geometriei complexe în negativ.”
De asemenea, progresul tehnologic aduce avantaje pentru întreprinderi: „Avantajele sunt clare: putem produce geometrii de tăiere de înaltă precizie, cu un control optimizat al așchiilor și adesea cu un spectru extins de funcții”, completează directorul SIMTEK, Norbert Seifermann. În ciuda obstacolelor inițiale care trebuiau depășite, efortul suplimentar merită pentru cele mai multe cazuri de utilizare a uneltelor personalizate. „Rezultatele așchiilor sunt atât de convingătoare încât am început să integrăm treptat geometriile laserizate în catalogul nostru standard de unelte.”
Schimbare constructivă: De la îndepărtare la construcția negativă
Construcția clasică a uneltelor se baza pe principiul îndepărtării clasice a materialului pe suprafețe mari. Proiectarea era concepută astfel încât, în procesul de fabricație, dintr-o semifabricat să se poată obține prin șlefuire unghiurile de așchiere și suprafețele de eliberare definite. Pe de altă parte, tăierea cu laser necesită o gândire complet diferită - acum se modelează ceea ce va fi îndepărtat ulterior.
Această „construcție negativă” implică un efort semnificativ mai mare în CAD și generează mai multe seturi de date suplimentare pentru fiecare unealtă. Proiectantul trebuie să stabilească exact ce zone trebuie eliminate - un principiu care seamănă cu fabricarea uneltelor în turnarea prin injecție, dar care este mult mai complex în implementare. „Deoarece la tăierea cu laser se lucrează de fapt cu un negativ, modelul conceput servește doar pentru controlul intern”, explică șeful de construcție, Alexander Seifermann.
„Producția accesează direct modelul negativ, îl plasează virtual pe tăiș și apoi îndepărtează exact materialul care a fost definit anterior constructiv.”
Lazarea deschide noi spații de așchiere - dar impune cerințe mai mari.
Geometriile laserate permit structuri extrem de complexe: economii, umflături, proeminențe - totul este planificat tridimensional și implementat cu precizie. Aceasta creează noi oportunități în controlul așchierii și optimizarea uneltelor. În același timp, însă, cerințele pentru construcție cresc: este nevoie de cunoștințe solide și de un proces de coordonare mult mai strâns cu clientul. În plus, programele CAD utilizate de SIMTEK, care sunt standard pe piață, sunt doar parțial adaptate pentru acest proces - sunt necesare metode de lucru speciale pentru a asigura tranziții curate și geometrii fără erori. Alexander Seifermann și echipa sa cunosc problema: „Ceea ce am putut rezolva în procesul de șlefuire pe baza experienței și a formelor standard devine o provocare constructivă în cazul tăierii cu laser.”
Cerințele pentru CAD, producție, precum și comunicarea cu clienții cresc semnificativ - și având în vedere cele peste 3.500 de dezvoltări noi personalizate pe an, aceasta nu este o sarcină ușoară. În același timp, deschidem posibilități complet noi cu geometria laserată: un control mai bun al așchiilor, durate de viață mai mari, procese mai stabile și integrarea mai multor etape de prelucrare într-un singur instrument.
Competență din experiență
Intrarea în procesul de laserare a geometriei de prindere la SIMTEK a fost un proces de învățare anevoios - prin încercări, erori și experiență, a fost dezvoltată de-a lungul anilor o expertiză profundă. Astăzi, atât uneltele speciale, cât și cele standard pot fi echipate cu geometrie laserată. Aceste unelte oferă în special în prelucrarea pieselor mici, la cupru, aluminiu sau alte materiale fără plumb, avantaje enorme în ceea ce privește conducerea așchiei și calitatea suprafeței.
Cu toate acestea, la introducerea geometriei cu laser există adesea o nevoie de clarificare. În acest sens, experții de la SIMTEK își oferă asistența clienților și evidențiază avantajele pe care le aduce o geometrie realizată prin laser. În aceste cazuri, geometria planificată este mai întâi vizualizată și explicată pentru a face intenția constructivă transparentă. Acest proces de ajustare duce, de obicei, la întrebări suplimentare și poate prelungi puțin procesul de aprobat, dar asigură, în majoritatea cazurilor, o înțelegere mai bună și, în final, rezultate mai bune.
Lazarea nu înseamnă întotdeauna același lucru.
În discuții se face ocazional referire la faptul că tehnologia de laserare a geometriei uneltelor este deja bine stabilită de ani de zile. Cu toate acestea, este important să se facă o distincție: în timp ce această tehnologie s-a dovedit eficientă în domeniul uneltelor din PCD (diamant policristalin), laserarea metalelor dure - în special în contextul uneltelor pentru microproducție - reprezintă o provocare semnificativ mai mare.
Din punct de vedere tehnologic, materialele se comportă diferit în timpul procesului de tăiere cu laser: particulele de PKD se descompun la aproximativ 700°C în grafit. În prezența oxigenului, degradarea oxidativă și descompunerea încep deja de la aproximativ 600°C, iar în vid, descompunerea este întârziată la peste 1300°C. Grafitul se descompune, devine din ce în ce mai instabil și poate fi îndepărtat relativ ușor. „Acest proces începe în special la limitele granulelor, care sunt foarte importante pentru uneltele de tăiere – acolo se află adesea marginea de tăiere sau forma definită a treptelor de îndrumare a așchiilor”, precizează Alexander Seifermann. În contrast, punctul de topire al tungstenului în metalul dur este de aproximativ 3400°C, iar punctul de evaporare este chiar peste 5000°C. La aceste temperaturi, însă, deja alte componente ale liantului, cum ar fi cobaltul și carbonul, se evaporă – ceea ce îngreunează semnificativ procesarea.
După ce SIMTEK a lansat pentru prima dată geometria laserată la AMB 2024, și alții au început să se alăture acestui trend. „Ne-am dat seama că și alți producători de unelte vor lucra acum intens la tema laser, după ce au văzut că funcționează”, subliniază Norbert Seifermann. Deși la început au fost structuri mai simple și departe de tăișul principal, geometria a devenit între timp mai complexă.
În plus, se adaugă și forme ISO sinterizate sau injectate. „Laserizăm microgeometrii care nu mai pot fi sinterizate sau injectate, și anume laserizate până la marginea de tăiere - țintit și cu o precizie ridicată.” Rezultatul sunt margini de tăiere extrem de ascuțite. „Ceea ce, din punct de vedere optic, poate părea uneori o fază de protecție, este de fapt un unghi definit cu exactitate, care înconjoară întreaga margine, introdus cu precizie și ajustat funcțional exact”, precizează șeful de construcții, Alexander Seifermann.
Controlul spankelor necesită dialog - de ce comunicarea este esențială.
Geometriile laserizate deschid posibilități complet noi în prelucrarea prin așchiere - de la ruperea țintei așchiei, la deviere până la rularea definită. Cu toate acestea, pentru a putea valorifica pe deplin aceste potențiale, este esențial un schimb strâns între utilizator și producător. „Cu cât știm mai multe despre cazul specific de aplicare, cu atât putem proiecta geometria mai precis”, explică Norbert Seifermann. Acest lucru este valabil în special pentru materiale provocatoare, cum ar fi oțelul C10 pentru formare la rece, aluminiul fără plumb sau cuprul. Aici, cu parametrii ajustați și geometrii laserizate, se pot realiza ruperea așchiei în condiții de siguranță a procesului - chiar și acolo unde limitele fizice se opun unei rupturi complete a așchiei.
Informații practice ca bază pentru rezultate optime
Pentru ca un instrument să își poată valorifica pe deplin potențialul, informațiile precise despre material, parametrii de tăiere și condițiile de utilizare sunt indispensabile. În practică, s-a demonstrat că mici abateri în avans sau calitatea materialului pot avea un impact mare asupra comportamentului așchierii. „Dacă cunoaștem aceste parametrii devreme, putem adapta geometria în mod optim”, subliniază Alexander Seifermann. În cazul uneltelor speciale, care sunt adesea utilizate doar în cantități mici sau în aplicații unice, feedback-ul constructiv este deosebit de valoros. Astfel, geometria de succes poate fi dezvoltată în mod țintit. „Colaborarea strânsă cu clienții noștri asigură că putem dezvolta soluții practice chiar și fără o simulare digitală completă - personalizate, fiabile și orientate spre aplicație.”
De la caz special la un instrument standard
Spre deosebire de produsele personalizate, în domeniul standard la SIMTEK se pot desfășura teste interne. Multe dintre geometrile standard utilizate astăzi se bazează, prin urmare, pe soluții speciale implementate cu succes anterior. „Am transferat cunoștințele din dezvoltarea specială, de exemplu, despre geometria bazată pe raze complete, în uneltele standard și le-am stabilit acolo cu mare succes”, explică șeful de construcție metoda utilizată.
În special în cazul tăișurilor cu rază completă, geometria generată prin laser este deosebit de eficientă: aceasta permite o conducere uniformă a așchiei pe întreaga zonă de tăiere - spre deosebire de șlefuirea clasică, unde unghiul de așchiere se schimbă necontrolat în funcție de avans și adâncimea de pătrundere.
Mai multă eficiență prin ajustarea geometrică țintită Un exemplu concret de aplicare arată avantajul geometriei laserizate în mod deosebit: unde înainte erau necesare două unelte și un suport suplimentar pentru a efectua incizii radiale și decuplări, astăzi este suficient un singur instrument laserizat, așa cum se arată în practică. Acest lucru economisește nu doar schimbările de unelte și energie, ci reduce și uzura mașinii și a uneltelor într-o măsură semnificativă.
Un alt exemplu practic se referă la prelucrarea unei șuruburi de drenaj pentru ulei cu mai multe diametre și o decupare axială. În timp ce, în mod obișnuit, pentru astfel de sarcini, erau necesare două unelte separate cu o geometrie de ghidare restrânsă în procesul de șlefuire, prin tăiere cu laser se pot introduce unghiuri de așchiere astfel încât toate etapele de lucru să fie realizate cu o singură unealtă - fără compromisuri în ceea ce privește conducerea așchiilor.
Norbert Seifermann a spus: „Prin șlefuire am fi introdus o etapă de direcție a așchiilor în direcția principală a așchiilor - dar care este, în astfel de cazuri, direcția principală a așchiilor? Probabil am fi ales un unghi de așchiere de 0°, ceea ce este extrem de suboptimal. În schimb, prin laser, geometria poate fi adaptată exact în jurul procesului.”
Schimbare constructivă cu efecte
În timp ce la început construcția evalua fiecare unealtă nouă în mod individual, aceasta s-a dezvoltat acum într-un principiu de construcție dovedit. Primul pas: o geometrie circulară, cu unghi de tăiere favorabil, adaptată la avansurile așteptate. „Acest lucru are un impact direct asupra comportamentului mașinii: uneltele funcționează mai liniștit, forțele de tăiere scad, vibrațiile sunt reduse - și în același timp se pot realiza valori de tăiere mai mari”, știe Norbert Seifermann.
Un caz concret ilustrează acest efect: La un material ușor de prelucrat, trecerea la un instrument laserizat nu doar că a îmbunătățit semnificativ calitatea suprafeței, dar a și eliminat un pas complet de prelucrare ulterioară.
Șlefuirea pariziană înlocuită prin laserizare
Chiar dacă controlul așchierii este adesea principalul obiectiv, valori de tăiere mai mari, timpi de prelucrare mai scurți și calități superioare ale suprafeței susțin de asemenea utilizarea geometriei laserizate. Un exemplu elocvent este așa-numitul „Șlefuire pariziană” - o geometrie hibridă complexă, șlefuită, pentru operațiuni de tăiere și strunjire longitudinală. Totuși, această geometrie genera așchii de fluență necontrolate și era mai costisitoare pentru producătorul de unelte. Prin trecerea la o soluție laserizată, SIMTEK a reușit să rezolve complet problema. Varianta anterioară de șlefuire a fost între timp eliminată din catalog și înlocuită cu versiunea laserizată.
Geometrii standardizate cu sistem - și cu limite
În ciuda tuturor progreselor, domeniul standard rămâne limitat la geometria universală, cum ar fi, de exemplu, prelucrarea brută și finisarea. Acestea trebuie să funcționeze pentru o varietate de materiale. Din aceasta rezultă inevitabil conflicte de obiective: ceea ce funcționează excelent pentru un client poate fi inadecvat pentru altul. O acoperire completă a tuturor cazurilor de utilizare nu este, așadar, realistă în standard - aici, un instrument specializat rămâne alegerea mai bună.
Lazare cu măsură - Rentabilitatea decide
În ciuda posibilităților tehnologice, tăierea cu laser nu este întotdeauna economică. În special în cazul seriilor mici sau al prelucrărilor simple, o geometrie tăiată cu laser poate depăși necesarul real. Decizia ar trebui să fie întotdeauna luată individual, în funcție de material, sarcina de prelucrare, timpii de ciclu și de pregătire, precum și de cantitatea așteptată. De asemenea, se întâmplă ca o variantă tăiată cu laser să fie convingătoare, dar o variantă șlefuită să se integreze mai bine în cerințele de timp ale clientului. Prin urmare, deviza este: Nu tăiați cu laser tot ce este tehnic posibil - ci doar ceea ce este rentabil și sigur din punct de vedere al procesului.
Concluzie: De la caz special la soluție de serie
Lazarea permite ajustarea uneltelor exact la cerințele specifice ale clienților - de exemplu, prin geometrie circumferentială pentru procesele de tăiere și de copiere. Aceasta reduce schimbările de unelte, economisește timp de prelucrare și crește siguranța procesului. Chiar și problemele care au fost greu de gestionat până acum, cum ar fi așchiile încurcate la tăierea filetelor sau acumularea de așchii la unghiuri de tăiere negative, pot fi rezolvate cu succes prin geometria laserată. Ceea ce a început ca o abordare experimentală la SIMTEK este astăzi o tehnologie bine stabilită, cu procese clar definite. Geometriile de unelte laserate oferă un control fiabil al așchiilor, durate de viață mari și deschid noi posibilități în dezvoltarea uneltelor. Pentru aproximativ 80-90% din aplicații, uneltele laserate 3D oferă o alternativă realistă - și adesea superioară - la șlefuirea convențională - atât din punct de vedere tehnic, cât și economic.
Autor: Ralf M. Haassengier
Contact:
