Vrezovanje, odrezovanje, oblikovno vrezovanje: Vrezno struženje spada med najbolj zahtevne postopke struženja. V nasprotju s klasičnim dolžinskim ali ravnim struženjem rezilo pri vrezovanju in odrezovanju obdeluje delovni kos med dvema roboma. Prav te mejne razmere temeljno oblikujejo proces. Medtem ko lahko odrezki pri dolžinskem struženju relativno prosto odtekajo, robovi delovnega kosa pri vreznem struženju omejujejo rezilo levo in desno.
Odprašek zapusti obdelovalno območje pri struženju v bistvu le navzgor in nasproti smeri pomika. Zato se povečujejo zahteve glede geometrije orodja, oblikovanja odrezkov, hlajenja in stabilnosti procesa. Že majhne odstopanja lahko povzročijo zaplete pri odrezkih, povečano obrabo, slabo kakovost površine ali celo lom orodja. Struženje je zato veliko več kot le preprost postopek vrezovanja.
Šele usklajeno sodelovanje med tehnologijo orodij, prevleko, stabilnostjo strojev, tehnologijo vpenjanja in vodenjem procesov zagotavlja stabilne rezultate. Cilj ostaja vedno oblikovati chip nadzorovano, ga varno odvajati iz utora ter hkrati doseči dolgo življenjsko dobo orodij in ponovljive rezultate obdelave.
Pomembnost geometrije rezila
Geometrija rezil vpliva na vstopanje in izstopanje rezanja. Njene glavne naloge so nadzorovano usmerjanje in ciljno oblikovanje chips.
Pri nadzoru odrezkov geometrija ustvarja kratke, obvladljive oblike odrezkov, kot so vijačnasti odrezki, spirali, vejasti odrezki, raztrgani odrezki ali drobljeni odrezki. To preprečuje ovijanje odrezkov in zmanjšuje motnje v procesu. Dolgi trakasti odrezki pa se ovijajo okoli obdelovanca ali orodja, ovirajo tok odrezkov in poslabšajo kakovost površine. Hkrati geometrija ciljno oblikuje odrezek in ga zoži. Ta zožitev omogoča, da se odrezek kljub vključeni obdelovalni situaciji varno odvede iz utora. Brez ciljne oblikovanja odrezkov nastanejo široki odrezki, ki drgnejo ob straneh in poškodujejo površine obdelovancev.
Posebno jasno se kaže vpliv geometrije pri primerjavi različnih stopenj odrezovanja. Brušene, okrogle stopnje odrezovanja pogosto le malo vplivajo na odrez. Odrez poteka večinoma nekontrolirano in oblikuje dolge odrezne oblike. Geometrije z izrazitimi elementi oblike odreza pa ustvarjajo kratke, nadzorovane in močno deformirane odrezke. Ta nadzorovana tvorba odrezkov je osnova za stabilne obdelovalne procese. Zlasti pri nerjavnih materialih, kot je 1.4305, pravilna geometrija odloča o varnosti procesa in življenjski dobi orodja. Že pri hitrostih rezanja okoli 100 m/min in pomikih približno 0,12 mm/U oblikovanje odrezkov pomembno vpliva na rezultat obdelave.
Trohoidno rezanje
Trohoidno rezanje razširja možnosti klasičnih rezalnih procesov. Namesto da bi obdelovali celotno utor v polnem rezu, se orodje premika po prekrivajočem se gibanju skozi obdelovanec. S to strategijo se zmanjša obremenitev orodja. Hkrati se izboljša transport odrezkov, saj nastajajo manjši preseki odrezkov. Še posebej pri globokih vrezih ali težko obdelovalnih materialih ta postopek prinaša prednosti.
Tipični procesni parametri so na primer pri hitrostih rezanja okoli 280 m/min in pomikih do 0,6 mm/U. Pri tem se uporabljajo minimalne globine rezanja okoli 0,7 mm in maksimalne globine do 1,5 mm. Kot rezanja se običajno giblje med 40° in 60°. Zaradi manjših razmerja vstopa se radialne sile zmanjšujejo. Hkrati se zmanjšuje tudi toplotna obremenitev rezila. Postopek je še posebej primeren za sodobne visoko zmogljive obdelave in velike količine chipsov, ki jih je treba doseči.
Pomen sodobnih premazov
Premaz modernih rezalnih plošč vpliva na ekonomičnost in varnost procesa. Zmanjšuje obrabo, minimizira trenje med odrezkom in orodjem, preprečuje nastanek gradbenih robov in omogoča višje parametre rezanja. Hkrati primeren premaz izboljša prepoznavanje obrabe in povečuje stabilnost procesa. Pri razvoju orodnih plasti je treba upoštevati številne vplivne dejavnike. Sem spadajo kemijska interakcija med orodjem in materialom, zaobljenost rezalnih robov, postopek nanašanja premaza ter mehanske lastnosti plasti. Ključno ostaja vedno sodelovanje vseh komponent. Če geometrija, substrat in premaz niso usklajeni, nastanejo notranje napetosti v plasti. Te lahko izboljšajo trdoto in žilavost, lahko pa povzročijo tudi nastanek razpok ali odstopanje plasti.
Prilagojena prevleka za proces vpliva na življenjsko dobo. Vendar pa prevleka ne sme biti obravnavana izolirano. Ključno ostaja sodelovanje celotnega obdelovalnega procesa. Stabilnost stroja, napetost obdelovanca, držalo orodja, strategija hlajenja in parametri rezanja neposredno vplivajo na zmogljivost rezalne plošče. Praktični poskusi kažejo, da so že s prilagojenimi prevlekami možna znatna povečanja življenjske dobe. Hkrati neprimerne kombinacije geometrije, prevleke in procesnih parametrov hitro vodijo do prezgodnjega obrabe. Oblikovanje procesa vedno zahteva celovit pristop k celotnemu obdelovalnemu sistemu.
Hlajenje pri rezanju
Hlajenje prevzema osrednjo nalogo pri struženju. Po eni strani zmanjšuje toplotno obremenitev rezila, po drugi strani pa aktivno podpira transport odrezkov iz območja obdelave. Še posebej pri vstopanju v nerjaveče materiale nastajajo visoke temperature. Praktične raziskave kažejo razlike med različnimi strategijami hlajenja. Pri zunanjem dovodu hladilne tekočine z nizkimi pritiski pogosto pride do močnih znakov obrabe na površini odrezkov. Ko se poveča tlak hladilne tekočine, se obraba že znatno zmanjša.
Dobre rezultate dosegajo sistemi, ki hladilno sredstvo neposredno usmerjajo na površino rezanja. Sodobni držala za orodja z vgrajenim dovodom hladilnega sredstva omogočajo ciljno hlajenje neposredno v območju obdelave. S tem se zmanjša toplotna obremenitev rezila.
Poleg tega se izboljša odvajanje odrezkov. Moderna držala zagotavljajo ciljno oskrbo prostih in odreznih površin preko vgrajenih hladilnih kanalov. S pomočjo neposredne oskrbe s hladilno tekočino hladilno sredstvo zgodaj dvigne odrezke in jih nadzorovano transportira iz utora. Klemmhalterji običajno razpolagajo z univerzalnimi priključki za hladilno tekočino preko dolgih lukenj ali G1/8"-priključkov.
Ne samo dovod hladilne tekočine, temveč tudi sestava hladilno-lubrikantne tekočine vpliva na proces obdelave. Že majhne spremembe v vsebnosti olja emulzije lahko pomembno vplivajo na življenjsko dobo orodja. Praktični primeri kažejo, da lahko povečanje vsebnosti olja s 11 odstotkov na 13 odstotkov pri obdelavi Inconela 718 podvoji količino obdelanega materiala. Še posebej pri visokotemperaturnih materialih višji delež maziva izboljša trenje med odrezkom in orodjem. S tem se znižata temperatura in obraba, hkrati pa se izboljša oblikovanje odrezkov.
Odrezovanje z X- in Y-osjo
Odrezovanje predstavlja zadnji obdelovalni korak na glavni vreteno. Napake v tem procesu takoj vodijo do odpadkov ali poškodb na komponenti.
Tradicionalno se odrezovanje izvaja preko X-os. Pri tem delujejo rezalne sile pravokotno na orodje. Z naraščanjem razdalje med rezilom in nosilcem se povečuje ročica in naraščajo upogibne obremenitve ter nagnjenost k vibracijam. Pri odrezovanju preko Y-os se spremeni smer resultantne rezalne sile. Velik del sil se prenaša preko rezalne hitrosti, medtem ko le majhen delež deluje preko pomika. Resultantna sila se v orodje prenaša pod kotom približno 30 stopinj. Posledično se učinkovita ročica znatno skrajša. Poleg tega se izboljša odvod chipsov, saj se chipsi neposredno usmerjajo navzdol v strojno posteljo.
Različni razmerji sil neposredno vplivajo na obremenitev nosilca plošče. Pri predpostavljenih silah 2000 N pravokotno na rezilo in 400 N radialno se pri X-odrezovanju pojavi znatno višja obremenitev zaradi dolge ročice.
Pri Y-odrezovanju se ta obremenitev zmanjša za približno 30 odstotkov. Posledično potekajo procesi mirneje in z manj vibracijami. Praktični primeri kažejo, da se z menjavo odrezovanja iz X na Y izboljšata tako življenjska doba orodja kot tudi mirnost procesa.
V nekaterih aplikacijah je bilo mogoče povečati količino odrezkov pri nespremenjenih rezalnih parametrih celo več kot dvakrat. Hkrati se zniža raven hrupa. Vendar pa Y-odrezovanje zahteva, da stroj in krmiljenje podpirata potrebne poti in strategije obdelave.
Oblikovno odrezovanje kompleksnih kontur
Kompleksne konture, kot so večzobni profili, postavljajo visoke zahteve na procesno strategijo. Ena možnost je, da se kontura konvencionalno postopoma ustvari z rezalnim orodjem. Pri tem se posamezna rezanja zaporedoma programirajo in obdelujejo. Ta postopek je še posebej primeren za prototipe ali majhne serije. Pri velikih količinah pa se znatno povečata programiranje in obdelovalni napor.
Alternativno oblikovno rezalno orodje omogoča izdelavo celotne konture v samo enem obdelovalnem koraku. Pri tem posebno zasnovano oblikovno rezilo ustvari celotno geometrijo naenkrat. Prednost leži v visoki ponovljivosti in kratkih obdelovalnih časih. Vendar pa dolžina rezil, ki hkrati posega, ustvarja visoke rezalne sile. Te sile lahko povzročijo vibracije, površinske oznake ali odstopanja v dimenzijah.
Oblikovno odrezovanje z lupinami razširi klasično oblikovno odrezovanje z znatno bolj stabilno strategijo procesa. Pri tem je rezalna plošča običajno pod kotom približno 45° v nosilcu plošče. Orodje ne vstopa radialno v obdelovanec, temveč se tangencialno premika mimo obdelovanca. V tem procesu nastajajo posamezni oblikovni elementi zaporedoma. V nasprotju z radialnim oblikovnim rezanjem tako ne posega celotna širina rezila hkrati v material. Meritve s sistemi za merjenje sil kažejo jasne razlike med obema postopkoma. Pri klasičnem oblikovnem odrezovanju lahko nastanejo rezalne sile skoraj 6000 N. Pri oblikovnem odrezovanju z lupinami so sile znatno nižje. Manjše obremenitve zagotavljajo mirnejše procese, manjšo obremenitev stroja in nižje ravni hrupa. Poleg tega se izboljša kakovost površine obdelovanca.
Zaključek
Horn velja za specialist za ekonomično in procesno varno odrezovanje. Ključni dejavniki za stabilne procese so usklajene geometrije rezil, sodobne prevleke, ciljno hlajenje in visoka stabilnost stroja. Optimizirana oblika chipsov in notranje hlajenje znatno izboljšata odvod chipsov, kakovost površine in življenjske dobe.
Kontakt:
