Gospodarka wiórami w branży CNC

Obróbka CNC, jak i szeroko pojęta obróbka metali nie uchroniły się przed wzrastającymi wymaganiami, dotyczącymi zrównoważonego rozwoju środowiska. Poza ochroną środowiska wzrosła również potrzeba jak najefektywniejszego wykorzystywania zasobów, ze względu na ich regularnie rosnące koszty. Na ograniczenie kosztów produkcji duży wpływ ma gospodarka wiórami, która prowadzona prawidłowo podnosi wydajność procesu produkcyjnego. Wióry i efektywne zarządzanie nimi to jedno z głównych wyzwań, z jakimi mierzą się operatorzy maszyn CNC.

Jak powstają wióry?

Podczas obróbki usuwany materiał ulega odkształceniu plastycznemu i ścinaniu w płaszczyźnie ścinania. Spod ostrza wychodzą długie lub krótkie wióry, w zależności od rodzaju materiału obrabianego przedmiotu. Ta część procesu obróbki pochłania sporą część energii. Decydująca jest tu elastyczność i plastyczność materiału, która przekłada się na wytrzymałość na ścinanie oraz ciągliwość. Ciągliwość materiału obrabianego to stopień, w jakim można go odkształcić, aż do jego ścinania. Im wyższa ciągliwość, tym dłuższe wióry. Jako zasadę przyjmuje się, że gdy ciągliwość materiału przekracza 25% to wióry wahają się od długich do bardzo długich.

Wióry i ich rodzaje ze względu na rodzaj metalu

Metale są podzielone na grupy wg norm ISO. Każda z tych grup wytwarza przewidywalne wióry i dzięki temu trafnie można dobrać rodzaj narzędzi do obróbki i warunki skrawania:

Grupa ISO P (stal) obejmuje materiały o dość wysokiej ciągliwości i tendencji do długich wiórów,
Grupa ISO K (materiały odlewane) i H (stale twarde) obejmują materiały o niskiej ciągliwości, które wytwarzają krótkie wióry, co ułatwia ich kontrolę,
Grupa ISO M (stal nierdzewna), S (superstopy) i N (materiały nieżelazne) obejmują materiały o stosunkowo niskiej ciągliwości, ale istotnej czepliwości, tworzą tzw. wióry narastające.

Podział wiórów ze względu na ich długość i kształt

Wióry można klasyfikować od bardzo długich do bardzo krótkich, ale te idealne nie powinny wpadać w żadną ze skrajności. Zbyt krótkie powodują przerywaną obróbkę, co prowadzi do przedwczesnego mikropęknięcia (odpryskiwania) krawędzi skrawającej i zbyt krótkiej żywotności narzędzia. Z tego względu lepsze będą długie, które gdy są gładko uformowane wytwarzają również mniej mikrowibracji podczas obróbki. To z kolei prowadzi do uzyskania lepszych jakościowo powierzchni obrobionych. Jednak dla samego procesu skrawania długie wióry nie są idealne. Mogą uszkodzić obrabiarkę, przedmiot obrabiany i narzędzie skrawające oraz powodować niebezpieczne warunki pracy dla operatora. Mogą również zapychać przenośnik wiórów, co może zwiększyć liczbę przestojów w produkcji.

Źródło ryc.: secotools.com

Na rysunku możemy zauważyć różne kształty wiórów. Od lewej: wstążkowe, splątane, korkociągowe, długie helikalne, helikalne, spiralne, spiralne rurowe, długie i krótkie wióry przecinkowe.

Idealne wióry mają kształt spirali, a te ani za długie, ani za krótkie dają szanse na optymalne cięcie. Wymagają mniejszej mocy i siły, mniej obciążają krawędzie tnące oraz łatwiej ewakuują się ze strefy cięcia.

Skutki słabej kontroli wiórów

Brak kontroli nad wiórami może przyczynić się do szeregu problemów, które będą miały wpływ na jakość części, oprzyrządowania i narzędzi. Do najczęstszych zalicza się:

zarysowania i uszkodzenia powierzchni obrabianego przedmiotu,
zużycie i pękanie narzędzi skrawających, co powoduje koszty związane z wymianą narzędzi i przestojem maszyn,
gromadzenie się wiórów w obrabianym przedmiocie, a to prowadzi do słabej jakości powierzchni i zmniejszenia dokładności.

Jak skutecznie kontrolować wióry?

Najczęstsze metody zapobiegania gromadzenia się wiórów obejmują:

stosowanie łamaczy wiórów, które pomagają rozbijać wióry w miarę ich formowania,
stosowanie układów chłodzenia wysokociśnieniowego do wypłukania wiórów z obszaru cięcia,
kontrolowane odprowadzanie wiórów,
właściwy dobór narzędzi, co ma kluczowe znaczenie dla skutecznej kontroli wiórów, zmniejszeniu ryzyka zużycia i pękania narzędzi,
dobór parametrów obróbki, takich jak prędkość skrawania, posuw i głębokość skrawania.

Dzięki zastosowaniu powyższych metod można skutecznie kontrolować wióry, a tym samym ograniczyć ryzyko uszkodzenia powierzchni, zużycia narzędzi czy narastania wiórów. Umożliwi to ograniczenie kosztów związanych z wymianą narzędzi i przestojem maszyn.

Konsekwencje braku kontroli i gromadzenia się wiórów

Nieupilnowane wióry mogą spowodować negatywne skutki. Najważniejsze to:

zagrożenie bezpieczeństwa operatorów, skaleczenia przy ręcznym usuwaniu wiórów,
powstanie śladów lub zarysowań na powierzchni obrabianego przedmiotu,
zejście narzędzia tnącego ze swojej ścieżki, co zmniejsza dokładność obróbki i zwiększa ryzyko powstania złych cięć,
przedwczesne zużycie narzędzia skrawającego, w wyniku tarcia nagromadzonymi wiórami,
zatkanie obszaru roboczego wewnątrz maszyny i utrudnienie dostępu do części, narzędzi i osprzętu,
przestoje systemu i utratę wydajności przez przedwczesne zużycie podzespołów maszyny.

Czy pojemniki na wióry mają znaczenie?

Czy kupować maszyny CNC od razu z pojemnikami na wióry? Jak najbardziej. Łatwo jest przeoczyć integralną rolę pojemników w działaniu maszyny CNC, a ich rola jest kluczowa i ma duży wpływ na wydajność hali produkcyjnej. Obróbka metali skutkuje wytwarzaniem znacznej ilości produktu ubocznego, jakim są wióry. Zarządzanie wiórami to również radzenie sobie z ich gromadzeniem, tak aby nie dochodziło do przestojów, nadmiernego zużycia narzędzi czy zanieczyszczania warsztatu. Pojemniki na wióry znajdują się zazwyczaj na końcu przenośnika wiórów, wychwytując i przechowując wióry usuwane na bieżąco z maszyny CNC. Wybór pojemnika zależy od rozmiaru maszyny, ilości wiórów i częstotliwości ich usuwania.

Do kluczowych korzyści ze stosowania pojemników na wióry zalicza się:

krótszy czas przestojów maszyny, gdyż rzadziej usuwamy wióry ze zbiornika niż bezpośrednio z maszyny,
niższe koszty konserwacji maszyn, gdyż regularnie odprowadzane wióry chronią oprzyrządowanie przed stępieniem czy zniszczeniem,
lepsza kondycja wrzeciona, gdyż sprawnie zarządzany pojemnik na wióry zmniejsza obciążenie wrzecion i pomaga wydłużyć ich żywotność,
lepsza kontrola jakości, gdyż efektywne zarządzanie wiórami pozwala na lepszą kontrolę procesu obróbki, co przekłada się na wyższą jakość produktu końcowego.

Biorąc pod uwagę rodzaj pojemnika na wióry trzeba wziąć pod uwagę rodzaj obrabianego materiału, szybkość produkcji wiórów, miejsce na instalację i oczywiście koszt. Dodatkowo łatwość instalacji i obsługi, ale również wytrzymałość. Oszczędność kosztów, wydłużona żywotność narzędzi i maszyn oraz czystsze i bezpieczniejsze środowisko pracy z nawiązką zrekompensują inwestycję w systemy gromadzenia i usuwania wiórów.

Podsumowując…

Podczas sprawdzania jakości wiórów trzeba zwracać uwagę na wszelkie zmiany w ich formowaniu. Jeśli zachodzą one podczas aplikacji to mogą być spowodowane niezliczoną ilością czynników: zużyciem narzędzia, narastaniem krawędzi narzędzia lub zmianami w chłodziwie, czy materiale. Świadomość wszelkich zmian w formowaniu wiórów jest kluczowa. Długie, ciągłe wióry są trudne do usunięcia i mogą gromadzić się w rowkach narzędzia, uszkadzając je lub nawet powodując awarię. Wpłynie to również na jakość powierzchni czy otworu. Wiedza na temat wiórów umożliwia więc operatorom maszyn lepszą kontrolę wyników procesu produkcyjnego.