Obróbka skrawaniem a ostre narożniki wewnętrzne

Obróbka skrawaniem jest metodą, która rozwija się technologicznie z roku na rok i realizuje coraz więcej wyzwań, głównie dzięki wysokiej precyzji i automatyzacji procesu. Jednak jest coś, co sprawia technologom i konstruktorom maszyn CNC problem od początku i z czym mimo upływu lat nie potrafią sobie poradzić. Problem pojawia się, gdy cylindryczne narzędzia skrawające napotykają ostre narożniki wewnętrzne w wewnętrznych cechach, takich jak kieszenie kwadratowe. Kształt narzędzi skrawających uniemożliwia im cięcie dokładnego narożnika. Zamiast tego minimalny promień skrawania jest równy wyokrągleniu promienia narzędzia. Jednocześnie w większości projektów są oczekiwane właśnie ostre narożniki. Szczególnie w zastosowaniach montażowych, w których wewnętrzna cecha służy jako komora do dopasowania zewnętrznej części z ostrymi narożnikami zewnętrznymi.

Spis treści:

1. Jak obróbka skrawaniem eliminuje problem ostrych narożników?
2. Podcięcia na ostrych narożnikach
3. Jak wykonać maszynowo ostre narożniki?
4. Obróbka skrawaniem a poprawa jakości wykonania ostrych narożników
5. Jaki wpływ na jakość ostrych narożników ma rodzaj materiału?

Jak obróbka skrawaniem eliminuje problem ostrych narożników?

Wyzwanie pojawia się ze względu na kształt wierteł CNC. Typowe narzędzia skrawające CNC, takie jak frezy i wiertła, są cylindryczne. Dlatego podczas cięcia pod kątem 90 stopni tworzą promień narożnika. Termin ten odnosi się do niedostępnej geometrii narożnika. Najprościej jest ich po prostu unikać, do czego obróbka skrawaniem często zmusza. Niestety nie zawsze projekty są na tyle elastyczne, żeby bez konsekwencji zmienić w nich promień narożnika. Czasami wystarczą jednak niewielkie korekty, przy zachowaniu tej samej funkcjonalności. Należy mieć też na uwadze fakt, że wszelkie techniki obróbki narożników wymagają dodatkowego wysiłku, kosztów i czasu. Warto więc tam, gdzie to możliwe po prostu ich unikać. Innym ważnym powodem unikania ostrych naroży jest stabilność procesu. Narzędzia skrawające jak np. frezy trzpieniowe nie nadają się do obróbki bardzo głębokich kieszeni. Zalecana maksymalna głębokość skrawania wynosi cztery raz więcej niż średnica narzędzia. Po przekroczeniu tych limitów pojawią się drgania, pękanie narzędzia i słabe wykończenie powierzchni. Utrudni to narzędziu skrawającemu wytwarzanie wysokiej jakości ostrych narożników wewnętrznych.

Podcięcia na ostrych narożnikach

Obróbka skrawaniem do wykonania ostrych narożników wewnętrznych może wykorzystać również opcję podcięć. Jest to technika, w której cięcie rozciąga się do narożnika poza obwód wewnętrznej kieszeni. Usuwa tym samym nadmiar materiału z narożników, co nie wpływa na funkcjonalność ani wydajność elementu. Umożliwia jednak dopasowanie elementu współpracującego. Można wyróżnić dwie techniki podcinania narożników:

• T-bone, który jest łatwiejszym typem podcięcia narożnika i polega na tym, że frez porusza się w narożniku tylko w jednym kierunku. Zwykle przedłużenie cięcia wynosi co najmniej połowę średnicy frezu, aby zapewnić odpowiednią przestrzeń do dopasowania do siebie obiektów,
• Dog-bone, który zgodnie z nazwą przypomina kształt kości dla psa. Różnica od t-bone polega na tym, że cięcie rozciąga się w dwóch kierunkach, a nie tylko w jednym. Ten rodzaj cięcia jest nieco bardziej skomplikowany w obróbce, ale jest bardziej estetyczny.

Jak wykonać maszynowo ostre narożniki?

W sytuacji, gdy projekt nie zakłada możliwości ominięcia ostrych narożników a obróbka skrawaniem nie jest w stanie wykonać ich idealnie, można skorzystać z innych dostępnych opcji. Oczywiście zależnie od rodzaju wybranego procesu uzyskamy różne poziomy precyzji:

• Obróbka elektroerozyjna drutem (EDM) to bezkontaktowa metoda obróbki, polegająca na wykorzystaniu iskier elektrycznych do usuwania materiału z przedmiotu obrabianego. Metoda EDM wykorzystuje cienką elektrodę drutową, która jest naprzemiennie naładowana dodatnio lub ujemnie, podobnie jak obrabiany przedmiot. Po zbliżeniu do siebie powstaje między nimi gorący ładunek elektryczny, który eroduje części przedmiotu obrabianego. Jest to niezwykle precyzyjna metoda obróbki ostrych narożników i zapewnia doskonałe wykończenie powierzchni. Przy tym jest to metoda powolna i dość kosztowna.
• Obróbka elektrodrążarką wgłębną, w której rolę elektrody drutowej pełni blok materiału (grafitu lub miedzi). Proces polega na tym, że elektroda zagłębia się w obrabianym przedmiocie. Elektroda przenosi jedną stronę ładunku, a przedmiot obrabiany drugą. Kiedy się do siebie zbliżą, iskra elektryczna przeskakuje między nimi. Powstałe wysokie temperatury topią materiał z przedmiotu obrabianego. Elektroda zapada się w przedmiot obrabiany tworząc ostry narożnik. To również jest czasochłonna i droga metoda.
• Cięcie laserowe wykorzystuje wysokoenergetyczną, skupioną wiązkę lasera do cięcia różnych materiałów. Jest ona szczególnie odpowiednia do tworzenia dwuwymiarowych części z płyt lub arkuszy. Jest to rozwiązanie do stworzenia ostrych narożników, ale ponieważ wiązka lasera ma swoją średnicę, to technicznie nie stworzy idealnie kwadratowych narożników. Jednak promień narożnika uzyskanego laserem jest tak mały, że można go pominąć,
• Przeciąganie z kolei to technika produkcyjna, z jakiej może skorzystać obróbka skrawaniem, żeby wesprzeć się w tworzeniu ostrych narożników. Polega na użyciu zębatego narzędzia zwanego przeciągaczem do usuwania materiału. Istnieją dwa rodzaje przeciągania: liniowe i obrotowe, z czego pierwsze jest znacznie popularniejsze. Jest stosowane do wykonywania otworów kwadratowych w cieńszych płytach. Metoda ta jest wydajna, może przetwarzać różne geometrie, ale należy liczyć się również z wyższymi kosztami. Z tego względu nadaje się do produkcji masowej, a nie jednostkowej.

Obróbka skrawaniem a poprawa jakości wykonania ostrych narożników

Istnieje kilka wskazówek, z których można skorzystać, aby poprawić jakość obrabianych ostrych narożników:

• narzędzia tnące muszą być bardzo ostre, gdyż pomaga to tworzyć czyste i precyzyjne narożniki,
• należy używać płynu do cięcia, który odgrywa ważną rolę w regulacji temperatury narzędzia tnącego, czyszczeniu zanieczyszczeń, smarowaniu i przedłużaniu żywotności narzędzia,
• warto wykonać wiele przejść, które są prostym sposobem na zapewnienie precyzji i poprawę wykończenia powierzchni podczas obróbki ostrych narożników.

Jaki wpływ na jakość ostrych narożników ma rodzaj materiału?

Obróbka skrawaniem to wszechstronna technika wytwarzania, która umożliwia tworzenie precyzyjnych części przy użyciu różnych materiałów. Do najczęściej obrabianych zalicza się metale, tworzywa sztuczne oraz kompozyty. Twarde materiały jak tytan, węglik wolframu i hartowana stal, mogą być trudne do obróbki. Tworzenie precyzyjnie zaostrzonych narożników wymaga specjalistycznych, sztywnych i dokładnych narzędzi. Operatorzy maszyn muszą również dostosować parametry cięcia do konkretnego obrabianego materiału. Dobór materiału o odpowiedniej ciągliwości pozwala również na wydajną obróbkę ostrych narożników, gdyż zapobiegnie to deformacjom i naprężeniom. Praca z tworzywami sztucznymi wymaga wzięcia pod uwagę temperatury topnienia, szczególnie gdy jest ona niższa. Tworząc narożnik wewnętrzny należy regulować temperaturę, aby nie dopuścić do nadmiernego nagrzewania i odkształcania. Można to kontrolować poprzez regulację prędkości skrawania narzędzia, szybkości posuwu i stosowania płynów chłodzących. Niektóre materiały kompozytowe (włókna węglowe) mają właściwości ścierne, które powodują degradację narzędzi. Tym samym pojawia się konieczność stosowania specjalistycznych narzędzi, co może wiązać się z dodatkowymi kosztami. Obróbka kompozytów, które mają strukturę warstwową wymaga uwzględnienia tego przez operatorów maszyn CNC i dobrania odpowiednich narzędzi tnących i parametrów.