Frezowanie CNC jest obecnie jednym z najbardziej wszechstronnych procesów przebiegu obróbki cieplnej. Może być używany nie tylko do produkcji części, które zajmują kilka dni lub tygodnie przy użyciu tradycyjnych metod, ale może być również wykorzystywany do produkcji elementów, które nie będą możliwe do utworzenia przy użyciu innych metod. Wśród kilku technik frezowania CNC mikrofrezowanie jest najnowszym osiągnięciem w branży obróbki metali i jest stosowane głównie do utwardzania stali.

obrabianie stali hartowanej

W porównaniu z procesem konwencjonalnym, mikrofrezowanie oferuje duże korzyści podczas opracowywania stali hartowanej, zwłaszcza pod względem wykończenia powierzchni i dokładności wymiarowej. Mimo to ten sposób przetwarzania stali hartowanej jest jedną z najtrudniejszych operacji obróbczych. W celu pomyślnego przebiegu projektu konieczne jest zrozumienie kilku parametrów, które wpływają na cały proces obróbki. Każda wada może prowadzić do błędów cięcia, a nawet trwałej awarii maszyny. Trzeba wiedzieć jak obchodzić się w przypadku twardo stali hartowanych indukcyjnie, czym się charakteryzuje żeliwo sferoidalne hartowane izotermicznie oraz jakie są przy niskowęglowych stali główne problemy. Dlatego ten artykuł ma na celu wyjaśnienie kilku kluczowych czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wdrażaniu technologii frezowania CNC do obróbki stali hartowanej w Twoim zakładzie.

Co warto rozważyć przy stosowaniu przebiegu obróbki cieplnej CNC?

Produkty i części wykonane z hartowanej stali są powszechne w wielu gałęziach przemysłu, m.in. w motoryzacji, wojsku i obronności, medycynie, elektronice i półprzewodnikach. Materiał ten charakteryzuje się najwyższą wytrzymałością i twardością i idealnie nadaje się do stosowania w różnych elementach maszyn i urządzeń. Proces mikrofrezowania hartowanych stali narzędziowych nie jest jednak prosty. Przed jego rozpoczęciem należy wziąć pod uwagę kilka czynników dotyczących m.in. płytek ceramicznych, krawędzi skrawającej, parametrów obróbki, czy zawartości dodatków stopowych. Inne czynniki, które warto wziąć pod uwagę wymieniamy poniżej:

Technologia omawiana powyżej służy do obróbki narzędzi ze stali hartowanej. Jeśli ten proces nie zostanie wykonany prawidłowo, może to skutkować słabą jakością gotowego produktu. Istnieje wiele zakładów obróbczych, które oferują usługi frezowania CNC, ale znalezienie odpowiedniego może być wyzwaniem. Nierzetelna firma nie tylko zabiera cenny czas, ale może również uszkodzić działające elementy lub spowodować wadliwe działanie części. Dlatego najlepiej jest wybrać niedrogiego dostawcę tego typu rozwiązań z doskonałą obsługą klienta i innowacyjnymi możliwościami spełniającymi Twoje potrzeby produkcyjne. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w tej dziedzinie, taka decyzja zapewnia, że ​​Twoje części są doskonale frezowane i obrabiane. Ponadto jest gwarantem bezpiecznej i wydajnej pracy, szybkiego czasu realizacji i większej precyzji. 

Jakie podłoże należy zastosować do obróbki szlifierskiej stali hartowanych?

Przy frezowaniu stali hartowanej HRc 50-70 nie ma możliwości stosowania standardowych podłoży wykonanych z cząstek węglika. Obrabiany przedmiot jest nie tylko bardzo twardy, ale często stosuje się pracę na sucho, aby zmniejszyć wahania ciepła na narzędziu. W tym celu potrzebne są urządzenia zawierające najwyższej jakości węgliki, takie jak ultradrobnoziarniste (np. YG-1 X-Power) lub nanoziarniste (np. YG-1 X5070). Te gatunki są gęstsze, a zatem bardziej odporne na zużycie i wysoką temperaturę, co czyni je idealnymi do stali utwardzanych przez zgniot. W przeciwieństwie do tego, twardy/zwykły węglik spiekany lub stal szybkotnąca dość prędko się zużywa z powodu wytworzonego ekstremalnego ciepła.

Jakiego rodzaju powłoki są wymagane dla stali hartowanych?

Powłoka narzędzia może mieć ogromny wpływ na jego wydajność. Standardowe powłoki TiAlN lub TiCN wytrzymują temperatury do 800°C i szybko się zużywają podczas obróbki stali hartowanej. Specjalnie dla tego problemu firma YG-1 opracowała dostosowaną niebieską powłokę Y1200, którą można znaleźć w narzędziach X5070. Posiada ona bardzo wysoką odporność temperaturową nawet do 1200°C! Połączenie tej powłoki i nanoziarnistego węglika oznacza, że ​​nasze narzędzia X5070 mogą obrabiać stale o wysokiej twardości do 70 HRc przy ekstremalnie wysokich prędkościach i posuwie z niewiarygodną trwałością! Urządzenia X5070 mogą być zbyt twarde, a trwałość narzędzia może okazać się nierówna, gdy są skonfigurowane ze starszymi maszynami, maszynami z wolniejszymi prędkościami wrzeciona lub narażonymi na zużycie lub wibracje. W takim przypadku bardziej odpowiednie byłoby narzędzie z ultradrobnymi cząstkami, takie jak przecinarka YG-1 X-Power. Jest ono bardziej wyrozumiałe i może pracować z mniejszymi prędkościami skrawania ze względu na twardość podłoża z węglika.

Czy podczas frezowania stali hartowanej należy pracować na mokro czy na sucho?

Trwałość narzędzia jest dłuższa podczas frezowania lub toczenia stali hartowanej i jest bardziej równomierna na sucho (tj. bez chłodziwa). Dla większości inżynierów jest to sprzeczne z logiką, ponieważ na studiach mówiono, że im więcej smaru, tym lepiej. Jednak urządzenia ze stali hartowanej, takie jak na przykład X5070, mają powłoki, które wytrzymują znacznie wyższe temperatury niż te wytwarzane przez cięcie na sucho. Nałożenie chłodziwa na narzędzie może spowodować mikropęknięcia powłoki, co może z kolei doprowadzić do jej łatwiejszego niszczenia i szybszego zużycia. Jest to podobne do wylewania zimnej wody na gorącą szklankę – również może się zepsuć, a konkretniej pęknąć. Przy obróbce na sucho można zwykle osiągnąć trwałość wynoszącą co najmniej 40%.

Czy można używać frezów wymiennych do obróbki stali wysokoutwardzonej w CNC?

Większość standardowych gatunków narzędzi indeksowanych może z łatwością obrabiać materiały do ​​45 HRc. Kiedy zaczynamy opracowywać tworzywa o twardości powyżej 50 HRc, większość płytek podziałowych zawodzi, ponieważ nie są wystarczająco twarde i mają niewłaściwą geometrię krawędzi skrawającej. Np. standardowe wymienne frezy 90 stopni APMT/APKT są bezużyteczne do frezowania twardej stali – krawędź jest zbyt słaba do pracy z dużym posuwem i małą głębokością skrawania. Idealnym narzędziem indeksującym do stali hartowanych jest system frezowania z wysokimi posuwami, taki jak Korloy HRM Double lub HFM High Feed Milling. Charakteryzują się one małą głębokością skrawania (0,3-1,6 mm), ale pracują z agresywnymi prędkościami posuwu, idealnymi do frezowania stali hartowanej (>1,2 mm na obrót). Doskonałymi gatunkami do stali hartowanej są PC2005, PC2010 lub PC2015, z płytą płaską (bez kruszarki), którą można obrabiać do HRc 65. Oznacza to, że narzędzia o średnicy do 200mm mogą być używane do frezowania stali hartowanych!

Jaki rodzaj geometrii krawędzi skrawającej jest wymagany dla stali hartowanych?

Narzędzia do hartowania materiałów wymagają specjalnej geometrii krawędzi skrawającej, aby je wzmocnić. Zazwyczaj mają geometrię przeciwną do narzędzi ze stali nierdzewnej. Urządzenia ze stali hartowanej mają zwykle szlifowanie ujemne, płytkie rowki i grube rdzenie. Ten rodzaj geometrii jest bardzo wytrzymały i przeznaczony do dużych prędkości i małych głębokości skrawania.

Która metoda mocowania narzędzia jest najlepsza do frezowania stali hartowanej?

Po wybraniu odpowiedniego narzędzia kolejnym kluczem jest jego prawidłowe zamocowanie. Jeśli masz problemy z inwestowaniem w wysokowydajny frez, użycie uniwersalnego uchwytu może zmniejszyć korzyści, jakie oferuje urządzenie. Zamek boczny i tuleje zaciskowe ER nadają się do ogólnego frezowania, ale należy ich unikać podczas obrabiania stali hartowanej.

Problemy z klamkami ER i klamkami bocznymi

Uchwyt termokurczliwy w CNC

Tuleje termokurczliwe są idealne do stali utwardzanej przez zgniot, z doskonałą koncentrycznością i precyzyjnym biciem 3 mikronów, aby pomóc utrzymać równowagę przy dużych prędkościach skrawania. Narzędzia o dużej długości sprawdzają się szczególnie dobrze w uchwytach termokurczliwych, a dodatkową zaletą jest wąska szyjka i niewielka grubość ścianki, co sprawia, że są one idealne do obróbki kieszeni, gdzie wymagany jest wąski uchwyt. 

Uchwyty hydrauliczne w CNC

To jeden z ulubionych uchwytów wielu operatorów! Nie tylko ogranicza bicie do 3 mikronów i balans do 25 000 obr./min, ale uchwyt hydrauliczny ma dodatkową zaletę tłumienia wibracji narzędzia. W przypadku urządzeń o dużej długości daje przewagę nad rękojeścią cofniętą, dzięki znacznemu zmniejszeniu wibrowania. Umożliwia również szybką zmianę narzędzia na maszynie, a wraz ze wzrostem temperatury rośnie siła mocowania! Dostępny również z rękojeścią termiczną YG z długą szyjką (grubość ścianki 6 mm) lub wąską rękojeścią WTE HPH (grubość ścianki 3 mm).

Wąskie uchwyty GSK / HP3

Najbardziej uniwersalnymi i ekonomicznymi oprawkami narzędziowymi są tuleje Korloy GSK lub ultracienkie Cutwel HP3. Z biciem 5 mikronów charakteryzują się smukłą konstrukcją nakrętki i większą siłą zacisku, znacznie przewyższającą tuleje zaciskowe ER. GSK są zaprojektowane z kątem stożka 8 stopni (w porównaniu do 16 stopni dla tulei ER). Eliminuje to ugięcie i wibracje typowe dla oprawek zaciskowych ER. Szczególnie polecane jest użycie uchwytu Korloy GSK w połączeniu z uchwytem hydraulicznym YG-1 do narzędzi o większej średnicy.

Jakich prędkości i posuwów należy używać przy frezowaniu stali hartowanej w CNC?

Teraz, gdy masz idealny zestaw stali utwardzonych, musisz pomyśleć o tym, jak ich użyć – to uprawdopodobni Twój sukces. We frezowaniu, zwłaszcza przy obrabianiu wysokoobrotowym stali hartowanych, kluczem do trwałości narzędzia i jakości produktu jest utrzymywanie stałego obciążenia wióra na krawędzi skrawającej. Warto zatem zastosować większą prędkość skrawania w trakcie toczenia twardych materiałów i w przypadku stali niskostopowych. Obciążenie wióra jest równe posuwowi podzielonemu przez prędkość wrzeciona pomnożoną przez liczbę krawędzi skrawających. Warto wiedzieć, że są bardzo zróżnicowane; jeśli jest zbyt małe lub zbyt duże, narzędzie zużywa się przedwcześnie, gryzie lub pęka. Wiele szybkich cięć i płytkie posuwy to najlepszy sposób na zapewnienie wysokiej jakości produktu. Pamiętaj jednak, że w strefie skrawania stali nierdzewnej może zdarzyć się, że warte wdrożenia będą osobne zalecenia odnośnie frezowania. Inną odporność będzie mieć klasyczna stal nierdzewna, a inną martenzytyczna stal nierdzewna. Warto mieć to na uwadze w celu uniknięcia wykruszania krawędzi.