Technologie: Nová úroveň odstraňování otřepů

Výrobci tradičně odstraňují otřepy s použitím ručních brusek, smirkového papíru nebo jiných manuálních procesů. Tyto metody jsou ale pomalé a vyžadují vyjmutí dílu z obráběcího stroje a jeho opětovné upnutí. Navíc i se zručnými řemeslníky je při manuálním opracování nemožné dosáhnout konzistentní kvality u všech dílů. 

Produktivní alternativou k ručnímu odstraňování otřepů je strojní profilování hran (Mechanised Edge Profiling – MEP), kdy speciální nástroj vedený CAM programem obráběcího stroje dokáže odstranit otřepy rychle a konzistentně. Okraje děr je možné upravit do požadovaného tvaru s vysokou přesností na stejném stroji, na kterém byla díra vyvrtána. 

Společnost Seco navíc vyvinula nový proces strojního profilování, který napomáhá bezpečnému odstraňování otřepů na výstupní hraně bez negativních dopadů na tuhost nástroje, přesnost obrábění a životnost nástroje u hlubokých průchozích děr s malým průměrem. Tato metoda kombinuje inovativní konstrukci nástroje s drahami programovanými v pěti osách a umožňuje rychlé a opakovatelné odstraňování otřepů u otvorů hlubších než desetinásobek průměru. 

Požadavky koncového zákazníka

Letecký průmysl požaduje vysokou přesnost dílů a specifikuje také kvalitu otvorů, a to včetně sražení a zaoblení hrany. Tyto prvky obvykle prochází procesem schvalování a certifikace, aby splňovaly tolerance v setinách milimetrů a byla také zajištěna maximální shodnost dílů. Proces odstraňování otřepů musí být přesně provedený, aby byl opracován pouze otvor bez narušení vlastního materiálu dílu. 

Standardními nástroji pro odstraňování otřepů a profilování používanými pro MEP opracování hran dílu jsou srážecí frézy z monolitního karbidu a také nástroje s vyměnitelnými břitovými destičkami s komplexními řeznými geometriemi. Speciální nástroje pro strojní profilování mají tvarované břity se specifickými rádiusy, úkosy a úhly v potřebné kombinaci. Nejdůmyslnější nástroje pro odstraňování otřepů mají břity navrženy tak, aby vytvářely zkosení se zaoblenou hranou. Profil doplňují také náběžné a výstupní úhly zabraňující tvorbě sekundárních otřepů. 

Nástroje MEP mají obvykle přímkové profily zubů, avšak jsou k dispozici i nástroje kulové nebo rádiusové, které jsou vhodné pro profilování dílců, jejichž kontury brání použití nástroje s běžnými přímkovými tvary. Kulový nástroj použitý na 5osém stroji dokáže sledovat linii profilu složitého dílu a vytvořit zaoblení i na dlouhých tvarovaných hranách. 

Výrobci nástrojů rovněž nabízejí nástroje speciálně vyvinuté pro profilování hran a odstranění otřepů na vstupu a výstupu větších průchozích děr. Tyto specifické nástroje používají komplexní řezné geometrie. Když jsou řezné podmínky stabilní a řezy jsou plynulé a nepřerušené, umožňují nástroje použít agresivnější řezné parametry. Naopak, pokud řeznou dráhu narušují prvky, jako jsou přístupové otvory, je potřeba použít konzervativnější parametry, aby se minimalizovalo opotřebení nástroje a předčasné selhání. 

Hluboké díry s malým průměrem

 Otřepy na výstupu hlubokých průchozích otvorů s malými průměry představují nejvážnější problém, protože k jejich odstranění jsou nutné nástroje s malým průměrem a velkou délkou. Jak se hloubka díry zvětšuje, zvyšuje se také poměr délky a průměru stopky a nástroj tak více podléhá působení řezných sil a je méně odolný vůči vibracím, vyštipování nebo zlomení. Je potřeba používat snížené řezné parametry a odstraňování otřepů nemusí být plně účinné. 

Vývoj nástroje a metod obrábění

Společnost Seco vyvinula inovativní koncept nástroje a zkombinovala ho s 5osými strategiemi programování dráhy nástroje, které zajišťují efektivní odstraňování otřepů výstupních ploch u hlubokých průchozích děr s malým průměrem.

Tento nástroj používá kuželovou stopku s velkým průměrem krčku v úrovni odpovídající vstupu do otvoru. Nástroj je navržen na pouze 0,05mm velkou vůli mezi krčkem a průměrem otvoru. Pod vstupem otvoru se nástroj zužuje na menší průměr a na jeho konci jsou samotné řezné hrany. 

Dráhy nástrojů CAM používají 5osý pohyb k naklánění a otáčení obrobku tak, aby se osa nástroje fixovala na středu vstupního otvoru a opisovala přitom kónický tvar na výstupu otvoru, kde řezné hrany nástroje odstraňují otřepy. Krček nástroje tak zůstává efektivně stacionární a nekoliduje se stěnou otvoru. Pohyb v ose Z polohuje nástroj v otvoru a funkce 5osého programování pak pomocí kombinace pohybu v osách X, Y a Z provede proces odstraňování otřepů. 

Použití a testování 

Společnost Seco nejprve testovala nástroje a dráhy nástrojů na odstraňování otřepů na výstupu 36 mm hluboké průchozí díry s průměrem 3,2 mm. Poměr délky a průměru byl tedy větší než 10:1. Při počátečním pokusném testování byla zjištěna optimální rychlost otáčení 1200 ot/min, což byla hodnota, při které nástroj dokončil 128 otvorů bez nutnosti výměny.

Odstraňování otřepů každého otvoru nevyžadovalo více než tři sekundy oproti manuálnímu opracování, které vyžaduje celý den nebo i více času na odstranění otřepů srovnatelného počtu děr. Protože pohyb nástroje byl naprogramován v CAM, byla zajištěna maximální opakovatelnost od prvního po poslední otvor. 

Podrobnosti programování 

Pro naprogramování pohybu nástroje před procesem MEP potřebuje operátor zadat přesné umístění a definovat povrchy, u kterých má být provedeno odstraňování otřepů. Rovněž je potřeba určit délku nástroje. Nástroje jsou broušeny na toleranci do 0,0375 mm. Čelní strana nástroje je broušena ve stejném procesu jako profil zubů, a tak je vzájemná tolerance mezi čelem nástroje a tvarem profilu do 0,0125 mm. Délka nástroje se určuje v CAM programu. 

Operátor pak může ověřit délku nástroje mimo stroj s použitím seřizovacího přístroje nebo i přímo na stroji s použitím laserového nebo dotykového čidla. 

Závěr 

Výrobci neustále reagují na požadavky zákazníků na čím dál přísnější tolerance. Tento trend vede letecký průmysl, ale požadavky na přesnost a opakovatelnost prudce vzrůstají i ve zdravotnictví, energetice a dalších odvětvích. 

Odstraňování otřepů, které je důležitou součástí výroby přesných dílů, se dlouho provádělo ručně. Tyto manuální operace však mohou být nekonzistentní díl od dílu a jsou nákladné s ohledem na cenu práce, nastavení a manipulace s díly. Někteří výrobci již od ručního odstraňování otřepů upustili, protože ho nelze zdokumentovat a certifikovat. 

Strojní profilování hran (MEP) poskytuje metodu odstraňování otřepů součástí a profilování hran dílů, která je opakovatelná, dokumentovatelná a ekonomická. Nejnovější vývoj společnosti Seco v oblasti procesů MEP kombinuje speciální konstrukci nástrojů s inovativním 5osým programováním a zajišťuje konzistentní a produktivní odstraňování otřepů na výstupu hlubokých průchozích děr s malým průměrem. 

Douška: MEP pro více účelů?

Některé nástroje MEP kombinují obrábění dílu s odstraňováním otřepů. Vybrané frézy například zahrnují profil pro MEP obrábění v horní části tvaru svých zubů, obrobí průměr díry a pak odstraňují otřepy na vstupu ve stejné operaci. Je ale potřeba zmínit, že pro MEP nástroje na odstraňování otřepů na vstupu i výstupu hlubokých průchozích děr s malým průměrem platí zvláštní omezení. 

Analýza použití přístupu MEP naznačuje, že nástroje navržené pro odstranění otřepů na vstupu průchozího otvoru mají delší trvanlivost než nástroje pro odstranění otřepů na výstupní ploše. Nástroje pro odstraňování otřepů na výstupu hlubokých děr mají větší poměr délky a průměru a jsou tak méně stabilní a náchylnější k vibracím, které urychlují opotřebení. 

Proto bude mít nástroj navržený pro současné odstraňování otřepů na vstupu i výstupu hlubokých průchozích děr trvanlivost vstupní části profilu delší, než tomu bude u části výstupní a ve výsledku tak bude potřeba vyměnit nástroj, jehož pracovní kapacita ještě nebyla plně využita. 

Navíc MEP nástroje, které odstraňují otřepy na vstupních plochách dílců lze sice přebrousit, ale kritický vztah mezi tvarem profilu a čelem nástroje MEP pro odstraňování otřepů na výstupu hlubokých průchozích děr s malým průměrem přebrušování znemožňuje. Důvodem je to, že by se při nasazení přebroušeného nástroje musely změnit i hodnoty nastavení v obráběcím programu, což je v rámci striktních protokolů obrábění pro letecký průmysl přísně zakázáno. 

Autor: Teun van Asten MSc., Engineer Marketing Services Solid Milling, Seco Tools