Echiparea cu scule pentru prelucrarea matriţelor

Scule

de Ion Tampu

Echiparea cu scule pentru prelucrarea matriţelor

În acest articol vom face câteva considerații legate de capabilitățile mașinii, tehnica de frezare implicată, programare, sistemul de prindere a sculelor și sistemul de fixare a semifabricatului care trebuie avute în vedere în timpul procesului de selectare a sculelor de așchiere.

Datorită avansului tehnicilor de frezare și a tehnologiilor de echipare cu scule, tot mai mulți producători de matrițe și ștanțe se folosesc de avantajele dezvoltării proceselor de optimizare a prelucrărilor, a ciclurilor de producție reduse și a posibilităților de obținere a unor finisaje superioare ale suprafețelor pieselor finite. Cu toate acestea, în timpul procesului de selectare a sculelor de așchiere, trebuie avute în vedere mai multe aspecte legate de capabilitățile mașinii, tehnica de frezare implicată, programarea, sistemul de prindere al sculelor, precum și sistemul de fixare al semifabricatului ca părți necesare ale ecuației procesului. La fel de importantă este și abilitatea de a analiza uzura plăcuțelor de frezare pentru a maximiza durata de viață a sculei și pentru a anticipa condițiile de utilizare a sculelor în procesul de frezare a matrițelor și ștanțelor.

Mașinile-unelte moderne rapide și puternice, cu capabilități superioare de programare, sunt esențiale pentru obținerea performanțelor maxime atunci când se utilizează sculele de așchiere actuale combinate cu metodele moderne de prelucrare prin frezare. Frezarea cu avansuri mari și frezarea cu viteze mari sunt două tehnici de frezare foarte populare, care necesită un tip de scule dedicate pentru a obține un rezultat optim.

Tehnici de frezare

Tehnica de frezare cu viteze mari (sau frezarea dinamică) devine din ce în ce mai populară. Este o soluție optimă atunci când se utilizează freze din carbură solidă. Această metodă de frezare se pretează la degroșare combinând adâncimile mari de așchiere cu angajări radiale relativ mici, în special la prelucrarea oțelurilor. Această tehnică este recomandată și pentru prelucrarea semifabricatelor cu duritatea de 60 HRC sau mai mare.

La frezarea cu avansuri mari se folosesc freze cu plăcuțe indexabile de mari dimensiuni, care au ca principal scop îndepărtarea unui volum mare de material într-un interval scurt de timp. Pe scurt, procesul începe cu freze de degroșare cu plăcuțe de mari dimensiuni, continuă cu freze cu cap rotund cu plăcuțe și se ajunge la freze din carbură solidă pe măsură ce matrița se apropie de forma finală.

Diametrele potrivite ale frezelor sunt determinate de caracteristicile matriței prelucrate – înălțimea pereților, razele la colțuri etc. Diametrele frezelor cu plăcuțe pentru frezare cu avansuri mari pornesc uzual de la 12 mm; dacă este nevoie de freze cu diametre mai mici, atunci se recomandă utilizarea frezelor din carbură solidă.

Plăcuțele amovibile montate pe frezele pentru avansuri mari pot varia în funcție de materialul semifabricatului prelucrat, dar cele mai multe aplicații vor impune folosirea plăcuțelor acoperite PVD sau CBN. Ca geometrie, plăcuțele tip Trigon asigură cel mai mic unghi de atac posibil, comparativ cu plăcuțele rotunde sau pătrate. Unghiul de atac mic produce o așchie mai subțire, ceea ce înseamnă o rată mai mare a avansului pentru a menține grosimea medie optimă a așchiei raportată la geometria plăcuței. Unghiul de atac mic direcționează axial forțele de așchiere, direct în arborele mașinii, asigurând o stabilitate mai mare operației. Unghiurile de atac mari duc la obținerea unor așchii mai groase, permițând o plajă redusă de ajustare a avansului. De asemenea, forța radială este mai mare, se produc astfel vibrații și rulmenții arborelui mașinii sunt solicitați mai puternic.

Frezele din carbură solidă folosite la frezarea de mare viteză sunt în general freze cilindro-frontale cu 4 caneluri, cu muchii lungi de așchiere și cu separatoare de așchii. Separatoarele taie așchiile formate în bucăți mai mici, care pot fi manevrate ușor – rezultă o evacuare mai bună a așchiilor din zona de așchiere și din mașina-unealtă. Suplimentar, lungimea mare de așchiere și separatoarele de așchii – combinate cu viteza mare de așchiere – ridică nivelul de productivitate și asigură o durată mare de viață a sculei datorită încărcărilor dinamice constante.

În timpul operațiilor de frezare cu avansuri mari, frezele pot lucra cu o angajare totală a diametrului, dar nu mai puțin de jumătate din lățimea plăcuței. Angajarea totală a diametrului este posibilă deoarece frezele pentru avansuri mari efectiv direcționează forțele de așchiere în arborele mașinii pe direcția axială. Frezele angajate cu mai puțin de jumătate din lățimea plăcuței de așchiere vor produce vibrații puternice datorită apariției unui dezechilibru de forțe. Frezele pentru avansuri mari se pot folosi și la viteze mari (freze cu plăcuțe indexabile sau freze din carbură solidă), dar ele trebuie să includă geometrii de așchiere care să le permită atingerea unor turații mari cu menținerea ratelor mari de avans și micșorarea grosimii așchiei.

Frezele pentru avansuri mari se pot utiliza foarte bine în cazul operațiilor în consolă mare, dar pentru a menține viteze de așchiere comparabile cu operațiile în consolă scurtă se recomandă folosirea unor amortizoare de vibrații specializate. Atunci când se depășește viteza maximă de așchiere recomandată se produc vibrații puternice, care duc la apariția ciupiturilor pe muchia de așchiere sau chiar la ruperea plăcuțelor.

Analiza uzurii plăcuţelor amovibile

Durata de viață lungă a sculelor de așchiere și predictibilitatea sunt caracteristici critice pentru operațiile de optimizare a prelucrării matrițelor – se asigură acuratețea dimensională, repetabilitatea și siguranța operațiilor de așchiere. Producătorii de matrițe trebuie să înțeleagă diferitele tipuri de uzuri care pot apărea și să inspecteze plăcuțele pentru a determina cauza problemelor. De mare ajutor în cadrul inspecției plăcuțelor este un microscop – cu o optică performantă, iluminare adecvată și un factor de mărire de cel puțin 20x – care permite vizualizarea rapidă și precisă a uzurilor premature sau controlate a muchiilor de așchiere.

Sunt opt tipuri principale de uzuri ce pot apărea în timpul așchierii. Dintre acestea, uzura de flanc, fisurarea termică și apariția ciupiturilor sunt cele mai obișnuite uzuri care apar la frezarea cu avansuri mari a matrițelor. Cu toate acestea, atunci când se utilizează o plăcuță care nu se pretează la avansuri mari, oricare dintre celelalte cinci uzuri poate apărea în timpul așchierii.

Uzura de flanc apare uniform și se creează în timp datorită frecării materialului semifabricatului de muchia de așchiere. Este ușor de identificat, se prezintă sub forma unei „cicatrici” uniforme de-a lungul muchiei de așchiere. Ocazional, materialul din semifabricat este „întins” peste muchia de așchiere și exagerează mărimea aparentă a „cicatricii” de pe aceasta.

  • În timpul operațiilor de frezare cu avansuri mari, frezele pot lucra cu o angajare totală a diametrului, dar nu mai puțin de jumătate din lățimea plăcuței. Angajarea totală a diametrului este posibilă deoarece frezele pentru avansuri mari efectiv direcționează forțele de așchiere în arborele mașinii pe direcția axială.

Pentru micșorarea uzurii de flanc, este important să se folosească clasa de carbură cea mai dură care totuși nu se ciobește, precum și cea mai ascuțită muchie de așchiere pentru a reduce forțele de așchiere și frecarea. Uzura de flanc rapidă apare foarte des la așchierea materialelor abrazive, cum ar fi fonta ductilă, aliaje de aluminiu cu conținut ridicat de siliciu, aliaje rezistente la temperaturi înalte, oțeluri inoxidabile tratate termic, aliaje de cupru cu beriliu și carbură de wolfram sinterizată. Uzura de flanc rapidă arată la fel ca o uzură normală și corectarea ei se face prin utilizarea unei carburi mai dure, mai rezistente la uzură, precum și o acoperire adecvată.

Ciupiturile muchiei de așchiere apar datorită instabilității sistemului, de obicei datorită unei prinderi slabe a semifabricatului, arbore cu rulmenții uzați, puncte izolate cu duritate foarte mare sau așchiere intermitentă. Prevenirea ciupiturilor se face prin rigidizarea prinderii semifabricatului, micșorarea consolei sculei, utilizarea unor plăcuțe șlefuite, controlul aderențelor pe muchia de așchiere precum și trecerea la o carbură mai rezilientă combinată cu o geometrie de așchiere mai protejată, solidă.

  • Cele mai comune uzuri care apar la frezarea cu avansuri mari sunt uzura de flanc, apariția ciupiturilor și fisurarea termică.

Fisurarea termică apare în urma unei combinații de șocuri mecanice și fluctuații rapide de temperatură. Un semn evident este apariția unor fisuri multiple perpendiculare pe muchia de așchiere. Este foarte importantă identificarea acestui fenomen înainte de apariția ciupiturilor. Pentru prevenire se poate aplica un lichid de răcire corespunzător sau se suprimă aplicarea lichidului de răcire și se trece la o plăcuță cu carbură rezistentă la șocuri și o geometrie care generează mai puțină căldură.

Clase de carbură, geometrii şi dimensiuni

Majoritatea producătorilor de scule dezvoltă calități de carbură și geometrii specifice fiecărui material al semifabricatului. În cazul matrițeriei, materialele semifabricatelor sunt în general oțeluri P20, CPMW 10 și pulberi metalice. Este foarte importantă selectarea corectă a clasei de carbură și a geometriei în concordanță cu particularitățile semifabricatului ce trebuie prelucrat pentru a preveni uzura prematură a sculelor sau distrugerea sculei și a semifabricatului. Secundar, prin potrivirea sculei de așchiere cu semifabricatul, se mărește nivelul de performanță și predictibilitatea, scade numărul de schimbări ale sculei, se reduc rebuturile și nu se pierde timp cu retușurile.

Dacă materialul semifabricatului are duritate de 52 HRC sau mai mică, se pot utiliza foarte bine scule din carbură solidă. Pentru materiale mai dure, se pot utiliza freze din carbură solidă cu diferite geometrii și acoperiri concepute pentru așchierea materialelor foarte dure. În plus, fiecare producător de freze din carbură solidă are câte un portofoliu personalizat de acoperiri. În cazul frezelor cu plăcuțe amovibile, există, de asemenea, plăcuțe cu geometrii și acoperiri special concepute pentru materiale dure. Totodată, diferite clase de carbură cu multipli fragmentatori de așchii fac mai ușoară așchierea materialelor dure pentru matrițerie.

După determinarea tipului de freză necesar, se alege raza la colț a frezei – ea trebuie să fie mai mică decât razele interioare ale matriței. Dacă raza la colț a frezei este la fel cu raza interioară a matriței, poate apărea fenomenul de oprire dură a sculei; o rază mică la colț a sculei va permite o trecere lină peste zona de colț a matriței. Pentru finisare se recomandă freze din carbură solidă de diametre mici.

Un alt element critic este rigiditatea frezei, iar aici unghiul/conul cozii sculei are un rol-cheie. Cele mai multe freze au o detalonare sau un pasaj conic în partea posterioară. Detalonarea reprezintă zona cu diametru mai mic decât diametrul de așchiere, zonă aflată după caneluri și înainte de coada propriu-zisă. Pasajul conic face trecerea de la diametrul detalonării la diametrul mai mare al cozii. Majoritatea sculelor lungi prezintă acest pasaj conic.

Cu cât unghiul pasajului conic este mai mic, cu atât este mai rigidă scula. Dar trebuie avut grijă ca pasajul conic să nu intre în coliziune cu pereții matriței. De aceea unghiul pasajului conic va fi obligatoriu mai mic decât unghiul pereților matriței. De exemplu, dacă pereții matriței sunt înclinați la 3 grade, atunci unghiul pasajului conic va fi de maximum 2,5 grade, pentru a evita contactul.

Lichidul de răcire

Având în vedere că utilizarea lichidului de răcire în matrițerie este o problemă, cele mai multe scule de așchiere optimizate pentru matrițerie pot prelucra uscat. Ca excepție se poate utiliza ceața de ulei. Aceleași reguli se aplică și la așchierea materialelor foarte dure.

Sistemele de scule-portscule

Atunci când este vorba de sisteme de scule, majoritatea producătorilor de scule recomandă utilizarea portsculelor cu amortizarea vibrațiilor la prelucrarea matrițelor cu unelte și tehnologii moderne. Chiar și cele mai bune portscule convenționale nu pot asigura o durată de viață și o performanță optimă a sculelor, în vreme ce portsculele de înaltă performanță pot permite atingerea unei durate duble de viață a sculelor.

Controlul vibrațiilor este critic, în special în cazul sculelor foarte lungi, la frezarea cu avansuri mari, la degroșare. Portsculele cu amortizarea vibrațiilor sunt concepute să atenueze vibrațiile generate în timpul procesului de așchiere.

Traiectoria de prelucrare şi programarea

Traiectoriile de prelucrare în cazul prelucrării matrițelor trebuie optimizate printr-o programare adecvată pentru a evita cererile nerealiste pentru sculele de așchiere. De exemplu, în timpul prelucrării unei matrițe atunci când traiectoria de prelucrare ajunge la un colț, trebuie să se programeze o tranziție lină a schimbării direcției pentru a evita crearea unui arc de angajare foarte mare, care poate duce la supraîncărcarea frezei. O regulă de bază este programarea unui arc mai mare decât raza corpului frezei. Adică pentru o freză cu diametrul de 500 mm (2”) se va programa o rază mai mare de 25 mm (1”), cu cât mai mare, cu atât mai lină va fi tranziția. Programarea arcelor traiectoriei poate fi o provocare majoră; dacă nu este făcută corespunzător, pot apărea deplasări neregulate ale sculei de-a lungul traiectoriei de prelucrare. Există deja mai multe pachete de programe care ajută la programarea exactă a traiectoriei sculei în timpul prelucrării. De mare ajutor este și un programator care înțelege principiul arcului de contact. Trebuie evitate opririle și pornirile bruște pe traiectoria de prelucrare a sculei, deoarece orice „ezitare” a mașinii la schimbarea direcției de prelucrare generează căldură, care se transferă în scula de așchiere. Căldura poate distruge muchia de așchiere a sculei și acoperirea, de aceea căldura trebuie să fie evacuată din zona de așchiere cu ajutorul așchiilor.

Concluzie

Înțelegând cât mai bine selectarea tehnicilor de frezare și a tehnologiilor de echipare cu scule moderne, precum și a modurilor de apariție a diferitelor tipuri de uzuri, producătorii de matrițe și ștanțe pot ridica nivelul de productivitate, pot reduce timpii de producție și au posibilitatea de obținere a unor finisaje superioare ale suprafețelor pieselor finite.


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.