MMC Magazine

Narzędzie obrotowe — na rynku od 20 lat

Wszystko zaczęło się od zapytania klienta. Klient chciał zmniejszyć liczbę zmian naroża płytki na linii obróbczej do produkcji masowej. Chciał też wykorzystać całą krawędź skrawającą na obwodzie płytki. Żeby spełnić tę z pozoru niewykonalną prośbę, trzeba było zdecydowanie dużej dozy wyobraźni. Wtedy wpadliśmy na pomysł, aby sama płytka mogła się obracać: wynaleźliśmy więc obrotową oprawkę. Płytka musiała się obracać, więc w początkowym etapie projektowania eksperymentowaliśmy z łożyskiem ślizgowym i innymi typami łożysk (łożysko olejowe, smarowane smarem stałym, łożysko z węglika z powłoką DLC). Jednak zastosowanie tych łożysk nie było w stanie wyeliminować problemu, jakim był brak możliwości obrotu w pewnych warunkach skrawania. Po stwierdzeniu, że mechanizm wykorzystujący łożysko ślizgowe nie pozwala na płynne obracanie płytki, zastąpiliśmy je łożyskami igiełkowymi. To pozwoliło wyeliminować problem z obrotem, ale pojawiły się kolejne problemy. Powstały efekty uboczne związane z wysoką temperaturą skrawania, trudno było poprawić smarowanie i zapobiec przedostawaniu się wióra do obudowy łożyska. Dużym wyzwaniem było też zmniejszenie rozmiarów. Rozwiązaliśmy każdy z tych problemów krok po kroku poprzez zastosowanie innych uszczelnień oraz innych rozwiązań, aż narzędzie nadawało się do praktycznego użycia. Po zastosowaniu w praktyce okazało się, że można wykorzystać całą krawędź na obwodzie płytki, a do tego wskutek obniżenia prędkości płytki względem detalu obrabianego przyczyniło się do zwiększenia odporności na ścieranie.

Zmniejszenie nadmiernych uszkodzeń dzięki pomysłowemu narzędziu obrotowemu

Firma Mitsubishi Materials skonstruowała obrotową oprawkę, czyli oprawkę umożliwiającą automatyczne obracanie się płytki wskutek działania sił skrawania. Osiągnięto następujące korzyści:
1. Równomierne zużycie wyeliminowało konieczność zmian położenia płytki aż do jej całkowitego zużycia.
2. Ruchomy punkt skrawania oznacza brak zużycia krawędzi skrawającej na obwodzie (patrz kolumna poniżej).
3. Brak koncentracji ciepła skrawania zmniejszył zużycie płytki.
Jak pokazano na poniższym wykresie, te trzy zalety umożliwiły uzyskanie narzędzia o stabilnej, długiej żywotności w porównaniu z narzędziem z nieruchomą płytką. Jeśli element obrabiany jest wykonany z materiału trudnoobrabialnego, może wystąpić nadmierne zużycie płytki wskutek wysokiej temperatury podczas skrawania lub mechanicznego utwardzenia detalu. W przypadku standardowego narzędzia obniżenie parametrów skrawania pomaga zapobiec nadmiernemu zużyciu, ale jednocześnie powoduje spadek wydajności. Narzędzie obrotowe eliminuje potrzebę obniżania parametrów skrawania, dzięki obracaniu się krawędzi skrawającej podczas obróbki, a tym samym zwiększa się wydajność obróbki i wydłuża się żywotność narzędzia.

Oprawka obrotowa weszła do sprzedaży około 20 lat temu i spotkała się z dobrym przyjęciem klientów ze względu na nowatorski mechanizm i wysoką jakość skrawania. Dzisiaj niestety nie jest już na standardowym wyposażeniu, ze względu na późniejszą obniżkę kosztów i wydajności konwencjonalnych oprawek. Sprawdza się jednak dzięki mniejszemu zużyciu podczas eksploatacji, a obecnie ponownie znajduje zastosowanie, gdyż coraz więcej komponentów wykonanych jest z materiałów trudnoobrabialnych. Dzięki przekazywaniu wiedzy na temat narzędzi obrotowych zdobytej przez zespół konstruktorów przed 20 laty młodym konstruktorom narzędzi, obecnie w Mitsubishi Materials trwają prace nad narzędziem obrotowym nowej generacji dostosowanym do współcześnie obrabianych elementów i nowoczesnych obrabiarek. Wkrótce więcej szczegółów!

Uszkodzenia na brzegu płytki

W standardowych narzędziach często powstają uszkodzenia na brzegu płytki lub karby, gdy krawędź skrawająca obrabia detal o mechanicznie utwardzonej powierzchni, odlew lub odkuwkę (patrz wykres poniżej). Mechaniczne utwardzanie materiału następuje w przypadku odkształceń plastycznych materiału obrabianego podczas skrawania. W miejscu styku płytki z powierzchnią utwardzoną mechanicznie występuje dodatkowe zużycie na brzegu lub karby. Także odlewy i odkuwki mają powierzchnie trudne do obróbki, co powoduje powstawanie karbów. W porównaniu z innymi materiałami, szczególnie podatny na mechaniczne utwardzanie jest INCONEL®718 i stale nierdzewne, co oznacza duże prawdopodobieństwo powstania uszkodzeń na brzegu płytki.