Nová řešení a hlavní směry vývoje frézovacích nástrojů

Moderní frézování jako metoda obrábění kovů vzniklo koncem 18. století a rychle se stalo jednou z hlavních technologií obrábění. V dnešní době jsme svědky významných změn ve výrobě, které budou mít zásadní vliv na další vývoj směrů frézování. K těmto změnám pak přispívají mnohé faktory, jakými jsou zvyšující se přesnost tvarování kovů prostřednictvím investičního lití (lití metodou vytavitelného modelu) a přesného kování, široké rozšíření 3D tisku, rostoucí využití nových kompozitních a slinutých materiálů, potřeba zvýšit produktivitu při obrábění těžko obrobitelných superslitin a slitin titanu, a stále se zvyšující tlak na produkci elektrických a hybridních vozidel v automobilovém průmyslu. Kromě toho pokrok ve víceosých obráběcích strojích otevřel nové možnosti přesného obrábění složitých dílů a umožnil tak zavedení nových obráběcích strategií pro zvýšení produktivity.

Vývojové fáze frézování

V moderních technologických procesech se projevuje tendence výrazně snižovat množství obráběného materiálu určeného pro hrubovací operace frézování a současně se zvyšují požadavky na kvalitu a přesnost povrchu. Pokrok ve frézování je proto stanoven potřebou vyšší produktivity, větší přesnosti a udržitelnosti frézovacích operací. V důsledku toho lze hlavní vývojové směry v oblasti frézování charakterizovat následovně:

• Využití metody FMR (Fast Metal Removal) neboli metoda obrábění s rychlými úběry materiálu, která se zaměřuje na zvýšení rychlosti úběru kovu za účelem dosažení vyšší produktivity výrazným zvýšením řezné rychlosti nebo posuvu na zub. Toho lze dosáhnout technikami, jako jsou HSM (High Speed Machining) – vysokorychlostní frézování a při hrubovacích operacích frézování s vysokým posuvem HFM (High Feed Milling).

• Zajištění vyšší přesnosti frézovacích operací.

• Využití víceosých obráběcích center, která umožňují komplexní frézovací operace.

• Pro adaptivní frézování se vyvíjejí inteligentní frézovací systémy, které se dokáží přizpůsobit měnícím se podmínkám v průběhu obrábění.

• Cílem udržitelnosti obrábění je snížení dopadu frézovacích operací na životní prostředí. To zahrnuje vývoj ekologických řezných kapalin, recyklaci a opětovné použití řezných materiálů a používání energeticky účinných obráběcích strojů a nástrojů.

Úspěch v těchto oblastech závisí na součinnosti několika klíčových komponent, a to obráběcích strojů, řezných nástrojů a systémů počítačového inženýrství (CAE). Například vysokorychlostní frézování vyžaduje technologie obráběcích strojů schopné zvládnout mimořádně vysoké otáčky, stejně jako pokročilé řezné materiály a povlaky pro frézovací nástroje. Současně zvýšení přesnosti frézovacích operací vyžaduje nejen nástroje s užšími tolerancemi, ale také zdokonalené řídicí systémy a pohony lineárních motorů. V případě víceosého frézování spočívá průlom v přidání účinněji řízených os pohybu spolu s použitím vhodných řezných geometrií frézovacích nástrojů. Adaptivní frézování zahrnuje inovace, jako je využití nejmodernějších monitorovacích systémů, vysoce citlivých senzorů a účinných algoritmů pro optimalizaci řezných dat a dráhy nástroje v reálném čase. Pokrok v oblasti udržitelnosti navíc vyžaduje energeticky úsporné strategie frézování, které využívají vhodné obráběcí stroje, řezné nástroje a ekologické způsoby chlazení.

Směr vývoje frézovacích vyměnitelných břitových destiček

Neustálý vývoj pokročilých řezných materiálů je probíhající proces zdokonalování řezných materiálů pro výrobu vyměnitelných destiček, který zahrnuje také vývoj pokročilých jakostí karbidů, druhů keramiky a ultratvrdých řezných materiálů.

Výzkum a vývoj v technologii povlakování se zaměřuje na odolnější povlaky, které zvyšují odolnost proti opotřebení a nežádoucímu přenosu tepla do řezného materiálu a zároveň vyhlazují jeho povrch pro bezproblémový odchod třísky. Progresivní řezná geometrie optimalizuje geometrii destičky pro zlepšení řezného účinku, snížení řezných sil, lepšítvorbu a odchod třísek z místa řezu. Efektivní využití řezného materiálu zahrnuje inteligentní konstrukci břitových destiček, která maximalizuje počet využitelných řezných hran.

Kromě toho chytrá výroba vyžaduje integraci digitalizace do frézovacích operací a frézovacích nástrojů. Pokud jde o frézovací nástroje, digitální dvojčata a příslušné softwarové aplikace se již staly „povinnými“ prvky komplexního sortimentu nástrojů.

Jak mohou výrobci řezných nástrojů tuto výzvu zvládnout? Je obor výroby řezných nástrojů, který je v kovovýrobě často považován za konzervativní, schopen včas reagovat na současné požadavky? Které frézovací nástroje jsou správnou volbou a jsou v souladu s novými trendy? Neustálý vývoj nových a zdokonalování stávajících řezných nástrojů společnosti ISCAR jistě poskytne odpověď na vyřčené otázky.

Frézy HELIALU pro náročné řezné podmínky

Na moderních obráběcích strojích lze dosáhnout vysoce produktivního frézování hliníkových slitin při extrémně vysokých otáčkách vřetena, které dosahují až 33 000 ot./min. Pro tyto náročné řezné podmínky vyvinula společnost ISCAR čelní nástrčné frézy, které umožňují upnout super-pozitivní destičky HSM90S APCR 2207 s leštěným čelem s maximální hloubkou řezu až 22 mm (obr. 1). Frézy HSM90S FAL-22 z řady nástrojů HELIALU mají speciálně konstruované lůžko tak, aby se eliminoval radiální posun destiček, ke kterému může dojít v důsledku velkých odstředivých sil vznikajících při velmi vysokých otáčkách.

Frézy CHATTERFREE, hvězdy trochoidního frézování

Při vysokorychlostním trochoidním frézování se nástroj pohybuje po křivočaré dráze, čímž se udržuje konstantní zatížení břitu, a tím se eliminují náhlé skoky v zatížení během vnikání materiálu. Tato strategie je vysoce účinná při frézování hlubokých drážek, kapes a dutin, zejména v případech nízké stability obrábění. Kromě toho trochoidní frézování vykazuje vynikající výsledky při frézování těžce obrobitelných materiálů, jako jsou tvrdé oceli nebo vysokoteplotní superslitiny (HTSA). Nové sedmibřité monolitní karbidové frézy EC-E7/H7-CF z řady CHATTERFREE jsou speciálně navrženy pro metodu trochoidního frézování. Tato řada nástrojů je charakteristická nepravidelnou zubovou roztečí a různým úhlem stoupání šroubovice pro lepší dynamické chování. Tyto frézy jsou k dispozici v průměrech 2–20 mm (obr. 2).

Řada LOGIQ-4-FEED pro obrábění s vysokým posuvem

Frézování s vysokým posuvem (HFM – High Feed Milling) se stalo široce rozšířenou metodou pro efektivní hrubování tvarově složitých i rovinných ploch. Společnost ISCAR nabízí ucelenou řadu › nástrojů pro obrábění s vysokým posuvem, které splňují požadavky různých průmyslových aplikací. V poslední době byl sortiment rozšířen o další nové nástroje. Například řada nástrojů LOGIQ-4-FEED se specifickým tvarem destičky (obr. 3) byla rozšířena o větší destičky FFX4 XNMU-08, které se montují do těles FFX4 FD-08 o průměrech 50–125 mm. Tyto nové produkty významně rozšiřují rozsah použití, zejména při frézování velkých dutin s vysokým posuvem při obrábění forem a zápustek. Další novinkou pro obrábění metodou HFM jsou rychloposuvové čelní frézy FFQ8-12 z řady NEOFEED, do kterých se upínají oboustranné čtvercové destičky s 8 řeznými hranami pro zvýšení hospodárnosti.

Nejnovější nástroje ISCAR

Pokrok ve víceosých obráběcích strojích a systémech CAD/CAM umožnil přesné frézování složitých 3D tvarových ploch s minimálním množstvím odebraného materiálu pomocí barelových fréz. ISCAR pro tyto účely nabízí tři různé koncepty nástrojů: monolitní karbidové frézy, vyměnitelné karbidové hlavice se závitovým spojením MULTI- -MASTER a dvoubřité vyměnitelné destičky HCT-QF a HLB-QF (obr. 4). Řezná keramika umožňuje při frézování vysokoteplotních superslitin (HTSA) další podstatné zvýšení řezné rychlosti, které mohou dosahovat až 1000 m/min. Mezi nejnovější nástroje ISCAR z řezné keramiky patří tříbřité celokeramické frézy EC-E3-CE a sedmibřité celokeramické frézy EC-E7-CE a také ekonomické oboustranné kruhové keramické destičky RNGN, jež jsou dostupné v několika typech; černá keramika, whiskerová keramika a SiAlON. Tyto destičky se upínají do čelních nástrčných fréz FRN. Výše uvedené příklady ukazují hlavní směry vývoje frézovacích nástrojů. S novými požadavky se objevují nová řešení a tyto nové výzvy budou hnací silou v hledání inovativních konstrukcí nástrojů.