Aktualności

A chip straight out of a picture book

Raport trendów w zakresie narzędzi do obróbki metalu

Od 10 do 14 września 2024 r. wystawcy targów AMB zaprezentują swoje rozwiązania w zakresie narzędzi skrawających, narzędzi mocujących, techniki pomiarowej i testowej, sprzętu operacyjnego, systemów obsługi, bezpieczeństwa pracy, maszyn i wielu innych. | Źródło zdjęć: Landesmesse Stuttgart GmbH

Nowe materiały, tendencja do miniaturyzacji, presja konkurencyjna, cyfryzacja i bardziej zrównoważony biznes to tylko niektóre z wyzwań, z którymi muszą sobie poradzić firmy produkcyjne. Dotyczy to również początku łańcucha wartości dodanej, w którym często stosowana jest jedna metoda obróbki metalu. Specjaliści narzędziowi są często pierwszą osobą, do której należy zwrócić się z zapytaniami dotyczącymi optymalizacji złożonych i problematycznych procesów skrawania metalu. Do najczęstszych problemów, z jakimi borykają się firmy zajmujące się obróbką metali, zalicza się zużycie narzędzi, czas obróbki i koszty.

O tym, jak producenci nowoczesnych narzędzi radzą sobie z różnymi wyzwaniami, pokazuje przegląd innowacji wystawców AMB, którzy w dniach 10-14 września 2024 r. zaprezentują swoje nowości w całkowicie zajętych halach Messe Stuttgart. Razem z inżynierią mechaniczną firm i użytkowników, producenci ci znajdują rozwiązania, dzięki którym mogą wytwarzać również złożone kształty, wymagające materiały lub duże liczby jednostek w bardziej wydajny i precyzyjny sposób.

Materiały skrawające i powłoki

Rozwój nowych materiałów skrawających i powłok jest kluczowym obszarem doskonalenia narzędzi precyzyjnych. Powłoki węglikowe, ceramiczne i diamentowe zmniejszają zużycie i wydłużają żywotność. Ostatecznie to właśnie te materiały często zapewniają nieprzerwaną pracę.

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na lżejsze, a jednocześnie wytrzymałe materiały, rośnie zapotrzebowanie na narzędzia umożliwiające obróbkę tych materiałów. | Zdjęcia: Landesmesse Stuttgart GmbH

W firmie Iscar w grę wchodzi także inny element mający pozytywny wpływ na produktywność: wewnętrzne kanały chłodziwa zostały zintegrowane z 3-ostrzowymi wiertłami z płaską głowicą pełnowęglikową w celu poprawy wydajności obróbki. Trzy dysze chłodziwa wydłużają żywotność rowka i poprawiają odprowadzanie wiórów. Według firmy linia wierteł płaskich firmy Iscar jest pierwszą na rynku, która umożliwia obróbkę otworów z płaskim dnem. Trzy krawędzie skrawające wiertła poprawiają jakość otworów, zwłaszcza w warunkach obróbki przerywanej. Warunki te mogą obejmować na przykład przecinające się otwory lub nachylone powierzchnie.

Geometria wierteł zapewnia wysoką produktywność, zwłaszcza przy obróbce stali i materiałów żeliwnych. Średnica tej serii waha się od 4 do 12 milimetrów ze skokiem co 0,1 mm i stosunkiem długości do średnicy 3xD i 5xD. Mała końcówka poprawia penetrację i dokładność otworu obróbczego, a karbowane krawędzie skrawające i specjalny kształt wkładu zapewniają dobrą kontrolę wióra w większości materiałów. Wąskie zgarniacze zmniejszają tarcie i zapewniają doskonałą jakość powierzchni. Wysoko wypolerowane rowki wiórowe również czysto odprowadzają wióry, a zoptymalizowana średnica rdzenia zwiększa sztywność narzędzia.

Materiały kompozytowe i nowe materiały

Materiały kompozytowe, takie jak włókna węglowe czy stopy tytanu, również wymagają specjalnych narzędzi, które wytrzymują ekstremalne obciążenia. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na lżejsze, a jednocześnie wytrzymałe materiały rośnie zapotrzebowanie na narzędzia umożliwiające obróbkę tych materiałów. Działalność badawczo-rozwojowa wielu firm skupia się zatem na produkcji tych narzędzi ze szczególnym uwzględnieniem ich powłok.

Mapal, producent z siedzibą w Aalen, również nadal rozwija swoje technologie powierzchniowe. Niezwykle twarde i odporne na zużycie warstwy diamentu tną materiały takie jak materiały z włókna węglowego, ceramika, grafit i związki aluminium. Szczególnie w przemyśle samochodowym, przemyśle lotniczym, przemyśle budowy narzędzi i produkcji form oraz przemyśle technologii medycznej użytkownicy wymagają długiej żywotności i niezawodności procesów.

W Centrum Kompetencyjnym ds. Technologii Powłok w Aalen płytki wymienne i narzędzia pełnowęglikowe są przygotowywane do późniejszego użycia za pomocą procesów PVD lub CVD. Eksperci zwykle zalecają CVD do cięcia na sucho i przy dużych prędkościach skrawania. Podczas chemicznego osadzania z fazy gazowej związki osadzają się do temperatury nieco ponad 1000 °C. Jeśli spodziewane są raczej niestabilne warunki przetwarzania lub trudne warunki skrawania, stosuje się twardsze powłoki PVD. Fizyczne osadzanie z fazy gazowej łączy twarde materiały metaliczne, takie jak azotan tytanu lub azotek tytanu i glinu, z podstawowymi korpusami węglika. Jeśli procesy zużycia adhezyjnego odgrywają rolę, często wybiera się diamentopodobne powłoki węglowe (DCC). Są one również oddzielane za pomocą procesu PVD lub CVD w oparciu o plazmę.

Aby pokryć swoje narzędzia, Mapal ogranicza się obecnie do zakresu od 3 do 15 µm, w zależności od konkretnego zastosowania. Zoptymalizowany proces HF-CVD pozwala uzyskać powłoki o niemal jednorodnej grubości. Jeden cel pozostaje zawsze ten sam: w konkretnym zastosowaniu cięcia powinna istnieć możliwość wykorzystania całkowitej długości cięcia przy zapewnieniu niezawodności procesu niezależnie od głębokości cięcia.

Jednym z przykładów jest OptiMill-Composite-Speed-Plus, frez z węglika spiekanego do materiałów wzmacnianych włóknem węglowym (CFR). W tym przypadku jednorodna powłoka diamentowa CVD zapewnia długą żywotność i wysoką niezawodność procesu: „W ciągu ostatnich kilku lat intensywnie pracowaliśmy nad udoskonaleniem procesu powlekania diamentowego i otworzyliśmy nowe możliwości w produkcji narzędzi” — powiedział dr Martin Kommer, dyrektor zespołu ds. badań i rozwoju materiałów tnących/powłok w Mapal. Producent narzędzi ponosi zatem wyłączną odpowiedzialność za cały proces projektowania narzędzi, począwszy od właściwej geometrii i wyboru odpowiedniego węglika, aż po powłokę.

Im mniejsze są tolerancje obrabianego przedmiotu, tym bardziej zależy to od całego łańcucha przenoszenia mocy od podstawy obrabiarki do wióra. | Źródło zdjęć: Landesmesse Stuttgart GmbH

Narzędzia te umożliwiają obróbkę tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem, np. tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP), tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym (GFRP) i tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem aramidowym (AFRP). Do obróbki zgrubnej materiałów CFRP i GFRP dostępne są frezy trzpieniowe z powłoką ZR o średnicach od 4,0 do 20 mm. Frezy trzpieniowe z powłoką diamentową ZR umożliwiają obróbkę zgrubną i wykańczającą bez uszkodzeń. Specjalne uzębienie zapewnia czyste i niezawodne cięcie włókien, dużą ilość wiórów i optymalne usuwanie wiórów. Do mikroobróbki nadają się mikrofrezy trzpieniowe o średnicach od 1,0 do 3,0 mm z powłoką diamentową-ZR. Do wiercenia i frezowania wykończeniowego w tworzywach sztucznych wzmacnianych włóknem aramidowym dostępne są frezy trzpieniowe z odwrotnym nacięciem nożycowym (5,0 do 12 mm).

Nanotechnologia i narzędzia mikrostrukturalne

Inny trend dotyczy rozmiaru części, które mają być produkowane. Części stają się coraz mniejsze. Dlatego też niezbędne kształty i geometrie również się kurczą. Miniaturyzacja części wymaga narzędzi o coraz dokładniejszych i mniejszych wymiarach. Przejścia są płynne w mikrotechnologii i nanotechnologii. Narzędzia o mikroskopijnie małych strukturach cieszą się dużym popytem w elektronice i technologii medycznej.

Na przykład w firmie Paul Horn istotne jest opanowanie każdego procesu podczas mikroskrawania. Kiedy trzeba wyprodukować średnice zewnętrzne 0,1 mm, wstawki 0,5 mm i posuwy 5 µm, można wyczuć, jak precyzyjnie muszą być skoordynowane wszystkie elementy obróbki. Bardzo małe głębokości cięcia wymagają bardzo ostrych ostrzy, aby zminimalizować nacisk cięcia. Jednakże ścierne krawędzie tnące zwiększają niebezpieczeństwo mikropęknięć. Nawet niewielkie pęknięcie rzędu kilku µm na krawędzi skrawającej ma negatywny wpływ na obrobioną powierzchnię przedmiotu. Jakość wykończenia powierzchni cięcia również odgrywa ważną rolę. Aby zapobiec narostom na krawędziach, powierzchnia cięcia w Paul Horn jest przed użyciem bardzo drobno szlifowana lub polerowana. 

Rozwój nowych materiałów skrawających i powłok to kluczowy obszar doskonalenia narzędzi precyzyjnych. | Zdjęcia: Landesmesse Stuttgart GmbH

Aby umożliwić użytkownikom produkcję śrub do aparatów słuchowych, ciężarków wyważających do produkcji zegarków lub toczonych mikroczęści do komponentów medycznych, firma Horn opracowała system µ-Finish do mikrocięcia. Dzięki temu możliwa jest dokładność zmiany +/- 0,0025 mm podczas obracania płytki wymiennej. Na przykład użytkownik może obrócić płytę tnącą bez konieczności ponownej regulacji wysokości końcówki.

LMT Tools w Schwarzenbek to kolejny przykład trendu w kierunku coraz mniejszych części: podczas opracowywania mikrofrezów oprócz wymaganej jakości komponentów głównymi punktami były produktywność i niezawodność procesu. LMT dostarcza różne mikrofrezy w zakresie tolerancji do 0,007 mm do wysoce precyzyjnej obróbki frezarskiej przy małych średnicach narzędzi. Wały precyzyjne o średnicach 3, 4 i 6 mm z tolerancją h5 i zakresem średnic od 0,3 do 3,0 mm dostępne są w dwóch wariantach geometrii: w wersji z prostą powierzchnią czołową do precyzyjnych konturów oraz w wersji z główką sferyczną. Ta ostatnia konstrukcja zapewnia większą elastyczność przy obróbce skomplikowanych kształtów 3D. Dzięki kulistemu kształtowi frezu można precyzyjnie obrabiać krzywizny i nieregularne powierzchnie.

Jednym z głównych obszarów zastosowań jest obróbka skrawaniem w produkcji matryc i form, np. złożone powierzchnie form 3D, głębokie wnęki, otwory wiertnicze, podcięcia lub struktury żebrowane. LMT przeciwdziała dużym kolektywom obciążeń termomechanicznych za pomocą odpornych na zużycie systemów podłoży warstwowych, które wytrzymują wysokie temperatury. Dzięki temu narzędzia stają się odporne na utlenianie i dyfuzję oraz mają wysoką twardość.

Miniaturyzacja części wymaga narzędzi o coraz dokładniejszych i mniejszych wymiarach. | Zdjęcia: Landesmesse Stuttgart GmbH

Najmniejsza średnica bez pilotowania

Ceratizit dostarcza również wiertła do małych i bardzo głębokich średnic. Wiertarka WTX wierci otwory o średnicy do 30xD przy zachowaniu dużej dokładności pozycjonowania. Wersja 5xD została zaprojektowana jako wiertło pilotujące do wierceń mikro głębokich otworów, stwarzając tym samym warunki do procesu wiercenia mikro głębokich otworów. Właściwości samocentrujące mikrowierteł oznaczają, że można zrezygnować z wiercenia wstępnego/centrowania aż do 8xD włącznie.

Według producenta wiertła niezawodnie i z powtarzalną dokładnością obrabiają stale, odlewy lub materiały o wysokiej odporności na ciepło. Jest to zasługa zoptymalizowanej geometrii oraz tzw. powłoki Dragonskin. Specjalna geometria końcówki zwiększa dokładność pozycjonowania, a docierane powierzchnie i opatentowane otwory na wióry zapewniają szybkie i niezawodne usuwanie wiórów. Narzędzia są chłodzone za pomocą spiralnych kanałów chłodziwa i komory chłodziwa w wale. Dzięki tym środkom Ceratizit dąży do zapewnienia powtarzalności mikrowierceń i braku zakłóceń. „Firma może również pomóc wraz z klientami zoptymalizować narzędzia pod kątem nowych, wymagających zastosowań” – powiedział Felix Meggle, menedżer produktu ds. wierteł pełnowęglikowych w firmie Ceratizit.

Nie ma precyzyjnej obróbki bez urządzeń mocujących

Im bliższe są tolerancje obrabianego przedmiotu na końcu, tym bardziej zależy to od całego łańcucha przenoszenia mocy od podstawy obrabiarki do wióra. Iscar przedstawił teraz innowację na jednym z tych etapów: głowice wytaczarskie BHD MB są zastępowane nową serią narzędzi o nazwie BSFD lub Boring Super Fine Digital. Przyrząd pomiarowy posiada wyświetlacz dla wszystkich średnic głowic wytaczarskich. Głowice cyfrowe o średnicy od 3 mm do 203,1 mm z dokładnością +/- 0,001. Wyświetlacz jest mocowany do uchwytu narzędziowego za pomocą sił magnetycznych, dzięki czemu średnicę można regulować za pomocą ekranu cyfrowego.

Przedmioty obrabiane muszą być obrabiane z coraz większą precyzją i większą niezawodnością procesu. Narzędzia, technika mocowania i systemy pomiarowe odgrywają w tym względzie szczególną rolę. | Źródło zdjęć: Landesmesse Stuttgart GmbH

Według producenta Iscar narzędzia najlepiej nadają się do bardzo precyzyjnych operacji wiercenia z dużą dokładnością. Narzędzia nadają się do zastosowań w przemyśle samochodowym, sektorze terenowym, przemyśle lotniczym i kosmicznym oraz ogólnym przemyśle budowy maszyn. Można je również stosować jako alternatywę do operacji rozwiercania z dużymi tolerancjami w warunkach obróbki przerywanej.

Nowe standardowe urządzenia mocujące zapewniają również precyzyjne i bezprzerwowe cięcie podczas 5-osiowej obróbki półfabrykatów. Jednym z przykładów jest imadło centrujące EvoGrip firmy Emuge, ręcznie obsługiwane bezpośrednie urządzenie mocujące, które centrycznie mocuje obrabiany przedmiot. Kompaktowa konstrukcja umożliwia wielostronną obróbkę w pięciu osiach i sprawia, że ??tego typu urządzenia mocujące mają uniwersalne zastosowanie. Dzięki modułowej i bardzo smukłej konstrukcji systemu EvoGrip osiąga maksymalną siłę mocowania do 75 kN.

Idealnym uzupełnieniem EvoGrip jest system mocowania z punktem zerowym EvoPoint. EvoPoint charakteryzuje się dużą dokładnością i dzięki modułowej konstrukcji może być łączony z systemem imadła centrującego. Według producenta, w połączeniu z EvoPoint, czas przezbrajania można skrócić nawet o 80%. Dostępne są różne wersje tych szczęk mocujących, na przykład jednoczęściowe szczęki mocujące o różnych konturach, wieloczęściowe szczęki mocujące składające się ze szczęk podstawowych i odwracalnych oraz szczęki dwustronne o różnych konturach, szczęki górne i szczęki środkowe.

Pomiar i testowanie

Gdy chodzi o dokładność, niezbędna jest także odpowiednia kontrola. Wystawca AMB, firma Hahn+Kolb, stanowi przykład tego, że także tutaj zawsze można znaleźć innowacje. Dostawca usług narzędziowych oferuje urządzenia do pomiaru chropowatości Micro, DH-9 i Easyroughness marek Diavite i Atorn jako trzy rozwiązania do pomiaru powierzchni zgodnie z normą ISO 21920. Pod koniec 2021 r. nowy międzynarodowy standard z trzema częściami na profilu- związane z tym pomiary, charakteryzacja i oznaczanie tekstury powierzchni (chropowatość, falistość) części zastąpiły wycofane normy ISO 4287, ISO 4288, ISO 13565-2 i ISO 1302. Normy te nie były już w stanie objąć wszystkich możliwości nowoczesnych urządzeń pomiarowych .

Urządzenia do określania chropowatości produkowane są z aluminiową obudową i wyświetlaczem dotykowym. Posiadają zespoły posuwowe dla sond typu płozowego i referencyjnych sond powierzchniowych (znaczniki swobodne), a także specjalne rozwiązania indywidualne. Użytkownicy mogą zatem wykonywać więcej zadań pomiarowych niż w przypadku systemów wykorzystujących wyłącznie płozę. Odpowiednie sondy kulowe, sondy do głębokości, sondy do wiercenia, sondy do boków zębów, sondy osiowe i sondy beznacięcia rejestrują również wartości na głęboko położonych powierzchniach, kołach zębatych, rowkach i otworach lub małych wgłębieniach.

Specjaliści narzędziowi są często zatrudniani do optymalizacji złożonych i problematycznych procesów skrawania metalu. | Zdjęcia: Landesmesse Stuttgart GmbH

Easyroughness firmy Atorn rejestruje nawet chropowatość filigranowych otworów wiertniczych, średnic wałów, wewnętrznych wgłębień i boków zębów. Oprócz wizualizacji chropowatości powierzchni za pomocą dużego, przemysłowego komputera z ekranem dotykowym Full HD o przekątnej 10,1 cala, wyniki pomiarów są zapisywane przez zintegrowany system operacyjny Windows IoT z opcją dokumentacji wideo/fotograficznej. Dzięki temu użytkownik może być pewien aby wartości docelowe odpowiadały również aktualnemu stanowi i udokumentowali to swojemu klientowi.

Ten mały wycinek innowacji w obróbce metali ukazuje także szeroki zakres tematów tegorocznych targów AMB w Stuttgarcie. W dniach 10-14 września 2024 wystawcy zaprezentują swoje rozwiązania z zakresu narzędzi skrawających, narzędzi mocujących, systemów pomiarowych i testujących, sprzętu operacyjnego, systemów manipulacyjnych, bezpieczeństwa pracy, maszyn i wielu innych. Szeroka gama rozwiązań dla wielu branż, w których istotnymi kwestiami są miniaturyzacja, rosnąca presja konkurencyjna i wymagające materiały.

O AMB
Od 1982 roku AMB prezentuje najważniejsze wydarzenia międzynarodowego przemysłu obróbki metali. AMB będzie także stałą datą w kalendarzu branży w 2024 roku – od 10 do 14 września. AMB to rynek i miejsce spotkań branży obróbki skrawaniem, gdzie prezentowane są najnowsze produkty, technologie, innowacje, usługi i koncepcje we wszystkich ich aspektach. AMB jest wspierany przez następujących sponsorów: Stowarzyszenie Narzędzi Precyzyjnych VDMA, Stowarzyszenie Oprogramowania i Cyfryzacji VDMA oraz Niemieckie Stowarzyszenie Konstruktorów Obrabiarek (VDW). Więcej informacji można znaleźć w Internecie pod adresem: www.amb-expo.de

Źródło: Landesmesse Stuttgart GmbH