Новости при цилиндричните фрези

Инструменти, материалиСп. Инженеринг ревю - брой 6/2021 • 17.09.2021

  • Еволюцията при модерните фрезови машини и обработващи центри води до непрекъснато повишаване на мощността, капацитета, скоростта и прецизността им

  • Производителите на цилиндрични фрези са длъжни да са в крак с най-новите тенденции на пазара, за да отговарят адекватно на актуалните предизвикателства и стандарти в бранша

  • Новите концепции при инструменталните материали, покритията и геометриите са насочени към удължаване на жизнения цикъл, намаляване силите на рязане и улеснено стружкоотвеждане

 

Погрешно е схващането, че технологичното развитие при фрезовите инструменти и по-специално при цилиндричните фрези е в своеобразен застой през последните години. Причините за възникването му вероятно са две. От една страна, наред с челното, цилиндричното фрезоване е считано за базов, фундаментален производствен метод, който се е доказал с времето като една от най-ефикасните технологии за изработка на широк кръг от изделия чрез отнемане на метал. От друга страна, отдавна са достигнати множество високопроизводителни комбинации от материали, дизайни, геометрии и покрития, отговарящи на изискванията практически на всяко приложение.

Реалността обаче е напълно различна. Еволюцията при фрезовите машини и модерните обработващи центри не познава застои и води до непрекъснато повишаване на мощността, капацитета, скоростта и прецизността им. Ето защо производителите на инструментална екипировка са длъжни да са в крак с най-новите тенденции на пазара на металообработващо оборудване, за да отговарят адекватно на последните предизвикателства и изисквания пред фрезовите инструменти.

С набиращите популярност технологични концепции по отношение на дизайна на фрезите, били те монолитни или със сменяеми пластини, възникват нови възможности за функционална специализация, както и иновативни подходи за обработка с по-голяма скорост и по-високи темпове на подаване.


Технологично развитие

Сред водещите клиентски отрасли на цилиндричните фрези през последните години са общото машиностроене, металообработката, автомобилната и авиационната индустрия, корабостроенето и др. Освен класическите инструменти, изработени от бързорезни стомани, в сегмента популярни са още моделите от твърдосплавни материали, както и диамантените. Върху инструменталния материал се нанася специално покритие, предназначено да повиши износоустойчивостта на инструмента и да подобри условията на рязане и стружкоотвеждане. Подходящи са материали като титанов карбид TiC, титанов нитрид TiN, титанов карбонитрид TiCN и др. В зависимост от функцията и приложенията си покритията се отличават по своята дебелина, компонентен състав, брой слоеве и т. н.

И макар цилиндричното и челното фрезоване съществено да се различават по ориентацията на оста на инструмента спрямо повърхнината, има редица технически аспекти и предизвикателства, които обединяват посоките на развитие при цилиндричните, челно-цилиндричните и челните фрези. Водещи сред тях са жизненият цикъл на инструменталната екипировка, износването и влиянието му върху качеството на повърхностите. На практика колкото по-дълъг е полезният живот на един режещ инструмент, толкова по-високи са общата му ефективност и производителност. С избора на оптимални процесни, геометрични и механични параметри той може да бъде значително удължен.

Почти всеки съвременен металообработващ цех използва цилиндрични и/или челни фрезови инструменти за груба, полуфинишна и финишна обработка, но много от тях пропускат значителни ползи по отношение на възможностите за по-високи темпове на отнемане на материал именно поради споменатата в началото заблуда. Голям процент от предприятията в тази група инвестират в скъпи и модерни обработващи центри, но ги “въоръжават” с морално и функционално остаряла инструментална екипировка. А реално са необходими най-иновативните концепции, разработени специално да оптимизират потенциала на фрезовите и обработващи центри от последно поколение. Само така е възможно постигането на отчетливи подобрения в ефективността и намаляване на разходите за единица продукция, особено при по-едрогабаритните детайли. Новите геометрии при цилиндричните фрези са насочени предимно към удължаване на жизнения цикъл на инструмента, намаляване силите на рязане и улеснено стружкоотвеждане, което редуцира натоварването върху режещите ръбове.

Базирани на изкуствен интелект платформи за мониторинг и диагностика, интегрирани в програмното управление на обработващите центри, могат прецизно да проследяват темповете на износване и да прогнозират с точност кога е необходима смяна или е налице риск от счупване.


Иновации в проектирането

Фрезовите инструменти с кръгли вложки обикновено са трудни за регулиране, когато пластините са износени, поради малките им размери и компактен дизайн. Фрезата трябва да се освободи от шпиндела и всяка вложка да се завърти ръчно до определена степен, за да се внесе нов режещ ръб в зоната на фрезоване. Времетраенето на тази спомагателна операция обаче е прекалено дълго за модерните високоефективни и производителни приложения. На пазара се предлагат иновативни решения, например нови технологии за затягане на вложките (подобни на метода, по който се захващат инструментите в държачите), които значително съкращават спомагателните операции, като същевременно осигуряват висока статична и динамична стабилност.

Централна роля в проектирането на цилиндрични и други типове фрези от ново поколение имат технологиите за триизмерно компютърно моделиране и симулация.

Водещ фактор, стимулиращ развитието в сегмента, е напредъкът при самите обработващи машини и центри. Досегашните конфигурации, работещи по-бавно и с голям въртящ момент, бяха способни на високи темпове на отнемане на материал при средна скорост. Моделите от ново поколение обработват с по-малък въртящ момент, но при много по-високи скорости.

Темповете на отнемане и постигането на желаното повърхностно качество са предизвикателства, които изискват изцяло нови стратегии при проектирането на инструментална екипировка.

Съвременните концепции при цилиндричните фрези са базирани на комплексни комбинации от микро- и макрофактори, като клас на инструменталния материал, геометрия на режещите ръбове, възможности за стружкочупене и стружкоотвеждане.

В отговор на пазарните изисквания фрезовите машини и центри са не само по-бързи и динамични, но често – много по-леки и компактни, като в допълнение изискват и по-малка дълбочина на рязане. Макар усъвършенстваните твърдосплавни материали и покрития да продължават да са водещи при фрезовите инструменти (при цилиндричните фрези това са бързорезните стомани), все по-широк асортимент от нетрадиционни инструментални материали си проправя път на пазара. Въвеждането на керамиката в сегмента например доведе до цялостно преосмисляне на физичните аспекти при отнемането на материал в металобработката. Новите разработки в сферата на материалите, включително закалените и неръждаеми стомани, суперсплавите от семейството на инконел и други “екзотични” сплави задават нови стандарти при проектирането и производството на фрези.

Карбидните режещи инструменти се оказват крайно недостатъчни да покрият непрекъснато нарастващия кръг от приложения във фрезоването, тъй като отдавна са достигнали технологичната си и пазарна зрялост. Иновациите при покритията донякъде помагат, но ефективността им е ограничена от високите температури и сили на триене, съпътстващи механичната обработка на твърди метали. Керамичните модели, от друга страна, са до седем пъти по-твърди от карбидните и са изцяло шлифовани, което позволява голяма свобода при геометриите. Използването им за обработка на високоустойчиви сплави обаче е свързано с дефинирането на такава траектория на инструмента, че контактната му зона да не напуска детайла, тъй като това може да съкрати полезния му живот с около 3%, изчисляват експертите. Новите класове инструментални материали позволяват и изработването на по-остри ръбове при цилиндричните фрези.


Пазарни тенденции

Един от водещите проблеми при т. нар. екзотични материали е свързан с генерирането на голямо количество топлина. Ето защо е необходимо технологиите при субстрата, покритието и геометрията да бъдат комбинирани така, че да се осигури максимално разсейване на топлинната енергия. Специализирано решение, насочено към разрешаването на това предизвикателство, е CVD покритие от титанов алуминиев нитрид (TiAlN), нанесено при ултраниско налягане, което съдържа по-голям процент алуминий в състава си. Това позволява на вложките да издържат на повече топлина и води до по-дълъг живот на инструмента. Концепции като тази са изключително успешни в приложения с голям обем на продукцията и бързо заменят традиционните решения.

Съществува пазарна необходимост от цялостно планиране при разработването на цилиндрични и други типове фрезови инструменти, особено за моделите, от които се очаква да извършват както груба, така и финишна обработка. Всяка промяна в параметрите на покритието може да доведе до изменение на микрогеометрията на една инструментална вложка или режещ ръб, както по отношение на размери, така и на форма и местоположение. Важно е това да бъде отчетено, особено при прецизните фрезови обработки. Ето защо все по-често патентованите инструментални материали и покрития се разработват едновременно, за да се осигури оптималната им съвместимост и кумулативна ефективност.

Сред водещите пазарни тенденции при фрезите е и повишеното търсене на специализирани инструменти. Въпреки по-високата им първоначална цена, в дългосрочен план те осигуряват голяма икономическа ефективност, тъй като позволяват специални настройки и стратегии за обработка, но също и значително опростяване на процеса. Тази промяна в пазарния микс е валидна дори за базови обработки като цилиндричното фрезоване, които също могат значително да се възползват от известна степен на специализация в дизайна и функционалността на инструмента в зависимост от конкретното приложение.

Коеволюцията на обработващите машини и режещите инструменти е от ключово значение да бъде синхронизирана по линия на един много важен аспект – размера. С диверсификацията при оборудването инструменталната екипировка е необходимо напълно да съответства на конкретната установка по отношение на нейния размер, мощност и производителност.

Пазарните анализатори прогнозират, че предстои многократно да нараснат приложенията на фрезоването с високи темпове на отнемане на материал. Крайната цел е съкращаване на цикъла на обработка и периода за пазарна реализация на едно метално изделие. В резултат на тази тенденция все повече металообработващи цехове инвестират в машини с такъв капацитет, способни на бърза и гъвкава изработка както на типови, така и на нестандартни детайли. Ето защо производителите на цилиндрични фрези все по-често влагат време и усилия в разработката на специализирани решения за този сегмент, наред с разширяване на асортимента от специализирани решения и възможности за персонализация.

Не на последно място, пазарната динамика налага осигуряването и на комбинирани решения, които могат да извършват груба и финишна обработка с една настройка, но с по-високо качество и по-малки допуски в сравнение с досегашните многофункционални фрези.

 

Top