Предимства на сухата машинна обработка

В контактната зона между ръба на металообработващ инструмент и метална заготовка температурата може да варира от 200°C до над 1300°C. При такива температури по-меките метали, като алуминият например, могат да се разтопят, а обработваната повърхност на детайла може да бъде повредена. Благодарение на съвременните технологии при покритията за металообработващи инструменти, експлоатационните им характеристики трудно могат да бъдат влошени само от топлината. Топлинният шок и бързите вариации в температурата са факторите, които е много по-вероятно да съкратят живота на инструментите от излагането им на високи температури. По мнение на експерти в областта на машинната обработка, комбинацията от умерена температура в зоната на рязане и малък топлинен шок намаляват износването на инструмента, а ниският температурен градиент понижава риска от остатъчно напрежение в по-долните слоеве на високояките обработвани метали.

Особености на машинната обработка със смазочно-охлаждащи течности
При по-голямата част от операциите по металообработка традиционно се използват смазочно-охлаждащи течности (СОТ), които най-общо изпълняват три функции: намаляване на температурата на обработвания детайл; намаляване на температурата на инструмента; отвеждане на стружките извън зоната на рязане. В глобален мащаб тази практика води до използването на хиляди литри охладителни флуиди годишно, които струват доста.
Основният проблем, свързан с използването на СОТ, специално при фрезоването, е топлинният шок. При навлизането на инструмента в обработвания детайл режещият му ръб генерира сили на триене и постепенно се загрява. При прекъсване на контакта между инструмента и заготовката в контактните зони се впръсква смазка, която мигновено ги охлажда. Впоследствие операцията се подновява, контактът се възстановява и цикълът се повтаря. Независимо дали режещият инструмент е монолитен или съставен (с вложка), постоянното редуване на високи и ниски температури в зоната на рязане се отразява негативно върху здравината и издръжливостта му. Тази последователност води до топлинен шок, който способства за разрушаването на режещия ръб много по-бързо в сравнение с приложения, в които инструментът се оставя да реже загрят през цялото време.

Суха машинна обработка при различните металообработващи операции
Сухата машинна обработка (без използването на СОТ) става все по-популярна в металорязането, особено при фрезовите операции. При пробиването смазочните флуиди са необходимост, тъй като инструментът е в по-продължителен контакт с обработвания материал и смазката изпълнява ключова роля в стружкоотвеждането.
Сухото струговане е рядкост, тъй като при тази операция режещият ръб на инструмента е постоянно в контакт със заготовката и без охладителна течност той рано или късно се поврежда. Ето защо фрезоването се смята за основната област в металорязането, при която методът на суха обработка носи съществени ползи, които значително надвишават негативите от липсата на СОТ.
При фрезовите приложения операцията по обработка на заготовката винаги е прекъсната, а това увеличава риска от повреждане на инструмента вследствие на топлинни натоварвания и редуване на високи и ниски температури. Така на практика сухото фрезоване се оказва предпочитана обработваща стратегия в приложения, в които дългият експлоатационен живот на режещия инструмент е приоритет, например при обработката на стомана, чугун или някои неръждаеми материали и сплави.

Предимства на сухата обработка
Съществуват четири основни довода в ползва на сухата машинна обработка. Това са: елиминирането на топлинния шок за инструмента; икономията на разходи, свързани със закупуването и използването на СОТ; екологичните ползи във връзка с по-малкото количество отпадъчни охлаждащи течности в околната среда, както и здравните ползи за операторите на металообработващи машини, които не работят с такива флуиди. С всяко следващо поколение технологии машините стават все по-бързи. При скоростите, с които се въртят шпинделите на съвременните модели смазочно-охлаждащите течности обикновено се пулверизират при впръскването им върху зоната на рязане. При смяната на инструментите работниците са изложени на риск от вдишване на тези химически вещества.
Все по-високите скорости на машините превръщат сухата обработка в особено практичен вариант. Преди около две десетилетия една цилиндрична фреза с диаметър 150-200 мм можеше да бъде оставена да работи повече от час с 10 мм дълбочина на рязане и около 200-300 оборота в минута. Макар генерираната в процеса топлина да беше ограничена от ниските скорости на обработка, използването на СОТ беше обосновано от това да се поддържа хладна заготовката, докато режещият инструмент я обработва с часове.

Високоскоростна суха машинна обработка
Днес машините са все по-леки и бързи, и с по-малък въртящ момент, но дълбочината на рязане няма как да се увеличава драстично. Ето защо обикновено модерните фрези обработват с малка дълбочина на рязане, но с висока скорост на въртене и захождане в метала. При по-високи скорости и температури на рязане отделните етапи от цикъла на обработка са много по-кратки. Преди 10-15 години стандартът при фрезоване със СОТ беше повърхностна скорост от около 140-150 метра в минута, докато днес възможностите на съвременните металорежещи инструменти и покрития позволяват бързо сухо рязане със скорости от порядъка на 230-280 mpm. Тези високи скорости спомагат и за намаляване на риска от повреждане на обработваната повърхност. Една от стратегиите за суха обработка е изключително бързото рязане на кратки етапи с цел задържане на топлината в стружките и предотвратяване на навлизането й в обработвания детайл.
Както високоскоростната, така и сухата машинна обработка са техники, опосредствани до голяма степен от въвеждането на програмно управление при металорежещите машини. Моделите с ЦПУ могат да работят при много по-големи темпове на отнемане на материал и притежават капацитет за много по-големи програми за обработка. Благодарение на възможностите на CAD/CAM софтуера скоростите на машинна обработка достигнаха невиждани досега стойности без компромиси с точността, дори и при сухо рязане.

Удължен живот на инструментите
По-острите режещи инструменти имат по-дълъг оставащ експлоатационен живот. Някои производители на инструментална екипировка днес демонстрират решения с до 2,5 по-дълъг живот при суха машинна обработка в сравнение с конвенционално рязане със СОТ, използвайки една и съща геометрия и материал на инструмента. При суха обработка се постигат и по-високи скорости. Високотехнологичните покрития за металорежещи инструменти, разработени специално за суха машинна обработка, са проектирани да предпазват инструмента от високите температури на рязане. Те функционират като топлинен щит между горещите стружки, произведени в процеса на високоскоростно сухо рязане, и карбидния субстрат например. Именно карбидната технология е сред тенденциите при материалите в областта на инструменталната екипировка, които налагат сухата машинна обработка в съвременната практика. Карбидите стават все по-издръжливи на механични натоварвания и се износват, а не стружкоотделят, което ги прави предпочитана група материали за металообработващи инструменти.

Сухо струговане
Макар сухото струговане да е рядко срещано, редица машиностроителни компании все пак го прилагат. Някои производители на метални компоненти, например на зъбни предавки и валове, не използват СОТ при машинната обработка, тъй като обработващите им центри са изцяло автоматизирани, с обработваните детайли и инструментите не се борави ръчно и генерираната в процеса топлина не е проблем. Другите типични ползи от използването на смазочно-охлаждаща течност – контрол на стружкоотделянето и стружкоотвеждането, по-точен повърхностен финиш и по-високо качество на изработваните детайли – не са релевантни в такива приложения, при които заготовките традиционно се довършват с инструменти от кубичен бор нитрид. Ето защо за такива операции сухата обработка се оказва по-рентабилна алтернатива, особено по отношение на икономиите от разходи за СОТ и екологичните ползи.

Четете повече относно Покритията за инструменти за високоскоростна суха и квазисуха обработка тук.