Prelucrare între doi umeri – accent pe canelare

Canelare, debitare, canelare de profil: canelarea este unul dintre cele mai exigente procese în strunjire. Spre deosebire de strunjirea longitudinală sau frontală convențională, muchia așchiatoare prelucrează piesa de prelucrat între doi umeri în timpul canelării și debitării. Tocmai aceste condiții limită caracterizează în mod fundamental procesul. În timp ce așchiile pot curge relativ liber în timpul strunjirii longitudinale, la canelare umerii piesei de prelucrat limitează muchia așchiatoare la stânga și la dreapta. De mai bine de 50 de ani, Paul Horn GmbH dezvoltă soluții tocmai pentru aceste operațiuni de prelucrare și este considerată la nivel mondial ca fiind un specialist în acest domeniu.

În canelare, așchia părăsește practic zona de prelucrare în sus și împotriva direcției de avans. Acest lucru impune cerințe mai ridicate în ceea ce privește geometria sculei, formarea așchiilor, răcirea și stabilitatea procesului. Chiar și abaterile minore pot provoca înfășurarea așchiilor, uzură crescută, o calitate slabă a suprafeței sau chiar ruperea sculei. Prin urmare, canelarea este departe de a fi un proces simplu. Numai interacțiunea coordonată dintre tehnologia sculei, stratul de acoperire, stabilitatea mașinii-unelte, tehnologia de fixare și controlul procesului asigură rezultate consistente. Scopul este întotdeauna acela de a forma așchia într-un mod controlat, de a o îndepărta în siguranță din canelură și, în același timp, de a obține o durată lungă de viață a sculei și rezultate de prelucrare reproductibile.

Importanța geometriei muchiei așchiatoare

Geometria muchiei așchiatoare are o influență semnificativă asupra canelării și debitării. Principalele sale sarcini sunt ghidarea așchiilor într-un mod controlat și formarea precisă a acestora.

În controlul așchiilor, geometria produce forme scurte și ușor de manevrat, cum ar fi așchii elicoidale, așchii în formă de spirală, așchii în formă de virgulă, așchii segmentate sau așchii discontinue. Acest lucru previne înfășurarea așchiilor și reduce întreruperile procesului. Pe de altă parte, panglicile lungi de șpan se înfășoară în jurul piesei de prelucrat sau al sculei, împiedică curgerea așchiilor și degradează calitatea suprafeței. În același timp, geometria remodelează și îngustează selectiv șpanul. Această îngustare permite evacuarea în siguranță a șpanului din canelură, chiar și în situații de prelucrare restrânse. Fără o rupere țintită a așchiilor, se produce șpan lat care se freacă de pereții laterali ai canelurii și deteriorează suprafața piesei.

Influența geometriei este deosebit de evidentă atunci când se compară diferite profile de rupere a așchiilor. Profilele de rupere a așchiilor rectificate, rotunde, au adesea doar un efect minimal asupra așchiei, care curge în mare măsură necontrolat și formează panglici lungi. Pe de altă parte, geometriile cu profile pronunțate de rupere a așchiilor produc așchii scurte, controlate și puternic deformate. Această formare controlată a așchiilor reprezintă baza proceselor de prelucrare stabile. În special în cazul materialelor inoxidabile, cum ar fi 1.4305, geometria corectă determină fiabilitatea procesului și durata de viață a sculei. Chiar și la viteze de așchiere de aproximativ 100 m/min și avansuri de aproximativ 0,12 mm/rot, formarea așchiilor are o influență semnificativă asupra rezultatului prelucrării.

Canelarea trohoidală

Canelarea trohoidală extinde posibilitățile proceselor convenționale de canelare. În loc să prelucreze întreaga canelură printr-o singură trecere la adâncime maximă, scula se deplasează de-a lungul piesei de prelucrat urmând o traiectorie suprapusă. Această strategie reduce sarcina asupra sculei. În același timp, evacuarea așchiilor este îmbunătățită deoarece se produc secțiuni transversale mai mici ale așchiilor. Această metodă oferă avantaje deosebite pentru canelare adâncă sau la prelucrarea materialelor dificil de prelucrat. Parametrii tipici ai procesului includ, de exemplu, viteze de așchiere de aproximativ 280 m/min și avansuri de până la 0,6 mm/rot. Se utilizează adâncimi minime de așchiere de aproximativ 0,7 mm și adâncimi maxime de așchiere de până la 1,5 mm. Unghiul de tăiere se situează de obicei între 40° și 60°. Unghiurile de angajare mai mici reduc forțele radiale. În același timp, sarcina termică asupra muchiei așchiatoare este redusă. Procesul este deosebit de adecvat pentru prelucrarea modernă de înaltă performanță și pentru obținerea unor debite mari de îndepărtație a materialului.

Importanța straturilor de acoperire moderne

Acoperirea plăcuțelor de canelare moderne influențează eficiența costurilor și fiabilitatea procesului. Aceasta reduce uzura, minimizează frecarea dintre așchie și sculă, previne formarea depunerilor pe tăiș (built-up edge) și permite parametri de așchiere mai ridicați. În același timp, un strat de acoperire adecvat îmbunătățește detectarea uzurii și crește stabilitatea procesului. Numeroși factori de influență trebuie luați în considerare la dezvoltarea straturilor de acoperire pentru scule. Aceștia includ interacțiunea chimică dintre sculă și materialul piesei de prelucrat, raza muchiei așchiatoare, procesul de acoperire și proprietățile mecanice ale stratului. Cu toate acestea, interacțiunea tuturor acestor elemente rămâne critică. Dacă geometria, substratul și stratul de acoperire nu sunt compatibile, apar tensiuni interne în interiorul stratului. Acestea pot îmbunătăți duritatea și tenacitatea, dar pot provoca, de asemenea, fisurarea sau exfolierea.

Un strat de acoperire adaptat procesului influențează durata de viață a sculei. Cu toate acestea, stratul de acoperire nu trebuie privit în mod izolat. Interacțiunea întregului proces de prelucrare rămâne cheia. Stabilitatea mașinii-unelte, fixarea piesei de prelucrat, portscula, strategia de răcire și parametrii de așchiere afectează în mod direct performanța plăcuței. Testele practice arată că sunt posibile creșteri semnificative ale duratei de viață a sculei pur și simplu prin utilizarea unor straturi de acoperire adaptate. În același timp, combinațiile necorespunzătoare de geometrie, strat de acoperire și parametri de proces duc rapid la uzură prematură. Proiectarea procesului necesită întotdeauna o viziune holistă asupra întregului sistem de prelucrare.

Răcirea în timpul procesului de canelare

Răcirea joacă un rol crucial în canelare. Aceasta reduce stresul termic asupra muchiei așchiatoare, în timp ce lichidul de așchiere sprijină activ îndepărtarea așchiilor din zona de tăiere. Se generează temperaturi ridicate, în special la canelarea oțelului inoxidabil. Studiile practice relevă diferențe între diverse strategii de răcire. Când alimentarea cu agent de răcire extern este la presiune joasă, apare adesea o uzură severă pe fața de degajare. Dacă presiunea agentului de răcire este crescută, uzura este redusă semnificativ.

Sistemele care direcționează lichidul de răcire către fața de degajare obțin rezultate excelente. Portsculele moderne cu alimentare integrată cu agent de răcire permit o răcire țintită direct în zona de tăiere. Acest lucru reduce stresul termic asupra muchiei așchiatoare. În plus, evacuarea așchiilor este îmbunătățită. Sistemele moderne de portscule alimentează cu precizie fețele de degajare și de așezare prin canale de răcire integrate. Alimentarea directă cu lichid de răcire ridică devreme așchia și o transportă în afara canelurii într-un mod controlat. Portsculele dispun de obicei de racorduri universale pentru lichidul de răcire prin fante sau porturi G1/8”.

Nu numai alimentarea cu agent de răcire, ci și compoziția acestuia influențează procesul de prelucrare. Chiar și modificările minore ale conținutului de ulei dintr-o emulsie pot avea un impact semnificativ asupra duratei de viață a sculei. Exemplele practice arată că creșterea conținutului de ulei de la 11% la 13% la prelucrarea Inconel 718 poate duplica durata de viață a sculei. În special în cazul materialelor rezistente la temperaturi ridicate, un conținut mai mare de lubrifiant diminuează frecarea dintre așchie și sculă. Acest lucru reduce temperatura și uzura, îmbunătățind în același timp formarea așchiilor.

Debitarea în axele X și Y

Debitarea este ultima etapă de prelucrare la arborele principal. Erorile în acest proces duc direct la rebuturi sau la deteriorarea componentei.

În mod tradițional, debitarea se efectuează de-a lungul axei X. În acest caz, forțele de așchiere acționează perpendicular pe portsculă. Pe măsură ce distanța dintre muchia așchiatoare și suport crește, consolei (sovransul) și, prin urmare, momentul de încovoiere cresc, iar tensiunea și suscepțibilitatea la vibrații se amplifică. La debitarea prin axa Y, direcția forței de așchiere rezultante se modifică. O majoritate a forței este absorbită de structura rigidă a mașinii, în timp ce doar o proporție mică este direcționată împotriva mecanismului de avans. Forța rezultantă este transmisă în portsculă la un unghi de aproximativ 30 de grade. În consecință, tendința efectivă de încovoiere este redusă semnificativ. În plus, evacuarea așchiilor este îmbunătățită, deoarece descărcarea așchiilor se face direct în jos, în batiul mașinii.

Rapoartele de forță diferite afectează în mod direct sarcina asupra lăcașului plăcuței. Presupunând forțe de 2000 N perpendiculare pe muchia așchiatoare și 400 N radial, debitarea de-a lungul axei X are ca rezultat o sarcină semnificativ mai mare din cauza momentului de încovoiere ridicat.

La debitarea pe axa Y, această sarcină este redusă cu aproximativ 30 la sută. În consecință, procesele rulează mai lin și cu vibrații reduse. Exemplele practice arată că trecerea de la debitarea pe axa X la cea pe axa Y îmbunătățește atât durata de viață a sculei, cât și stabilitatea procesului.

În unele aplicații, durata de viață a sculei a fost mai mult decât dublată, menținându-se neschimbați parametrii de așchiere. În același timp, nivelul de zgomot este redus. Cu toate acestea, debitarea pe axa Y necesită ca mașina și sistemul de control să sprijine cursele axelor și strategiile de prelucrare necesare.

Canelarea contururilor complexe

Contururile complexe, cum ar fi profilele cu mai mulți dinți, impun cerințe stricte strategiei de proces. O opțiune este crearea conturului în mod convențional, pas cu pas, utilizând o sculă de canelare. În acest caz, canelurile individuale sunt programate și executate secvențial. Această metodă este adecvată în special pentru prototipuri sau loturi mici. Pentru volume mari de producție, totuși, efortul de programare și prelucrare crește considerabil. Alternativ, sculele de canelare de formă permit producerea întregului contur într-o singură operațiune de prelucrare, utilizând o muchie de profilare proiectată special care creează întreaga geometrie dintr-o singură mișcare. Avantajele sunt reproductibilitatea ridicată și timpii de prelucrare scuri. Cu toate acestea, lungimea mare a muchiei așchiatoare aflate în contact în același timp generează forțe mari de prelucrare, care pot cauza vibrații, urme pe suprafață și abateri dimensionale.

Canelarea de profil tangențial extinde procesul clasic de canelare de formă printr-o strategie semnificativ mai stabilă. Plăcuța este așezată de obicei la un unghi de aproximativ 45° în lăcașul plăcuței. Scula nu intră radial în piesa de prelucrat, ci este ghidată tangențial pe lângă piesa de prelucrat. În acest proces, elementele individuale ale conturului sunt create secvențial. Spre deosebire de canelarea radială de formă, întreaga lățime a muchiei așchiatoare nu se angajează simultan în material. Măsurătorile efectuate cu sisteme de măsurare a forței arată diferențe clare între cele două metode. În canelarea convențională de formă, pot apărea forțe de așchiere de aproape 6.000 N. În canelarea de profil tangențial, forțele sunt semnificativ mai mici. Sarcina redusă asigură procese de tăiere mai line, mai puțin stres asupra mașinii și niveluri de zgomot mai scăzute. În plus, finisajul suprafeței piesei strunjite este îmbunătățit.

Concluzie

Horn este considerat un specialist în canelarea rentabilă și fiabilă. Geometriile optimizate ale muchiilor așchiatoare, straturile de acoperire moderne, răcirea țintită și stabilitatea ridicată a mașinii sunt cruciale pentru procese stabile. Formarea optimizată a așchiilor și răcirea internă îmbunătățesc semnificativ îndepărtarea așchiilor, calitatea suprafeței și durata de viață a sculei. Procese precum canelarea trohoidală sau debitarea pe axa Y reduc forțele, cresc stabilitatea procesului și sporesc rentabilitatea.