В областта на металообработката навлязоха някои нови технологии през последните години, благодарение на които се постига по-голямо спестяване на ресурси и енергия при производство.
Благодарение на развитието в тези технологии обработката на материали, които трудно се поддават на обработка, става все по-лесна, ефективна и енергоспестяваща.
Едно от тези нововъведения е увеличаването на здравината на конструкцията на CNC машините и въвеждането на подсилени CBN инструменти (от кубичен борен нитрид) и керамика.
В резултат от напредъка в разработките и подобренията по металорежещите и металообработващите CNC машини, струговането измести шифоването от позицията на предпочитан метод на обработка на трудно поддаващи се на обработка детайли. По този начин все по-често може да се използва трудно обработваем материал за създаване на сложни детайли, без компромис в качеството.
Благодарение на тези иновации в създаването на металообработващи машини можем да използваме режещи инструменти от стандартен карбид при обработката на детайли от закален материал, и да постигаме същите резултати по отношение на качеството на повърхностите и изискваните размери на детайлите, също както при стандартните методи за шлифоване.
Какво е механична обработка на материали?
Механичната високоскоростна обработка на метални детайли е съвременна технология, която включва отнемане определено количество материал от детайл. При този вид металообработка се постига високо ниво на качество, ефективност и прецизност при крайния резултат.
Това, което я отличава от другите методи за металообработка, е голямата скорост на въртене на шпиндела. Тази по-голяма скорост осигурява съответно по-добър краен резултат при готовите метални детайли, който се изразява в по-малко на брой дефекти, стружки и по-висок клас на грапавост на повърхностите.
При тази технология отпада нуждата от използване на смазочно-охлаждащи течности, тъй като между инструмента и детайла няма високо топлинно натоварване.Това съответно води и до минимална пластична деформация.
Има приложение в обработването на цветни метали (закалена стомана, алуминий), сплави с висока твърдост, както и на материали, които не се подлагат лесно на обработка.
Механичната високоскоростна обработка се използва за създаване на инструментална екипировка и детайли с малки размери. Тя се осъществява посредством машини за металообработка (центри), които са предназначени за струговащи и фрезоващи операции.
Машините за високоскоростна обработка могат да бъдат с допълнителни устройства за обратна връзка и специални системи за управление и контрол. Сега струговането на труднообработваеми детайли не се нуждае от последващо шлифоване за постигане на по-качествен завършен вариант.
Струговане или шлифоване?
И двата метода имат своите предимства и недостатъци. Изборът на металообработващ метод зависи основно от зададените крайни цели в производството и изискванията за качество.
Истината е, че струговането е заменило шлифоването в редица металообработващи операции, но шлифоването си остава единствен възможен метод на обработка при определен тип операции.
Например при прекъснато рязане шлифоването остава предпочитан метод, тъй като струговането произвежда вибрации със специфична амплитуда, което понижава качеството на крайното изделие.
Има няколко показателни причини, поради които е по-добре да изберем струговането пред шлифоването като метод за металообработка. Тук ще разгледаме особеностите на тези два металообработващи метода и ще ги сравним.
Струговане
Струговането е един от най-популярните методи на металообработка чрез рязане. Струговащите машини работят чрез стругарски ножове, с които обстъргват вътрешни и външни ротационни повърхнини, пробиват канали, създават резби и челни повърхнини, обработват повърхнини със сложна структура. Едни от продуктите на струговането са зъбни колела, валове и лагери от закалена стомана.
Самият процес по струговане се осъществява чрез главно (въртеливо) движение, което се изпълнява от обработваемия детайл и подавателно (праволинейно) движение, което се изпълнява от обработващия инструмент.
Инструментите на струговащите машини предназначени за труднообработваеми материали биват керамични, от алуминиева сплав или такива от кубичен борен нитрид (CBN). Наричат се също вложки или пластини.
Керамичните режещи инструменти са съставени от керамични пластини от титанов карбид и диалуминиев триоксид. Тези материали постигат отлична производителност при високоскоростна обработка без прекъсване, дори при трудни за обработка материали.
Ефективността на тези инструменти се дължи на факта, че високата им скорост на работа води и до висока температура в зоната, където се обработва даден детайл. В резултат от повишението в температурата материалът омеква и това спомага за по-лесната му обработка.
По отношение на това кои инструменти са по-добри при високоскоростна обработка без пауза, то режещите инструменти от керамична смес имат по-добро представяне в сравнение с CBN пластините.
Керамичните инструменти са по-подходящи за постигане на нормална дълбочина на обработка, отколкото CBN инструментите, които са подходящи за работа с прекъсване. Последните също така осигуряват различни видове дълбочина на рязане, тъй като са с по-голяма здравина от керамичните инструменти.
Друго предимство на керамичните инструменти е фактът, че предлагат добро съотношение между цена и производителност. Когато говорим за струговане на труднообработваеми материали, става въпрос за обработка на прътов материал или детайл с твърдост по-висока от 45 HRc.
Предимства при струговането на трудно обработваеми материали
По-високо качество и ефективност
Машините за струговане осигуряват по-голямо качество в обработката на метални детайли спрямо машините за шлифоване, поради факта, че струговащите машини могат с една настройка и с едни и същи инструменти да осъществят пълна обработка на детайли, както и да предложат универсалност на обработката и ефективност при отнемане на материала.
Ефективността на струговането на трудни за обработка материали се постига заради високата скорост на крайната обработка на повърхностите на детайлите.
По тозин начин се постига по-голяма ефективност в производството, тъй като не се губи време в смяна на металообработващи инструменти или промяна на настройката на работа на машината.
Още едно от предимствата на струговите машини е, че при тях няма нужда от използване на филтрираща система или охлаждаща течност при обработка на труднообработваеми детайли.
Повече функции
Друго предимство на струговането е гъвкавостта и широкия набор от функции, които предлага в металообработката на труднообработваеми детайли.
Полезното при него е, че не се налага да се правят няколко отделни настройки, за да се постигне цялостна обработка на всички повърхности на всеки един детайл. Чрез струговането можем да имаме по-голямо разнообразие от геометрични форми при обработваните повърхности.
Струговането постига добри резултати при обработка на сложни детайли, където за да постигнем нужните параметри и контури на дадена заготовка, е необходимо да работим с профилни шлифовъчни дискове.
То намира приложение и в автомобилната индустрия при създаването на авто части. Някои от тях са автомобилни диференциали и зъбни колела. Характерно за струговането на автомобилни части е постигането на пространствена стабилност.
Това означава, че се постига по-високо качество на обработката на повърхностите на заготовките, както и по-добра прецизност. Постига се по-голяма точност по отношение на зададените параметри на детайла, като се минимизира риска от отклонения и дефекти. Автоматичното компенсиране на инструментите подпомага допълнително пространствения контрол.
По-висока скорост
Предпочитан метод за механична обработка на труднообработваеми материали е струговането. С него се постига до три пъти по-бърза скорост на обработка на труднообработваеми материали от шлифоването.
Например при обработка на легирани и въглеродни стомани, скоростта на повърхностна обработка при CBN пластините на струговете е от 90 до 150 м. в минута, а скоростта на подаване на обработващия инструмент при тях е 0,05-0,20 mm.
При стругова обработка на инструментални стомани скоростта на рязане от 45 до 100 м. в минута, а скоростта на подаване също е 0,05-0,20 mm. И при трите вида стомана дълбочината на рязане при струговането е между 0,08 и 0,5 mm.
За нивото на производителност при струговането ясно говори фактът, че ако при шлифоването трябва да зададем няколко операции и да направим смяна на няколко инструмента, за да постигнем желания резултат при изделието, то при струговането е съвсем различно.
Струговащите машини могат с една настройка и с минимален брой обработващи инструменти да извършват както струговащи, така и фрезови операции. При тях можем да комбинираме няколко обработвателни операции в един цикъл, което оказва значително влияние на цялостната производителност на металообработката без да влияе на крайното качество на изделията.
По-ниска цена
CNC машините предназначени за струговане са почти двойно по-евтини от CNC машините за шлифоване, което ги прави практичен избор за металообработващата индустрия.
Също така струговането се явява по-икономичен производствен метод в сравнение с шлифоването. Това е вярно поради факта, че енергията необходима за изработката на един детайл при шлифоването е около пет пъти по-висока от тази, която е необходима за създаване на детайл чрез струговане.
По отношение на крайната цена струговането на труднообработваеми детайли излиза по-евтино от шлифоването. Причина за това е, че при струговането се постигат по-малко на брой и по-къси цикли на обработка и минимални настройки на процеса, което спестява от разходите за електричество.
Освен това при този вид металообработка може да се спести по отношение на използваните режещи инструменти и консумативи. Девет на брой струговащи машини могат да извършват операции, за които са необходими около 19 шлифовъчни машини.
Друг пример за икономичността на струговането е при обработка на труднообработваеми детайли, които изискват грубо и фино шлифоване. Обработката на детайли на струговаща машина вместо на шлифоваща машина за грубо шлифоване намалява значително общите производствени разходи.
Всъщност струговането вече е изместило грубото шлифоване при производство на канали за търкалящи лагери, както и в обработката на странични повърхности и външни диаметри, които преди не са били обект на обработка. При струговането също така отпада нуждата от допълнително обработване на детайлите.
Общите производствени разходи при груба и фина обработка на закалени материали чрез струговане са с 40% по ниски спрямо тези, които са при шлифоване на същия тип материали.
Видове машини за струговане
Струговането се изпълнява чрез струг или стругов център, който може да обработва голям брой повърхнини без да има нужда от повторно закрепване на обработвания детайл. По този начин се постига производство на метални детайли с напълно еднакви параметри.
Що се касае обработката на детайли от материали, които трудно се поддават на обработка, приложение намират CNC струговете с цангов патронник, както и тези с две оси. Все по-често в струговането на труднообработваеми детайли започват да се използват и малки стругове с многоножови държачи.
Тъй като обикновено струговането на трудни за обработка материали включва обработка само на определен брой елементи от самите детайли, затова и стругове оборудвани с 2 до 5 инструмента са напълно достатъчни за изпълнението на тази задача.
