V jednom z předcházejících vydání Technického týdeníku bylo zamyšlení nad zkratkami: HSC, HFC a HPC. Stručný výklad první z nich již byl uveřejněn. Dnes věnujeme pozornost zbývajícím dvěma. Jejich rozluštění je následující: HFC (High Feed Cutting) – vysokoposuvové obrábění.
Tato metoda obrábění, nazývaná též Obrábění s vysokými posuvovými rychlostmi nebo u frézování HFM (High Feed Milling), je poměrně produktivní, ale mnohdy vyžaduje speciální nástrojové a strojní vybavení včetně nutnosti dodržovat určitá nezbytná pravidla NC programování. Kupř. na rozdíl od HSC (High Speed Cutting) je u HFC nutno sledovat nejen maximální použitelné pracovní otáčky hlavního vřetene obráběcího stroje, ale především parametry maximální aplikovatelné posuvové rychlosti. Při pořizování či NC programování obráběcího centra pro tuto výrobní metodu nesmí být opomenuta ani kontrola aplikovatelného (vysokého) zrychlení ve všech řízených osách. Obecně je však možno konstatovat, že frézování (obrábění) velkými posuvy (řádově v desetinách až jednotkách milimetrů na zub) má ekonomický i ekologický přínos.
Tato technologie třískového obrábění je patrně nejčastěji spojována s frézováním, kdy umožňuje úběr materiálu s malou hloubkou řezu (do cca ap = 2 mm) a s vysokým posuvem na zub frézy (až cca fz = 3 mm). Nejen speciální nástrojové vybavení tak za těchto podmínek zajišťuje zrychlení výrobního procesu (zkrácení strojních časů). Konstrukce nástrojů je založena především na aplikaci vyměnitelných břitových destiček (dále jen VBD), které jsou rozměrově i tvarově robustní a mají malý úhel nastavení hlavního ostří ?r. VBD svou konstrukcí a v kombinaci s vhodně stanovenými řeznými podmínkami umožňují odebírání velkého množství materiálu za časovou jednotku (ve srovnání s běžným obráběním), povněž zlepšují stabilitu a spolehlivost procesu řezání změnou směru výsledného silového zatížení řezného nástroje (obrobku) v pracovním procesu. Zmenšení radiální složky silového zatížení vede ke konstrukci fréz s délkou až 7x D, a to i při odlehčení upínací části nástroje (nízké radiální síly umožňují i velké vyložení řezného nástroje). Zmiňované odlehčení je důležité kvůli nežádoucímu kontaktu stopky s obrobkem při hrubovacích operacích. Nástroje jsou svojí konstrukcí vhodné i pro tzv. ponorné obrábění (plunging), ale o tom až někdy příště v samostatném příkladu. HPC (High Performance Cutting, někdy též High Productive Cutting) – vysokovýkonné obrábění je založeno na požadavku velkého úběru třísky. Tento proces je tedy typický pro hrubovací operace nebo pro zpracování těžko obrobitelných materiálů. Hloubku řezu je možno považovat za velkou (cca 1,5D), přestože metoda vychází z HSC a je řazena mezi alternativní technické inovace. Vyznačuje se ekologickými a ekonomickými přednostmi především v sériové výrobě. Vyžaduje však striktní dodržení některých pravidel týkajících se soustavy stroj-nástroj-obrobek.
Z pohledu řezného nástroje je kupř. pro úspěšné frézování možno doporučit kvalitní substrát slinutého karbidu (ve zkratce SK) s povlakem vysoké tepelné odolnosti, jako je třeba TiAlN. Dnes jsou běžně obráběny oceli až do tvrdosti 67 HRC (což je tvrdost rychlořezné oceli). Pro zvýšení stability je preferováno sražení nebo zaoblení břitu. Typickými řeznými nástroji jsou frézovací hlavy s vyměnitelnými břitovými destičkami, speciální čelní stopkové frézy, ale také vrtáky, vyvrtávací hlavy či nástroje pro speciální třískové obrábění.
Z pohledu stroje jsou požadavky kladené na úspěšné obrábění metodou HPC považovány za nejnáročnější. Jejich úspěšné vyřešení rozhoduje o ceně zakázky či o její rentabilitě. Preferováno je mnohdy suché obrábění (stejně jako bylo popsáno u HSC), protože náklady na procesní kapaliny se i zde pohybují na úrovni 16-17 % celkových výrobních nákladů. U strojů je dále zvláště důležitý stupeň automatizace a napojení externích zařízení (dopravníky, automatická výměna nástrojů a obrobků atd.). Předpokladem jsou i vřetena s vysokým výkonem a krouticím momentem.
Z pohledu obrobku je vhodné upřednostnit součásti, u kterých je dominantní strojní čas a časy vedlejší jsou „zanedbatelné“. V takových případech je zvýšení řezné či posuvové rychlosti nejvýznamnější. Současnou aplikací sdružených nástrojů je možno dále minimalizovat časy vedlejší (časy na výměnu nástroje). Na rozdíl od HSC se však tato technologie využívá zejména k obrábění dvourozměrných tvarů (2,5D obrábění).
Není snadné nalézt jednoznačnou hranici mezi vysokorychlostním (HSC) a vysokovýkonným (HPC) třískovým obráběním. O tom, který ze způsobů je optimální pro konkrétní aplikaci, musí rozhodnout detailní analýza výrobních možností i samotný obrobek. Pokud bychom však naznačenou problematiku rozvíjeli dále, mohla by se naše pozornost zaměřit i na HSPC (High Speed Precision Cutting) – vysokorychlostní přesné obrábění, ale o tom detailněji zase někdy příště. Dnes jen zmíníme, že využití je např. u mikrofrézovacích a vyvrtávacích center při výrobě elektrotechnických čipů, kde je vyžadována stále vyšší přesnost na malé ploše (kontrola takových obrobků se realizuje při pětisetnásobném optickém zvětšení), nebo při výrobě v hodinářském průmyslu.
Článek vznikl za spolupráce Vysokého učení technického v Brně, FSI, ÚST, Odboru technologie obrábění, s firmou Siemens a redakcí Technického týdeníku.
Ing. Aleš Polzer, Ph.D.