Frézování II
Frézování drážek je další typickou frézovací úlohou. Drážku lze zhotovit frézováním buď obvodem kotoučové frézy, nebo několika způsoby stopkovou frézou. Volba nástroje závisí v prvé řadě na tvaru, průřezu a velikosti drážky – nejproduktivnější metodou zhotovování přímých, dlouhých a hlubokých drážek je frézování kotoučovými frézami; drážky uzavřené, nelineární či takové, které jsou u dna širší než u povrchu, je nutné vytvořit pomocí stopkové frézy. Dále závisí na typu obráběcího stroje, který je k dispozici (horizontální či vertikální), na velikosti přípustných řezných sil působících na obrobek, na požadované kvalitě obrobené plochy a pod.
Při frézování kotoučovou frézou je nutné volit průměr frézy a rozteč zubů v závislosti na hloubce obráběné drážky tak, aby byl v záběru vždy alespoň jeden zub nástroje z důvodu omezení torzních kmitů; posuv na zub se volí s ohledem na optimální tloušťku třísky (v případě hluboké drážky se volí menší a naopak). Pro širší drážky se používají kotoučové frézy s možností přesného axiálního nastavení řezných destiček upnutých v kazetách; přesné seřízení přispívá k vyšší kvalitě povrchu boků drážky (obr. 1). Příkladem jsou frézy Sandvik Coromant CoroMill® 331, Iscar TangSlot SDN- CALN 12 nebo Seco typ 335.8 B adjustable.
Obr.1: Kotoučová fréza CoroMill® 331 (Sandvik Coromant)
Pro úzké drážky se používají frézy se svěrným upnutím řezných destiček, obdobným, jaký se používá u zapichovacích nástrojů; z důvodu bezpečnosti je nutné bezpodmínečně respektovat výrobcem udávané maximální otáčky nástroje. Pro ilustraci lze uvést nástroje Iscar SelfGrip SGSF či TangSlit TGSF, Walter F2255.B nebo Sandvik Coromant CoroMill® 329.
Zhotovení drážky stopkovou frézou (obr. 2) dává nejen možnost obrobení nelineárního tvaru drážky - drážky širší u dna nebo drážky uzavřené či širší než je průměr nástroje, ale dává na výběr i komplikovanější technologie jejího zhotovení. Pro obtížně obrobitelné materiály se používá trochoidní frézování drážek, které se vyznačuje malými radiálními silami a umožňuje dobrý odvod třísek (max. O nástroje by neměl překročit 70 % šířky drážky); problémy s velkým vyložením nástroje řeší použití ponorného frézování (výhodné při malé tuhosti stroje a pro eliminaci vibrací, minimalizují se radiální řezné síly, ale je nutné provést dočištění bočních stěn drážky). Snadno lze zařadit i dokončovací operace nebo lze použít stopkovou frézu i pro jiné operace než drážkování. Vnitřní drážky v dutině rotačního či obecného tvaru se zhotovují rovněž stopkovými frézami. Ve všech případech je zapotřebí použít nejkratší možné vyložení nástroje; při velkém vyložení je výhodné pracovat s malou hloubkou řezu a vyššími rychlostmi posuvu a pro dostatečnou stabilitu posuvu je nutné použít frézu s největší možnou velikostí. Všem jmenovaným aplikacím musí odpovídat koncepce obráběcího stroje i jeho řídicí systém. Nabídka stopkových fréz na trhu je obrovská a pro každou aplikaci lze nalézt řadu vhodných nástrojů.
Obr.2: Stopkové frézy Jabro TM – HPM (Seco)
Tvarové frézování a frézování
dutin doznává v poslední době výrazného rozšíření především z důvodu nárůstu výroby vstřikovacích forem a zápustek, které vyžadují zhotovení komplexních 3D tvarů mnohdy v těžko přístupné dutině nástroje. Základními problémy, se kterými se tyto metody obrábění musí vyrovnat, jsou změny řezné geometrie při pohybu nástroje podél obráběné plochy s různým sklonem, velké vyložení nástroje nutné pro práci v dutině a s tím související možnost vzniku vibrací a v neposlední řadě predikovatelná životnost nástroje, nutná pro opracování celé plochy jedním nástrojem, aby nedocházelo ke ztrátám způsobeným výměnou nástroje či nutností odstranění stop na styku ploch opracovaných více nástroji.
Obr.3: Vytváření dutiny konturovacím frézováním (Iscar)
Vzhledem k měnícímu se sklonu opracované plochy se používají frézy s kruhovými řeznými destičkami nebo stopkové frézy s kulovým čelem, jejichž další výhodou je menší množství neodebraného materiálu na rozhraní jednotlivých vrstev. Vhodnou volbou metody a nástroje se sníží nebo dokonce vyloučí potřeba časově náročného ručního doleštění. Při vytváření dutiny je důležité volit řezné podmínky tak, aby se minimalizovala hloubka řezu a dosáhla se konstantní velikost přídavku, aby u každého nástroje docházelo pouze k malým změnám pracovního zatížení nebo směru pohybu. Vytváří-li se dutina konturovacím frézováním (obr. 3) – tzn. po vrstevnici, odebíráním materiálu vrstvu po vrstvě, lze snáze kontrolovat řeznou rychlost. Lze navíc využít velké rychlosti posuvu či metodu vysokorychlostního obrábění, dosahuje se vysoké produktivity, spolehlivosti a dlouhé životnosti řezného nástroje. Při vytváření dutiny v celistvém povrchu obrobku se do záběru dostává střed nástroje s nulovou řeznou rychlostí; odpomocí je volba vhodného nástroje nebo sklonění jeho osy o 10°- 15°. Při kopírovacím frézování dráha nástroje představuje kombinaci vzestupného a sestupného frézování s řadou nájezdů a výjezdů ze záběru. Vzniká riziko vylamování břitu při přiblížení se nástroje ke dnu dutiny, kolísá jeho zatížení i řezné podmínky (hloubka řezu i efektivní řezná rychlost), při přiblížení nástroje ke stěně se výrazně zvyšuje styčná délka břitu a obrobku a roste nebezpečí vzniku vibrací a průhybu nástroje. Dynamické vlivy (rázy, změna zatížení nástroje měnící jeho průhyb) mohou způsobovat chyby v dosažené geometrii opracované plochy. Pro práci s velkým vyložením se s výhodou používají nástrojové systémy držáků s přesnými výměnnými hlavicemi (obr. 4), např. Sandvik Coromant CoroMill® nebo Iscar Multi- Master. Výměnné hlavice se dodávají v řadě materiálových i tvarových variant; jejich výměnu na držáku lze provést ve velmi krátkém čase přímo na stroji a bez náročného doseřizování. Nebezpečí vzniku vibrací se sníží zmenšením hloubky řezu, řezné rychlosti či posuvu, použitím tuhého a vyváženého nástroje s minimálním radiálním házením a nasazením tlumeného držáku či nástrojového adaptéru.
Speciální metody
zahrnují řadu postupů přizpůsobených pro daný účel. Pro frézování hran, frézování odlehčení či přípravu pro svařování většinou nejsou zapotřebí velké hloubky řezu či šířky záběru v porovnání s průměrem frézy. Proto lze volit vyšší řeznou rychlost i vyšší posuv na zub. Tvar sražení může být dán tvarem nástroje – např. vhodnou výměnnou hlavicí – nebo využitím sklonění vřetena či obrobku, dovoluje- li to koncepce a řídicí systém stroje. Sražení hrany otvoru lze provádět např. stopkovými frézami Sandvik Coromant CoroMill® 327 a 328 nebo noži CoroTurn® XS s využitím kruhové interpolace, a to i z odvrácené strany otvoru.
Obr. 4: Držáky s výměnnými hlavicemi CoroMill® 316 (Sandvik Coromant)
Rotačním frézováním se rozumí frézování zakřivených povrchů či excentrických profilů při současném otáčení obrobku kolem jeho osy. Nástroj může mít osu kolmou k ose otáčení obrobku, má tak menší vyložení a může pracovat s vyššími řeznými parametry; má-li nástroj osu rovnoběžnou s osou otáčení obrobku, je sice tuhost systému menší, ale lze opracovávat i vnitřní plochy. Podmínkou použití těchto metod je stroj se 4 – 5 řízenými osami.
Obr.5: Ponorné frézování
Při ponorném frézování (obr. 5) je materiál odebírán čelem nástroje, což znamená převážně axiální řezné síly, působící ve směru nejvyšší tuhosti vřetena stroje. V důsledku toho lze volit vyšší řezné podmínky ve srovnání s úběrem materiálu obvodem nástroje při jeho velkém vyložení. Doporučují se menší velikosti posuvu na zub; požadavek na více zubů současně v záběru a maximální možnou šířku záběru, danou velikostí řezné destičky, tuto nevýhodu výkonově vyrovnají. Vzdálenost mezi sousedními polohami frézy by měla odpovídat hodnotě cca 75 % průměru frézy. Jako příklad nástrojů pro ponorné frézování lze uvést nástroje Iscar TangPlunge nebo frézy Sandvik Coromant Coro- Mill® 210 a R215. Pro vytváření dutin se dále používá lineární postupné zahlubování a zavrtávací frézování, rozšiřování dutiny pomocí kruhové interpolace (dvouosé) i postupné zahlubování s využitím šroubovicové interpolace (tříosé), trochoidální frézování (odebírání tenkých vrstev materiálu frézováním pomocí kruhové interpolace se současným pohybem vpřed) a řada dalších metod, jejichž použití je podmíněno vhodným strojem, řídicím systémem a zvládnutím potřebné složitosti programování. Jako zajímavost lze uvést specializované nástroje pro frézování miniaturních struktur např. pro medicínské účely, pro vytváření struktur povrchu s definovanými optickými vlastnostmi nebo pro opravy tištěných spojů. Celkem běžně se dodávají stopkové frézy s průměrem 0,2 mm (Sumitomo Mould Finish Master BNBP, Zecha TORX®); extrém představují miniaturní stopkové frézy s průměrem 0,05 – 0,25 mm(!) firmy Spanabhebende Präzisionswerkzeuge GmbH.
Výběr nástroje a podmínek obrábění
Z analýzy tvaru a velikosti obráběné plochy, s přihlédnutím ke skupině materiálu obráběného dílce i vhodnému typu obráběcího stroje, který je k dispozici, se stanoví typ nástroje, který bude schopen požadovanou operaci provést. V první fázi se volí fréza s jemnou roztečí zubů, která je vhodná pro obecné použití, a s vhodným úhlem nastavení. Dále se zvolí geometrie VBD, opět jako první volba typ pro střední obrábění, a posoudí se podmínky obrábění (hloubka řezu vzhledem k maximu vhodnému pro vybranou VBD, přerušované nebo plynulé řezy, obrábění za sucha či za mokra a přihlédne se k typu aplikace – těžké, střední či lehké frézování). Na základě podmínek obrábění a požadované odolnosti vůči opotřebení se vybere řezný materiál VBD a z funkčního diagramu pro vybranou VBD se stanoví vhodný posuv na zub a hloubka řezu. Provedou se korekce na tuhost stroje a obrobku a zpracují se aplikační pokyny – např. poloha frézy vůči obrobku při práci – a konečně se stanoví řezné podmínky (otáčky nástroje, řezná rychlost, posuv/zub a rychlost posuvu), resp. kontroluje se dostatečný výkon stroje. Každý z renomovaných výrobců výběru vhodného nástroje, řezného materiálu i stanovení optimálních řezných podmínek. Proto, jedná-li se o sériovou výrobu, kde nepatrná odchylka od optimálních hodnot může zapříčinit značné ztráty, je nanejvýš vhodné vycházet z postupů a hodnot, které výrobce doporučuje.
Ing. Petr Borovan