Alati koji se koriste na CNC tokarilici

​ Tokarenje s računalnim numeričkim upravljanjem (CNC) temeljni je stup suvremene proizvodnje. Taj postupak, u kojem rezni alat skida materijal s rotirajućeg izratka kako bi stvorio cilindrične oblike, ključan je u vrlo zahtjevnim industrijama kao što su zrakoplovna, automobilska i medicinska. Potencijal CNC strojeva ostvaruje se tek pravilnim odabirom i primjenom njihove najvažnije komponente: rezni alat.

Rezni alat poveznica je između stroja i izratka, točka u kojoj digitalne upute postaju fizička stvarnost. Promišljen odabir materijala alata, njegove geometrije i sustava stezanja izravno utječe na sve pokazatelje učinka:

• Dimenzijska točnost.

• Kvaliteta površine.

• Trajanje proizvodnih ciklusa.

• Isplativost i konkurentnost operacije.

Vrste alata za CNC tokarilicu

Da bi se razumio širok raspon dostupnih alata, potrebno ih je razvrstati prema funkciji, konstrukciji i smjeru rezanja.

Podjela prema operaciji obrade

Ova podjela grupira alate prema specifičnom zadatku za koji su projektirani. Glavne operacije uključuju:

• Alati za tokarenje (uzdužno tokarenje): Za smanjenje vanjskog promjera izratka.

• Alati za čeono tokarenje: Za obradu čeone plohe izratka.

• Alati za unutarnje tokarenje: Za proširivanje ili završnu obradu unutarnjih promjera.

• Alati za urezivanje utora: Za izradu kanala ili utora određene širine.

• Alati za odrezivanje: Za odrezivanje gotovog izratka od sirovog materijala.

• Alati za narezivanje navoja: Za izradu unutarnjih ili vanjskih navoja.

• Alati za skošenje (obaranje bridova): Za izradu kosog ruba.

• Profilni alati: S određenim profilom za izradu složenih geometrija u jednom prolazu.

Podjela prema konstrukciji

Fizička izvedba alata određuje njegovu krutost, cijenu i modularnost.

• Monolitni tip (iz jednog komada): Cijeli je alat izrađen od jednog komada materijala (npr. HSS ili puni tvrdi metal). Pruža izvrsnu krutost, ali kad se oštrica istroši, cijeli se alat mora zamijeniti ili ponovno naoštriti.

• Lemljeni tip: Sastoji se od vrha od tvrdog materijala (npr. tvrdog metala) zalemljenog na jeftinije čelično tijelo. Bio je popularno rješenje prije procvata alata s izmjenjivim pločicama.

• Tip sa stezanjem (držač s izmjenjivim pločicama): To je prevladavajući sustav u suvremenoj CNC obradi. Sastoji se od višekratno upotrebljivog držača alata koji drži zamjenjivu reznu pločicu. Kad se oštrica istroši, pločica se brzo i jeftino okrene ili zamijeni.

Podjela prema smjeru posmaka

„Orijentacija” alata određuje smjer u kojem može učinkovito rezati.

• Desni alat (Right-Hand): Najčešća vrsta, namijenjena obradi s posmakom od konjića (desno) prema glavi (lijevo).

• Lijevi alat (Left-Hand): Namijenjen obrnutoj operaciji, rezanju od glave prema konjiću.

• Neutralni alat: Nema preferirani smjer rezanja i može obrađivati u oba smjera, pa je koristan za profiliranje i konturiranje.

Najčešći materijali CNC reznih alata

Učinak alata neraskidivo je povezan sa svojstvima materijala njegove oštrice. Idealan materijal mora imati optimalnu kombinaciju tvrdoće (otpornosti na trošenje) i žilavosti (otpornosti na lom).

• Brzorezni čelici (HSS): To su složene čelične legure veće žilavosti od drugih materijala, što im omogućuje da podnose udarce i prekinuto rezanje. Koriste se pri malim brzinama, na manje krutim strojevima i za meke materijale kao što su aluminij ili niskougljični čelici.

• Tvrdi metali (sinterirani karbidi): Najsvestraniji su i najviše se koriste u CNC tokarenju. Sastoje se od tvrdih čestica volframova karbida (WC) povezanih u matrici od kobalta (Co). Pružaju izvrsnu tvrdoću pri visokim temperaturama i otpornost na trošenje, što omogućuje brzine rezanja znatno veće nego kod HSS-a.

• Cermeti i keramika: Cermeti su otporniji na trošenje od tvrdih metala i daju iznimnu kvalitetu površine, pa im se daje prednost za završnu obradu velikim brzinama. Keramika, još tvrđa i otpornija na toplinu, omogućuje iznimno velike brzine rezanja, ali je vrlo krhka. Koristi se za obradu sivog lijeva i kaljenih čelika.

• Supertvrdi materijali (CBN i PCD):

• Kubični borov nitrid (CBN): Drugi je najtvrđi poznati materijal i pravi izbor za „tvrdo tokarenje” (obradu čelika tvrdoće veće od 45 HRC), lijevova i superlegura.

• Polikristalni dijamant (PCD): Najtvrđi je dostupni materijal za alate. Pruža nenadmašnu otpornost na trošenje. Nije prikladan za obradu čelika zbog kemijske reaktivnosti sa željezom. Primjenjuje se za obojene metale (aluminij, bakar) i vrlo abrazivne materijale (kompozite, ojačanu plastiku).

• Prevlake (PVD i CVD): To su vrlo tanki keramički slojevi koji se nanose na podlogu (obično tvrdi metal) kako bi se poboljšala svojstva površine bez narušavanja žilavosti jezgre.

• CVD (kemijsko taloženje iz parne faze): Daje debele prevlake, idealne za grubu obradu velikim brzinama čelika i lijevova.

• PVD (fizikalno taloženje iz parne faze): Daje tanje i glađe prevlake, kojima se daje prednost za završnu obradu i obradu materijala koji se lijepe za oštricu, poput nehrđajućih čelika i superlegura.

Kako odabrati odgovarajući alat za svaku operaciju

Odabir optimalnog alata mora slijediti logičan i sustavan postupak kako bi se uzele u obzir sve kritične varijable.

1. Analiza izratka i materijala: Polazište je uvijek izradak. Treba odrediti materijal (čelici, nehrđajući čelici, lijevovi itd.) kako bi se odabrala kvaliteta (materijal i prevlaka) pločice. Također treba analizirati geometriju, tolerancije i zahtjeve kvalitete površine.

2. Određivanje operacije: Treba odrediti vrstu obrade (uzdužno tokarenje, urezivanje utora itd.) i jasno razlikovati dvije faze: gruba obrada (prednost ima skidanje materijala) i završna obrada (prednost imaju točnost i kvaliteta površine).

3. Odabir geometrije pločice:

• Kut vrha: Veliki kut (npr. 80°) daje čvrstu oštricu, idealnu za grubu obradu, dok mali kut (npr. 35°) omogućuje bolji pristup složenim profilima.

• Veličina pločice: Mora biti razmjerna dubini rezanja kako bi se zajamčila stabilnost.

• Radijus vrha (RE): Veliki radijus omogućuje veće posmake i daje čvršću oštricu, ali može izazvati vibracije. Mali radijus smanjuje vibracije i omogućuje bolju završnu obradu, ali ograničava posmak.

4. Odabir kvalitete i lomača strugotine: Na temelju materijala i operacije odabiru se kvaliteta tvrdog metala i prevlaka (CVD za grubu obradu čelika, PVD za nehrđajuće čelike i završnu obradu). Odabire se lomač strugotine koji odgovara rasponu posmaka i dubine rezanja kako bi se osigurala odgovarajuća kontrola strugotine.

5. Odabir držača alata: Treba odabrati držač alata koji pruža najveću krutost (što kraći prepust) i jamči slobodan pristup zoni obrade bez opasnosti od kolizije.

Savjeti za pravilnu upotrebu alata za CNC tokarilicu

Pravilna upotreba i održavanje ključni su za optimizaciju vijeka trajanja alata i učinkovitosti procesa.

Dijagnostika i upravljanje trošenjem alata

Trošenje je neizbježan proces koji daje vrijedne informacije o obradi. Praćenje trošenja ključno je za sprječavanje katastrofalnih kvarova. Uobičajene vrste trošenja i njihova rješenja su:

• Trošenje stražnje površine: Uzrokuje ga uglavnom prevelika brzina rezanja. Rješenje je smanjiti brzinu ili odabrati kvalitetu otporniju na trošenje.

• Kraterno trošenje: Nastanak kratera na prednjoj površini alata, uzrokovan visokim temperaturama. Rješenje je upotrijebiti deblju prevlaku (tipa CVD) ili smanjiti brzinu.

• Naljepak (BUE): Materijal izratka zavaren na oštricu, čest pri malim brzinama. Rješenje je povećati brzinu rezanja ili upotrijebiti glađu prevlaku (tipa PVD).

• Okrhnuća/lomljenje oštrice: Mali lomovi na oštrici, često zbog nedovoljne žilavosti ili vibracija. Rješava se odabirom žilavije kvalitete ili smanjenjem posmaka.

Primjena rashladnih sredstava

Sredstvo za hlađenje i podmazivanje ima više funkcija: snižava temperaturu, podmazuje, štiti od korozije i pomaže u odvođenju strugotine.

• Hlađenje poplavljivanjem: Tradicionalna je metoda kojom se dovodi velika količina rashladnog sredstva pod niskim tlakom.

• Hlađenje pod visokim tlakom (HPC): Usmjerava mlazove rashladnog sredstva pod visokim tlakom izravno na reznu oštricu. Iznimno je učinkovito za lomljenje i odvođenje strugotine te omogućuje znatno povećanje parametara rezanja.

Preventivno održavanje stroja

Loše održavan stroj može izazvati vibracije ili netočnosti koje uzrokuju prijevremeno trošenje alata. Program održavanja koji redovito uključuje čišćenje, provjeru maziva, pregled poravnanja i kalibraciju osi ključan je za stabilnu i preciznu platformu na kojoj alati ispravno rade.