Verktøy som brukes i CNC-dreiebenken

​ Dreiing med datastyrt numerisk styring (CNC) er en bærebjelke i moderne produksjon. Denne prosessen, der et skjæreverktøy fjerner materiale fra et roterende emne for å lage sylindriske former, er avgjørende i krevende bransjer som luftfart, bilindustri og medisin. Potensialet i CNC-maskinene realiseres bare med riktig valg og bruk av den mest kritiske komponenten: skjæreverktøyet.

Skjæreverktøyet er bindeleddet mellom maskinen og emnet, punktet der de digitale instruksene blir fysisk virkelighet. Et informert valg av verktøymateriale, geometri og oppspenningssystem påvirker direkte alle ytelsesmål:

• Målnøyaktighet.

• Kvaliteten på overflatefinishen.

• Varigheten av produksjonssyklusene.

• Lønnsomhet og konkurranseevne i produksjonen.

Typer verktøy for CNC-dreiebenker

For å forstå det brede utvalget av verktøy som finnes, må de klassifiseres etter funksjon, oppbygning og skjæreretning.

Klassifisering etter maskineringsoperasjon

Denne klassifiseringen grupperer verktøyene etter den spesifikke oppgaven de er laget for. De viktigste operasjonene er:

• Dreieverktøy (lengdedreiing): For å redusere emnets ytterdiameter.

• Plandreieverktøy: For å maskinere emnets endeflate.

• Innvendige dreieverktøy (utboring): For å forstørre eller finbearbeide innvendige diametre.

• Stikkeverktøy: For å lage kanaler eller spor med en bestemt bredde.

• Avstikkingsverktøy: For å kutte den ferdige delen fra råmaterialet.

• Gjengeverktøy: For å lage innvendige eller utvendige gjenger.

• Faseverktøy: For å lage en skrå kant.

• Formverktøy: Med en bestemt profil for å lage komplekse geometrier i én enkelt passering.

Klassifisering etter oppbygning

Verktøyets fysiske oppbygning bestemmer stivhet, kostnad og modularitet.

• Helverktøy (monoblokk): Hele verktøyet er laget av ett stykke materiale (f.eks. HSS eller hardmetall). Det gir utmerket stivhet, men når eggen er slitt, må hele verktøyet byttes eller slipes på nytt.

• Loddet verktøy: Består av en spiss av hardt materiale (f.eks. hardmetall) loddet på et rimeligere stålskaft. Det var en populær løsning før vendeskjærverktøyene slo gjennom.

• Klemt verktøy (skjærholder eller vendeskjær): Dette er det dominerende systemet i moderne CNC-maskinering. Det består av en gjenbrukbar verktøyholder som holder et utskiftbart skjær (vendeskjær). Når eggen er slitt, vendes eller byttes skjæret raskt og rimelig.

Klassifisering etter materetning

Verktøyets «hendthet» bestemmer i hvilken retning det kan skjære effektivt.

• Høyreverktøy (Right-Hand): Den vanligste typen, laget for å maskinere med mating fra pinoldokken (høyre) mot spindeldokken (venstre).

• Venstreverktøy (Left-Hand): Laget for motsatt operasjon og skjærer fra spindeldokken mot pinoldokken.

• Nøytralt verktøy: Har ingen foretrukket skjæreretning og kan maskinere i begge retninger, noe som er nyttig ved profil- og konturdreiing.

De mest brukte materialene i CNC-skjæreverktøy

Et verktøys ytelse henger tett sammen med egenskapene til eggmaterialet. Det ideelle materialet må ha en optimal kombinasjon av hardhet (slitestyrke) og seighet (bruddmotstand).

• Hurtigstål (HSS): Dette er komplekse stållegeringer med høyere seighet enn andre materialer, noe som gjør at de tåler slag og intermitterende skjæring. De brukes ved lave hastigheter, på mindre stive maskiner og for myke materialer som aluminium eller lavkarbonstål.

• Hardmetall (sementerte karbider): Dette er de mest allsidige og mest brukte materialene i CNC-dreiing. De består av harde partikler av wolframkarbid (WC) bundet i en koboltmatrise (Co). De har utmerket varmhardhet og slitestyrke og tillater langt høyere skjærehastigheter enn HSS.

• Cermet og keramikk: Cermet har høyere slitestyrke enn hardmetall og gir eksepsjonell overflatefinish, og foretrekkes derfor til finbearbeiding med høy hastighet. Keramikk er enda hardere og mer varmebestandig og tillater ekstremt høye skjærehastigheter, men er svært sprøtt. Det brukes ved maskinering av grått støpejern og herdet stål.

• Superharde materialer (CBN og PCD):

• Kubisk bornitrid (CBN): Det nest hardeste materialet man kjenner, og førstevalget for «harddreiing» (maskinering av stål med hardhet over 45 HRC), støpejern og superlegeringer.

• Polykrystallinsk diamant (PCD): Det hardeste verktøymaterialet som finnes. Det har uovertruffen slitestyrke. Det egner seg ikke til maskinering av stål på grunn av den kjemiske reaktiviteten med jern. Det brukes hovedsakelig til ikke-jernholdige materialer (aluminium, kobber) og svært slitende materialer (kompositter, forsterket plast).

• Belegg (PVD og CVD): Dette er svært tynne keramiske lag som legges på et substrat (vanligvis hardmetall) for å forbedre overflateegenskapene uten at det går ut over kjernens seighet.

• CVD (kjemisk dampavsetning): Gir tykke belegg som er ideelle til grovbearbeiding med høye hastigheter i stål og støpejern.

• PVD (fysisk dampavsetning): Gir tynnere og glattere belegg, som foretrekkes til finbearbeiding og til materialer som har lett for å klebe seg fast på eggen, som rustfritt stål og superlegeringer.

Slik velger du riktig verktøy for hver operasjon

Valget av optimalt verktøy bør følge en logisk og systematisk prosess for å sikre at alle kritiske variabler blir vurdert.

1. Analyse av emnet og materialet: Utgangspunktet er alltid emnet. Man må identifisere materialet (stål, rustfritt, støpejern osv.) for å velge skjærets sort (materiale og belegg). Man må også analysere geometri, toleranser og krav til overflatefinish.

2. Definisjon av operasjonen: Man må fastslå maskineringstypen (lengdedreiing, sporstikking osv.) og skille tydelig mellom grovbearbeiding (prioriterer materialfjerning) og finish (prioriterer presisjon og overflatekvalitet).

3. Valg av skjærgeometri:

• Spissvinkel: En stor vinkel (f.eks. 80°) gir en sterk egg, ideell for grovbearbeiding, mens en liten vinkel (f.eks. 35°) gir bedre tilgang ved komplekse profiler.

• Skjærstørrelse: Må stå i forhold til skjæredybden for å sikre stabilitet.

• Hjørneradius (RE): En stor radius tillater høyere mating og gir en sterkere egg, men kan gi vibrasjoner. En liten radius reduserer vibrasjonene og gir bedre finish, men begrenser matingen.

4. Valg av sort og sponbryter: Ut fra materialet og operasjonen velges hardmetallsort og belegg (CVD for grovbearbeiding av stål, PVD for rustfritt og finbearbeiding). Man velger en sponbryter som passer til mate- og dybdeområdet for å sikre god sponkontroll.

5. Valg av verktøyholder: Man bør velge en verktøyholder som gir maksimal stivhet (kortest mulig utstikk) og sikrer fri tilgang til maskineringsområdet uten fare for kollisjon.

Tips for riktig bruk av verktøy til CNC-dreiebenker

Riktig bruk og vedlikehold er avgjørende for å optimalisere verktøyets levetid og prosessens effektivitet.

Diagnose og håndtering av verktøyslitasje

Slitasje er en uunngåelig prosess som gir verdifull informasjon om maskineringen. Overvåking av slitasjen er nøkkelen til å forebygge katastrofale feil. De vanligste typene slitasje og løsningene på dem er:

• Flankeslitasje: Skyldes hovedsakelig for høy skjærehastighet. Løsningen er å redusere hastigheten eller velge en mer slitesterk sort.

• Kraterslitasje: Det dannes et krater på verktøyets sponflate på grunn av høye temperaturer. Løsningen er å bruke et tykkere belegg (CVD-type) eller redusere hastigheten.

• Påsveising (BUE): Materiale fra emnet sveiset fast på eggen, vanlig ved lave hastigheter. Løsningen er å øke skjærehastigheten eller bruke et glattere belegg (PVD-type).

• Eggutbrudd/flising: Små brudd i eggen, ofte på grunn av for lav seighet eller vibrasjoner. Løses ved å velge en seigere sort eller redusere matingen.

Bruk av kjølemidler

Skjærevæsken eller kjølemiddelet har flere funksjoner: å senke temperaturen, smøre, beskytte mot korrosjon og bidra til sponevakueringen.

• Flomkjøling: Den tradisjonelle metoden, der et stort volum kjølemiddel tilføres med lavt trykk.

• Høytrykkskjøling (HPC): Sender høytrykksstråler med kjølemiddel direkte mot skjæreeggen. Den er ekstremt effektiv til å bryte og fjerne spon og gjør det mulig å øke skjæreparameterne betydelig.

Forebyggende vedlikehold av maskinen

En dårlig vedlikeholdt maskin kan gi vibrasjoner eller unøyaktigheter som fører til for tidlig verktøyslitasje. Et vedlikeholdsprogram med jevne intervaller som omfatter rengjøring, kontroll av smøremidler, inspeksjon av oppretting og kalibrering av aksene, er avgjørende for å sikre en stabil og presis plattform der verktøyene fungerer som de skal.