Sculele folosite pe strungul CNC

​ Strunjirea cu Comandă Numerică Computerizată (CNC) este un pilon fundamental al fabricației moderne. Acest proces, în care o sculă așchietoare îndepărtează material de pe o piesă în rotație pentru a crea forme cilindrice, este esențial în industrii foarte exigente precum cea aerospațială, auto și medicală. Potențialul mașinilor CNC se concretizează doar prin alegerea și utilizarea corectă a componentei lor celei mai critice: scula așchietoare.

Scula așchietoare este legătura dintre mașină și piesă, punctul în care instrucțiunile digitale devin realitate fizică. Alegerea informată a materialului sculei, a geometriei și a sistemului său de prindere influențează direct toți indicatorii de performanță:

• Precizia dimensională.

• Calitatea finisării suprafeței.

• Durata ciclurilor de producție.

• Rentabilitatea și competitivitatea operațiunii.

Tipuri de scule pentru strungul CNC

Pentru a înțelege gama largă de scule disponibile, este necesar să le clasificăm după funcție, structură și direcția de așchiere.

Clasificare după operația de prelucrare

Această clasificare grupează sculele după sarcina specifică pentru care au fost concepute. Principalele operații includ:

• Scule de strunjire (strunjire cilindrică): Pentru reducerea diametrului exterior al piesei.

• Scule de strunjire frontală: Pentru prelucrarea feței frontale a piesei.

• Scule de alezare: Pentru lărgirea sau finisarea diametrelor interioare.

• Scule de canelare: Pentru crearea de canale sau degajări cu o lățime specifică.

• Scule de retezare: Pentru separarea piesei finite de materialul brut.

• Scule de filetare: Pentru generarea filetelor interioare sau exterioare.

• Scule de teșire: Pentru crearea unei muchii înclinate.

• Scule de profilare: Cu un profil specific, pentru crearea unor geometrii complexe dintr-o singură trecere.

Clasificare după structura constructivă

Arhitectura fizică a sculei îi definește rigiditatea, costul și modularitatea.

• Tip integral (monobloc): Întreaga sculă este fabricată dintr-o singură bucată de material (de ex. HSS sau carbură integrală). Oferă o rigiditate excelentă, dar odată ce tăișul se uzează, întreaga sculă trebuie înlocuită sau reascuțită.

• Tip lipit (cu plăcuță lipită): Constă dintr-un vârf din material dur (de ex. carbură) lipit pe un corp din oțel mai ieftin. A fost o soluție populară înainte de răspândirea sculelor cu plăcuțe schimbabile.

• Tip cu fixare mecanică (port-plăcuță sau cu plăcuțe schimbabile): Este sistemul dominant în prelucrarea CNC modernă. Este format dintr-un portsculă reutilizabil care fixează o plăcuță așchietoare (insert) înlocuibilă. Când tăișul se uzează, plăcuța se rotește sau se înlocuiește rapid și economic.

Clasificare după direcția de avans

„Orientarea" sculei determină direcția în care poate așchia eficient.

• Sculă pe dreapta (Right-Hand): Este tipul cel mai comun, conceput pentru prelucrarea cu avans de la păpușa mobilă (dreapta) spre păpușa fixă (stânga).

• Sculă pe stânga (Left-Hand): Concepută pentru operația inversă, așchiind de la păpușa fixă spre păpușa mobilă.

• Sculă neutră: Nu are o direcție de așchiere preferată și poate prelucra în ambele direcții, fiind utilă pentru operații de profilare și conturare.

Cele mai folosite materiale pentru sculele așchietoare CNC

Performanța unei scule este legată intrinsec de proprietățile materialului tăișului său. Materialul ideal trebuie să aibă o combinație optimă de duritate (rezistență la uzură) și tenacitate (rezistență la rupere).

• Oțeluri rapide (HSS): Sunt aliaje complexe de oțel cu o tenacitate superioară altor materiale, ceea ce le permite să reziste la șocuri și la așchiere întreruptă. Se folosesc în operații la viteză mică, pe mașini mai puțin rigide și pentru materiale moi precum aluminiul sau oțelurile cu conținut scăzut de carbon.

• Carburi metalice (carburi sinterizate): Sunt cele mai versatile și mai folosite la strunjirea CNC. Constau din particule dure de carbură de wolfram (WC) legate într-o matrice de cobalt (Co). Oferă o duritate la cald și o rezistență la uzură excelente, permițând viteze de așchiere mult mai mari decât HSS.

• Cermeturi și materiale ceramice: Cermeturile oferă o rezistență la uzură mai mare decât carburile și produc finisări excepționale ale suprafeței, fiind preferate pentru operațiile de finisare la viteză mare. Materialele ceramice, și mai dure și mai rezistente la căldură, permit viteze de așchiere extrem de mari, dar sunt foarte fragile. Se folosesc la prelucrarea fontei cenușii și a oțelurilor călite.

• Materiale superdure (CBN și PCD):

• Nitrură cubică de bor (CBN): Este al doilea cel mai dur material cunoscut și este alegerea pentru „strunjirea dură" (prelucrarea oțelurilor cu duritate peste 45 HRC), a fontelor și a superaliajelor.

• Diamant policristalin (PCD): Este cel mai dur material pentru scule disponibil. Oferă o rezistență la uzură de neegalat. Nu este potrivit pentru prelucrarea oțelurilor, din cauza reactivității chimice cu fierul. Aplicația sa se concentrează pe materialele neferoase (aluminiu, cupru) și pe materialele foarte abrazive (compozite, materiale plastice ranforsate).

• Acoperiri (PVD și CVD): Sunt straturi ceramice foarte subțiri depuse pe un substrat (de regulă carbură) pentru a-i îmbunătăți proprietățile superficiale fără a compromite tenacitatea miezului.

• CVD (depunere chimică din fază de vapori): Produce acoperiri groase, ideale pentru degroșarea la viteze mari a oțelurilor și fontelor.

• PVD (depunere fizică din fază de vapori): Produce acoperiri mai subțiri și mai netede, preferate pentru operațiile de finisare și pentru prelucrarea materialelor care tind să adere la tăiș, precum oțelurile inoxidabile și superaliajele.

Cum se alege scula potrivită pentru fiecare operație

Alegerea sculei optime trebuie să urmeze un proces logic și sistematic, pentru a asigura luarea în considerare a tuturor variabilelor critice.

1. Analiza piesei și a materialului: Punctul de plecare este întotdeauna piesa. Trebuie identificat materialul (oțeluri, inoxidabile, fonte etc.) pentru a alege calitatea (materialul și acoperirea) plăcuței. De asemenea, trebuie analizate geometria, toleranțele și cerințele de finisare a suprafeței.

2. Definirea operației: Trebuie stabilit tipul de prelucrare (strunjire cilindrică, canelare etc.) și trebuie făcută o distincție clară între degroșare (prioritizează îndepărtarea materialului) și finisare (prioritizează precizia și calitatea suprafeței).

3. Alegerea geometriei plăcuței:

• Unghiul la vârf: Un unghi mare (de ex. 80°) oferă un tăiș rezistent, ideal pentru degroșare, în timp ce un unghi mic (de ex. 35°) oferă o accesibilitate mai bună pentru profiluri complexe.

• Dimensiunea plăcuței: Trebuie să fie proporțională cu adâncimea de așchiere, pentru a garanta stabilitatea.

• Raza la vârf (RE): O rază mare permite avansuri mai mari și oferă un tăiș mai rezistent, dar poate provoca vibrații. O rază mică reduce vibrațiile și permite finisări mai bune, dar limitează avansul.

4. Alegerea calității și a sfărâmătorului de așchii: În funcție de material și de operație, se alege calitatea carburii și acoperirea (CVD pentru degroșarea oțelurilor, PVD pentru inoxidabile și finisare). Se alege un sfărâmător de așchii corespunzător domeniului de avans și adâncimii de așchiere, pentru a asigura un control adecvat al așchiilor.

5. Alegerea portsculei: Trebuie ales un portsculă care să ofere rigiditate maximă (consola cea mai scurtă posibil) și care să garanteze un acces liber la zona de prelucrare, fără risc de coliziune.

Sfaturi pentru utilizarea corectă a sculelor pentru strungul CNC

Utilizarea și întreținerea adecvate sunt esențiale pentru optimizarea duratei de viață a sculei și a eficienței procesului.

Diagnosticarea și gestionarea uzurii sculei

Uzura este un proces inevitabil, care oferă informații valoroase despre prelucrare. Monitorizarea uzurii este esențială pentru a preveni defecțiunile catastrofale. Tipurile comune de uzură și soluțiile lor sunt:

• Uzura pe fața de așezare: Cauzată în principal de o viteză de așchiere prea mare. Soluția este reducerea vitezei sau alegerea unei calități mai rezistente la uzură.

• Uzura în crater: Formarea unui crater pe fața de degajare a sculei, cauzată de temperaturile ridicate. Soluția este folosirea unei acoperiri mai groase (tip CVD) sau reducerea vitezei.

• Depunere pe tăiș (BUE): Material al piesei sudat pe tăiș, frecvent la viteze mici. Soluția este creșterea vitezei de așchiere sau folosirea unei acoperiri mai netede (tip PVD).

• Ciupituri/ciobiri: Mici fracturi ale tăișului, adesea din cauza lipsei de tenacitate sau a vibrațiilor. Se rezolvă alegând o calitate mai tenace sau reducând avansul.

Utilizarea lichidelor de răcire

Fluidul de așchiere sau lichidul de răcire are mai multe funcții: reduce temperatura, lubrifiază, protejează împotriva coroziunii și ajută la evacuarea așchiilor.

• Răcire prin inundare: Este metoda tradițională, care aplică un volum mare de lichid de răcire la presiune joasă.

• Răcire la presiune înaltă (HPC): Direcționează jeturi de lichid de răcire la presiune înaltă direct pe tăiș. Este extrem de eficientă pentru fragmentarea și evacuarea așchiilor, permițând creșteri semnificative ale parametrilor de așchiere.

Întreținerea preventivă a mașinii

O mașină întreținută necorespunzător poate induce vibrații sau imprecizii care provoacă o uzură prematură a sculei. Un program de întreținere regulat, care să includă curățarea, verificarea lubrifianților, inspecția alinierii și calibrarea axelor, este esențial pentru a asigura o platformă stabilă și precisă, pe care sculele să funcționeze corect.