Verktyg som används i CNC-svarven

En Svarvning med datorstyrd numerisk styrning (CNC) är en grundpelare i modern tillverkning. Denna process, där ett skärverktyg avverkar material från ett roterande arbetsstycke för att skapa cylindriska former, är avgörande i krävande branscher som flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin och medicinteknik. CNC-maskinernas potential förverkligas först genom rätt val och användning av deras mest kritiska komponent: skärverktyget.

Skärverktyget är länken mellan maskinen och arbetsstycket, den punkt där de digitala instruktionerna blir fysisk verklighet. Ett välgrundat val av verktygsmaterial, geometri och fastspänningssystem påverkar direkt alla prestandamått:

• Måttnoggrannhet.

• Ytfinishens kvalitet.

• Produktionscyklernas längd.

• Verksamhetens lönsamhet och konkurrenskraft.

Typer av verktyg för CNC-svarvar

För att förstå det breda utbudet av tillgängliga verktyg måste man klassificera dem efter funktion, uppbyggnad och skärriktning.

Klassificering efter bearbetningsoperation

Denna klassificering grupperar verktygen efter den specifika uppgift de är konstruerade för. De viktigaste operationerna är:

• Svarvverktyg (längdsvarvning): För att minska arbetsstyckets ytterdiameter.

• Plansvarvningsverktyg: För att bearbeta arbetsstyckets ändyta.

• Invändiga svarvverktyg (urborrning): För att förstora eller finbearbeta innerdiametrar.

• Spårsvarvningsverktyg: För att skapa kanaler eller spår med en bestämd bredd.

• Avstickningsverktyg: För att skära av den färdiga detaljen från råmaterialet.

• Gängverktyg: För att skapa invändiga eller utvändiga gängor.

• Fasningsverktyg: För att skapa en avfasad kant.

• Formverktyg: Med en specifik profil för att skapa komplexa geometrier i ett enda skär.

Klassificering efter konstruktion

Verktygets fysiska uppbyggnad avgör dess styvhet, kostnad och modularitet.

• Helverktyg (i ett stycke): Hela verktyget är tillverkat av ett enda stycke material (t.ex. HSS eller solid hårdmetall). Det ger utmärkt styvhet, men när eggen är sliten måste hela verktyget bytas eller slipas om.

• Lödda verktyg: Består av en spets av hårt material (t.ex. hårdmetall) som är lödd på ett billigare stålskaft. Det var en populär lösning innan verktyg med vändskär slog igenom.

• Klämda verktyg (skärhållare eller vändskär): Det är det dominerande systemet i modern CNC-bearbetning. Det består av en återanvändbar verktygshållare som håller ett utbytbart skär (vändskär). När eggen är sliten vänds eller byts skäret snabbt och ekonomiskt.

Klassificering efter matningsriktning

Verktygets ”hand” avgör i vilken riktning det kan skära effektivt.

• Högerverktyg (Right-Hand): Det är den vanligaste typen, konstruerad för att bearbeta med matning från dubbdockan (höger) mot spindeldockan (vänster).

• Vänsterverktyg (Left-Hand): Konstruerad för den omvända operationen och skär från spindeldockan mot dubbdockan.

• Neutralt verktyg: Har ingen föredragen skärriktning och kan bearbeta i båda riktningarna, vilket gör det användbart för profil- och konturbearbetning.

De vanligaste materialen i CNC-skärverktyg

Ett verktygs prestanda är nära kopplad till egenskaperna hos eggens material. Det ideala materialet ska ha en optimal kombination av hårdhet (slitstyrka) och seghet (brottseghet).

• Snabbstål (HSS): Det är komplexa stållegeringar med högre seghet än andra material, vilket gör att de tål slag och intermittenta skär. De används vid låga hastigheter, i mindre styva maskiner och för mjuka material som aluminium eller lågkolhaltiga stål.

• Hårdmetall (sintrad karbid): Det är de mest mångsidiga och använda vid CNC-svarvning. De består av hårda partiklar av volframkarbid (WC) bundna i en matris av kobolt (Co). De har utmärkt varmhårdhet och slitstyrka, vilket möjliggör mycket högre skärhastigheter än HSS.

• Cermet och keramer: Cermet ger högre slitstyrka än hårdmetall och ger exceptionell ytfinish, och föredras därför för finbearbetning vid hög hastighet. Keramer, som är ännu hårdare och mer värmetåliga, möjliggör extremt höga skärhastigheter men är mycket spröda. De används vid bearbetning av gråjärn och härdade stål.

• Superhårda material (CBN och PCD):

• Kubisk bornitrid (CBN): Det är det näst hårdaste kända materialet och förstahandsvalet för ”hårdsvarvning” (bearbetning av stål med en hårdhet över 45 HRC), gjutjärn och superlegeringar.

• Polykristallin diamant (PCD): Det är det hårdaste tillgängliga verktygsmaterialet. Det har oöverträffad slitstyrka. Det lämpar sig inte för bearbetning av stål på grund av sin kemiska reaktivitet med järn. Det används främst för icke-järnmetaller (aluminium, koppar) och mycket abrasiva material (kompositer, förstärkta plaster).

• Beläggningar (PVD och CVD): Det är mycket tunna keramiska skikt som läggs på ett substrat (vanligtvis hårdmetall) för att förbättra dess ytegenskaper utan att kärnans seghet försämras.

• CVD (kemisk förångningsdeponering): Ger tjocka beläggningar som är idealiska för grovbearbetning vid höga hastigheter i stål och gjutjärn.

• PVD (fysikalisk förångningsdeponering): Ger tunnare och slätare beläggningar, som föredras för finbearbetning och för bearbetning av material som tenderar att fastna på eggen, som rostfria stål och superlegeringar.

Hur man väljer rätt verktyg för varje operation

Valet av optimalt verktyg ska följa en logisk och systematisk process för att säkerställa att alla kritiska variabler beaktas.

1. Analys av detaljen och materialet: Utgångspunkten är alltid detaljen. Man måste identifiera materialet (stål, rostfritt, gjutjärn osv.) för att välja skärets sort (material och beläggning). Man måste också analysera geometrin, toleranserna och kraven på ytfinish.

2. Definition av operationen: Man måste bestämma typen av bearbetning (längdsvarvning, spårsvarvning osv.) och tydligt skilja mellan grovbearbetning (prioriterar materialavverkning) och finbearbetning (prioriterar precision och ytkvalitet).

3. Val av skärgeometri:

• Spetsvinkel: En stor vinkel (t.ex. 80°) ger en stark egg, idealisk för grovbearbetning, medan en liten vinkel (t.ex. 35°) ger bättre åtkomlighet för komplexa profiler.

• Skärets storlek: Den ska stå i proportion till skärdjupet för att garantera stabiliteten.

• Hörnradie (RE): En stor radie möjliggör högre matning och ger en starkare egg, men kan orsaka vibrationer. En liten radie minskar vibrationerna och ger bättre ytfinish, men begränsar matningen.

4. Val av sort och spånbrytare: Utifrån material och operation väljs hårdmetallsort och beläggning (CVD för grovbearbetning av stål, PVD för rostfritt och finbearbetning). Man väljer en spånbrytare som motsvarar matnings- och skärdjupsområdet för att säkerställa en lämplig spånkontroll.

5. Val av verktygshållare: Man ska välja en verktygshållare som ger maximal styvhet (kortast möjliga utstick) och som garanterar fri åtkomst till bearbetningsområdet utan kollisionsrisk.

Tips för att använda verktygen för CNC-svarvar på rätt sätt

Rätt användning och underhåll är avgörande för att optimera verktygets livslängd och processens effektivitet.

Diagnos och hantering av verktygsslitage

Slitage är en oundviklig process som ger värdefull information om bearbetningen. Att övervaka slitaget är avgörande för att förhindra haverier. De vanligaste typerna av slitage och deras lösningar är:

• Fasförslitning: Orsakas främst av för hög skärhastighet. Lösningen är att sänka hastigheten eller välja en mer slitstark sort.

• Gropförslitning: En grop bildas på verktygets spånsida, orsakad av höga temperaturer. Lösningen är att använda en tjockare beläggning (CVD-typ) eller sänka hastigheten.

• Löseggsbildning (BUE): Material från arbetsstycket svetsas fast på eggen, vanligt vid låga hastigheter. Lösningen är att höja skärhastigheten eller använda en slätare beläggning (PVD-typ).

• Urflisning/eggsprickor: Små brott i eggen, ofta på grund av otillräcklig seghet eller vibrationer. Det löses genom att välja en segare sort eller minska matningen.

Användning av skärvätskor

Skärvätskan eller kylmedlet har flera funktioner: sänka temperaturen, smörja, skydda mot korrosion och hjälpa till att evakuera spånen.

• Flödeskylning: Det är den traditionella metoden, som tillför en stor volym skärvätska vid lågt tryck.

• Högtryckskylning (HPC): Riktar strålar av skärvätska under högt tryck direkt mot skäreggen. Den är extremt effektiv för att bryta och evakuera spånen och möjliggör betydande ökningar av skärdata.

Förebyggande underhåll av maskinen

En dåligt underhållen maskin kan ge upphov till vibrationer eller onoggrannheter som orsakar för tidigt verktygsslitage. Ett underhållsprogram som regelbundet omfattar rengöring, kontroll av smörjmedel, inspektion av uppriktningen och kalibrering av axlarna är avgörande för att säkerställa en stabil och exakt plattform så att verktygen fungerar korrekt.