Egyélű szerszámok alkalmazási lehetőségei

A megmunkálások egyik ökölszabálya, hogy a forgácsolóélek számának növelésével nagyobb termelékenység érhető el. Vannak azonban olyan esetek, amikor a kevesebb a több. Alábbi cikkünkben - ennek megfelelően - az egyélű szerszámok alkalmazási lehetőségeire nézünk példákat.

Minden gépkezelő tudja, hogy a több vágóél nagyobb produktivitást jelent, de néhány anyag esetében kevesebb vágóélre van szükség, általában 2-3-ra. Miért lenne mégis szükség az egyélű szerszámokra? Van olyan helyzet, mikor a lehető legkevesebb vágóél a legjobb választás?

End_Mill_Single_Flute_sliderMegmunkálások tervezésekor számos befolyásoló tényezőt kell figyelembe vennünk. Nem mindegy a szerszám anyaga, milyen anyagot akarunk megmunkálni, milyen géppel, és adott estben milyen bonyolult a kialakítandó felület. A technológia kidolgozásakor, a szerszám kiválasztásakor el kell döntenünk, hogy hány élű szerszámot alkalmazzunk? A legtöbben ilyenkor a termelékenységet veszik elsősorban figyelembe és a minél több éllel rendelkező szerszámot választják, hiszen egy adott sebesség mellett ezek a szerszámok – a több vágóélnek köszönhetően – egy fordulat alatt több anyagot képesek eltávolítani.

Amiért néhány anyag esetében mégis kevesebb vágóélű szerszámot használunk, az az anyagra jellemző forgácsképződés minősége és mennyisége miatt van. Alumínium forgácsolásakor például nagyobb méretű forgács keletkezik. A vágóélek száma és a szerszám átmérője együtt határozzák meg, hogy a forgácshornyokban mekkora anyagmennyiség fér el. Ha nincs elegendő hely, azaz túl sok forgácsot kellene eltávolítani, ami már nem fér el a forgácshoronyban, akkor abból könnyen lehet szerszámtörés! Lágy anyagok esetében emiatt van szükség kevesebb élű szerszámokra, mivel a nagy mennyiségű forgácsot csak nagyobb forgácshornyokban lehet elvezetni.

Tehát: a több él nagyobb termelékenységet jelent. Két főbb tényezőt is számításba kell vennünk: a forgácsteljesítményt és a felületi minőséget. Az első inkább nagyolásnál, míg a második érthetően a simítási műveleteknél fontos.

Tegyük félre egy kicsit a több élű, forgácshornyos szerszámokat és az egyszerűség kedvéért csak az egyélű esztergálást nézzük. Minden anyaghoz létezik egy éppen megfelelő vágósebesség, melyet a gyártók is javasolnak. Ez az ajánlás elsősorban a keletkező hőből adódik, ugyanis ezzel a sebességgel a szerszám még nem éri el azt a hőfokot, ami károsítaná akár az alapanyagot, akár a szerszámot. A karbid szerszámok magasabb hőmérsékletet viselnek el, mint például a gyorsacél szerszámok, mielőtt elkezdenének kilágyulni. Ha a szerszám anyaga kilágyul, akkor a szerszám életlenné válik és a szerszám élettartama a végére ér. Tehát a cél az, hogy a szerszám a lehető legtöbb hőt elviselje. Ezek alapján egy adott sebességet nem léphetünk át. Ahhoz, hogy növelhessük a termelékenységet, nincs más lehetőségünk, mint hogy más paraméterek változtatásával kísérletezzünk.

Tehát tételezzük fel, hogy az elérhető legnagyobb vágósebességgel dolgozunk. Ha gyorsabban menne, túlmelegedne, elveszítené az élességét és a szerszám élettartama végére érne. Hogyan érhetünk el így nagyobb anyageltávolítási rátát? A válasz az, hogy több élt helyezünk el a szerszám kerületén, így, amikor a szerszám forog, többször tud belevágni az anyagba, többször tud anyagot leválasztani. Egy adott sebesség mellett egy 4 élű szerszám egy fordulat alatt négyszer vág bele az anyagba, kétszeresét, mint egy két élű szerszám. Állandó fogankénti előtolás esetén a 4 élű szerszám kétszer akkora anyageltávolítást tesz lehetővé. Emiatt is terjedtek el a nagy forgácsolási kihívást jelentő, csak alacsony vágósebességgel forgácsolható anyagok között a nagy számú éllel ellátott szerszámok. Így lehet visszanyerni a vágósebességen elvesztett produktivitást.

Mi a helyzet a vágósebességgel? Azzal, hogy több élű szerszámot használunk, az megegyezik azzal, ha nagyobb fordulatszámot, vagy orsó gyorsítót alkalmaznánk, azzal a kivétellel, hogy nem kell attól tartanunk, hogy a maximális vágósebesség határán “táncolnánk”. A vágósebesség kérdését nézve az alapanyagnak teljesen mindegy, hogy 6000-es fordulatszámon fordulatonként kétszer mar bele egy kétélű szerszám vagy négyszer egy négyélű 3000-es fordulatszám mellett. Ebben az olvasatban a kétélű szerszámról négyélűre váltani nem jelent mást, mintha megkétszereznénk az orsó fordulatszámát. Azonban ha megnöveljük a fordulatszámot az előtolással szemben, akkor javíthatjuk a felületi minőséget, egészen addig, amíg már túl alcsony lenne a fogásmélység és csak szakaszosan tudná leválasztani a szerszám az anyagot. Ha most visszagondolunk arra, hogy a megfelelő forgácskihordás miatt kellett alkalmazni a kétélű szerszámot, akkor érthető, hogy amíg ebből a szempontból nem jelent problémát, addig nyugodtan használhatunk négyélű szerszámot is alumínium megmunkálásához. Ebből adódik, hogy ha alumínium munkadarab külső felületeit munkáljuk és nincsenek konkáv területek, akkor nincs különösebb akadálya a több élű szerszámok használatának.

Mikor érdemes mégis az egyélű szerszámokat használni? Ehhez először meg kell vizsgálnunk azt a jelenséget, ami a túl kis fogásmélységből ered. Ha nem elég nagy a fogásmélység, mert például túl alacsony az előtolás, akkor a forgács vastagsága túl alacsony lesz a forgácsolóélhez viszonyítva és nem lesz képes folyamatosan egy adott vastagságot leválasztani, az anyagleválasztás helyett rugalmas alakváltozást szenved el a munkadarab. Ekkor viszont akár több fordulaton keresztül sem választ le anyagot a forgácsolóél, de ha igen, akkor egyszerre a megcélzott forgásmélység többszörösét is le kell választania, ami már akár töréshez is vezethet!

Mit tegyünk akkor, ha kis átmérőjű szerszámmal, nagy fordulatszám mellett nagy vágósebességgel kell dolgoznunk, a fogankénti előtolást pedig egy határ alá nem csökkenthetjük? Meg kell növelnünk az előtolást! Mit tudunk tenni, ha a szerszámgépünk nem tud megfelelő előtolást biztosítani?

A válasz egyszerű: használjunk egyélű szerszámot, ami kisebb előtolás mellett képes kiküszöbölni a kis fogásmélységből eredő problémáinkat.

Nagyon lágy alumínium forgácsolásakor, a korábban felsorolt okok miatt érdemes egyélű szerszámot használnunk. Nagyon mély horony vagy zseb kimunkálásakor a forgács eltávolítása nehéz feladatot jelenthet. Elképzelhető, hogy főorsón keresztüli hűtéssel eltávolítható a forgács, de ilyen esetben kifejezetten érdemes próbára tenni az egyélű szerszámokat. Akkor is, ha mély 3D alakzat megmunkálása a cél, ahol nagyon sok keskeny területre kell beférnie a szerszámnak de a forgács hatékony eltávolításáról is gondoskodni kell.

Számos olyan megmunkálási terület létezik, ahol az egyélű szerszámok megoldhatják ezeket a gyakran felmerülő problémákat. Ezek közé tartozik a mikro megmunkálás is, ahol a szerszámok vágóéle a méretükhöz képest sokszor nem elég finom, ezért a forgácseltávolítás megnehezíti a pontos megmunkálást. A Datron például már régóta ajánlja nagyoláshoz egyélű szerszámait, ráadásul speciálisan kiegyensúlyozott geometriákat is kifejlesztettek, kifejezetten nagy fordulatszámokhoz.

Az egyélű szerszámok tehát tökéletes megoldást jelentenek, legyen szó alumíniumról, fáról, műanyagokról, vagy olyan folyamatokról, ahol a forgácseltávolítás nehézkessége miatt kizárólag a vágóélek számának változtatásával tudjuk elérni a kívánt termelékenységet.

Minden anyag esetében érdemes konzultálni a szerszám, vagy az alapanyag forgalmazójával, hogy milyen megmunkálást javasolnak. Számos olyan eshetőségre is felhívhatják a figyelmünket, ami elsőre nem is tűnhet annyira egyértelműnek.