Kleine onderdelen en precisiebewerkingen:advies van experts over gereedschappen en technieken

Het draaien van kleine onderdelen betekent nauwe toleranties, extreme spindelsnelheden en moeilijk te bewerken materialen. Dit is wat de experts te zeggen hebben over het maximaliseren van de productiviteit in deze veeleisende omgeving.

Sommige mensen zeggen dat de wereld kleiner wordt. Ze kunnen gelijk hebben, maar tenzij ze voor een medische, luchtvaart- of autofabrikant werken, realiseren ze zich misschien niet hoe klein het is geworden.

Deze en andere hightech-industrieën blijven meer functionaliteit in steeds kleinere ruimtes persen, en dat betekent dat de machinale onderdelen die in medische implantaten, elektronische apparaten en vergelijkbare complexe gadgets worden gebruikt, ook kleiner moeten worden.

Ook worden de materialen niet gemakkelijker te snijden. Er zijn de supersterke titanium en op nikkel gebaseerde superlegeringen die worden gebruikt om lucht- en ruimtevaartonderdelen te maken, laat staan ​​de kobaltchroom, platina en tal van eigen metalen die gebruikelijk zijn in de medische productie.
 

En hoewel de kleine koperen of koperen connectoren en pinnen die nodig zijn voor de steeds meer met sensoren uitgeruste auto's van tegenwoordig niet al te moeilijk zijn voor snijgereedschappen, heeft elk onderdeel dat een microscoop nodig heeft om te inspecteren zijn eigen unieke uitdagingen.

Krijg een GRIP

"In deze arena hebben gereedschappen een zeer scherpe rand nodig, ze moeten vrij kunnen snijden en je moet een goede spaanbeheersing hebben." Dat zegt Clay East, nationaal productmanager voor de GRIP-gereedschapslijn bij Iscar Metals Inc. 

Hij verwijst specifiek naar CNC-draaien in Zwitserse stijl, hoewel de aanbevelingen die hij en de andere experts in dit artikel aanhalen, even goed van toepassing zijn op spiraalgevoede draaibanken, roterende transfermachines en meerspillige schroefmachines.

Ironisch genoeg zijn in ieder geval enkele van de obstakels hier te wijten aan het tekort aan geschoolde arbeiders. East en de anderen die in dit artikel worden genoemd, suggereren dat machinisten tegenwoordig vaak de taak hebben om meerdere machines te bedienen - tot 10 of zelfs 15 tegelijk in sommige winkels - wat betekent dat processen voorspelbaar en probleemloos moeten zijn. In de wereld van kleine onderdelen kan veel worden bereikt met de zojuist beschreven scherpe, spaanbrekende snijgereedschappen, maar dergelijke gereedschappen moeten ook gemakkelijk te gebruiken zijn.

"Een van de vele dingen die we aanpakken bij het ontwerpen van gereedschappen voor de Zwitserse industrie, is het klemmechanisme", zegt hij. “In plaats van de schroef helemaal uit te draaien om het inzetstuk te indexeren, hebben we het zo gemaakt dat de machinist het drie tot drieënhalve slag kan draaien. Dit maakt het veel sneller om een ​​wisselplaat te verwisselen en elimineert het probleem dat elke Zwitserse operator kent:de schroef in de spaanpan laten vallen en kostbare machinetijd verliezen door ernaar te zoeken."

Breek het op

East zegt dat het moeilijk is om wisselplaten te produceren die spanen kunnen breken bij de relatief lichte voedingen en snedediepten die worden aangetroffen bij draaien in Zwitserse stijl, vooral gezien de draderige materialen zoals titanium en 17-4 PH die op deze machines gebruikelijk zijn. Die uitdaging is gemakkelijker geworden dankzij moderne ontwerptools die door Iscar en anderen worden gebruikt. Daarom moeten winkels hun keuze aan snijgereedschappen voortdurend opnieuw evalueren (zie kader).

Brian Wilshire, manager van het technisch centrum van Kyocera Precision Tools, is het ermee eens dat er hoogwaardige snijgereedschappen in Zwitserse stijl nodig zijn, maar merkt op dat een spaanbeheersingstechnologie die enkele jaren geleden is geïntroduceerd door toonaangevende fabrikanten van CNC-bewerkingsmachines een nieuw probleem heeft gecreëerd:het harden van het werk in op nikkel gebaseerde legeringen en austenitisch roestvast staal (300-serie).

"Sommige van de nieuwere draaibanken in Zwitserse stijl hebben een functie die het gereedschap lichtjes heen en weer oscilleert met een zeer hoge frequentie", zegt hij. “Dit is een uitstekende manier om de spanen te breken, maar heeft de neiging om de standtijd een beetje te verkorten. We hebben ontdekt dat het gebruik van een taaiere hardmetaalsoort met een slijtvaste coating behoorlijk effectief is in deze oscillerende gereedschapsbanen.”

Wilshire raadt werkplaatsen ook aan om de grootst mogelijke neusradius te gebruiken om de voedingssnelheid te maximaliseren en de best mogelijke oppervlakteafwerking te bereiken, maar hij merkt op dat dit bij bepaalde toepassingen problemen kan veroorzaken.

Een machinist die bijvoorbeeld een wisselplaat gebruikt met een neusradius van 0,008" +/- 0,002" om een ​​onderdeel te draaien met een maximale inwendige hoekradius van 0,010" kan die tolerantie overschrijden, zegt hij. "We zijn begonnen met het aanbieden wisselplaten met een minus enige tolerantie op de hoekradius om deze mogelijkheid te elimineren,” voegt hij eraan toe.

Blijf koel

Kyocera en Iscar hebben een andere relatief recente toevoeging aan draaibanken in Zwitserse stijl aangepakt:koelvloeistof door de tool. In plaats van de flexibele leidingen en plastic slangen die tijd nodig hebben om op te zetten en gemakkelijk uit positie kunnen worden getrokken door een draderige chip, hebben de bedrijven gereedschapshouders geïntroduceerd met ingebouwde koelmiddelkanalen en openingen die het hogedrukkoelmiddel (HPC) aankunnen. gevonden op een toenemend aantal CNC-bewerkingsmachines.

Dat geldt ook voor Seco Tools, zegt Abhay Chaubal, productmanager voor Noord-Amerika.

"De uitdaging bij elke bewerkingsmachine is om het gebruik te maximaliseren, en dit betekent kortere instel- en gereedschapswisseltijden", zegt hij. "We bieden nu gereedschapshouders die niet alleen het traditionele gedoe van koelmiddelleidingen met koelmiddel door het gereedschap elimineren, maar ook een snel verwisselbare, modulaire kop hebben waarmee de machinist wisselplaten buiten de machine kan wisselen met behoud van de nauwkeurigheid."

Eric Gardner, Noord-Amerikaanse toepassingsspecialist bij Seco Tools, wijst erop dat de meeste CNC-draaibanken in Zwitserse stijl die tegenwoordig worden verkocht, over freescapaciteiten beschikken, wat een must is voor veel kleine onderdelen vanwege de moeilijkheid om ze vast te zetten en de kosten van secundaire bewerkingen. Dit geeft programmeurs en machinisten de mogelijkheid om high-speed freestechnieken toe te passen in het Zwitserse platform.

Specifiek worden

"Ik raad winkels aan om waar mogelijk hogesnelheids- en trochoïdale freesstrategieën toe te passen, zelfs op kleine onderdelen", zegt Gardner. "We hebben onlangs met een medische klant gewerkt aan een sleufbewerking die hun cyclustijd aanzienlijk verkortte met dynamisch frezen en de standtijd van 200 tot meer dan 2.000 onderdelen per gereedschap heeft verlengd."

Net als hun concurrenten suggereren ook Gardner en Chaubal dat machinefabrieken - ongeacht de grootte van het werkstuk - materiaalspecifieke snijgereedschappen evalueren. Deze aanbeveling is vooral relevant voor degenen die de reeds genoemde moeilijke metalen uit de lucht- en ruimtevaart en medische kwaliteit snijden, en voor de langlopende taken die gebruikelijk zijn op machines in Zwitserse stijl.

"Het grootste obstakel voor veel luchtvaart- en medische fabrikanten is de moeilijkheid om een ​​gevalideerd proces aan te passen", zegt Chaubal. "Daarom werken we graag nauw samen met klanten in een vroeg stadium van de procesontwikkeling, om ervoor te zorgen dat ze de beste beschikbare gereedschapspaden, snijgereedschappen en gereedschapshouders gebruiken."

Oude manieren? Waarschijnlijk niet de beste manieren 

Enigszins verrassend is het werk van het maken van zeer effectieve snijgereedschappen in de loop der jaren gemakkelijker geworden. In plaats van te vertrouwen op tribale kennis en talloze testsneden om nieuwe ontwerpen te optimaliseren, gebruiken fabrikanten van snijgereedschappen nu software voor eindige-elementenanalyse (FEA) om de fysica van metaalverwijdering op microscopisch niveau te analyseren om te bepalen welke spaanbrekers, randvoorbereidingen en oppervlaktebehandelingen zullen het beste werken voor een bepaald materiaal of toepassing. Het resultaat? Snijgereedschappen presteren nu op een hoger niveau dan ooit tevoren.

Toch delen veel mensen die snijgereedschappen verkopen en toepassen verhalen over ouderwetse machinewerkplaatsen die hun snijgereedschap in-house slijpen of verouderde technologie gebruiken, sereen in de wetenschap dat hun manieren het beste zijn, en dat moderne gereedschappen de kosten alleen maar opdrijven. Niets is verder van de waarheid verwijderd. Denk eens aan de mate waarin allerlei soorten technologie de afgelopen tien jaar is verbeterd; snijgereedschappen zijn op dezelfde manier gevorderd, daarom zouden alle soorten machinewerkplaatsen nieuwe producten routinematig moeten evalueren, vooral diegene die zich bezighouden met het bewerken van kleine onderdelen en ander uitdagend werk.

Het is niet per se gemakkelijk. Afgezien van het omgaan met een "zo hebben we het altijd gedaan"-mentaliteit, moet het management tijd vrijmaken voor onderzoek en testen, vaak vertrouwend op hun meest ervaren mensen om dit te doen. Er moeten gereedschapsinvesteringen worden gedaan, banen worden geherprogrammeerd en vanwege de verhoogde productiviteit die daar zeker het gevolg van zal zijn, zijn vaak aanpassingen in downstreamprocessen nodig om bewegende knelpunten op te vangen. Ondanks het gedoe zullen de voordelen echter veel groter zijn dan eventuele tijdelijke onderbrekingen. Misschien is het tijd om de cutting edge te omarmen.

Welke tips of technieken kunt u delen over het draaien van kleine onderdelen? Laat het ons weten in de reacties hieronder.

GEREEDSCHAP – SGS Serie 77 H-Carb 7 Fluit Hoogrenderende frezen: