Υπερθέρμανση κοπτικών εργαλείων: Όσα πρέπει να γνωρίζετε

υπερθέρμανση κοπτικού εργαλείου cnc

Πατήσατε το κουμπί διακοπής έκτακτης ανάγκης την πρώτη φορά που είδατε καπνό ή όταν κάποιος αισθητήρας καπνού ενεργοποιήθηκε στο περιβάλλον εργασίας σας;

Είναι αναπόφευκτο το γεγονός ότι εάν κόψετε ή διατμήσετε μέταλλο με ένα εργαλείο κοπής ή τρίψετε δύο μεταλλικές επιφάνειες μαζί με ταχύτητα, θα παραχθεί θερμότητα. Αλλά ποιες είναι οι πραγματικές μη επιθυμητές τιμές της παραγόμενης θερμοκρασίας και τι μπορείτε να κάνετε για αυτό;

 

Σημάδια υπερθέρμανσης

Πώς γνωρίζετε ότι ένα εργαλείο κατεργασίας CNC υπερθερμαίνεται; Η αλήθεια είναι ότι αν περιμένετε να δημιουργηθούν σπινθήρες ή καπνό, πιθανότατα έχετε ήδη προκαλέσει περιττή φθορά στο κοπτικό σας ή στο προς κατεργασία αντικείμενο. Ακόμη και μια σύντομη περίοδος έκθεσης του κοπτικού εργαλείου σε υπερβολική θερμότητα είναι αρκετή για να μαλακώσει το υλικό του και να προκαλέσει ζημιά στις κοπτικές αιχμές.

Συχνά μπορείτε να δείτε (ή να ακούσετε) τα σημάδια υπερθέρμανσης πολύ πριν προκύψει ζημιά στο εργαλείο. Εξάτμιση ψυκτικού μέσου, μαύρισμα εργαλείων ή ο αποχρωματισμός τους («κάψιμο» επικάλυψης), ακόμη και ασυνήθιστες αλλαγές της «ακουστικής» κατά την διάρκεια της κατεργασίας, μπορεί να είναι όλα ενδείξεις υπερθέρμανσης. Εάν κάποια από αυτές τις ενδείξεις εμφανίζονται και δεν το περιμένετε, ήρθε η ώρα να σταματήσετε και να επανεξετάσετε τη στρατηγική μηχανουργικής κατεργασίας που χρησιμοποιείτε.

 

Ψυκτικό μέσο & και απομάκρυνση γρεζιών

Το υγρό ψυκτικό δεν ψύχει μόνο τα εμπλεκόμενα μέρη της μηχανουργικής κατεργασίας. Αλλά λιπαίνει και απομακρύνει τα απόβλητα από το εργαλείο κοπής.

Αυτό διασφαλίζει ότι το εργαλείο δεν ξανά κόβει (recutting) υλικό που έχει ήδη αφαιρεθεί και δεν εργάζεται σκληρότερα από ό, τι πρέπει.  Το απόβλητο υλικό είναι επίσης ζεστό! Δεν θέλετε το εργαλείο σας τυλιγμένο σε μια «κουβέρτα» από ζεστά κομμάτια μετάλλου. Έτσι, η γρήγορη εκκένωση των απόβλητων απομακρύνει, επίσης, τη θερμότητα από τη διαδικασία.

Συχνά, δεν απαιτείται ψυκτικό υγρό αλλά αέρας με πίεση για την απομάκρυνση των αποβλήτων. Αυτό δεν θα ψύξει το εργαλείο τόσο αποτελεσματικά όσο ένα υγρό ψυκτικό μέσο, αλλά θα κάνει καλύτερη δουλειά για την εκκαθάριση των παραγόμενων αποβλήτων κατά την διάρκεια της μηχανουργικής κατεργασίας.

Είτε χρησιμοποιείτε ψυκτικό υγρό, είτε αέρα, τα παρακάτω πρέπει πάντοτε να λαμβάνονται υπόψιν.

  • Το ψυκτικό δεν είναι πάντοτε απαραίτητο κατά την κοπή ενός εξαρτήματος.
  • Το ψυκτικό απαιτείται μόνο όταν κόβετε υλικά με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, όπως τιτάνιο και συγκεκριμένους χάλυβες.
  • Το υγρό ψυκτικό μπορεί να είναι απαραίτητο όταν επεξεργάζεστε βαθιές κοιλότητες, καθώς ο αέρας μπορεί να μην είναι αρκετά ισχυρός, για να απομακρύνει όλα τα απόβλητα.
  • Απευθείας πίδακες ψυκτικού μέσου στο εργαλείο και όχι γενικότερα πάνω στο κατεργαζόμενο τεμάχιο.
  • Η συνεπής εφαρμογή ψυκτικού κατά την διάρκεια της μηχανουργικής κατεργασίας είναι σημαντική για την αποφυγή σημείων θερμότητας και ξαφνικών θερμικών σοκ.

coolant

Επιλογή εργαλείου

Τα κατεργασμένα απόβλητα έχουν ουσιαστικό ρόλο στην απομάκρυνση της θερμότητας από ένα εργαλείο κοπής και από την μηχανουργική κατεργασία γενικότερα.

Μια στρατηγική κοπής που δημιουργεί απόβλητα που είναι πολύ μικρά, θα μειώσει την ποσότητα θερμότητας που αφαιρείται από τη διαδικασία κατεργασίας.

Η επιλογή του σωστού εργαλείου ως προς τη γεωμετρία, το μέγεθος, τον αριθμό κοπτικών αιχμών (φτερών) και το μήκος κοπής, θα συμβάλει στη μείωση της συσσώρευσης θερμότητας.

Για παράδειγμα, ένας δίφτερο κονδύλι είναι ιδανικό για την αφαίρεση υλικού από μαλακά, θερμικά αγώγιμα υλικά, όπως αλουμίνιο και χαλκό. Όμως, έχει λιγότερη μάζα ή θερμική χωρητικότητα και συνεπώς, δεν μπορεί να χειριστεί τη θερμότητα που παράγεται από σκληρότερα, λιγότερο θερμικά αγώγιμα υλικά.

Άλλοι σημαντικοί παράγοντες αποτελούν η φθορά των εργαλείων και η επικάλυψη τους. Ένα φθαρμένο ή κατεστραμμένο εργαλείο θα είναι λιγότερο αποτελεσματικό κατά την κοπή και θα παράγει περισσότερη θερμότητα σε σχέση με ένα καινούριο εργαλείο.

Οι επικαλύψεις εργαλείων βελτιστοποιούνται συχνά για χρήση με συγκεκριμένα υλικά. Βεβαιωθείτε ότι γνωρίζετε ποια υλικά είναι κατάλληλα για κατεργασία με το εργαλείο σας. Οι επικαλύψεις που έχουν σχεδιαστεί για τη μείωση της τριβής και της συσσώρευσης θερμότητας κατά την μηχανουργική κατεργασία χάλυβα μπορούν να κολλήσουν (ψευδοκοπή) με άλλα υλικά, όπως το αλουμίνιο σε τυπικές θερμοκρασίες κοπής. Επιλέξτε λοιπόν προσεκτικά!

 

Στροφές & πρόωση

Είναι λογικό να πιστεύουμε ότι όσο πιο γρήγορα το εργαλείο κινείται σε σχέση με το προς κατεργασία κομμάτι, τόσο περισσότερη θερμότητα παράγεται και επομένως η επιλογή χαμηλότερων ταχυτήτων θα παράγει λιγότερη θερμότητα.

Αυτό ισχύει για την ταχύτητα των στροφών, ειδικά αν διαπιστώσετε ότι δημιουργούνται πολύ λεπτά απόβλητα.

Ακόμη και μικρές μειώσεις στο RPM μπορούν να μειώσουν την παραγωγή θερμότητας και να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής του εργαλείου. Σε βάρος φυσικά ενός χαμηλότερου ρυθμού αφαίρεσης υλικού και υψηλότερου χρόνου κατεργασίας.

Η μείωση μόνο της πρόωσής μπορεί να έχει το αντίθετο αποτέλεσμα, καθώς θα μειώσει το μέγεθος των αποβλήτων και το παραγόμενο φορτίο ( chip load) – δυο βασικούς παράγοντες για την απομάκρυνση της θερμότητας κατά την διάρκεια της μηχανουργικής κατεργασίας.

Η μη βέλτιστη πρόωση, σημαίνει επίσης, ότι το εργαλείο ξοδεύει λίγο από το χρόνο του τρίβοντας το προς κατεργασία κομμάτι και όχι κόβοντας το. Αυτό προκαλεί περιττή θέρμανση του εργαλείου και μπορεί να οδηγήσει σε σκλήρυνση του υλικού.

 

Κοπτικές Διαδρομές Κοπής

Η μηχανουργική διαδικασία της τόρνευσης παράγει σταθερά, προβλέψιμα αποτελέσματα όσον αφορά το μέγεθος των αποβλήτων, τους ρυθμούς αφαίρεσης υλικού και τη συσσώρευση θερμότητας στο εργαλείο.

Στην μηχανουργική κατεργασία του φρεζαρίσματος όμως, εξαιρώντας τις πολύ απλές κοπτικές διαδρομές κοπής, οι ρυθμοί αφαίρεσης υλικού δεν είναι τόσο συνεπείς και εύκολα προβλέψιμοι.

Οι συμβατικές κοπτικές διαδρομές κοπής χρησιμοποιούν το άκρο του κοπτικού εργαλείου, με σταθερό ρυθμό τροφοδοσίας, με αποτέλεσμα υψηλό ακτινικό βάθος κοπής, χαμηλό αξονικό βάθος κοπής και μεταβλητή γωνία εμπλοκής του κοπτικού εργαλείου.

Αυτό προκαλεί ανομοιόμορφη φθορά των κοπτικών αιχμών του εργαλείου και μεγάλη θερμική καταπόνηση στο εμπλεκόμενο κατά την κοπή  μέρος της γεωμετρίας του εργαλείου.

Το δυναμικό φρεζάρισμα είναι μια στρατηγική κατεργασίας που χρησιμοποιείται για την αποφυγή των παραπάνω, μέσω της μείωσης του ακτινικού βάθους κοπής (και κατά προέκταση το ακτινικό μέγεθος των αποβλήτων) και της διατήρησης μιας σταθερής γωνίας εμπλοκής.

Μια άλλη στρατηγική μηχανουργικής κατεργασίας είναι το φρεζάρισμα υψηλής απόδοσης. Η στρατηγική αυτή εμπλέκει κατά την κοπή τη μέγιστη δυνατή αξονική γεωμετρία των κοπτικών αιχμών (βάθος κοπής) για την επίτευξη μεγαλύτερης στιβαρότητας, με σκοπό να διαχέεται η προκύπτουσα θερμότητα σε μεγαλύτερη επιφάνεια.

Και οι δύο αυτές στρατηγικές, μειώνουν το χρόνο που κάθε κοπτική αιχμή εμπλέκεται με το υλικό, μειώνοντας έτσι την ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στο εργαλείο.

Αλλά προσέξτε! Είναι πιθανό ότι θα χρειαστεί να αυξήσετε την πρόωση και για τις δύο αυτές στρατηγικές για να διατηρήσετε σταθερό το πάχος των αποβλήτων αλλά και το φορτίο που δημιουργείται (chip load) λαμβάνοντας υπόψη την ελαφρύτερη ακτινική εμπλοκή.