Szerszámok, amelyek megkönnyítik a keménymarást

„Ha nem lenne nehéz, mindenki ezt csinálná. A nehézség teszi nagyszerűvé.” – Tom Hanks

A keménymarás a nagy keménységű acélok marását jelenti. Az idők során a technológia fejlődésével párhuzamosan változott az a küszöbérték, amely meghatározza, mi számít „kemény” acélnak. A modern fémforgácsolás korai szakaszában ez a határ HRC 30 körül kezdődött, később HRC 40 fölé emelkedett, majd elérte a HRC 45, HRC 50, végül a HRC 55 értéket. Hagyományosan ez azt a pontot jelezte, ahol az acélt forgácsolás helyett már köszörüléssel kellett megmunkálni. Napjainkban azonban már nem ritka a HRC 62 vagy annál magasabb keménységű acélok marása sem.

De miért vonzza annyira a keménymarás a gyártókat? Milyen előnyöket kínál ez a számukra?

Mindenekelőtt a keménymarás alapvetően megváltoztatja a teljes technológiai folyamatot azáltal, hogy lehetővé teszi a köszörülési műveletek elhagyását (vagy legalábbis jelentős csökkentését). Hagyományosan a folyamat több fő lépésre tagolódik: a munkadarab megmunkálása lágy vagy előnemesített állapotban, hőkezelés, majd az edzett anyag köszörülése. Ez a megközelítés megköveteli, hogy az első szakaszban legyen ráhagyás az anyagon, kompenzálva a hőkezelésből eredő esetleges alak- és méreteltéréseket.

A keménymarás bevezetésével a felfogások száma jelentősen csökkenthető, ami értékes időt takarít meg. Továbbá ez közelebb viszi a gyártókat egy régi cél eléréséhez: az alkatrész készre munkálásához egyetlen felfogásban, anélkül, hogy a műveletek között újra kellene pozicionálni a munkadarabot. Egyértelmű, hogy keménymarás esetén a munkadarabot már nem kell utólag hőkezelni. Ennek eredményeként a keménymarás növeli a gyártási hatékonyságot, csökkenti az átfutási időt – különösen bonyolult geometriájú alkatrészeknél – és mérsékli a gyártási költségeket.

Térjünk vissza a „kemény” acél fogalmához a tisztább megértés érdekében. Forgácsolószerszám-alkalmazási szempontból ez az acéltípus az ISO H alkalmazási csoportba tartozik. Az ISCAR anyagosztályozási rendszere, amely a VDI 3323 szabványon alapul, ebbe a csoportba sorolja azokat az acélokat, amelyek átlagos keménysége HRC 55 vagy magasabb. Ezenkívül ide sorolják az edzett öntöttvasakat is, különösen a nehezen forgácsolható, nagy kopásállóságú, HB 400 (~HRC 43) feletti keménységű minőségeket.

Ezért a keménymarás a HRC 45 feletti keménységű acélok és öntöttvasak megmunkálási módszerének tekinthető. A siker kulcsa a keménymarásnál a megfelelő forgácsolószerszám kiválasztásában rejlik.

A szerszámanyagok és a forgácsoló geometriák fejlődése tette lehetővé a keményebb anyagok megmunkálását. Az 1980-as években a szerszám- és formagyártó ipar jelentős erőfeszítéseket tett az új szerszámok gyártási és a kopottak felújítási idejének drasztikus csökkentésére. A keménymarás volt az egyik hatékony megoldás. Egy másik megközelítés a nagy sebességű megmunkálás (High Speed Machining – HSM) alkalmazása volt, és idővel számos keménymarási stratégia beépítette a HSM elveit. A szerszámgépgyártás, a porkohászat és a bevonatolási technológiák további fejlődése – amely csúcskategóriás gépeket, bonyolult alakzatok szinterezési képességét és innovatív bevonatok kifejlesztését eredményezte – tovább gyorsította a keménymarás ipari alkalmazását.

Ugyanakkor jelentős előnyei ellenére a keménymarás számos kihívást is rejt. A nagy anyagkeménység természetéből adódóan jelentős szerszámkopást okoz. Ezenkívül a kemény anyagok forgácsolása sokkal nagyobb forgácsolóerőt igényel, ami jelentősen növeli mind a forgácsolószerszám, mind a gép mechanikai terhelését. Ez felerősíti a rezgéseket, csökkenti a szerszám éltartamát, és negatívan befolyásolja a felületi minőséget. Továbbá a megnövekedett forgácsolóerők intenzív hőfejlődéshez vezetnek, ami károsíthatja mind a szerszámot, mind a munkadarabot.

Ennek következtében a keménymarás során jellemzően kisebb ráhagyásokat alkalmaznak, mint a lágy vagy előedzett munkadarabok megmunkálásakor. Ezért a keménymarást általában elősimító és simító műveleteknél alkalmazzák. Azonban nagyolásra is alkalmas lehet többlépcsős vagy nagy előtolású marással (High Feed Milling – HFM), amennyiben a fogásonkénti leválasztás alacsony marad.

Érthető módon a keménymaráshoz használt forgácsolóanyagoknak szigorú követelményeknek kell megfelelniük a szívósság és a melegkeménység tekintetében. A bevonatos keményfémek továbbra is a legelterjedtebbek, de a váltólapkás marásnál a köbös bór-nitrid (CBN) is használatos. Bizonyos alkalmazásokban – kemény öntöttvas megmunkálásakor – a polikristályos gyémánt (PCD) is megfontolandó alternatíva.

A keménymaráshoz fejlesztett korszerű szerszámok a modern keményfém minőségekre, a fejlett bevonatokra és az optimalizált makro- és mikrogeometriákra épülnek; kezdetben elsősorban a nagy pontosságú, HSM végmarók területén. Az elmúlt években ezeket a trendeket követve az ISCAR vezető szerszámgyártóként jelentősen frissítette keménymaró szerszámprogramját. Ezek az innovációk mind a váltólapkás, mind a tömör szerszámok kialakítására hatással voltak.

A váltólapkás marás területén az ISCAR kibővítette a nehezen megmunkálható anyagokhoz szánt HFM szerszámainak választékát. A népszerű MILL-4-FEED család immár magában foglalja az FFQ4 SOMW … T lapkákat, amelyeket HRC 60 keménységig terjedő munkadarabok marására terveztek (1. ábra). Eközben a LOGIQ-4-FEED család jellegzetes, csont formájú lapkái megoldást kínálnak az akár HRC 49 keménységű anyagok megmunkálására is (2. ábra). Mindkét termékcsaládot széles körben alkalmazzák a javított szerszám- és formafelületek marására hegesztés és hegesztés utáni utókezelés után. A hordó és lencse vágóprofilokkal rendelkező, egylapkás marókból álló NEOBARREL családot bonyolult 3D munkadarabok elősimítására és simítására tervezték, akár HRC 62 keménységig (3. ábra).

Az ISCAR szerint ígéretes távlatok nyílnak a váltólapkás keménymarásban a kerámia alapanyagú lapkák alkalmazásával is.

Az ISCAR tömör szerszámválasztéka olyan új konstrukciókkal bővült, amelyek továbbfejlesztik a vállalat CHATTERFREE marócsaládját; ez a koncepció változó emelkedést alkalmaz a rezgéscsillapítás érdekében. Az új tömör keményfém ujjmarók (SCEM), amelyek 6 és 16 mm közötti átmérőben érhetők el, és a szerszámátmérő kétszeresének megfelelő maximális fogásmélységre képesek, mostantól IC608 keményfém minőségben is kaphatók. Ez a minőség kemény, szubmikronos szemcseméretű hordozóval és PVD bevonattal rendelkezik, ami javítja az abrazív és oxidációs kopással szembeni ellenállást. Az IC608 bevezetése lehetővé teszi a HRC 45–60 keménységű edzett acél és öntöttvas hatékony megmunkálását közepes és nagy vágósebességek mellett.

A miniatűr szerszámok családjában az új, 0,3 és 4 mm közötti átmérőjű ujjmarók felváltották az előző generációs marókat. A nagyobb merevséget biztosító javított geometria, a keménymarás során megnövelt éltartamot nyújtó ultra-finom szemcséjű IC602 PVD-bevonatos minőség, valamint a nagyobb pontosságot biztosító szigorú mérettűrések (10 µm-en belül) révén ezek az ujjmarók optimalizált teljesítményt nyújtanak, keménymarás során akár HRC 65 keménységig (4. ábra).

A keménymarás összetett és nagy követelményeket támasztó technológia. Az ipar növekvő igényei azonban egyre inkább szükségessé teszik a gyártási folyamatok hatékonyságának növelését. Ennek eredményeként a szerszámgyártók – így az ISCAR is – új kihívásokkal néznek szembe, és keményen dolgoznak olyan marószerszámok kifejlesztésén, amelyek jelentősen megkönnyítik a kemény anyagok megmunkálását.

ISCAR