Kurs CNC: Czym kierować się podczas jego wyboru?
Poradnik, część V: Z jakim materiałem obrabianym rozpocząć przygodę z CNC – stal, czy płyta poliuretanowa?

Dlaczego warto rozpoczynać przygodę z CNC od obróbki stali?

Przyjrzyjmy się materiałom obrabianym, które są wykorzystywane podczas kursów CNC. W Numerice nasi kursanci ćwiczą obróbkę wyłącznie w stali i innych metalach, stąd mamy dużo do powiedzenia na ten temat i chcemy się podzielić tymi informacjami.

Przeanalizujemy więc poszczególne elementy prawidłowego doboru parametrów technologicznych obróbki pod kątem jednego z najczęściej spotykanych materiałów, z którymi mogą zetknąć się kursanci podczas szkoleń w innych firmach, a konkretnie z płytą poliuretanową łatwoobrabialną typu np. LABELITE.

Po drugiej stronie zestawimy materiał stosowany m.in. przez Numerikę, rzadziej spotykany w firmach szkoleniowych, z którym kursanci w 99,9% przypadków będą mieli do czynienia w przyszłej pracy tj. stal S355. Z którym z tych materiałów rozpoczęcie przygody z maszynami CNC jest pożyteczniejsze dla uczestnika szkolenia?

OUPN – co to takiego?

Powinniśmy zacząć od tego, że poszczególne materiały obrabiane różnią się pomiędzy sobą wieloma czynnikami. Z tego powodu również sposoby ich obróbki są od siebie różne. Jeśli chodzi o obróbkę skrawaniem za pomocą maszyn CNC istotny jest odpowiedni dobór wielu elementów biorących pośredni i bezpośredni udział w obróbce. Aby zrozumieć na co składa się prawidłowy dobór parametrów obróbki przydatny jest tzw. OUPN.

OUPN to pierwsze litery słów:
O – obrabiarka
U – uchwyt
P – przedmiot obrabiany
N – narzędzie

Jak widać, dobór parametrów technologicznych to nie tylko prędkość skrawania i posuw. Prześledźmy więc wszystkie kluczowe elementy z OUPN i odnieśmy je do LABELITE oraz do stali S355.

O – obrabiarka

To najbardziej istotny składnik łańcucha OUPN. Wybór obrabiarki na etapie planowania procesu obróbki to nie tylko decyzja, czy będzie to np. tokarka CNC, frezarka CNC, czy może automat tokarski CNC. To także świadomość możliwości i ograniczeń danej maszyny. Dotyczy to m.in. charakterystyki konstrukcji obrabiarki, jej dokładności, mocy napędów osi, mocy wrzeciona i wielu, wielu innych czynników.

LABELITE

Materiał ten jest wyjątkowo łatwy w obróbce, dlatego nie stawia większych wymagań obrabiarce CNC. Do obróbki nie jest wymagana wysoka sztywność, ani wysoka moc wrzeciona. Materiał ten został zaprojektowany pod kątem łatwości obróbki, więc każda obrabiarka CNC (nawet najmniejszych rozmiarów) powinna poradzić sobie z LABELITE.

Poliuretan łatwoobrabialny w szczękach uchwytu tokarki CNC

STAL S355

Pod względem obróbki jest to jedna z najłatwiej obrabialnych stali, jednak w porównaniu do LABELITE jest ponad dwukrotnie twardsza. Twardość to nie jedyna cecha, która ma wpływ na to, czy dany materiał jest łatwo obrabiany. Aby efektywnie obrabiać stal S355 potrzebna jest sztywna i solidna konstrukcja obrabiarki CNC, a także odpowiedniej mocy wrzeciono. Najbardziej wydajne i stosowane do tego celu są przemysłowe centra obróbcze CNC. O różnicach pomiędzy obrabiarkami szkoleniowymi, a przemysłowymi centrami obróbczymi mogliście przeczytaj w poprzedniej części poradnika.

Przykładowy detal ze stali wykonany przez naszych kursantów

U – uchwyt

Uchwyt, czyli sposób mocowania elementu obrabianego. Tutaj istotne znaczenie mają siły, które będą działały na przedmiot obrabiany podczas obróbki. Trzeba brać pod uwagę możliwość „wyrwania” sztuki np. z imadła, jeśli element chwycony jest w nim zbyt płytko. Często przy obróbce różnych części do maszyn musimy zaplanować obróbkę elementu, którego nie da się skutecznie i bezpiecznie zamocować w zwykłym imadle. Taka sytuacja wymaga zaprojektowania specjalnego uchwytu, dopasowanego kształtem do elementu obrabianego w taki sposób, by można było go bezpiecznie i solidnie zamontować.

LABELITE

W przypadku tego materiału, łatwość jego obróbki powoduje, że wystarczy stosunkowo delikatne mocowanie w imadle. Siły skrawania przy odpowiednim doborze parametrów również nie są wysokie wobec czego ryzyko wyrwania sztuki jest niskie.

STAL S355
Obróbka stali zawsze odbywa się w towarzystwie sporych sił skrawania, które – ujmując temat obrazowo – „siłują się” z mocowaniem elementu. Wszystko jest w porządku do momentu, gdy siły skrawania nie przekroczą siły trzymania imadła lub innego uchwytu. W związku z tym ważne jest odpowiednie podejście do problemu i przywiązanie uwagi do bezpiecznego i pewnego zamocowania elementu obrabianego.

P – przedmiot obrabiany

Rozpatrując przedmiot obrabiany podczas planowania obróbki musimy zwrócić uwagę na jego właściwości m.in. twardość, łatwość obróbki i warunki, które sprzyjają lub nie procesowi obróbki. Ważne jest uświadomienie sobie tego, w jaki sposób dany materiał zachowuje się np. pod wpływem wysokiej temperatury. Jeśli istnieje ryzyko jego hartowania się, wówczas należy tak dopasować parametry obróbki, aby zredukować powstawanie wysokiej temperatury np. poprzez zmniejszenie prędkości skrawania lub załączenie chłodzenia wewnętrznego pod wysokim ciśnieniem.

Odpowiedni dobór parametrów skrawania, mocowania i sposobu chłodzenia jest kluczowy w przypadku obróbki stali

LABELITE
LABELITE jest tworzywem sztucznym, posiada dobrą stabilność wymiarową, jednorodność struktury, a uzyskanie dobrego stanu powierzchni po obróbce nie wymaga restrykcyjnych parametrów technologicznych. Materiał ten wybacza błędy i pod tym względem różni się znacząco od obróbki wszelkiego rodzaju metali. Twardość w skali Shore’a dla LABELITE wynosi 15. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi około 2 MPa.

STAL S355
Jest to stal stopowa o podwyższonej wytrzymałości oraz o niskiej zawartości węgla (0,2%). Indeks twardości w skali Shore’a dla stali S355 wynosi 34. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi od 490 do 630 MPa. Stal podczas obróbki zachowuje się zupełnie inaczej niż LABELITE. Dotyczy to zarówno sposobu, w jaki tworzy się wiór, jak i zjawisk temu towarzyszących m.in. znaczne skoki temperatury w miejscu styku narzędzia i materiału oraz tworzenie się narostów. W przypadku toczenia, nieprawidłowo dobrana płytka skrawająca i jej parametry mogą powodować tworzenie się niepożądanego, długiego wióra, który przy nieodpowiednim nadzorze operatora CNC może doprowadzić do niebezpiecznych sytuacji np. owinięcia się go wokół wytaczaka i zniszczenia go.

N – narzędzie

Niektórych z Was może dziwić, że narzędzie rozpatrywane jest na samym końcu. Wydawałoby się, że ma ono kluczowy wpływ na to, w jaki sposób przebiegać będzie obróbka. W rzeczywistości musimy stworzyć dla narzędzia odpowiednie warunki, w których będzie ono mogło pracować optymalnie. Musimy więc zadbać o to, by pierwsze elementy układanki (a więc O, U i P) działały prawidłowo.

Następnie wybieramy narzędzie takiego typu, by odpowiadał danej operacji (np. głowica do obróbki płaszczyzn), ilość ostrzy i ich gatunek. Dopiero wówczas możemy się skupić na doborze parametrów skrawania tj. prędkość skrawania, posuw, głębokość skrawania i szerokość skrawania.

LABELITE

Ze względu na wysoką tolerancję tego materiału na parametry obróbki można obrabiać go narzędziami z różnych materiałów. Najczęściej jest jednak wykorzystywana stal szybkotnąca (HSS – high speed steel) ze względu na niską cenę i wysoką ciągliwość, a co za tym idzie odporność na złamania. W przypadku LABELITE należy zwrócić uwagę na obroty, gdyż zbyt wysokie spowodują wysokie pylenie materiału podczas obróbki.

STAL S355

W przypadku stali S355 podczas obróbki siły działające na narzędzie są znaczne. Przy niskich prędkościach skrawania materiał ten ma tendencje do tworzenia narostu na ostrzu skrawającym. Z kolei większe wartości prędkości skrawania powodują szybsze zużycie narzędzia. Należy więc w momencie dobierania parametrów skrawania „wstrzelić się” w dość wąskie okno optymalnych parametrów technologicznych. Do efektywnej obróbki stali S355 zaleca się narzędzia węglikowe. Narzędzia ze stali szybkotnącej również poradzą sobie z S355, jednak ze względu na ich właściwości obróbka przebiega wielokrotnie wolniej. Ponadto w przypadku zbyt wygórowanych parametrów skrawania może dojść do zjawiska wyciągnięcia narzędzia z oprawki.

Podsumowanie

W ten sposób przebrnęliśmy przez wszystkie 4 składowe, które trzeba wziąć pod uwagę podczas planowania obróbki na maszynie CNC. Jak widać materiał LABELITE i stal S355 różnią się między sobą znacznie nie tylko pod kątem swoich właściwości. Znaczne różnice występują również w sferze doboru optymalnych parametrów technologicznych obróbki obu tych materiałów.

Z punktu widzenia kursanta, który po ukończeniu kursu CNC podejmie pracę w zawodzie operatora lub operatora programisty CNC istotne powinno być zdobycie umiejętności obróbki stali. Nie twierdzimy, że jest to jedyny materiał, na jaki w pracy z obrabiarkami CNC można się natknąć. Tworzywa sztuczne np. poliuretany i różnego rodzaju poliamidy również spotyka się, ale występują nieporównywalnie rzadziej niż metale. Podchodząc natomiast do kwestii parametrów technologicznych od strony materiałów wybaczających błędy i niewymagających dokładności w ich doborze takich jak np. LABELITE spotkanie z bardziej wymagającym materiałem może skończyć się zniszczeniem narzędzia, jego zbyt szybkim zużyciem lub w skrajnych przypadkach kolizją podczas obróbki (np. w przypadku nieodpowiedniego zamocowania).

Warto więc nauczyć się planowania obróbki materiału, który jest pod tym kątem wymagający, gdyż wówczas – jeśli będzie taka potrzeba -zawsze poradzicie sobie lepiej z materiałami lżejszymi w obróbce. Poznanie zasad prawidłowego doboru bezpiecznych i efektywnych parametrów dla np. stali można potem wykorzystać do dobierania parametrów dla innych gatunków metali. Aby wykształcić w sobie odpowiednie umiejętności przydatne w przeszłej pracy przeglądając oferty firm szkoleniowych, zwróćcie uwagę, na jakim materiale będą odbywać się zajęcia praktyczne.

Dlaczego więc częściej inne firmy szkoleniowe stosują LABELITE, drewno, sklejkę i inne łatwoobrabialne materiały?

Wynika to z faktu, że część firm szkoleniowych dysponuje obrabiarkami, które nie radzą sobie z cięższymi w obróbce materiałami. Najczęściej więc nie jest to zła wola organizatora szkolenia, tylko ograniczenie wynikające z posiadanej przez niego infrastruktury.
 

Kliknij, by przejść do części szóstej poradnika pt. Od jakiego kursu rozpocząć przygodę z CNC i jakie szkolenia wybrać jako kolejne?.