Podczas obróbki, gdy narzędzie zagłębia się w opracowywanym przedmiocie, metal znajdujący się przed nim jest ściskany. Gdy przekracza granicę wytrzymałości, metal oddziela się od przedmiotu obrabianego i wyodrębnia jako wiór. Płaszczyzna ścinania wznosi się w górę od przystawki przed narzędziem. Wartość kąta cięcia zależy od rodzaju materiału i warunków skrawania (nachylenie narzędzia, prędkość obrotów itp.). Im mniejszy kąt, tym dłuższa droga nacinania, a co za tym idzie grubszy wiór i większa siła skrawania i odwrotnie. Wtórne ścinanie następuje z powodu tarcia, gdy wióry przesuwają się wzdłuż czoła. Opór zwiększa temperaturę procesu skrawania, powodując przegrzanie pochodnych materiałów procesu CNC. W tym artykule postaramy się przybliżyć ogólną wiedzę przydatną na początek naszej przygody, jednak warto wspomnieć, że to tylko wierzchołek góry lodowej, a sama dziedzina CNC jest dość obszerna i niewątpliwie bardzo ciekawa.
Rodzaje wiórów stosowanych we frezarkach CNC
Poniżej przedstawiamy kilka popularnych kategorii wiórów stosowanych w narzędziach CNC.
Wióry nieciągłe
Nieciągłe wióry mają niejednorodny kształt i są zwykle odkształcane w wyniku wielokrotnych pęknięć. Wiadomo, że przedmioty obrabiane wykonane z twardych i kruchych metali, takich jak żeliwo, mosiądz i brąz, wytwarzają dyskretne, niewielkie wióry. Mogą one być również generowane z bardzo wytrzymałych przedmiotów, gdzie tarcie między obrabianym surowcem, a narzędziem jest wysokie. Produkowanie nieciągłych wiórów jest spowodowane niskim posuwem, dużą prędkością skrawania, małym kątem natarcia, głębokim cięciem materiału i tak dalej. Nieciągłe tworzenie się ich na kruchych tworzywach poprawia wykończenie powierzchni i zmniejsza zużycie energii. Jednak jednocześnie, w przypadku obrabiania przedmiotów ciągliwych powoduje słabe obrobienie opracowywanego przez nas pola i wydłuża czas trwania całego procesu.
Wióry ciągłe
Zwane są również wiórami wstążkowymi, są jednorodne i nie mają pęknięć ani segmentów, co czyni je ze wszech miar wyjątkowymi. Ponadto, są ze sobą połączone, tworząc długą cewkę, a ich uzyskiwanie odbywa się podczas cięcia materiałów z tworzyw sztucznych, takich jak aluminium, stal miękka, stal miękka itp. Charakteryzują się tym, że mają małe nacięcia na wierzchniej stronie, podczas gdy spód jest gładki i błyszczący. Ciągłe wióry powstają w trakcie obróbki części wykonanych z twardych materiałów. Wysoka prędkość skrawania, duży kąt natarcia, mała głębokość skrawania, niski udział materiału i niskie tarcie to inne czynniki, które przyczyniają się do tworzenia wiórów ciągłych. Ogólnie rzecz biorąc, taki rodzaj tworzywa odpadowego występuje również przy użyciu smarów lub chłodziw oraz wykorzystaniu ostrej krawędzi tnącej. Omawiane w tym akapicie opiłki wstążkowe zapewniają czyste wykończenie powierzchni, większą trwałość narzędzia i mniejsze zużycie energii. Z drugiej strony, usuwanie tego typu wiórów stanowi przed operatorem nielada wyzwanie. Aby poprawić warunki pozbywania się odpadów, konieczne jest stosowanie łamaczy wióra.
Wióry niejednorodne
Wióry heterogeniczne, znane również jako ząbkowane, są półciągłe. Wyglądają jak piłokształtne ze względu na niskie odkształcenia ścinania i obszary deformacji o wysokim nacięciu. Są one zwykle wykonane z materiałów o niewysokiej przewodności cieplnej lub zmiękczonej termicznie wytrzymałości mechanicznej. Stopy tytanu, nikiel i austenityczne stale nierdzewne to przykłady surowców przedmiotu obrabianego, które mogą tworzyć nierówne wióry podczas obróbki. Jedną z przyczyn powstawania tego rodzaju opiłków jest duże odkształcenie powierzchni wióra narzędzia podczas skrawania twardych materiałów przy umiarkowanych prędkościach skrawania.
Wióry ciągłe z nawarstwionymi krawędziami
Te wióry są bardzo podobne do omówionej powyżej ciągłych wiórów, ale nie są tak gładkie jak one. Powstają głównie podczas cięcia twardych materiałów, które są przetwarzane w wysokich temperaturach i przy dużych prędkościach. W takim przypadku tarcie powstałe między narzędziem a przedmiotem obrabianym jest zbyt wielkie. Dlatego wióry przyklejają się do krawędzi obrabiarki, a gdy opiłki te nakładają się na siebie w kolejnych warstwach, powstaje narost na krawędzi używanej maszyny. Podczas procesu cięcia wymiary tych krawędzi narastających stale się zmieniają. Wysoka temperatura i ciśnienie między narzędziem, a obrabianym materiałem, stosowanie niewłaściwego chłodziwa, wysokie tarcie na powierzchni urządzenia oraz obróbka twardych tworzyw to tylko niektóre z najczęstszych przyczyn tworzenia się tego rodzaju opiłków.
Właściwości płytki tokarskiej
Obróbka plastycznych metali, takich jak stal, z wysokimi prędkościami skrawania i dużymi kątami natarcia, powoduje powstawanie długich wiórów. Opiłki powstające w podwyższonych temperaturach i przy ciągłej, dużej szybkości mogą zagrażać bezpieczeństwu operatorów obrabiarek, uszkadzać produkty w wyniku zaplątania się w narzędzia i utrudniać ich usuwanie. Wióry mogą odpaść samoistnie lub w wyniku wymuszonego złamania. Podczas obróbki tworzyw sztucznych materiały odpadowe mają tendencję do zwijania się z powodu różnic temperatury i prędkości przepływu.
Mimo tego, że istnieją różne metody pozbywania się przeszkadzającego nam tworzywa, jak np. mechaniczne; przy użyciu chłodziwa; czy “na siłę”, to najpopularniejszą metodą wymuszonego odłączenia jest użycie łamacza wióra.
Łamacze wióra
Stosowane są do płytek o różnych powłokach i podłożach, a ich najbardziej podstawową funkcją jest zmuszanie wiórów do zwijania się bardziej niż w warunkach naturalnych. Wymuszone owijanie może powodować pękanie opiłków, gdy uderzają w obrabiany przedmiot lub narzędzie. Łamacze wiórów zwiększają wydajność obróbki dzięki lepszej kontroli odpadów i zmniejszeniu sił skrawania. Większość nowoczesnych narzędzi tego typu ma postać rowków lub przeszkód w postaci nacięć w narzędziach skrawających. Celem projektowania łamacza wiórów jest znalezienie najlepszej geometrii dla danego scenariusza procesu, która następnie wywiera nacisk na opiłek i sprawia, że jest on podatny na pękanie, gdyż mają one mały rowek za przednią krawędzią skrawającą. Geometria tego rowka określa promień krzywizny wióra. Blokujące łamacze wiórów mają charakterystyczną geometrię zbliżoną do stopnia. Łamacze wiórów typu przeszkodowego z kolei mają charakterystyczną geometrię zbliżoną do stopnia. Bariera może być zintegrowana z narzędziem tnącym lub do niego przymocowana. W przypadku typu „zainstalowanego” można je dostosować do różnych warunków obróbki.
Podsumowanie
Proces obróbki to sprytne połączenie fizyki, materiałoznawstwa i mechatroniki. Podczas skrawania usuwanie materiału jest wynikiem siły działającej między opracowywanym przedmiotem a narzędziem. Charakter tych interakcji determinuje kolor i rozmiar wiórów. Opiłki są cennymi danymi badawczymi i diagnostycznymi dla inżynierów zajmujących się procesami CNC, jednakże, jeśli nie będzie właściwie traktowany, wiór może nawet zmniejszyć wydajność maszyny.
Podczas obróbki występują trzy różne rodzaje wiórów:
- wióry segmentowe,
- wióry ciągłe
- wióry z nawarstwionymi krawędziami.
Powstawanie odpadów materiałowych zależy od doboru tworzywa i parametrów procesu skrawania. Usuwanie opiłków jest ważnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy poprawie ogólnej wydajności pracy i planowaniu autonomicznych operacji maszyny.
Chociaż wióry segmentowe i ciągłe ulegają samodestrukcji w określonych warunkach skrawania, stosowanie łamaczy wiórów w systemach jest praktyczną zasadą. Niechciane odpady są łamane do odpowiedniej długości przez takie narzędzie, co zapobiega zaplątaniu się wiórów w maszynę, redukując wibracje i zapobiegając uszkodzeniom. Łamacze wiórów zmniejszają również opory skrawania, zapobiegając wykruszaniu się i łamaniu krawędzi skrawającej. Używając łamacza, wybierz ten, który jest odpowiedni do danego zadania. W przypadku operacji toczenia, takich jak obróbka wykańczająca, średnia i zgrubna, musimy do każdego z nich wybrać dopasowane akcesorium, gdyż stosowanie prawidłowego łamacza wiórów ma kluczowe znaczenie w zależności od żądanej głębokości skrawania, posuwu, prędkości wrzeciona i pożądanego wykończenia powierzchni.