Koncepty stopkových nástrojů: s vyměnitelnými destičkami, monolitní?

Nástroj s vyměnitelnými destičkami, a nebo monolitní – které pojetí rotačních řezných nástrojů je lepší? Stejně jako v mnoha případech technologie, neexistuje na tuto otázku úplně jednoznačná odpověď. Ale určitá odpověď existuje, pokud budeme posuzovat výhody i nevýhody obou konceptů vzhledem ke specifickým podmínkám.

Nástroj s vyměnitelnou břitovou destičkou, koncept, který se ve strojírenství stal běžný od 60. let 20. stol., vyžaduje schopnost obrábět pouze od jedné ze svých částí – destiček. Tělo nástroje slouží pouze jako držák pro destičky, které jsou vyráběny ve specifických tvarech z různých těžkoobrobitelných materiálů (např. různé druhy slinutých karbidů, kubického nitridu boru (CBN), cermetu atd.), zatímco vlastní těleso nástroje je vyrobeno převážně z oceli.

Destičky se liší (kromě tvaru samotné destičky) tvarem utvařeče třísky – ten vytváří potřebnou geometrii řezné hrany. Upnutí břitové destičky, která má geometrii a je vyrobená z řezného materiálu vhodného k opracování určitého typu obrobku, do těla nástroje, dává dohromady optimální řezný nástroj pro daný obrobek. Destičky mají zpravidla několik řezných hran. V případě opotřebení jedné z hran stačí jednoduše destičku v lůžku pootočit (na další řeznou hranu) a popřípadě obrátit. Možnost použít další břit na stejné destičce snižuje pořizovací náklady a přispívá k hospodárnějšímu využití řezného materiálu.

Destička je vyrobená technologií práškové metalurgie a díky tomu lze vytvořit jedinečný tvar na povrchu destičky, tj. utvařeč formující třísku. Získání tohoto tvaru jinou technologickou metodou je extrémně obtížné nebo dokonce nemožné. Tímto procesem výroby vzniká destička s výjimečně silnou a odolnou řeznou hranou, která je schopná odolávat velkému zatížení.

Nástroj s vyměnitelnými destičkami má ale zároveň své nevýhody. Zaprvé, přesnost je o něco nižší v porovnání s monolitním karbidovým nástrojem. Zadruhé, nástroj je omezen svým průměrem (např. Ø < 8–10 mm). Zmenšení průměru vede ke zmenšení velikosti všech součástí nástroje, včetně destiček a jejich upínacích součástí (zejména pak šroubků), což má přirozeně své limity. A navíc, řezná hrana destičky je odolná, ale ne tak ostrá jako řezná hrana monolitního nástroje. Pro obrábění měkkých materiálů, jako je měď, hliník anebo komerčně čistý titan, které vyžadují ostrou hranu, je potřeba provést dodatečné broušení hran.

Hlavní výhodou broušených monolitních nástrojů je jejich přesnost – v průměru o stupeň vyšší než u nástroje s VBD. U monolitního nástroje však nelze břit vyměnit, ale lze ho přebrousit.

Jako u nástroje s VBD, i monolitní nástroj má rozměrová omezení, která souvisí s náklady na nástroj. Na rozdíl od nástrojů s VBD, monolitní nástroje nemohou dosahovat velkých průměrů – obvykle průměr nástroje nepřesahuje 25 mm. Takový typ nástroje vyžaduje značné množství materiálu na výrobu a také broušení trvá mnohem déle. Tato omezení vedou k výrazně vyšším cenám nástrojů. Na rozdíl od nástroje s VBD je řezná hrana monolitních nástrojů ostřejší, ale méně odolná.

Rozměry a typ obrobku zpravidla určují, který z nástrojů bude pro danou operaci použitý. Například pro vrtání otvoru o průměru 3 mm bude použitý monolitní vrták. Když odhlédneme od tohoto rozměrového aspektu, správný výběr nástroje charakterizují následující principy.

Pro těžké obrábění (obvykle hrubování nebo polodokončování), pro které je potřeba značná řezná síla a spotřeba energie, jsou nástroje s VBD upřednostňovaným řešení. Pro méně výkonné operace a dokončování, které vyžadují velkou přesnost a kvalitu povrchu, je vyžadován monolitní nástroj.

V několika posledních letech jsme byli svědky dramatických změn v této logice a tradičním pojetí. Hledání nových řešení za účelem zvýšení produktivity, v kombinaci s pokrokem ve strojírenství, vytvořilo efektivní metody obrábění a vhodné moderní stroje. Velké množství moderních strojů má dnes menší výkon než dříve, ale zato dosahují mnohem vyšší řezné rychlosti a jsou vybaveny moderními CNC jednotkami pro obrábění s vysokými posuvy s nástroji malých průměrů, které se pohybují po optimálních trajektoriích s konstantním zatížením nástroje. Tento krok, ve spojení s pokrokem v technologiích přebrušování a povlakování, znamená druhý vítr pro používání monolitních nástrojů i při hrubovacích operacích. Nové a moderní řezné materiály umožňují obrábět čím dál tím tvrdší materiály obrobku. Kupříkladu dnes jsou monolitní karbidové stopkové frézy, pracující metodou vysokých posuvů, schopné úspěšně obrábět kalenou ocel až do 65 HRC.

Výrobci nástrojů rozeznali výhody kombinací obou konceptů (monolitních nástrojů a nástrojů s VBD) a promítli je do jednoho nástroje. Jasným příkladem fungujícím v dnešní praxi jsou populární řady nástrojů MULTI-MASTER a CHAMDRILL od ISCARu. Obě tyto řady mají nástroje s vyměnitelnými karbidovými hlavicemi. V sortimentu nástrojů MULTI-MASTER, který byl představen již v roce 2001, může být karbidová hlavice namontována na různé stopky a jedna stopka může nést různé typy karbidových hlavic. Tento princip nástrojů s vyměnitelnou karbidovou hlavicí umožňuje více než 40 000 konfigurací.

Takže, který koncept je lepší? Strojírenský průmysl vyžaduje oba typy řezných nástrojů v závislosti na technologických postupech. Poměr nástrojů s VBD a monolitních nástrojů k nástrojům s vyměnitelnou karbidovou hlavicí se na dnešním trhu odhaduje 1:1, což značí, jak vývoj řezných nástrojů postupuje v obou směrech. Ale technologický pokrok a zdokonalení ve zpracování bude činit nároky na nástroje, monolitní i s VBD, stále vyšší.

www.iscar.cz