Tuottavuuden ja prosessin toistettavuuden ylläpitäminen on valmistuksessa ensiarvoisen tärkeää, mutta eri valmistusteknologioihin liittyvät muuttujat – kuten koneet, materiaalit, kappaleen geometria ja työkalut – voivat helposti horjuttaa onnistumista. Kun ajattelee lastuavia työkaluja ja niihin vaikuttavia lukuisia tekijöitä (kone, materiaali, kovuus, kiinnitys, työkalupidin, ulottumat, leikkuuarvot jne.), ei ole ihme, että suuri osa käytössä olevista työkaluista on joko väärin sovellettuja tai alihyödynnettyjä.
Tässä kohtaa tulevat kuvaan vaihdettavat, indeksoitavat sekä näiden yhdistelmät (vaihdettava–indeksoitava) työkalujärjestelmät. Nämä monipuoliset, tehokkaat ja toistettavat ratkaisut on suunniteltu hallitsemaan valmistuksen sitkeintä haastetta – prosessimuuttujia.
Tässä artikkelissa käydään läpi ero vaihdettavien ja indeksoitavien työkalujen välillä sekä se, miten nämä aiemmin erilliset järjestelmät on yhdistetty tarjoamaan indeksoitavien terien etuja sekä maksimaalista räätälöitävyyttä ja optimointia erilaisiin työstöprosesseihin.
Indeksoitavat ja vaihdettavat työkalut – perusmääritelmät
Indeksoitava työkalu: koostuu rungosta (yleensä terästä), johon kiinnitetään mekaanisesti vaihdettavat teräpalat (kovametalli, keramiikka, CBN jne.). Teräpalat voidaan kääntää useita kertoja tai vaihtaa tarpeen mukaan.
Vaihdettava työkalu: koostuu rungosta tai pidinosasta (teräs, kovametalli, raskasmetalli) ja vaihdettavasta päästä, joka kiinnittyy varteen erilaisilla, usein valmistajakohtaisilla menetelmillä (esim. kierreliitos, mekaaninen kiristys, itselukittuva taskuliitos).
Indeksoitavien terien kehityssuunnat
Pinnoitteet ja materiaalit: Pinnoiteteknologian kehittäminen jatkuu ja tuo jatkuvasti lisää tuottavuutta, erityisesti yrityksille, jotka eivät ole päivittäneet työkalujaan viime vuosina.
Uusia terämateriaaleja – kuten keramiikkaa ja CBN/PCD-teräpaloja lastunmurtajilla – hyödynnetään yhä enemmän, ja ne parantavat työstettävyyttä vaikeissa materiaaleissa kuten nikkelipohjaisissa superseoksissa (esim. Inconel) ja karkaistuissa teräksissä.
Tarkkuus ja toistettavuus: Nykyaikaiset jauhepainotekniikat mahdollistavat erittäin tarkat toleranssit ja painosyklin hallinnan, mikä parantaa terien suorituskykyä koneessa.
Integroitu geometria: Monitasoinen ja moniakselinen painaminen sekä monimutkaiset muotit mahdollistavat monisärmäisten terien (useampia leikkuureunoja) valmistuksen yhdellä painokerralla, suoraan lastunmurtajilla ja jäähdytysurilla varustettuna.
Kuva: Iscar
Mikroterät ja -työkalut: Edellä mainittu painotekniikka mahdollistaa myös hyvin pienten terien valmistuksen tarkalla geometrialla ja sintratun kovametallin laadulla. Kun tähän yhdistetään 3D-metallitulostus työkalurungon valmistuksessa, voidaan toteuttaa aiempaa pienempiä halkaisijoita (¼”, 5/16″, 3/8″ jne.) jäähdytyskanavilla varustettuna – alueella, jolla aiemmin käytettiin vain täyskovametallityökaluja.
Kuva: Iscar
Vaihdettavien työkalujen evoluutio
Vaihdettavia työkaluja on käytetty jo vuosikymmeniä, ja niiden etuna on ollut kyky mukautua eri työstösovelluksiin. Varhaisimmat järjestelmät koostuivat teräsrungoista ja vaihdettavista teräpäistä, joissa oli indeksoitavat terät. Näissä oli kuitenkin heikkouksia – kuten heikompi jäykkyys ja tarkkuus lisäliitosten vuoksi – mikä rajoitti suorituskykyä ja tuottavuutta.
Toiset ovat pitäneet vaihdettavia järjestelmiä myös kalliimpina, koska kokoonpanoon tarvitaan useampia osia. Tämä näkökulma kuitenkin unohtaa elinkaarikustannukset: kun järjestelmää käytetään oikein, investointi maksaa itsensä nopeasti takaisin ja johtaa kokonaissäästöihin.
Varhaisten järjestelmien suurin heikkous oli liitoksen jäykkyys ja tarkkuus. Juuri tähän kohtaan uudempi vaihdettavien työkalujen sukupolvi on tuonut merkittävän parannuksen.
Kehittyneet vaihdettavat päät
1980-luvun lopulta 1990-luvun alkuun työkalunvalmistajat esittelivät kehittyneempiä järjestelmiä, joissa oli täyskovametalliset vaihdettavat päät. Merkittävin etu – monipuolisuuden ohella – oli parantunut liitostyyppi, joka lisäsi tarkkuutta ja jäykkyyttä.
Esimerkiksi ISCARin MULTI-MASTER-järjestelmässä käytettiin hiottua kierreliitosta, jossa on kartiomainen sovite ja etupintakosketus – pieni välysliitos, joka takaa tukevan kiinnityksen. Tämä 1990-luvun alussa esitelty ratkaisu oli niin onnistunut, että se on edelleen alan mittapuu. Sittemmin vaihdettavien järjestelmien mahdollisuudet ja yhdistelmät ovat kasvaneet valtavasti – ja kehitys jatkuu edelleen.
Vaihdettavat–indeksoitavat päät
Viime vuosina kehitystä on viety vielä pidemmälle yhdistämällä vaihdettavat ja indeksoitavat järjestelmät. Tämä antaa käyttäjälle sekä indeksoitavien terien kustannusedut että vaihdettavien päiden tarjoaman joustavuuden. Näin voidaan räätälöidä terägeometria ja -laatu tarkasti materiaalin ja kappaleen mukaan.
Yhtenä linjassa valmistuksen trendien kanssa
Viime vuosina valmistusteknologia on kehittynyt suuntaan, joka tukee vaihdettavien työkalujen yleistymistä. Esimerkiksi:
- CNC-koneet ovat kevyempiä ja nopeampia, mutta niissä on vähemmän tehoa
- lisääntyneet additiiviset menetelmät ja lähes valmiit taonta- tai valukappaleet vaativat vähemmän rouhintaa
- CAM-ohjelmistojen trokoidaaliset työstöradat mahdollistavat suuremmat lastuvirrat korkeilla nopeuksilla
Näiden trendien vuoksi nykyaikaiset vaihdettavat työkalujärjestelmät korvaavat yhä useammin täyskovametallityökalut ja perinteiset indeksoitavat ratkaisut. Uudet vaihdettavat–indeksoitavat päät avaavat täysin uusia sovelluksia, joissa voidaan hyödyntää uusimpia teräpalageometrioita, laatuja ja pinnoitteita – ja saavuttaa maksimaalinen tuottavuus työstä toiseen, materiaalista tai prosessista riippumatta.
Käännös: Toimitus
Lähde ja alkuperäinen teksti: Cutting Tool Engineering
