A CNC megmunkálás világában a legtöbb figyelem a gépekre, a szoftverekre és a megmunkált alkatrészekre irányul. A szerszámra — a marókésre, az esztergakésre, a fúróra, a dörzsárra — viszonylag keveset gondolunk. Pedig a szerszámgyártás az egész megmunkálási lánc egyik meghatározó eleme: a szerszám minősége, anyaga és geometriája közvetlen hatással van a megmunkált alkatrész tűrésére, felületminőségére, és az egységnyi alkatrészre jutó gyártási költségre. Ebben a cikkben elmerülünk a szerszámanyagok és a szerszámgyártás rejtelmeiben.
Mi a szerszámgyártás feladata?
A szerszámgyártás két nagy területet foglal magában:
- Forgácsoló szerszámok gyártása: marók, fúrók, esztergakések, dörzsárak, menetfúrók — ezek közvetlenül végzik a CNC marást és CNC forgácsolást
- Alakadó szerszámok gyártása: fröccsöntő formák, sajtoló szerszámok, húzószerszámok, kovácsoló szerszámok — ezek a sorozatgyártási folyamatok alapjai
A szerszámgyártás Budapesten ma már mindkét területen jelen van — és a szerszámgyártás árak széles skálán mozognak az egyszerű forgácsoló szerszámoktól a komplex, precíziós fröccsöntő formákig.
A szerszámacél típusai és alkalmazásai
A szerszámanyag megválasztása az egyik legfontosabb döntés a szerszámgyártásban. A főbb szerszámanyag-kategóriák:
Gyorsacél (HSS — High Speed Steel): A legrégebbi és ma is széleskörűen alkalmazott szerszámacél. Jellemző összetétele: W-Mo-Cr-V ötvözők magas széntartalommal. Előnye: rugalmas, jól köszörülhető, olcsóbb mint a keménymetall. Hátránya: magasabb hőmérsékleten elveszíti keménységét — magas sebességű megmunkálásnál nem optimális. Alkalmazás: menetes fúrók, dörzsárak, fűrészlapok, egyszerűbb maró-geometriák.
Keménymetall (WC-Co — Wolfram-karbid kobalt kötőanyaggal): Az ipari CNC marás és CNC forgácsolás domináns szerszámanyaga. Extrém keménység (HV 1400-1600), kiváló hőállóság, nagy kopásállóság — 10-20× nagyobb fordulatszámon dolgozható, mint az HSS. Hátránya: rideg, törékeny — ütőterhelésre érzékeny. A keménymetall szerszámokat általában PVD vagy CVD bevonattal látják el (TiN, TiAlN, AlCrN), ami tovább növeli kopásállóságukat és hővédelmüket.
Polikristályos gyémánt (PCD): A alumínium marás és alumínium megmunkálás preferált szerszámanyaga prémium alkalmazásokban. A szintetikus gyémántszemcsékből szinterelt PCD él rendkívül éles és kopásálló — alumíniumon akár 50-100× hosszabb élettartamot biztosít, mint a keménymetall. Alkalmazás: alumínium, réz, szénszál erősített kompozitok (CFRP) megmunkálása.
Köbös bórnitrid (CBN): A vasfémek (acél, öntöttvas, hőálló ötvözetek) megmunkálásának prémium szerszámanyaga. A gyémánt után a legtöbb kemény anyag — alkalmas az edzett acél köszörülés nélküli megmunkálására is („hard turning”). A alkatrészgyártásban különösen értékes, ahol a köszörülés kiváltása CBN forgácsolással gyártási időt és költséget takarít meg.
Kerámia szerszámok: Alumínium-oxid vagy szilícium-nitrid alapú szerszámok — rendkívül nagy vágási sebességre alkalmasak (öntöttvas esztergálásnál), de igen törékenyek.
Bevonatok és élgeometria: a szerszám „ruházkodása”
A keménymetall szerszámok bevonata önmagában is technológiai csoda. A PVD (Physical Vapor Deposition) és CVD (Chemical Vapor Deposition) eljárásokkal felvitt 2-8 μm vastag bevonat (TiN, TiAlN, AlTiN, DLC) drámaian növeli a szerszám teljesítményét:
- TiN (titán-nitrid): arany színű, általános célú bevonat; csökkenti a súrlódást
- TiAlN (titán-alumínium-nitrid): sötétszürke/lila; magas hőmérsékleten is tartja keménységét — száraz megmunkáláshoz ideális
- AlCrN (alumínium-króm-nitrid): szélsőséges hőállóság; rozsdamentes acél és titán megmunkálásához
- DLC (gyémánt-szerű szén): alumínium forgácsoláshoz ideális — nem tapad az alumínium
A szerszámgeometria és a megmunkálás kapcsolata
A szerszám geometriája — szárátmérő, élek száma, hélix szög, élgeometria, sugár — alapvetően befolyásolja a CNC megmunkálás eredményét. Több él = simább felület, de kisebb forgács-elvezető kapacitás. Nagyobb hélix szög = jobb forgácselvezető, de kisebb axiális merevség. Pozitív élgeometria = kisebb erő, jobb alumínium megmunkáláshoz. Negatív élgeometria = nagyobb erő, de jobb keményacél megmunkáláshoz.
Összefoglalás
A szerszámgyártás és a szerszámanyag-választás nem „megspórolható” lépés a alkatrészgyártás folyamatában. A megfelelő szerszám a megfelelő anyagból, a megfelelő bevonattal és geometriával csökkenti a megmunkálási időt, javítja a tűréseket és a felületminőséget — ami végső soron az alkatrészgyártás árakat és a CNC megmunkálás árakat is kedvezőbbé teszi. A fémmegmunkálás Budapesten versenyképes szinten csak a szerszámtechnológia teljes körű ismeretével és alkalmazásával lehetséges — ez az a tudás, amely megkülönbözteti az átlagos műhelyt a prémium minőségű fémmegmunkálást kínáló partnertől.