Kvantifikace řízení a hodnocení opotřebení a životnosti nástrojů
Poptávka po větší pevnosti a přesnosti a po snížení hmotnosti má za následek vyšší potřebu obtížně obrobitelných obrobků z materiálů, jako jsou slinuté karbidy, tvrdé a křehké materiály a kalené oceli.
Obtížně obrobitelné materiály kladou velkou zátěž na řezné nástroje, takže je nezbytné věnovat zvláštní pozornost opotřebeným nebo ulomeným břitům obráběcích nástrojů.
4K mikroskop společnosti KEYENCE významně zvyšuje efektivitu měření řezných nástrojů a usnadňuje správu a hodnocení nástrojů.
- Nové materiály a vývoj řezných nástrojů
- Význam kontrol opotřebení nástrojů
- Správa opotřebení a životnosti nástrojů
- Nejnovější příklady použití mikroskopů ke zjednodušení měření a kontroly opotřebení nástrojů
- Pozorování plně zaměřených povrchů nástrojů a výrobků a jejich měření
- Pozorování a měření bez vlivu lesklých povrchů
- Pozorování a 2D/3D měření opotřebení a ulamování materiálu na jednom zařízení
- Pozorování a měření diamantového nástroje (PCD)
- Správa životnosti nástrojů prostřednictvím dlouhodobého pozorování
- Nejnovější řešení pro měření a kontrolu řezných nástrojů
Nové materiály a vývoj řezných nástrojů
V současnosti probíhá výzkum a vývoj technologií, které pomáhají snižovat hmotnost výrobků a zvyšovat jejich bezpečnost a funkčnost. Tyto technologie jsou prakticky využívány zejména v automobilovém a leteckém průmyslu a vedou k rychlému nárůstu potřeby obrábět s vysokou přesností obtížně obrobitelné materiály, jako jsou slitiny titanu a polymery vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP)*. Kromě obrábění obtížně obrobitelných materiálů se rozvíjejí procesy, které kladou velkou zátěž na obráběcí nástroje, přesto však vyžadují vysokou spolehlivost. Mezi takové procesy patří vysokorychlostní obrábění, jehož cílem je zvýšit efektivitu výroby, a bezobslužné kontinuální obrábění prováděné po velmi dlouhou dobu. V odvětví polovodičů se vedle potřeby mikroobrábění objevily také technologie přesného obrábění na úrovni několika mikrometrů.
Aby bylo možno splnit tyto požadavky, byly pro pracovní části jednorázových nástrojů, vrtáků a fréz vyvinuty vyměnitelnými břity. U jednorázových nástrojů lze na břity upevnit špičky ze slinutých karbidů*, materiálů PCD* nebo materiálů CBN*. S takovými nástroji pak lze obrábět obtížně obrobitelné materiály. Tyto typy nástrojů se používají v mnoha různých odvětvích, protože v případě opotřebení břitu stačí vyměnit jeho špičku, což snižuje dobu údržby a náklady na ni.
CFRP: Zkratka pro plast vyztužený uhlíkovými vlákny. Je to kompozitní materiál složený z uhlíkových vláken a pryskyřice. Tento materiál se vyznačuje nižší hustotou, nižší hmotností a vyšší pevností než železo a hliník. Na rozdíl od kovů má CFRP vysokou pružnost a pevnost ve směru vláken, což umožňuje navrhnout pevnost výrobku podle směru vláken.
Slinutý karbid (slitina WC-Co): obvykle nazývaný tvrdokov. Jde o kompozitní materiál, v němž jsou karbidy kovů skupin IVa, Va a VIa periodické tabulky prvků slinuty se železnými kovy, jako je železo, kobalt a nikl. Vyznačuje se vynikajícími mechanickými vlastnostmi, jako je nízkoteplotní a vysokoteplotní tvrdost (HRA 80 až 94), pevnost (pevnost v ohybu přibližně 2 GPa nebo vyšší) a Youngův modul (přibližně třikrát vyšší než u železa).
PCD: Zkratka pro polykrystalický diamant. Jde o umělý minerál vyráběný slinováním mikrokrystalů diamantu s kovovými a keramickými prášky při vysoké teplotě a tlaku. Zatímco přírodní diamanty jsou monokrystalické, diamanty obsažené v materiálu PCD jsou polykrystalické a mají vynikající tepelnou vodivost a tvrdost.
CBN: Zkratka pro kubický nitrid boru. Jde o sloučeninu boru a dusíku, která se nevyskytuje v přírodě. Vedle diamantu je to nejtvrdší materiál. Z hlediska tepelného odporu začíná PCD oxidovat při teplotě asi 700 °C, zatímco CBN začíná oxidovat při teplotě asi 1300 °C. To znamená, že materiál CBN je vhodnější pro obrábění při vysokých teplotách.
Význam kontrol opotřebení nástrojů
Opotřebené nebo ulomené břity nástrojů mají nejen vliv na přesnost a rychlost opracování, ale způsobují také deformaci a lámání obrobků v důsledku zvýšené teploty břitu. Opotřebené nebo ulomené břity nástrojů také vedou k poruchám obráběcích strojů. Proto má sledování stavu břitů přímou souvislost s výkonem obráběcího procesu.
Například jednorázové špičky – břity nástrojů z materiálů PCD a CBN, které vynikají při opracování obtížně obrobitelných materiálů – mají čelo pro odvod třísek a hřbet, který brání styku špičky s řeznou plochou. Přesnost úhlů sklonu těchto ploch má přímý vliv na přesnost opracování. Pokud budete používat špičku, která má opotřebení ve tvaru žlábku nebo opotřebení hřbetu, sníží se přesnost obrábění, což má za následek vadné produkty.
Proto může pravidelná kontrola a optimální řízení opotřebení nástroje snížit úbytek materiálů a potřebu prediktivní údržby řezných nástrojů. Tato snížení významně přispívají ke snížení nákladů tím, že zvyšují výtěžnost a produktivitu díky stabilnímu provozu řezných nástrojů.
Správa opotřebení a životnosti nástrojů
Životnost nástrojů závisí na řezných podmínkách, jako je materiál obrobku, způsob obrábění, rychlost obrábění a otáčky. Například nastavením vyšších otáček za účelem zvýšení posuvu břitové destičky se nejen zvýší rychlost obrábění, ale také zatížení břitu. To pak vede k vyššímu opotřebení. Naopak nastavením nižších otáček za účelem snížení posuvu břitové destičky se prodlouží životnost břitu, ale zpomalí rychlost obrábění.
Obrábění se musí provádět při optimálních řezných podmínkách z hlediska rychlosti obrábění i životnosti břitu. Pozorování a měření stavu opotřebení nástrojů mikroskopy za účelem stanovení optimálních řezných podmínek patří mezi nejefektivnější způsoby prodloužení životnosti nástrojů a zvýšení výtěžnosti a efektivity výroby.
Nejnovější příklady použití mikroskopů ke zjednodušení měření a kontroly opotřebení nástrojů
Přesnost lze řídit lépe měřením 2D a 3D tvaru nástrojů a kvantifikací opotřebení pomocí měření poloměru.
Pozorování plně zaměřených povrchů nástrojů a výrobků a jejich měření
Nástrojové břity mají výrazně trojrozměrné tvary. U těchto tvarů můžete kontrolovat případné opotřebení a vady břitu a stav obráběného povrchu. Pro tento účel můžete využít pozorování a měření od nejbližší po nejvzdálenější část. Pokud je při této kontrole zaostřena pouze část objektu, musíte zaostření upravit pro každou polohu pozorování, což zvyšuje časovou náročnost pozorování.
Digitální 4K mikroskop řady VHX je vybaven funkcí hloubkové kompozice bez ostření, která okamžitě poskládá více poloh zaostření tak, aby bylo možno pozorovat celý objekt i v případě nerovného povrchu. Kromě toho umožňuje vystřeďovací mechanizmus pozorování ze všech směrů, aniž by docházelo k pohybu centrální osy. To umožňuje pozorovat stejnou část ze stejného umístění u různých vzorků. To nejen zkracuje dobu potřebnou pro měření, ale také umožňuje snadno porovnávat vzorky.
Vlevo: normální, vpravo: hloubková kompozice bez ostření
Pozorování a měření bez vlivu lesklých povrchů
Nástroje jsou vyrobeny z leštěných kovů a povrchy jejich řezných špiček jsou ještě lesklejší. Takové povrchy způsobují silné odrazy světla, což vytváří odlesky bránící pozorování a měření.
K potlačení odrazu světla je digitální 4K mikroskop řady VHX vybaven funkcí odstranění odlesků, funkcí odstranění kruhových odlesků a funkcí HDR, která umožňuje pořizovat snímky vylepšující strukturu povrchů.
Funkce odstranění kruhových odlesků odstraňuje kruhové odrazy na povrchu objektu. Snímáním několika obrazů v různých směrech světelného zdroje se zabraňuje přeexponování obrazu.
Funkce HDR (vysoký dynamický rozsah) také snímá několik obrazů s různými rychlostmi závěrky, aby vznikl obraz s vysokým barevným přechodem. Díky tomu lze provádět pozorování s dříve nedosažitelnou přesností a kontrastem.
Jasné snímání se sníženým odrazem světla díky těmto funkcím významně usnadňuje pozorování a měření kovových povrchů.
snímání bez odlesků
s vylepšenou strukturou povrchu kovu
Pozorování a 2D/3D měření opotřebení a ulamování materiálu na jednom zařízení
Frézy a špičky vrtáků mají členité tvary a jejich ulamování musí být měřeno nejen dvojrozměrně, ale také trojrozměrně. Kromě toho je třeba opotřebení a ulamování jednorázových špiček měřit pomocí 3D obrazů.
Na digitálním 4K mikroskopu řady VHX lze měřit nejen dvojrozměrně, ale také trojrozměrně. Trojrozměrné měření umožňuje pozorování pomocí přesných 3D obrazů, což umožňuje získat spolehlivější výsledky měření. Mikroskop řady VHX je také vybaven funkcí automatického nastavení, která umožňuje provést hloubkovou kompozici i při snímání pod úhlem. Posun a vibrace okrajů, ke kterým může docházet při snímání obrazu, jsou automaticky korigovány a je zkonstruován plně zaostřený obraz. Kromě toho mohou být součástí kompozice i snímky zachycené z úhlu.
a profilu špičky vrtáku
Pozorování a měření diamantového nástroje (PCD)
Diamantové nástroje (nástroje PCD) jsou vhodné pro obrábění a zrcadlové leštění slinutých karbidů a obrábění plastů vyztužených vlákny (FRP) a plastů vyztužených uhlíkovými vlákny (CFRP). Vyznačují se také vysokou odolností vůči opotřebení a dlouhou životností v porovnání s konvenčními nástroji na bázi slinutých karbidů. Na druhou stranu pokud břit dosáhne teploty okolo 700 °C, jsou atomy uhlíku v diamantu absorbovány (oxidovány) železem, což způsobuje velmi silné opotřebení materiálu PCD.
Pomocí funkce složení 3D profilu můžete na digitálním 4K mikroskopu řady VHX provést měření profilu. Tato funkce umožňuje získat představu o tvaru povrchu nástroje PCD a měřit nejen ulamování, ale také opotřebení v řádu mikrometrů.
Správa životnosti nástrojů prostřednictvím dlouhodobého pozorování
Správa životnosti nástrojů má nepostradatelný význam pro stabilitu výroby. V některých případech je také nezbytné kontrolovat řezné podmínky. Hroty řezných nástrojů je třeba sledovat s přesností na jednotky mikrometrů a je také důležité rozlišovat mezi opotřebením a přilnutými třískami či cizími částečkami.
Digitální 4K mikroskop řady VHX nabízí zvětšení od 0,1× do 6000×. S mikroskopem řady VHX lze pozorovat nepatrné praskliny a defekty. Kromě velkých zvětšení lze pomocí mikroskopu řady VHX provádět snímkování ve vysokém rozlišení 4K. Pomocí funkce snímkování lze rozlišit jevy, které nelze rozlišit konvenčními metodami, například odlišit opotřebení od přilnutých cizích částeček.
Dlouhodobým pozorováním stavu hrotů nástrojů na základě takto získaných dat z pozorování můžete porozumět průběhu opotřebení a charakteru problémů, například praskání. V důsledku toho můžete prodloužit životnost nástrojů, pokud z charakteru problémů vyvodíte optimální řezné podmínky, a můžete zabránit výskytu vadných výrobků ve výrobě.
- Vlevo: malé zvětšení
- Vpravo: velké zvětšení
Nejnovější řešení pro měření a kontrolu řezných nástrojů
Mikroskop řady VHX je výkonný nástroj, který řeší problémy při měření a kontrole a zvyšuje efektivitu práce. Využívá k tomu detailní snímky ve vysokém rozlišení 4K, pořizování vysoce přesných číselných dat pomocí přesného měření a ukládání a využívání dat.
Mikroskop řady VHX je vybaven funkcemi, které účinně podporují pozorování nástrojů, jako je funkce hloubkové kompozice bez ostření, která dokáže zcela zaostřit blízkou i vzdálenou oblast i u členitých objektů, vystřeďovací mechanizmus, který zachovává objekt vystředěný v zorném poli dokonce i při náklonu nebo otočení inspekční plochy, a funkce redukující odlesky způsobené odrazem světla, které brání pozorování. K dispozici je také mnoho dalších funkcí, které splňují požadavky rychlé a přesné práce ve výrobě, jako je režim optického stínového efektu a funkce vícenásobného osvětlení. Tyto funkce umožňují jasně znázornit jemné detaily nerovných povrchů a automaticky reprodukovat různá nastavení výběrem uložených dat.
Podrobné informace o řadě VHX získáte po kliknutí na tlačítko ke stažení katalogu níže. V případě dotazů klikněte níže na druhé tlačítko umožňující kontaktování společnosti KEYENCE.
