Narzędzia skrawające do stali – jak dobrać odpowiedni frez, wiertło i płytkę?

Stal jest jednym z najczęściej obrabianych materiałów w przemyśle, produkcji maszyn, motoryzacji, narzędziowniach i zakładach wykorzystujących obrabiarki CNC. Określenie „stal” obejmuje jednak bardzo szeroką grupę materiałów o różnych właściwościach mechanicznych, składzie chemicznym, twardości i podatności na obróbkę.

Narzędzie, które bardzo dobrze sprawdza się podczas frezowania typowej stali konstrukcyjnej, nie musi zapewniać takich samych rezultatów przy stali nierdzewnej, wysoko stopowej czy hartowanej. Różnice dotyczą nie tylko materiału samego ostrza, ale również geometrii, powłoki, liczby ostrzy oraz parametrów pracy.

Dlatego dobór narzędzi skrawających do stali powinien rozpocząć się od ustalenia rodzaju materiału oraz wykonywanej operacji. Profesjonalne narzędzia do skrawania metali do frezowania, wiercenia i toczenia znajdziesz w ofercie AG-Tools. 

Rodzaj stali ma znaczenie przy wyborze narzędzia

Nie wszystkie stale można obrabiać w identyczny sposób. Już na etapie wyboru frezu, wiertła czy płytki warto określić, z jaką grupą materiału będziemy pracować.

Taki podział jest oczywiście uproszczeniem, ale dobrze pokazuje, dlaczego nie powinno się wybierać jednego frezu lub jednej płytki jako uniwersalnego rozwiązania do każdego rodzaju stali.

akie frezy stosować do stali?

W obróbce CNC bardzo często wykorzystuje się frezy pełnowęglikowe VHM. Węglik spiekany charakteryzuje się wysoką twardością i odpornością na temperaturę, dzięki czemu w odpowiednio stabilnych warunkach pozwala pracować przy wysokich parametrach skrawania. Do typowej obróbki stali często wykorzystywane są frezy 4-ostrzowe. Większa liczba ostrzy może zwiększyć wydajność procesu, ponieważ podczas jednego obrotu materiał skrawany jest przez większą liczbę krawędzi.

Nie oznacza to jednak, że frez 4-ostrzowy będzie najlepszy w każdej sytuacji. Liczbę ostrzy trzeba dopasować do materiału, rodzaju operacji oraz możliwości odprowadzania wiórów. Przy frezowaniu zgrubnym duże znaczenie ma zdolność do szybkiego usuwania znacznej ilości materiału. W obróbce wykańczającej ważniejsza staje się natomiast dokładność wymiarowa i jakość uzyskiwanej powierzchni.

Zobacz frezy do profesjonalnej obróbki metali. 

VHM czy HSS-Co do obróbki stali?

Wybór materiału frezu powinien wynikać również z warunków pracy. Narzędzia VHM są bardzo sztywne i umożliwiają pracę przy wysokich prędkościach, ale jednocześnie wymagają stabilnego mocowania i odpowiednio sztywnej obrabiarki. HSS-Co może być dobrym rozwiązaniem w zastosowaniach, w których występują mniej stabilne warunki pracy lub gdzie istotna jest większa odporność narzędzia na obciążenia udarowe. Nie należy więc sprowadzać wyboru wyłącznie do stwierdzenia, że jeden materiał jest „lepszy” od drugiego. Najważniejsze jest dopasowanie narzędzia do konkretnego procesu.

Więcej o różnicach materiałowych przeczytasz w poradniku „Frezy węglikowe VHM vs frezy kobaltowe HSS-Co”. 

Jak dobrać wiertło do stali?

Przy wierceniu sytuacja wygląda podobnie jak przy frezowaniu. Wybór zależy od rodzaju stali, liczby wykonywanych otworów, głębokości wiercenia, wymaganej dokładności oraz maszyny. Do typowych zastosowań warsztatowych w stali konstrukcyjnej można wykorzystać dobrej jakości wiertła HSS. Jeżeli materiał jest bardziej wymagający lub podczas pracy powstaje więcej ciepła, warto rozważyć wiertła HSS-Co. Dodatek kobaltu zwiększa odporność materiału narzędzia na temperaturę i pozwala stosować go w bardziej wymagających warunkach.

Zobacz Wiertła kobaltowe HSS-Co: 

W stabilnych procesach CNC można wykorzystać wiertła węglikowe VHM. 

Dokładne porównanie tych technologii znajduje się także w artykule „Wiertła węglikowe vs HSS vs kobaltowe – porównanie dla obróbki metali”. 

Co jeszcze wpływa na wiercenie stali?

Rodzaj wiertła to tylko jeden element procesu. Duże znaczenie ma również prawidłowe odprowadzanie wiórów. Problem staje się szczególnie istotny przy głębszych otworach. Jeżeli wióry nie mogą swobodnie opuścić strefy pracy, rosną opory oraz temperatura, a narzędzie może zużywać się znacznie szybciej. Ważne są także prawidłowe parametry pracy, stabilność mocowania detalu oraz stan krawędzi skrawającej. Jeżeli otwór wymaga bardzo dużej dokładności, samo wiercenie może być tylko pierwszym etapem. Następnie mogą zostać wykorzystane rozwiertaki lub narzędzia do wytaczania.

Jak dobierać płytki do stali?

Płytki wieloostrzowe są szeroko stosowane zarówno podczas toczenia, jak i frezowania stali. Przy ich wyborze nie wystarczy znaleźć produktu o odpowiednim kształcie i wymiarze. Równie ważne są gatunek materiału płytki, geometria łamacza wióra, promień naroża oraz zastosowana powłoka. Dwie płytki o bardzo podobnym oznaczeniu mogą być przeznaczone do innych grup materiałowych lub warunków pracy. Przykładowo płytka przeznaczona do stabilnego toczenia wykańczającego może mieć inną geometrię niż rozwiązanie stosowane do ciężkiej obróbki zgrubnej.

Zobacz płytki wieloostrzowe do toczenia i frezowania.

Jak rozumieć oznaczenia płytek?

Oznaczenia takie jak CCMT, TNMG czy WNMG zawierają informacje dotyczące między innymi kształtu, kąta przyłożenia, tolerancji oraz konstrukcji płytki. Samo odczytanie oznaczenia nie mówi jednak wszystkiego. Poza wymiarem trzeba dobrać także odpowiedni gatunek oraz geometrię przeznaczoną do konkretnego materiału i operacji. Jeżeli chcesz nauczyć się odczytywać oznaczenia, przeczytaj poradnik„Jak rozczytać oznaczenie płytki skrawającej ISO?”.

Stal nierdzewna wymaga innego podejścia

Stal nierdzewna może być bardziej wymagająca niż typowa stal konstrukcyjna. Jednym z problemów jest możliwość umacniania materiału w wyniku nieprawidłowego prowadzenia obróbki. Duże znaczenie ma również temperatura powstająca w strefie skrawania. Stępiona krawędź lub niewłaściwe parametry mogą prowadzić do nadmiernego tarcia zamiast efektywnego skrawania materiału.

Przy obróbce stali nierdzewnej szczególnie ważne są:

• odpowiednio ostra geometria,
• właściwy gatunek narzędzia,
• stabilne prowadzenie procesu,
• dobre odprowadzanie wiórów,
• parametry ograniczające niepotrzebne tarcie.

Dobierając frez, wiertło lub płytkę, warto więc zwrócić uwagę, czy producent przewiduje dane narzędzie właśnie do tej grupy materiałowej.

Obróbka zgrubna i wykańczająca stali

W przypadku bardziej wymagających detali proces często dzieli się na obróbkę zgrubną oraz wykańczającą. Podczas obróbki zgrubnej priorytetem jest szybkie usunięcie większej ilości materiału. Narzędzie pracuje przy większym obciążeniu i musi skutecznie odprowadzać powstające wióry. Podczas obróbki wykańczającej usuwana jest mniejsza ilość materiału, ale większego znaczenia nabierają dokładność wymiarowa, jakość powierzchni oraz stabilność procesu. Z tego względu wykorzystywanie jednego narzędzia do wszystkich etapów nie zawsze jest optymalnym rozwiązaniem.

Stal a aluminium – dlaczego narzędzia się różnią?

Jednym z najprostszych przykładów pokazujących znaczenie doboru narzędzi jest porównanie stali i aluminium. W aluminium duże znaczenie mają bardzo ostre krawędzie i odpowiednio duże przestrzenie na wióry. W przypadku stali często można wykorzystywać większą liczbę ostrzy i inne geometrie skoncentrowane na odporności krawędzi oraz wydajności pracy. Dlatego frez przeznaczony do aluminium nie powinien być automatycznie traktowany jako rozwiązanie do stali – i odwrotnie. Jeżeli obrabiasz również metale nieżelazne, przeczytaj „Narzędzia do obróbki aluminium – czym frezować, wiercić i gwintować?”. 

Frez, wiertło i płytka muszą tworzyć jeden proces

Częstym błędem jest analizowanie każdego narzędzia całkowicie oddzielnie. W rzeczywistej produkcji na wynik wpływa cały układ: maszyna, sposób zamocowania przedmiotu, oprawka, narzędzie, materiał, parametry pracy, chłodzenie oraz odprowadzanie wiórów. Dlatego problem z trwałością frezu lub płytki nie zawsze oznacza, że samo narzędzie zostało źle wykonane. Przyczyną może być również nadmierne bicie, drgania, niewłaściwe parametry lub nieprawidłowe mocowanie. Jeżeli chcesz lepiej poznać cały proces, przeczytaj „Obróbka skrawaniem metali – frezowanie, toczenie, wiercenie i gwintowanie”.

Narzędzia do stali a praca na maszynach CNC

Nowoczesne obrabiarki CNC pozwalają wykorzystać wysoką wydajność narzędzi pełnowęglikowych oraz systemów wykorzystujących wymienne płytki. W praktyce sama obrabiarka nie wystarcza. Duże znaczenie ma odpowiednio dobrane oprzyrządowanie i mocowanie narzędzia. Stabilna oprawka, odpowiednia długość wysunięcia frezu i ograniczenie bicia pozwalają wykorzystać możliwości narzędzia i zwiększyć powtarzalność procesu. Jeżeli kompletujesz wyposażenie stanowiska, przeczytaj również „Narzędzia do CNC – podstawowe wyposażenie frezarki i tokarki”.

Jak dobierać narzędzia skrawające do stali?

Najlepiej nie rozpoczynać od wyboru konkretnego produktu. Najpierw należy ustalić rodzaj stali, wykonywaną operację oraz możliwości obrabiarki. Dopiero później można określić odpowiednią geometrię, materiał ostrza, powłokę, średnicę oraz parametry pracy. W przypadku produkcji seryjnej warto zwracać uwagę nie tylko na cenę pojedynczego narzędzia, ale również na jego trwałość i możliwą wydajność procesu. Droższe narzędzie może okazać się bardziej ekonomiczne, jeżeli pozwala wykonać większą liczbę detali lub skrócić czas obróbki.

Podsumowanie. 

Dobór narzędzi skrawających do stali powinien zawsze uwzględniać konkretny gatunek materiału, rodzaj wykonywanej operacji oraz warunki pracy maszyny. Innego podejścia może wymagać stal konstrukcyjna, innego stal nierdzewna, a jeszcze innego materiał utwardzony. Przy frezowaniu istotne są między innymi geometria, liczba ostrzy, materiał narzędzia i zastosowana powłoka. Przy wierceniu należy dodatkowo uwzględnić głębokość otworu oraz odprowadzanie wiórów. W przypadku płytek skrawających znaczenie mają zarówno ich wymiary, jak i gatunek, geometria oraz przeznaczenie materiałowe. Najlepsze rezultaty uzyskuje się wtedy, gdy frez, wiertło lub płytka nie są wybierane oddzielnie, lecz jako część całego procesu obróbki.

Jeżeli interesuje Cię pełny zestaw narzędzi wykorzystywanych w produkcji, zobacz również „Jakie narzędzia są potrzebne do obróbki skrawaniem metali?”.