Obróbka skrawaniem metali – frezowanie, toczenie, wiercenie i gwintowanie

Obróbka skrawaniem metali to jedna z podstawowych metod wytwarzania elementów wykorzystywanych w przemyśle, budowie maszyn, motoryzacji, narzędziowniach oraz produkcji jednostkowej i seryjnej. Jej celem jest nadanie obrabianemu przedmiotowi określonego kształtu, wymiaru i jakości powierzchni poprzez kontrolowane usuwanie kolejnych warstw materiału.

W praktyce obróbka skrawaniem metali obejmuje wiele różnych operacji technologicznych. Do najważniejszych należą frezowanie, toczenie, wiercenie i gwintowanie, ale w procesie produkcyjnym stosowane są również między innymi rozwiercanie, wytaczanie, pogłębianie, przecinanie, rowkowanie czy fazowanie.

Poszczególne metody różnią się przede wszystkim sposobem wykonywania ruchu głównego, konstrukcją narzędzia oraz rodzajem elementów, które można za ich pomocą wykonywać. W przypadku frezowania obraca się narzędzie, podczas klasycznego toczenia ruch obrotowy wykonuje detal, natomiast przy wierceniu obracające się wiertło zagłębia się w materiał.

Właściwy wybór metody oraz odpowiednich narzędzi do obróbki skrawaniem wpływa na dokładność wykonania elementu, czas produkcji, trwałość ostrza oraz koszt całego procesu.

Właściwie dobrane narzędzia do obróbki skrawaniem znajdziesz w sklepie AG-Tools. 

Na czym polega obróbka skrawaniem metali?

Podstawową zasadą obróbki skrawaniem jest oddzielanie od obrabianego materiału jego nadmiaru w postaci wiórów. Odbywa się to poprzez kontakt odpowiednio ukształtowanej krawędzi skrawającej z materiałem.

Proces może wydawać się prosty, jednak w rzeczywistości jego skuteczność zależy od współdziałania wielu elementów. Znaczenie mają nie tylko sama maszyna i zastosowane narzędzie, ale również geometria ostrza, prędkość skrawania, posuw, głębokość skrawania, sposób zamocowania detalu, chłodzenie oraz skuteczne odprowadzanie wiórów.

W nowoczesnej produkcji większość operacji wykonywana jest na maszynach CNC. Sterowanie numeryczne pozwala bardzo dokładnie kontrolować ruch narzędzia względem obrabianego elementu, dzięki czemu możliwa jest produkcja skomplikowanych części z wysoką powtarzalnością.

Nie oznacza to jednak, że zasady skrawania są inne niż w obrabiarkach konwencjonalnych. Nadal kluczowe pozostaje właściwe dopasowanie narzędzia do rodzaju operacji i obrabianego materiału.

Najważniejsze rodzaje obróbki skrawaniem

Poszczególne technologie można porównać według sposobu wykonywania ruchu, wykorzystywanych narzędzi oraz rodzaju wykonywanych elementów.

W praktyce jeden detal bardzo często przechodzi przez kilka takich operacji. Element może zostać najpierw frezowany, następnie nawiercony, rozwiercony i na końcu nagwintowany. Dlatego dobór narzędzi warto rozpatrywać jako część całego procesu technologicznego, a nie jako pojedynczą, niezależną operację.

Na czym polega frezowanie?

Frezowanie jest jedną z najbardziej uniwersalnych metod obróbki metalu. Podczas procesu ruch obrotowy wykonuje frez wyposażony w jedną lub kilka krawędzi skrawających. Kolejne ostrza cyklicznie wchodzą w materiał i usuwają jego warstwę w postaci wiórów.Technologia ta pozwala wykonywać między innymi powierzchnie płaskie, rowki, kieszenie, stopnie, kontury, otwory oraz złożone powierzchnie przestrzenne. Frezowanie jest więc powszechnie stosowane zarówno podczas prostych prac warsztatowych, jak i przy produkcji bardzo skomplikowanych części na centrach obróbczych CNC.

W zależności od zadania wykorzystuje się różne konstrukcje narzędzi. Dostępne są między innymi frezy trzpieniowe, kuliste, promieniowe, zgrubne, frezy do rowków i fazowania oraz głowice wyposażone w wymienne płytki skrawające. Duże znaczenie ma również materiał narzędzia. Frezy pełnowęglikowe VHM zapewniają dużą sztywność i umożliwiają pracę przy wysokich parametrach skrawania. Narzędzia HSS i HSS-Co mogą natomiast być wykorzystywane między innymi w mniej sztywnych warunkach oraz w określonych zastosowaniach warsztatowych.

Nie istnieje jednak jeden frez odpowiedni do wszystkich materiałów. Geometria przeznaczona do stali może różnić się od konstrukcji stosowanej podczas frezowania aluminium. Znaczenie mają między innymi liczba ostrzy, kąt natarcia, wielkość przestrzeni wiórowych oraz zastosowana powłoka. Dobór geometrii zależy również od obrabianego materiału. Więcej informacji znajdziesz w poradnikach „Narzędzia skrawające do stali – jak dobrać odpowiedni frez, wiertło i płytkę?” oraz „Narzędzia do obróbki aluminium – czym frezować, wiercić i gwintować?”.

Zobacz narzędzia do frezowania. 

Na czym polega toczenie?

Podczas klasycznego toczenia ruch obrotowy wykonuje obrabiany przedmiot, natomiast nóż tokarski przemieszcza się względem jego powierzchni i usuwa kolejne warstwy materiału. Technologia ta szczególnie dobrze nadaje się do produkcji elementów o kształtach obrotowych. Mogą to być wały, tuleje, pierścienie, sworznie, kołnierze oraz wiele innych części wykorzystywanych w budowie maszyn.

Toczenie nie ogranicza się jednak do zmniejszania średnicy wałka. Za pomocą odpowiednich narzędzi można wykonywać toczenie zewnętrzne i wewnętrzne, planowanie powierzchni czołowych, rowkowanie, przecinanie, wytaczanie oraz gwintowanie. W nowoczesnej obróbce bardzo często wykorzystuje się noże składane z wymiennymi płytkami wieloostrzowymi. Rozwiązanie pozwala po zużyciu krawędzi obrócić lub wymienić samą płytkę zamiast całego narzędzia. Dobór płytki nie powinien być przypadkowy. Znaczenie mają jej kształt, geometria, promień naroża, gatunek węglika i powłoka oraz materiał, który będzie obrabiany.

Zobacz narzędzia do toczenia. 

Na czym polega wiercenie?

Wiercenie służy do wykonywania otworów w materiale. Obracające się wiertło zagłębia się w obrabiany element, a powstające wióry muszą być skutecznie odprowadzane ze strefy pracy. W zależności od wymagań można stosować wiertła HSS, HSS-Co, pełnowęglikowe VHM, wiertła składane lub trepanacyjne. Każda z tych konstrukcji ma inne właściwości i zastosowanie.

Do typowych prac warsztatowych mogą wystarczyć wiertła ze stali szybkotnącej. W produkcji seryjnej na stabilnej maszynie CNC zastosowanie narzędzi węglikowych może natomiast pozwolić zwiększyć parametry pracy i skrócić czas wykonania otworu. Szczególnie istotne jest odprowadzanie wiórów. Problem staje się większy wraz ze wzrostem głębokości otworu. Nagromadzenie materiału w rowkach wiertła może zwiększyć temperaturę, pogorszyć powierzchnię otworu, przyspieszyć zużycie narzędzia, a w skrajnym przypadku doprowadzić do jego uszkodzenia.

Zobacz narzędzia do otworów. 

Na czym polega gwintowanie?

Gwintowanie służy do wykonywania gwintów wewnętrznych i zewnętrznych. W zależności od zastosowanej technologii wykorzystywane są między innymi gwintowniki, narzynki, frezy do gwintowania oraz narzędzia tokarskie wyposażone w odpowiednie płytki. Klasyczny gwintownik wprowadzany jest do odpowiednio przygotowanego otworu i stopniowo formuje profil gwintu poprzez usuwanie materiału.

Przy wyborze gwintownika znaczenie ma nie tylko średnica i skok gwintu. Trzeba również uwzględnić materiał detalu i typ otworu. Inne rozwiązanie może być stosowane w otworze przelotowym, gdzie wiór może zostać skierowany przed narzędzie, a inne w otworze nieprzelotowym. Alternatywą w produkcji CNC jest frezowanie gwintów. Frez wykonuje odpowiednią ścieżkę po spirali, tworząc profil gwintu. Technologia zapewnia dużą elastyczność i w określonych zastosowaniach pozwala ograniczyć ryzyko związane z klasycznym gwintowaniem.

Zobacz narzędzia do gwintowania. 

Obróbka zgrubna i wykańczająca

Proces technologiczny bardzo często dzieli się na dwa podstawowe etapy. Obróbka zgrubna służy przede wszystkim do szybkiego usunięcia większej ilości materiału. Ważna jest wydajność i stabilność procesu. Obróbka wykańczająca ma natomiast pozwolić uzyskać odpowiedni wymiar, tolerancję i jakość powierzchni. Zwykle usuwa się wtedy znacznie mniej materiału. Dlatego nawet w obrębie jednej operacji technologicznej mogą być potrzebne dwa różne narzędzia.

Od czego zależy jakość obróbki skrawaniem?

Narzędzie jest tylko jednym z elementów procesu. Na rezultat wpływają także sztywność maszyny, zamocowanie detalu, mocowanie narzędzia, bicie, parametry skrawania, chłodzenie oraz skuteczne usuwanie wiórów. Z tego powodu identyczny frez może osiągać zupełnie różną trwałość na dwóch różnych stanowiskach. Przy pracy na obrabiarkach sterowanych numerycznie znaczenie ma również właściwe wyposażenie stanowiska – więcej opisujemy w poradniku „Narzędzia do CNC – podstawowe wyposażenie frezarki i tokarki”.

Jak dobrać odpowiednie narzędzia?

Najpierw określ wykonywaną operację. Następnie materiał detalu, rodzaj maszyny, wymagany wymiar i jakość powierzchni. Dopiero na tej podstawie można prawidłowo wybrać geometrię, materiał narzędzia i parametry.

Szersze omówienie poszczególnych grup znajdziesz w poradniku „Narzędzia do obróbki metalu – rodzaje i zastosowanie”. Jeśli natomiast dopiero kompletujesz wyposażenie zakładu lub warsztatu, zobacz również „Jakie narzędzia są potrzebne do obróbki skrawaniem metali?”.

Podsumowanie. Obróbka skrawaniem metali 

Obróbka skrawaniem metali obejmuje wiele różnych procesów, z których najważniejsze to frezowanie, toczenie, wiercenie i gwintowanie. Każda z tych metod ma inne zastosowanie, wykorzystuje inne narzędzia i wymaga odpowiedniego dopasowania parametrów pracy. W praktyce jeden detal często przechodzi przez kilka kolejnych operacji, dlatego warto patrzeć na obróbkę jako na cały proces technologiczny, a nie pojedyncze działanie.

Na jakość i wydajność pracy wpływa nie tylko sama maszyna, ale również właściwie dobrane narzędzia, ich geometria, materiał wykonania, sposób mocowania oraz warunki skrawania. Odpowiedni dobór frezów, wierteł, noży tokarskich, płytek czy gwintowników pozwala zwiększyć powtarzalność, ograniczyć zużycie narzędzi i uzyskać lepszą jakość gotowego elementu.

Jeżeli chcesz lepiej poznać poszczególne grupy narzędzi, sprawdź także poradnik „Narzędzia do obróbki metalu – rodzaje i zastosowanie” oraz pozostałe materiały na blogu AG-Tools poświęcone doborowi narzędzi do konkretnych materiałów i zastosowań.