Размер деталей, которые используются в таких предметах, как мобильные телефоны, электронная техника высокого класса, а также медицинское и военное оборудование, постоянно уменьшается, так как почти все в нашем мире изменяется в соответствии с ограниченным пространством. В аэрокосмической и автомобильной промышленности постоянная цель облегчения веса часто достигается путем замены деталей на меньшие по размеру. Результатом уменьшающихся размеров деталей является растущая индустрия микрообработки.
«Мы, безусловно, считаем, что микрообработка является растущим рынком», - сказал Джей Вереллен, директор по глобальному управлению продуктами, инструментальным системам в Kennametal Inc. «Он пересекается и становится частью сегмента рынка обработки мелких деталей. Производство очень маленьких деталей для медицинского использования в теле человека, было обычным делом, но теперь миниатюризация распространяется на все отрасли электроники и схемотехники. Я не думаю, что мы можем назвать какую-либо отрасль, которая не использует преимущества уменьшения деталей».
Наилучшие результаты в изготовлении мелких деталей на оборудовании с ЧПУ настолько малы, что некоторые из таких деталей можно просто не заметить невооруженным глазом. Индустрия микрообработки требует совсем другого подхода к работе такого оборудования, как токарный станок с ЧПУ, фрезерные станки или станок сверлильный.
«Прежде чем производитель приступит к микрообработке, он должен рассмотреть весь процесс» - сказал Вереллен. «На самом деле проблем довольно много. Использовать такое оборудование, как станок ЧПУ является критически важным, поскольку количество деталей может быть небольшим, а обработка деталей и установка инструмента на самой машине может занимать много времени из-за их размера и конфигурации. Поэтому целесообразнее всего использовать к примеру фрезерный станок с ЧПУ, который имеет функцию - автоматическая смена инструмента.
«Одной из наиболее частых проблем является доступ к инструментам и их смена. Оператору, как правило, очень мало места для манипуляций в процессе смены инструмента, особенно если использовать токарный станок с ЧПУ при обработке деталей швейцарских часов, размер деталей которых составляет всего несколько тысячных. Оператору может потребоваться снять весь держатель, заменить инструмент и осуществить перемещение держателя в очень тесном пространстве. Процесс может быть неудобным. Время на эти процессы уходит много, и есть шанс испортить маленькие винты или другие детали и отправить их в мусорное ведро.
«Работать с инструментом, как правило, с размером хвостовика ⅜ или ½ дюйма, легче в управлении, потому что он достаточно большой, чтобы удерживать его. Сами инструменты обрабатывающего центра больше, чем обрабатываемые компоненты.
«После удаления лишнего металла с поверхности детали, необходимо тщательно почистить обрабатываемую деталь, чтобы ни какая крупинка материала не мешала подгонке и не добавлялась в набор допусков».
Специально для обработки деталей малой величины была разработана система быстрой смены, в которой весь режущий блок снимается с токарного станка, это позволяет снимать и ставить токарный инструмент там, где есть место для работы, это может ускорить рабочий процесс на 60 процентов, по словам Вереллена.
Указанный допуск на повторяемость уменьшается вместе с размером детали. В микромире допуски обычно измеряются в микронах - меньше человеческого волоса. Билл Редман (Bill Redman), специалист по системам управления продуктами для Kennametal, сказал: «В области микрообработки успех имеет тот, кто дает стабильно минимальные допуски металлообрабатывающего оборудования.
«Если повторяемость отсутствует при настройке после замены инструмента, может потребоваться некоторое время, чтобы провести точную настройку станка. Если токарный станок обрезает на 0,0002 дюйма больше или меньше, это может быть большой проблемой.
В микромире поломка инструмента также вызывает проблемы. Боб Ковер, Том Гузик и Майк Смуди, команда инженеров по применению и продажам в Horn USA, заявили, что, как и при обработке больших деталей, микроинструмент должен быть как можно ближе к центру станка. Однако в микрообработке любое незначительное смещение может привести к поломке инструмента.
Металлообрабатывающий инструмент постоянно подвержен нагрузкам. Его маленькие, очень острые края легко ломаются или ломаются, если инструмент падает или сталкивается с другой твердой поверхностью. Сколы могут негативно повлиять на качество резки и сократить срок службы инструмента.
Обработка деталей на неправильно подобранной скорости также может быть большей проблемой при изготовлении микродеталей, чем при изготовлении их более крупных аналогов. Команда Horn сообщила, что в большинстве процессов обработки скорость поддерживается на постоянном уровне, но по мере уменьшения детали увеличиваются обороты шпинделя, в итоге обороты станка могут достигать максимума. Это уменьшит срок службы инструмента и увеличит время простоя станка для замены инструмента.
Токарная обработка небольших диаметров на высоких оборотах может привести к проблемам при образовании стружки в процессе обработки.
«Если это возможно, выбирайте пластину с геометрией стружколома, однако возможно тяжело добавить такую функцию к очень маленьким пластинам. Тогда вам нужно полагаться на геометрию самого инструмента токарного станка и точную режущую кромку» - сказал Вереллен.
Редман сказал: «Подача охлаждающей жидкости под высоким давлением очень популярна в этой отрасли, наши исследования показали, что направленная охлаждающая жидкость может хорошо справляться с удалением стружки. Направление охлаждающей жидкости в конкретное место между вставкой и заготовкой может создать гидростатический клин, который максимизирует эффективность геометрии вставки для удаления стружки с пути движения рабочего инструмента».
Некоторые держатели инструмента, предназначенные для использования в компактных пространствах оборудования для микрообработки, имеют встроенные элементы подачи охлаждающей жидкости, предназначенные для заполнения зоны резания и удаления стружки.
Члены команды Horn заявили, что в дополнение к получению острых, чистых кромок без стружки может служить поддержание правильной скорости подачи.
Как и в любом производственном процессе, операторы должны быть обучены настройке станка, выбору режущего инструмента и тому, как эффективно применять режущий инструмент.
«Как только вы покажете опытным операторам, как выполняется микрообработка, они могут использовать свой прошлый опыт и опираться на него. Там потребуются некоторые навыки, которые необходимо изменить или приобрести оператору станка. Технология изготовления микродеталей очень перспективна. Освоение технологии обработки малых деталей может вывести компанию на новый уровень развития в такой сфере как металлообработка на станках ЧПУ.
