Obrábění ocelových dílů na CNC strojích: Jak odstranit povrchové vady

Opotřebení nástroje a vibrace (chatter) jsou dvě z nejdražších a nejvíce negativně ovlivňujících kvalitu problémů při Obrábění ocelových dílů CNC . Vedou k odpadu, špatnému povrchovému dokončení, rozměrovému posunu a neočekávaným prostojům.

Na základě pokusů prováděných přímo ve výrobní hale, průmyslových případových studií a naměřených řezných dat tento článek vysvětluje jak zabránit opotřebení nástroje a vibracím (chatter) při obrábění oceli CNC , a to pomocí praktických metod ověřených v průmyslových podmínkách – nikoli obecné teorie.

---

Proč je opotřebení nástroje a vibrace (chatter) důležité při obrábění ocelových dílů CNC

V rámci interního výrobního auditu z roku 2025 u dodavatele automobilového průmyslu (úroveň Tier-2), který obrábí hřídele z materiálu 42CrMo4:

• Míra odpadu klesla o 31 % po odstranění vibrací

• Životnost nástroje se zvýšila z 220 na 360 součástí na vložku

• Cyklový čas se zlepšil o 12 % po optimalizaci parametrů

Hlavní příčiny byly:

• Nadměrné radiální zabřízení

• Nevhodné povlakování nástroje

• Nedostatečná tuhost u dlouhých upínacích sestav

• Přilnavost třísek u nízkouhlíkových ocelí

---

Co způsobuje rychlé opotřebení nástroje při CNC obrábění oceli?

1. Nesprávná řezná rychlost pro danou třídu oceli

Různé oceli se chovají velmi odlišně:

Výsledek z praxe:
Snížení řezné rychlosti z 210 → 165 m/min u oceli 4140 prodloužilo životnost vložky o 41%bez ztráty výkonu.

---

2. Nesprávné povlakování nástroje

Výběr povlaku je kritický pro CNC obrábění ocelových součástí:

• TiAlN / AlTiN → Vysoká teplotní stabilita, ideální pro suché obrábění nebo MQL

• TiCN → Odolnost proti opotřebení u legovaných ocelí

• Vícevrstvá PVD → Přerušované řezy a kovové polotovary z kování

? Nepoužívejte DLC povlaky optimalizované pro hliník na oceli – dochází rychle ke ztrátě přilnavosti.

---

3. Nedostatečné odvádění třísek

Dlouhé, provázkovité třísky způsobují:

• Odlamování hran

• Koncentraci tepla

• Poškození povrchu

Řešení používané v praxi:

• Přepnout na chladicí kapalinu pod vysokým tlakem (70 bar)

• Použít geometrie nástrojů s lámáním třísek

• Zvýšit posuv o 8–12 % za účelem ztluštění třísek

---

Co způsobuje vibrace (chatter) při CNC obrábění ocelových dílů?

Vibrace (chatter) jsou samozbuzené kmity, které na povrchu zanechávají vlnovité stopy a poškozují nástroje.

Hlavní příčiny:

• Převis nástroje > 4× průměr

• Nízká tuhost vřetene

• Tenkostěnné ocelové součásti

• Agresivní radiální hloubka řezu

---

Jak zabránit vibracím (chatter): Ověřené metody používané ve výrobě

1. Použijte testování stability pomocí lalokových diagramů (stability lobe testing)

Jeden dodavatel pro letecký průmysl mapoval stabilitu vřetene prováděním testovacích řezů při různých otáčkách.

Výsledek:

• Optimální rychlostní pásmo identifikováno při 4 600–5 200 ot/min

• Roughness povrchu Ra zlepšena z 3,2 µm na 1,1 µm

• Výskyt poruch vložek eliminován

---

2. Snížit radiální záběr

Přepnutím z 40 % na krok přejezdu 12–18 % zatímco zvýšení axiální hloubky umožnilo:

• Vyšší rychlost odstraňování kovu

• Stabilní broušení

• Nižší amplituda vibrací (–55 % naměřeno pomocí senzorů na vřetenu)

---

3. Zkratit sestavu nástroje

Každých dalších 10 mm převisu zvyšuje riziko průhybu.

Nejlepší postupy:

• Použít upínací sklíčidla typu shrink-fit nebo hydraulická

• Zvolit frézy se zkrácenou stopkou

• Pro vnitřní obrábění použít tlumené vyvrtávací nástroje

---

4. Upravit posuv na zub

Namísto snížení otáček jako první krok upravte zatížení třísky:

• Zvýšit fz o 5–10 % → nástroj je tak „vytlačen“ mimo rezonanční frekvenci

• Vyhnout se tření, které urychluje opotřebení

---

Strategie chlazení pro CNC obrábění ocelových dílů

Volba chladiva přímo ovlivňuje opotřebení:

Naměřený výsledek:
Přepnutí na MQL u oceli 4340 snížilo poruchy způsobené tepelným praskáním o 27%během tří měsíců.

---

Krok za krokem: kontrolní seznam pro snížení opotřebení nástroje a vibrací

Před obráběním:

• ✅ Ověřte třídu oceli a tvrdost

• ✅ Vyberte povlak vhodný pro tepelné zatížení

• ✅ Minimalizujte vysunutí nástroje

• ✅ Zvolte geometrii lámání třísek

Během zkušebního obrábění:

• ✅ Proveďte průzkum otáček (RPM sweep) za účelem nalezení stabilního rozsahu

• ✅ Změřte střední aritmetickou drsnost povrchu (Ra) a vibrace

• ✅ Zaznamenejte životnost nástroje na vložku

Po optimalizaci:

• ✅ Standardizovat parametry v CAM

• ✅ Přidat kontrolní body

• ✅ Sledovat množství odpadu ve srovnání s referenční hodnotou

---

Často kladené otázky týkající se CNC obrábění součástí ze oceli

Jak dlouho by měly vydržet karbidové nástroje při obrábění oceli?

V provozních prostředích 250–500 součástí na břit je běžné u ocelí střední uhlíkovosti za předpokladu optimalizovaných parametrů.

---

Jaký je nejrychlejší způsob, jak odstranit vibrace (chvění)?

• Zvyšte otáčky vřetena do stabilního laloku

• Snížte radiální hloubku

• Zkratit držák nástroje

• Přepnout na tlumené nástroje

---

Vždy způsobuje tvrdší ocel rychlejší opotřebení nástrojů?

Ne nutně – špatné odvádění třísek a tepelné cyklování často způsobují rychlejší poruchu než pouhá tvrdost.