Obróbka CNC części stalowych: Jak wyeliminować wady powierzchniowe

Wynoszenie narzędzi i drgania (chatter) to dwa najdroższe i najbardziej szkodliwe dla jakości problemy występujące przy Obróbce CNC części stalowych . Powodują one odpad, gorszą jakość wykończenia powierzchni, odchylenia wymiarowe oraz nieplanowane przestoje.

Na podstawie prób przeprowadzonych na stanowiskach produkcyjnych, analiz przypadków produkcyjnych oraz zmierzonych danych cięcia niniejszy artykuł wyjaśnia, jak zapobiegać wnoszeniu narzędzi i drganiom (chatter) podczas obróbki CNC stali , stosując praktyczne metody sprawdzone w środowisku przemysłowym — a nie ogólną teorię.

---

Dlaczego wnoszenie narzędzi i drgania (chatter) mają znaczenie przy obróbce CNC części stalowych

W ramach wewnętrznego audytu produkcyjnego przeprowadzonego w 2025 r. u dostawcy poziomu 2 dla branży motocyklowej i samochodowej, który obrabiał wały ze stali 42CrMo4:

• Wskaźnik odpadów zmniejszył się o 31% po wyeliminowaniu drgania

• Życie narzędzia zwiększyło się z 220 do 360 sztuk na wkładkę

• Czas cyklu skrócił się o 12% po optymalizacji parametrów

Główne przyczyny to:

• Zbyt duże obciążenie promieniowe

• Niewłaściwe powłoki na narzędziach

• Niewystarczająca sztywność w układach z długimi uchwytami

• Przyczepianie wiórków przy stalach niskowęglowych

---

Co powoduje szybki zużycie narzędzi w frezowaniu CNC stali?

1. Nieprawidłowa prędkość skrawania dla danej klasy stali

Różne stali zachowują się bardzo różnie:

Wynik z pola:
Zmniejszenie prędkości skrawania z 210 → 165 m/min przy stali 4140 wydłużyło żywotność płytki o 41%bez utraty wydajności.

---

2. Nieodpowiednie powłoki narzędziowe

Wybór powłoki jest kluczowy przy frezowaniu i toczeniu stalowych elementów w CNC:

• TiAlN / AlTiN → wysoka stabilność w wysokich temperaturach, idealne do obróbki suchą lub z użyciem MQL

• TiCN → odporność na zużycie ścierne przy stalach stopowych

• Wielowarstwowe osadzanie metodą PVD → Przerwane cięcia i odkuwki

? Unikaj powłok DLC zoptymalizowanych pod aluminium przy obróbce stali — szybko występuje utrata przyczepności.

---

3. Słabe usuwanie wiórków

Długie, ciągliwe wiórki powodują:

• Łuskanie krawędzi

• Koncentrację ciepła

• Zarysowania powierzchniowe

Rozwiązanie stosowane w produkcji:

• Przełączyć się na chłodzenie pod wysokim ciśnieniem (70 bar)

• Zastosować geometrie łamiacze wiórków

• Zwiększyć posuw o 8–12%, aby zwiększyć grubość wiórków

---

Co powoduje drgania podczas frezowania części stalowych CNC?

Drgania to samowzbudzane drgania, które pozostawiają na powierzchniach ślad w postaci fal oraz niszczą narzędzia.

Główne przyczyny:

• Wysunięcie narzędzia > 4 × średnica

• Niska sztywność wrzeciona

• Cienkościenne elementy stalowe

• Agresywna promieniowa głębokość skrawania

---

Jak zapobiegać drganiom: sprawdzone metody stosowane na hali produkcyjnej

1. Zastosuj testowanie pasm stabilności

Jeden z podwykonawców branży lotniczej wykonał mapowanie stabilności wrzeciona, przeprowadzając próby skrawania przy różnych obrotach.

Wynik:

• Zidentyfikowano optymalny zakres prędkości obrotowej w 4600–5200 obr/min

• Chropowatość powierzchni Ra poprawiona z 3,2 µm do 1,1 µm

• Wyeliminowano uszkodzenia wkładki

---

2. Zmniejszenie udziału promieniowego (radialnego) wcinania się

Przełączenie się z 40% na 12–18% przełożenia (stepover) przy jednoczesnym zwiększeniu głębokości skrawania w kierunku osiowym umożliwiło:

• Wyższą szybkość usuwania materiału

• Stabilne skrawanie

• Niższa amplituda drgań (−55 % zmierzona za pomocą czujników wrzeciona)

---

3. Skróć zestaw narzędzi

Każde dodatkowe 10 mm wystania zwiększa ryzyko ugięcia.

Najlepsze praktyki:

• Użyj uchwytników typu shrink-fit lub hydraulicznych

• Wybierz frezy końcowe o skróconej długości roboczej

• Zastosuj wiertła pogłębiaczowe z tłumieniem drgań do obróbki wewnętrznej

---

4. Zmodyfikuj posuw na ząbek

Zamiast najpierw obniżać prędkość obrotową, dostosuj obciążenie wióra:

• Zwiększ fz o 5–10 % → przesuwa narzędzie poza zakres rezonansu

• Unikaj tarcia, które przyspiesza zużycie

---

Strategia chłodzenia przy frezowaniu części stalowych na obrabiarkach CNC

Wybór płynu chłodzącego bezpośrednio wpływa na wzorce zużycia:

Uzyskany wynik:
Przełączenie na minimalne smarowanie chłodzeniem (MQL) przy obróbce stali 4340 zmniejszyło liczbę awarii spowodowanych pękaniem termicznym o 27%ponad trzy miesiące.

---

Lista kontrolna krok po kroku służąca do ograniczenia zużycia narzędzi i drgań

Przed obróbką:

• ✅ Zweryfikuj gatunek stali i jej twardość

• ✅ Wybierz powłokę odpowiednią dla obciążenia cieplnego

• ✅ Zminimalizuj wystającą długość narzędzia

• ✅ Wybierz geometrię łamacza wióra

W trakcie próbnych cięć:

• ✅ Przeprowadź skanowanie prędkości obrotowej (RPM), aby określić strefę stabilności

• ✅ Zmierz chropowatość (Ra) i wibracje

• ✅ Rejestruj trwałość narzędzia na poszczególne płytki

Po optymalizacji:

• ✅ Standaryzacja parametrów w CAM

• ✅ Dodanie punktów kontroli

• ✅ Śledzenie odpadów w porównaniu do poziomu odniesienia

---

Najczęściej zadawane pytania dotyczące frezowania części stalowych CNC

Jak długo powinny trwać narzędzia węglikowe przy obróbce stali?

W środowiskach produkcyjnych 250–500 części na krawędź jest typowe dla stali średniowęglowej przy zoptymalizowanych parametrach.

---

Jaka jest najszybsza metoda zapobiegania drganiom?

• Zwiększ prędkość obrotową wrzeciona do stabilnego kształtu wykresu wibracji

• Zmniejsz głębokość frezowania w kierunku promieniowym

• Skróć uchwyt narzędzia

• Przełącz się na narzędzia z tłumieniem drgań

---

Czy twardsza stal zawsze szybciej zużywa narzędzia?

Nie zawsze — słaba kontrola wiórków oraz cykliczne zmiany temperatury często powodują szybsze uszkodzenie narzędzi niż sama twardość materiału.