Obrábanie ocele pomocou CNC: Ako odstrániť povrchové chyby

Opotrebovanie nástroja a vibračné javy (chatter) sú dva z najnákladnejších a najviac negatívne ovplyvňujúcich kvalitu problémov pri Obrábaní ocele pomocou CNC . Spôsobujú odpad, zlý povrchový úpravu, rozdiely v rozmeroch a neočakávané výpadky výroby.

Na základe pokusov priamo na výrobnej ploche, prípadových štúdií z výroby a meraných údajov o reži tento článok vysvetľuje ako predísť opotrebovaniu nástroja a vibračným javom (chatter) pri obrábaní ocele pomocou CNC , pričom sa používajú praktické metódy overené v priemyselných prostrediach – nie všeobecná teória.

---

Prečo je opotrebovanie nástroja a vibračné javy (chatter) dôležité pri obrábaní ocele pomocou CNC

Pri internom výrobnom auditoch v roku 2025 u dodávateľa automobilového priemyslu druhej úrovne, ktorý obrába hriadele z materiálu 42CrMo4:

• Miera odpadu klesla o 31 % po odstránení vibrácií (chatter)

• Životnosť nástroja sa zvýšila z 220 na 360 súčiastok na jednu vložku

• Čas cyklu sa zlepšil o 12 % po optimalizácii režimov obrábania

Hlavné príčiny boli:

• Príliš veľké radikálne zapojenie

• Neprimerené povlakovanie nástroja

• Nedostatočná tuhosť pri nastaveniach s dlhým dosahom

• Pripájanie čipov na uhlíkových oceliach s nízkym obsahom uhlíka

---

Čo spôsobuje rýchle opotrebovanie nástrojov pri CNC obrábaní ocele?

1. Nesprávna rezná rýchlosť pre triedu ocele

Rôzne ocele sa správajú veľmi odlišne:

Výsledok z praxe:
Zníženie obvodovej rýchlosti z 210 → 165 m/min pri spracovaní ocele 4140 predĺžilo životnosť vložky o 41%bez zníženia výkonu.

---

2. Nesprávne povlakové riešenie nástroja

Výber povlaku je kritický pre CNC obrábanie oceľových súčiastok:

• TiAlN / AlTiN → Vysoká teplotná stabilita, ideálne pre suché obrábanie alebo MQL

• TiCN → Odolnosť voči opotrebovaniu pri oceľoch s prísadami

• Viackovové PVD → Prerušované rezy a kovové polotovary z kovania

pozor: Vyhnúť sa použitiu DLC povlakov optimalizovaných pre hliník na oceľových podkladoch – adhézia sa rýchlo stratí.

---

3. Zlá odvodovanie triesok

Dlhé, šnúrovité triesky spôsobujú:

• Odlomenie rezného okraja

• Konzentráciu tepla

• Povrchové škrabance

Riešenie používané v výrobe:

• Prepnutie na chladiacu kvapalinu pod vysokým tlakom (70 bar)

• Použitie geometrií na lomenie triesok

• Zvýšenie posuvu o 8–12 % za účelom zhrubnutia triesok

---

Čo spôsobuje vibrácie (chatter) pri CNC obrábaní oceľových súčiastok?

Vibrácie (chatter) sú samovzbudené kmitania, ktoré na povrchu zanechávajú vlnovité stopy a poškodzujú nástroje.

Hlavné príčiny:

• Previs nástroja > 4× priemer

• Nízka tuhosť vretena

• Tenkostenné oceľové komponenty

• Agresívna radiálna hĺbka rezu

---

Ako zabrániť vibráciám: overené metódy z výrobného priestoru

1. Použite testovanie stabilitných lalokov

Jeden dodávateľ pre letecký priemysel mapoval stabilitu vretena vykonaním skúšobných rezov pri rôznych otáčkach.

Výsledok:

• Optimálny rozsah otáčok identifikovaný pri 4 600–5 200 ot./min

• Roughness Ra sa zlepšil z 3,2 µm na 1,1 µm

• Výpadok vložiek odstránený

---

2. Znížte radiálne zapojenie

Prepnutie z 40 % na 12–18 % prekročenie výšky pri zvyšovaní axiálnej hĺbky sa dosahuje:

• Vyššia rýchlosť odstraňovania kovu

• Stabilné režanie

• Nižšia amplitúda vibrácií (–55 % namerané cez senzory vretena)

---

3. Skráťte montáž nástroja

Každých ďalších 10 mm vyčnievania zvyšuje riziko ohybu.

Najlepšie postupy:

• Použite držiaky s tepelnou zámkou alebo hydraulické držiaky

• Vyberte frézy so skrátenou násadou

• Pre vnútorné obrábanie použite tlmiace vŕtacie tyče

---

4. Upraviť posuv na zub

Namiesto najprv zníženia otáčok upravte zaťaženie rezného zuba:

• Zvýšte fz o 5–10 % → tým sa nástroj posunie mimo rezonančný rozsah

• Vyhnite sa treniu, ktoré zrýchľuje opotrebovanie

---

Stratégia použitia chladiacej kvapaliny pri CNC obrábaní oceľových súčiastok

Voľba chladiacej kvapaliny priamo ovplyvňuje vzory opotrebovania:

Namerali sme:
Prepnutie na MQL pri ocele 4340 znížilo poruchy spôsobené tepelným praskaním o 27%počas troch mesiacov.

---

Krok za krokom: kontrolný zoznam na zníženie opotrebovania nástroja a vibračného rezu

Pred obrábaním:

• ✅ Overiť triedu a tvrdosť ocele

• ✅ Vybrať povlak vhodný pre tepelné zaťaženie

• ✅ Minimalizovať výstup nástroja

• ✅ Vybrať geometriu lomníka triesok

Počas skúšobných rezov:

• ✅ Vykonajte prehliadku otáčok (RPM sweep) na nájdenie stabilnej zóny

• ✅ Zmerajte drsnosť povrchu (Ra) a vibrácie

• ✅ Zaznamenajte životnosť nástroja pre každý vložný hrot

Po optimalizácii:

• ✅ Štandardizujte parametre v CAM softvéri

• ✅ Pridajte kontrolné body

• ✅ Sledujte množstvo odpadu v porovnaní so základnou hodnotou

---

Často kladené otázky týkajúce sa CNC obrábania oceľových súčiastok

Ako dlho by mali vydržať karbidové nástroje pri obrábaní ocele?

V výrobných prostrediach 250–500 súčiastok na hranu je bežné pre ocele strednej uhlíkovej obsahovosti, ak sú parametre optimalizované.

---

Aký je najrýchlejší spôsob, ako zastaviť vibrovanie?

• Zvýšte otáčky vretena do stabilného laloku

• Znížte radikálnu hĺbku

• Skráťte držiak nástroja

• Prepnite na tlmiace nástroje

---

Spôsobuje tvrdšia oceľ vždy rýchlejšie opotrebovanie nástrojov?

Nie nutne – zlé odvádzanie triesok a tepelné cyklovania často spôsobujú rýchlejšie poškodenie ako samotná tvrdosť.