В обработке режущий инструмент является элементом технологической системы, которая формирует деталь путем удаления материала. Система включает в себя станок, зажимное приспособление для детали и приспособление для крепления инструмента. Формирование детали выполняется при помощи различных процессов обработки, в которых используются всевозможные стратегии резания. Прогресс, достигнутый в области режущего инструмента, привел к появлению современных станков, которые позволяют производить комбинированные и полные технологические процессы — процессы, которые были разделены в прошлом. Кроме того, расширенные возможности станка гарантируют применение прогрессивных стратегий обработки для достижения максимальной производительности.
Металлообрабатывающая промышленность имеет дело с различными материалами. Прогресс в материаловедении и металлургии не только привнес в появление новых экзотических материалов, но и представил технологии для создания материалов с заранее определенными свойствами. Изготовление компонентов из таких материалов значительно улучшило рабочие параметры деталей, но механическая обработка стала более сложной. Во многих случаях залог успешной обработки был связан только с ограничениями режущего инструмента.
Режущий инструмент, самый небольшой элемент технологической системы, имеет непосредственное отношение к детали и является связующим звеном между станком и материалом. Для реализации преимуществ высокотехнологичных станков и производительных стратегий обработки режущий инструмент должен соответствовать определенным требованиям. Поиск достойного ответа на эти требования для удовлетворения постоянно растущих потребностей современной металлообработки является основой для новых разработок в области режущего инструмента.
Металлообрабатывающая промышленность пережила тяжелое время в связи с пандемией COVID-19, которая затронула мировую экономику и неизбежно привела к снижению экономических показателей в отрасли. Многие светлые перспективы, которые преобладали до пандемии, сменились скромными надеждами, в то время как, с другой стороны, это было время для более глубокого анализа промышленных тенденций, анализа будущих трендов, прогнозов и планирования будущего. Прогресс не остановлен. Металлообработка стоит на пороге серьезных изменений, и производитель должен быть готов их принять. Предстоящие изменения не могут обойти стороной производство режущего инструмента — одного из наиболее важных звеньев в цепочке металлообработки. Поэтому четкое понимание направления промышленного прогресса и результатов новых требований к режущему инструменту завтрашнего дня является краеугольным камнем успеха для производителя инструмента. Это ключ к новым разработкам инструмента и спросу на широкую номенклатуру продукции.
Существуют разные направления развития режущего инструмента. «Традиционный» способ заключается в том, чтобы сделать инструменты более износостойкими, производительными и экономически эффективными, как отражение естественных требований клиента к потребляемому продукту. Другие направления развития связаны с передовыми технологиями производства, глубоко укоренившимися в металлообрабатывающей промышленности; при этом имеющиеся инструментальные решения по-прежнему оставляют широкую область для совершенствования.
Естественный путь развития
Традиционное направление развития имеет в своей основе увеличение производительности инструмента благодаря применению инновационной режущей геометрии, передовых инструментальных сплавов, прогрессивной конструкции корпусов инструмента для достижения увеличенной жесткости, износоустойчивости и пр. Может показаться, что данное направление уже практически исчерпало свои возможности и не может стать источником по-настоящему революционных изменений, однако, производители режущего инструмента смогли удивить своих потребителей новыми продуктами, предоставляющими значительные преимущества, несмотря на традиционный подход к конструкции изделий. Важным фактором успеха был значительный рост уровня научно-технического прогресса в области производства инструмента, новые достижения в порошковой металлургии и технологии покрытия, а также применение современной системы контроля качества. Заметно возросшие возможности самого конструирования инструмента, системы CAD/CAM и 3D моделирование, придали импульс реализации смелых инновационных идей.
Развитие технологий привело к возникновению новых методов обработки, требующих от инструмента соответствия новым жестким требованиям. Такой инструмент может обрабатывать твердые металлы, при исключении необходимости применения операций шлифования.
Рис. 1. Точение вместо шлифования: чистовое точение твердой стальной детали при помощи инструмента с пластиной PCBN.
В фрезеровании данный инструмент может справляться с экстремально высокими подачами на зуб (HFM – метод фрезерования с большими подачами) при высокой скорости обработки (HSM – метод фрезерования с высокой скоростью) и может осуществлять фрезерование по трохоидной траектории с использованием подаваемой под высоким давлением СОЖ.
Рис. 2 – Фрезерование с большими подачами остается эффективным методом черновой обработки как простых, так и сложных поверхностей.
Конструкция такого инструмента отличается от конструкции универсального инструмента, поскольку ему необходимо обладать специальными свойствами, которые удовлетворяют вышеуказанным методам и стратегии.
Развитие в области станкостроения подтолкнуло металлообрабатывающую промышленность ближе к реализации мечты каждого производителя – производства без промежуточной переналадки станка. Впечатляющие возможности последних многоосевых и многофункциональных станков и гибридные системы производства, где комбинируется удаление материала и технологии 3D печати, являются доказательством качественного сдвига по направлению к такому производству. Опцией вращения инструмента обладают все больше токарных многоцелевых станков, что расширяет их возможности. И понятно, что это развитие предъявляет и другие требования к многофункциональности, стойкости, времени безотказной работы инструмента.
Попытки найти экономичную альтернативу твердосплавному инструменту дали новый толчок к разработке инструмента со сменными твердосплавными головками. Кроме того, некоторые из этих конструкций дают значительное преимущество в виде перемещаемости вылета головки по отношению к инструменту. В результате нет необходимости в дополнительной наладке после замены изношенной головки, которая может быть быстро заменена без удаления инструмента со шпинделя. Преимущество в виде отсутствия промежуточной переналадки станка привело к отсутствию простоя станка и в сочетании с явными экономическими преимуществами обеспечило многообещающие перспективы концепции сменных твердосплавных головок как направления развития режущего инструмента.
Металлообрабатывающая промышленность ужесточила требования к переналаживаемости и технологичности режущего инструмента. Эти изменения вызвали быстрый отклик со стороны производителей станка. Например, типичный резец с многогранными режущими пластинами имеет внутренний подвод СОЖ через корпус. В настоящее время такая конструкция корпуса является чем-то вроде неписанного стандарта. Еще одним примером является то, что производители режущего инструмента не только строго определяют необходимый крутящий момент для затягивания винта, крепящего пластину, но и поставляют динамометрические ключи для обеспечения необходимого значения затяжного усилия.
Появляющиеся тенденции и новые вызовы
В металлообрабатывающей промышленности есть тенденции, которые ставят перед производителем режущего инструмента новые задачи.
Значительно возросшее использование композитных и порошковых материалов требует сейчас применения специальных резцов, часто приспособленных под определенные требования заказчика.
Такие тенденции, как точная обработка металлов давлением и печать 3D, привели к тому, что многие детали изначально производятся очень близко к их финальному виду. Это служит причиной сокращения склада инструмента. Эффективное и точное резание на пониженной мощности на станках, рассчитанных на высокий уровень мощности, применяется все шире. Передовые многоосевые станки способны точно воспроизводить сложные формы благодаря методам резания. Поэтому металлообрабатывающая промышленность заинтересована в разумных, производительных решениях со стороны производителя режущего инструмента.
При резании труднообрабатываемых материалов ISO S, особенно титановых сплавов типа β и близких к типу β, а также высокотемпературных суперсплавов (HTSA) применяется низкая скорость резания. Возросшая потребность в деталях из этих материалов требует соответствующего увеличения выпуска продукции, т.е. увеличения скорости обработки. И тут оказывается, что самый небольшой элемент технологической системы – металлорежущий инструмент – становится основным препятствием на пути увеличения производительности.
Это немалая задача – дать достойный ответ на эти и другие злободневные вопросы, поднимаемые отраслевыми тенденциями. Кажется, что поиск ответа в основном связан с конструкцией, производством и пр. Так или иначе, все это до известной степени относится к традиционной и знакомой сфере.
В то же время, изменения, происходящие отрасли, поставили перед производителями инструмента задачи совершенно иного рода.
Уверенное развитие технической революции Industry 4.0 и цифровизация производства повернули производителя инструмента к виртуальному миру. Они требуют дополнить режущий инструмент – материальный продукт – соответствующей виртуальной копией и пакетом информационных сервисов. Все это будет необходимым пропуском в интеллектуальное производство завтрашнего дня. Не имея такой пропуск, производитель инструмента останется у заводских ворот.
Заказчик завтрашнего дня ожидает опции активного виртуального дизайна, необходимые для моделирования процесса, интеграции сбора инструмента, концептуальной проработки специального инструмента и пр.
Онлайн маркетинг будет играть ключевую роль в этом необходимом изменении. Пандемия COVID-19 ускорила усиление влияния онлайн маркетинга и увеличение спроса на предпродажные услуги и постпродажную поддержку онлайн, т.е. полного пакета услуг со стороны производителя инструмента.
Следовательно, цифровая система «All-in-One» (Все в Одном) для онлайн маркетинга, данных об инструменте, доступа к различной информации, генерации виртуальных копий, технико-экономических вычислений, анализа стойкости инструмента, немедленного обслуживания, рекомендаций, советов эксперта и пр. будет неотъемлемой частью номенклатуры изделий производителя режущего инструмента.
В поисках правильного ответа
Конечно, производитель инструмента не может просто сидеть сложа руки и ждать каких-либо изменений, он должен упреждать события. Компания ISCAR является хорошим примером того, как производитель инструмента отвечает на новые требования отрасли и готовит себя к предстоящим изменениям. За последние годы ISCAR представил много новых инновационных линеек инструмента, в частности это кампания LOGIQ, представляющая решения в соответствии с тенденциями развития промышленности.
Линейка токарного инструмента ISCAR расширилась — в нее добавлена универсальная сборочная система, состоящая из противовибрационного стержня и сменных головок, на которые устанавливаются различные пластины. Новые пластины из поликристаллического CBN разработаны для улучшения эффективности при токарной обработке твердых материалов.
Система отрезки с многокарманными адаптерами и прочными усиленными инструментальными блоками открывает новые горизонты для увеличения производительности.
Компания ISCAR значительно расширила свою линейку фрезерного инструмента широким спектром инструмента для фрезерования с большими подачами и высокой скоростью. Для фрезерования труднообрабатываемых аэрокосмических материалов ISCAR специально разработал новые твердые сплавы для пластин и керамических концевых фрез. Кроме того, представленные недавно фрезы с расширенными канавками с опцией высокопроизводительного резания HPC значительно улучшили скорость съема металла при черновой обработке титана.
Линейка сверлильного инструмента ISCAR со сменными твердосплавными головками пополнилась недавно разработанной головкой с тремя режущими кромками, дающей значительное увеличение производительности. Новые цельные сверла с острием и пером из поликристаллического алмаза предлагают эффективное решение для сверления композитных материалов.
Рис. 3 –Сверла ISCAR со сменными головками с тремя режущими кромками гарантирует получение высокой производительности и значительное снижение времени переналадки станка.
Большие изменения претерпела информационная составляющая изделий ISCAR. Виртуальные копии инструмента в соответствии со стандартом ISO 13399, опции виртуальной сборки, программа для выбора оптимального инструмента, программа оптимизации сплава, различные источники постоянно обновляемой информации, покупка онлайн, различные приложения для мобильных устройств и множество других новых функций — все это выход на качественно новый уровень продажи инструмента.
Рис. 4 –Приложение ISCAR WORLD, виртуальная служба одного окна, объединяет сейчас все онлайновые приложения, интерфейсы и каталоги продукции ISCAR для мобильного телефона.
Логика промышленного развития требует от производителя инструмента новых высокопроизводительных фрез и резцов с развитой информационной составляющей. Такое единое целое и баланс между материальным и виртуальным миром очень скоро станет общепризнанным в отрасли производства режущего инструмента и будет определять IQ инструмента и его внедрение в передовые производственные системы. ■