Umstellung auf Kleinteile in der CNC-Zerspanung

Wie ein Maschinist groß anfing und Mikro wurde

Als ich vor 25 Jahren als Zerspanungsmechaniker anfing, war das eine ganz andere Welt als die, die wir heute in der CNC-Zerspanung sehen, wo die Teile (und die Werkzeuge) immer kleiner und die Anforderungen immer anspruchsvoller werden. Wenn mich vor 10 Jahren jemand gefragt hätte, ob ich Mikrobearbeitung machen würde, hätte ich gesagt:„Absolut nicht! Es ist ZU klein, zu pingelig, zu viel Kopfschmerzen.“ Aber dann kam ich zur Metal Cutting Corporation und mein Leben – und meine Sichtweise auf Präzisionsbearbeitungsdienste – änderte sich grundlegend.

Hier bin ich, habe die Zeit meines Lebens und liebe die Herausforderungen, die mit der Mikrobearbeitung bei einem führenden CNC-Metallzerspanungsunternehmen einhergehen. Was war also so anders, als ich von der Bearbeitung von Teilen mit einer Länge von 6 Fuß (182,88 cm) zu einer Arbeit in einer Werkstatt wechselte, die routinemäßig Teile mit einer Länge von 6 mm (0,236 Zoll) oder noch kürzer herstellt?

Engere Toleranzen und anspruchsvolleres Entgraten

Bei Metal Cutting sind 99 % der von uns hergestellten Teile so klein, dass wir sie unter einem Mikroskop oder einer Lupe prüfen müssen, um sicherzustellen, dass bestimmte Merkmale innerhalb der vom Kunden gewünschten Toleranz liegen, gut aussehen und gratfrei sind. In der Regel sind die Toleranzen bei der Herstellung kleiner Teile viel enger, und das Entgraten ist aufgrund der Schwierigkeit, auf die sehr kleinen Merkmale der Teile zuzugreifen, anspruchsvoller. Wie entgratet man ein Teil mit einem Durchmesser fast so klein wie ein menschliches Haar?

In dieser Mikrowelt scheinen das Erreichen enger Toleranzen und das Entgraten die größten Herausforderungen beim Übergang vom Schneiden großer Teile zum Schneiden sehr kleiner Teile zu sein. Hier in der Metallbearbeitungswerkstatt habe ich jedoch schnell gelernt, dass wir unsere eigenen „Geheimnisse“ haben, die es uns ermöglichen, sehr enge Toleranzen einzuhalten und das Entgraten einfacher zu machen, als ich es mir hätte vorstellen können, da ich aus einer Welt der großen Teile komme.

Außerdem habe ich aus erster Hand gesehen, dass es beim CNC-Zerspanen von kleinen Teilen im Vergleich zu großen Teilen grundlegende Unterschiede in den verwendeten Materialien gibt; eine schwindelerregende Auswahl an Werkzeugen zum Ausführen sehr präziser Aufgaben; dramatische Unterschiede in den Geschwindigkeiten und Vorschüben bei der Herstellung sehr kleiner Teile; und sogar Unterschiede in der Anwendung des Kühlmittels.

Herausforderndere Materialien

Als ich vor 25 Jahren mit der Zerspanung begann, arbeitete ich normalerweise mit Grundmaterialien wie Edelstahl 303 und 304, Messing und Aluminium. Im Laufe der Zeit entwickelten CNC-Metallbearbeitungsbetriebe Spezialitäten und Nischenmärkte, und dies ermöglichte mir, mehr über zusätzliche Materialien zu lernen und mit „exotischeren“ Metallen zu arbeiten.

Darüber hinaus verwendet der CNC-Metallschneideprozess oft sehr unterschiedliche Materialien für die Mikrobearbeitung. Während beispielsweise Nickel-Titan zur Herstellung eines kleinen Teils wie einer medizinischen Klammer verwendet werden kann, wird dieses Material nicht in größeren Abmessungen zur Herstellung eines großen Teils wie einer Maschinenspindel hergestellt. Als ich 2009 zu Metal Cutting kam, musste ich mich also mit einer ganz neuen Auswahl an Metallen vertraut machen, einschließlich Superlegierungen und anderen Materialien, die extrem schwer zu bearbeiten sind. Als ich anfing, mit Wolfram und Molybdän zu arbeiten, dachte ich, ich würde sie nie zu meiner Zufriedenheit bearbeiten können.

Glücklicherweise war – und ist es noch heute – das Internet eine hilfreiche Ressource, die mich bei der Erforschung neuer Materialien und verschiedener Vorgehensweisen in der Welt der Mikrobearbeitung anleitete. Beispielsweise bietet die Website für praktische Maschinisten eine umfassende Auswahl an Foren und Diskussionsthreads, in denen Sie sich mit anderen erfahrenen Maschinisten austauschen und von ihnen lernen können. Eine weitere gute Quelle sind die CNCzone.com-Foren, eine Website für Profis und Bastler. Das schwarze Brettsystem für die Zeitschriften Home Shop Machinist und Werkstatt des Maschinisten ist eine clevere DIY-Ressource für einfache Projekte; wir ergänzen damit sogar die Ausbildung unserer Ladenlehrlinge.

Schillernde Werkzeugauswahl in der CNC-Metallbearbeitung

Als ich mehr über die anspruchsvolleren Materialien lernte, die beim CNC-Metallschneiden für sehr kleine Teile verwendet werden, lernte ich auch die Auswahl an Werkzeugen zu schätzen, die mit diesen Materialien arbeiten können und die gewünschten Ergebnisse erzielen, ohne zu brechen. Als ich zur Metallzerspanung kam und mit der Bearbeitung von Teilen mit Durchmessern so klein wie ein menschliches Haar begann, war ich ebenso beeindruckt von den Werkzeugen, die zu solch präziser Arbeit fähig sind, sowie von den Ingenieuren, die sie entwickelt haben. Man könnte meinen, etwas so Kleines würde bei den Geschwindigkeiten und Vorschüben brechen, mit denen wir arbeiten müssen, um die Spänelast bei der Herstellung Tausender kleiner Teile zu bewältigen.

Heutzutage haben CNC-Metallbearbeitungsunternehmen den zusätzlichen Vorteil von Werkzeugen, die bei richtiger Anwendung stärker, langlebiger und präziser sind; einige benötigen nicht einmal Kühlmittel, und viele sind mit verschiedenen Beschichtungen erhältlich. Tatsächlich gibt es jetzt fast unbegrenzte Möglichkeiten in der Verfügbarkeit von Werkzeugen; Wenn Sie sich eine bestimmte Aufgabe vorstellen können, hat wahrscheinlich jemand ein Werkzeug entwickelt, das sie erledigen kann.

Schnellere Geschwindigkeiten und Vorschübe

Es gibt typischerweise einen großen Unterschied in den Geschwindigkeiten und Vorschüben, wenn CNC-Metallschneiden verwendet wird, um sehr kleine Teile herzustellen. Als ich mit der Bearbeitung anfing, war die höchste Geschwindigkeit, die ich normalerweise verwendete, 2.000 U/min; 10.000 U/min waren jenseits meiner kühnsten Träume. Als ich zum Metallschneiden kam, erforderte der erste Job, den ich erledigte, 15.000 U / min, um ein kleines Loch in ein Teil zu bohren, und zu meinem Erstaunen wurde es perfekt ausgeführt. Wenn ich heute eine Aufgabe wie das Schneiden eines Lochs mit einem Durchmesser von 0,013 Zoll (0,3302 mm) ausführe, betreibe ich eine Maschine routinemäßig mit einer Geschwindigkeit von 24.000 U/min.

Generell richten sich die Drehzahlen nach dem verwendeten Werkzeug und den Vorgaben des Werkzeugherstellers; Je kleiner die Tools, desto schneller sind die Drehzahlen im Allgemeinen. Jeder Hersteller stellt eine Formel zur Berechnung der empfohlenen Geschwindigkeit und Oberflächengüte pro Minute (SFM) zur Verfügung. Die Vorschübe variieren je nach Werkzeug und Hersteller sowie dem zu schneidenden Material und der Art der vorhandenen Beschichtung.

Die Einhaltung der Herstellerrichtlinien für minimale und maximale Drehzahlen und Vorschübe hilft, die Standzeit des Werkzeugs zu verlängern und sicherzustellen, dass Sie gute Ergebnisse erzielen. Ich bin mir sicher, dass 99 % der Maschinisten wie ich sagen würden, dass sie langsam anfangen und nach Bedarf anpassen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, während sie sich bemühen, innerhalb der Herstellerparameter zu bleiben.

Kühlmittelzufuhr an der Schneide

Als ich in der Zerspanung anfing, wurde beim CNC-Zerspanungsprozess fast ausschließlich eine Flutkühlung verwendet, bei der sowohl das Werkzeug als auch das Teil mit Kühlmittel geflutet werden. Heutzutage verwenden 99 % der Betriebe eine Kühlung durch die Spindel, die es ermöglicht, dass Kühlmittel direkt an die Schneidkante geliefert wird und die Späne aus dem Bereich bläst, um zu verhindern, dass sich das Werkzeug erhitzt und Material ansammelt, das die Schneide stumpf machen kann oder sogar zum Bruch des Werkzeugs führen.

Ob Sie ein Drehwerkzeug, einen Bohrer, einen Schaftfräser oder eine Bohrstange verwenden, es ist entscheidend sicherzustellen, dass die Späne richtig abgeführt werden; Dies gilt insbesondere dann, wenn Sie Tausende und Abertausende von Teilen herstellen, wie wir es hier bei Metal Cutting tun. Außerdem kann es anders als bei großen Teilen schwieriger sein, bei einem kleinen Teil hinter den Schnitt zu kommen. Unsere Hochdruck-Kühlmittelzufuhr trägt jedoch dazu bei, dass wir keine Probleme mit Spanbildung oder Werkzeugbruch haben; Darüber hinaus hilft es uns, eine schöne Oberflächenbeschaffenheit der von uns hergestellten Teile zu erzielen.

Wie bei Geschwindigkeiten und Vorschüben ist es wichtig, die Empfehlungen des Werkzeugherstellers zu befolgen, welche Art von Kühlmittel im CNC-Metallschneideprozess verwendet werden soll; Dies kann dazu beitragen, Brüche zu vermeiden, die Standzeit zu optimieren und Kosten zu sparen. Hier bei Metal Cutting verwenden wir normalerweise ein wasserlösliches Kühlmittel oder ein Öl, abhängig von den Werkzeugrichtlinien sowie dem zu schneidenden Material und den Vorlieben des Maschinisten.

Das Lernen endet nie

Wo ich früher CNC-Metallschneiden mit Teilen mit Toleranzen von 0,020″ (0,508 mm) bis 0,001″ (0,0254 mm) gemacht habe, bearbeite ich heute bei Metal Cutting routinemäßig Teile mit Toleranzen von 0,00020″ (0,00508 mm) oder 0,00010″ (0,00254 mm), mit 0,00050″ (0,0127 mm) TIR. Um diesen Übergang zu schaffen, mussten neue Fähigkeiten entwickelt und verschiedene Vorgehensweisen erkundet werden.

Ich finde, dass dies auch heute noch gilt, wenn ich meine Fähigkeiten weiter verbessere und daran arbeite, den CNC-Metallschneidprozess mit jedem Projekt weiter zu perfektionieren. Selbst bei Wiederholungsaufträgen kann ich immer Verbesserungen vornehmen – zum Beispiel den Vorschub oder die Spindel beschleunigen, ein anderes Kühlmittel verwenden oder andere Variablen anpassen, um die Produktivität zu steigern, die Durchlaufzeit zu verkürzen und die Kosteneffizienz zu verbessern.

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