Τον περασμένο μήνα απορρίψαμε 47 περιβλήματα από ανοξείδωτο χάλυβα επειδή τα σπειρώματα M6 απέτυχαν στον έλεγχο του μετρητή go/no-go στον τελικό QC. Η βρύση ήταν καινούργια, το πρόγραμμα αποδεδειγμένο, το υλικό ήταν το ίδιο που τρέχαμε όλο το χρόνο. Αποδεικνύεται ότι η συγκέντρωση του ψυκτικού υγρού είχε πέσει από 8% σε 4% μέσα σε τρεις εβδομάδες και ο χειριστής δεν το έπιασε. Σε ανοξείδωτο 304, αυτή είναι η διαφορά ανάμεσα σε ένα καθαρό νήμα και ένα σχισμένο νήμα με σκληρυμένες πλευρές.

Η κατεργασία νήματος είναι μία από εκείνες τις διαδικασίες όπου όλα πρέπει να είναι σωστά - εργαλείο, ταχύτητα, τροφοδοσία, ψυκτικό υγρό, υλικό, μέγεθος οπής - ή το νήμα είναι σκουπίδια. Και τα νήματα σκουπιδιών δεν εμφανίζονται μέχρι την επιθεώρηση του μετρητή, πράγμα που σημαίνει ότι έχετε ήδη επενδύσει όλο τον χρόνο κατεργασίας στο εξάρτημα προτού ανακαλύψετε το πρόβλημα.

Ακολουθεί μια πρακτική σύγκριση των τεσσάρων μεθόδων μηχανικής κατεργασίας νήματος που χρησιμοποιούμε, με βάση χιλιάδες εξαρτήματα και άφθονα κλωστές που έχουν απορριφθεί στην πορεία.

Το άκαμπτο πάτημα είναι η προεπιλογή για τα περισσότερα καταστήματα CNC. Ο άξονας συγχρονίζει την περιστροφή με την τροφοδοσία του άξονα Z ακριβώς στην αναλογία βήματος του νήματος. Θεωρητικά, η βρύση κόβει ένα τέλειο νήμα κάθε φορά. Στην πράξη, λειτουργεί άψογα σε αλουμίνιο, ορείχαλκο και χάλυβες ελεύθερης κοπής. Λειτουργεί λιγότερο άψογα σε ανοξείδωτο χάλυβα, τιτάνιο και οτιδήποτε σκληραίνει.

Το πρόβλημα με το πάτημα είναι ότι είστε δεσμευμένοι. Μόλις η βρύση μπει στην τρύπα, είτε κόβει ένα καλό νήμα είτε όχι — δεν υπάρχει ευκαιρία προσαρμογής. Η βρύση δεν μπορεί να επιταχύνει, να επιβραδύνει ή να αλλάξει κατεύθυνση στη μέση της κοπής. Εάν το τσιπ δεν εκκενωθεί, η βρύση γεμίζει με μάρκες και είτε σπάει είτε σκίζει το νήμα.

Όρια ταχύτητας για πάτημαείναι αληθινά και ασυγχώρητα. Σε ανοξείδωτο 304, χτυπάμε το M6 σε περίπου 500 RPM το μέγιστο. Στο αλουμίνιο 6061, μπορούμε να τρέξουμε την ίδια βρύση M6 στις 2.000 σ.α.λ. Η διαφορά δεν είναι η βρύση — είναι η τάση του υλικού να σκληραίνει στην αιχμή. Σπρώξτε την ταχύτητα στο ανοξείδωτο και το υλικό σκληραίνει πιο γρήγορα από ό,τι μπορεί να το κόψει η βρύση.

Κτύπημα με τυφλή τρύπαείναι όπου εμφανίζονται τα περισσότερα προβλήματα. Τα τσιπ πρέπει να πάνε κάπου, και σε μια τυφλή τρύπα στοιβάζονται στο κάτω μέρος. Οι βρύσες σπειροειδούς φλάουτου τραβούν τα τσιπ προς τα πάνω (καλό για διαμπερείς οπές), οι βρύσες με σπειροειδή σημείο σπρώχνουν τα τσιπ προς τα κάτω (καλά μόνο για διαμπερείς οπές). Για τις τυφλές τρύπες, χρησιμοποιούμε σπειροειδείς κρουνούς φλάουτου με ελεγχόμενους κύκλους χτυπήματος ραμφίσματος — η βρύση ανασύρεται περιοδικά για να καθαρίσει τα τσιπ.

Το φρεζάρισμα με νήματα χρησιμοποιεί έναν κόφτη ενός σημείου που ακολουθεί μια ελικοειδή διαδρομή για να κόψει το νήμα. Ο κόφτης είναι μικρότερος από τη διάμετρο του νήματος, επομένως σπειρώνεται προς τα μέσα ενώ ταυτόχρονα κινείται προς τα κάτω στο βήμα του νήματος. Χρειάζονται 15-30 δευτερόλεπτα ανά νήμα (έναντι 2-5 δευτερόλεπτα για το χτύπημα), αλλά τα πλεονεκτήματα είναι σημαντικά.

Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα: ένας μύλος με κλωστές κόβει οποιοδήποτε νήμα αυτού του βήματος, ανεξάρτητα από τη διάμετρο. Ένας μύλος με νήματα M6x1.0 κόβει M6x1.0, M8x1.0, M10x1.0, M12x1.0 — οποιοδήποτε μέγεθος με βήμα 1,0 mm. Διαθέτουμε περίπου 15 κλωστές και καλύπτουμε κάθε τυπικό μετρικό μέγεθος νήματος. Συγκρίνετε το με το χτύπημα, όπου χρειάζεστε ξεχωριστό χτύπημα για κάθε μέγεθος και βάθος και υλικό νήματος.

Το φρεζάρισμα με νήματα παράγει επίσης καλύτερα νήματα σε δύσκολα υλικά. Ο κόφτης μπαίνει και εξέρχεται από την τομή καθαρά. Το τσιπ είναι μικρό και εκκενώνεται εύκολα. Δεν υπάρχει κίνδυνος θραύσης της βρύσης — εάν ο κόφτης σπάσει, το αντικαταστήστε και ξανατρέξτε το νήμα. Χωρίς εξαγωγή EDM, χωρίς σκραπ.

Για αριστερές κλωστές, κλωστές πολλαπλών εκκινήσεων ή σπειρώματα με ασυνήθιστα προφίλ (NPT, BSPT, Τραπεζοειδές), το φρεζάρισμα με νήματα είναι η μόνη πρακτική μέθοδος CNC. Δεν μπορείτε να αγοράσετε μια αριστερόστροφη βρύση M8x1.25 στο κατάστημα σιδηρικών, αλλά το μύλο σας το κόβει με μια αλλαγή του κωδικού G.

Ο πραγματικός λόγος να κλωστή: Όταν η ανοχή του νήματος έχει σημασία. Τα σπειρώματα με φρεζάρισμα με κλωστές είναι σταθερά πιο ακριβή από τα σπειρώματα με κοχλία επειδή οι δυνάμεις κοπής είναι μικρότερες και η παραμόρφωση του εργαλείου είναι ελάχιστη. Για τα νήματα που πρέπει να περάσουν ένα σφιχτό μετρητή (όπως η αεροδιαστημική ή τα υδραυλικά εξαρτήματα), το φρεζάρισμα με νήματα είναι η ασφαλέστερη επιλογή.

Το γύρισμα νήματος (σπειρώματος ενός σημείου σε τόρνο) είναι η μέθοδος για εξωτερικά σπειρώματα σε άξονες, ράβδους και περιστρεφόμενα εξαρτήματα. Το εργαλείο κοπής είναι ένα διαμορφωμένο ένθετο που ταιριάζει με το προφίλ του νήματος. Ο τόρνος συγχρονίζει την περιστροφή του άξονα με την τροφοδοσία του άξονα Z, κάνοντας πολλαπλά περάσματα σε αυξανόμενο βάθος μέχρι να ολοκληρωθεί το νήμα.

Το γύρισμα νήματος λειτουργεί για οποιοδήποτε εξωτερικό νήμα — μετρικό, UNC, UNF, BSW, Acme, τραπεζοειδές, προσαρμοσμένα προφίλ. Το ένθετο είναι φθηνό ($10-25) και ένα ένθετο κόβει οποιαδήποτε διάμετρο αυτού του βήματος. Περιστρέφουμε τα πάντα, από τις βίδες ρύθμισης M3 έως τους άξονες προπέλας M80.

Η προσέγγιση πολλαπλών περασμάτων είναι το κλειδί για την ποιότητα. Ένα τυπικό εξωτερικό σπείρωμα M10x1.5 χρειάζεται 8-12 περάσματα, το καθένα αφαιρώντας 0,05-0,15 mm υλικού από το βάθος του νήματος. Τα περάσματα φωτός εμποδίζουν τη σκλήρυνση της εργασίας σε ανοξείδωτο και τιτάνιο. Το τελικό πέρασμα ελατηρίου (μηδενικό βάθος κοπής) καθαρίζει τυχόν παραμόρφωση από τα προηγούμενα περάσματα.

Γύρισμα νήματος έναντι κλωστής μήτρας: Το σπείρωμα της μήτρας (τρέχει μια μήτρα κάτω από έναν άξονα με το χέρι ή με μια θήκη μήτρας στην ουρά του τόρνου) είναι γρήγορη για μεμονωμένες εργασίες. Αλλά τα νήματα της μήτρας έχουν κακή ομοκεντρικότητα (η μήτρα αυτοευθυγραμμίζεται, πράγμα που σημαίνει ότι το νήμα ακολουθεί οτιδήποτε της δίνει η επιφάνεια του άξονα). Η περιστροφή νήματος παράγει σπειρώματα ομόκεντρα στους κρίκους ρουλεμάν του άξονα, επειδή και τα δύο κόβονται στην ίδια διάταξη.

Η διαμόρφωση ρολού νήματος (ονομάζεται επίσης κύλιση νήματος) δεν κόβει το υλικό - το μετατοπίζει. Η μήτρα κυλίνδρου πιέζει στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας, σχηματίζοντας ψυχρά το υλικό στο προφίλ του σπειρώματος. Οι κορυφές του νήματος σχηματίζονται με μετατόπιση υλικού από τις ρίζες.

Το αποτέλεσμα είναι ένα πιο δυνατό νήμα. Η διαδικασία ψυχρής κατεργασίας αυξάνει τη σκληρότητα της επιφάνειας του νήματος κατά 10-30% (η σκλήρυνση με εργασία είναι ένα όφελος εδώ, όχι ένα πρόβλημα). Η δομή του κόκκου ακολουθεί το περίγραμμα του νήματος αντί να κόβεται κατά μήκος του. Η αντοχή σε κόπωση των τυλιγμένων νημάτων είναι 30-50% υψηλότερη από τα κομμένα νήματα.

Η μορφοποίηση κυλίνδρων λειτουργεί σε οποιοδήποτε όλκιμο υλικό — αλουμίνιο, ορείχαλκος, μαλακός χάλυβας, ανοξείδωτο. ΔΕΝ λειτουργεί σε σκληρά υλικά (σκληρυμένο ατσάλι, τιτάνιο) ή εύθραυστα υλικά (χυτοσίδηρος, μερικά πλαστικά).

Ο περιορισμός είναι η πολυπλοκότητα της εγκατάστασης. Οι μήτρες κυλίνδρων πρέπει να είναι ακριβώς ευθυγραμμισμένες με την κεντρική γραμμή του τεμαχίου εργασίας και ο ρυθμός τροφοδοσίας πρέπει να ταιριάζει ακριβώς με το βήμα του σπειρώματος. Σε έναν τόρνο CNC, χρησιμοποιούμε ένα εξάρτημα κύλισης νήματος που τοποθετείται στον στύλο του εργαλείου. Η εγκατάσταση διαρκεί 30-60 λεπτά ανά μέγεθος νήματος.

Για εσωτερικά νήματα: Ξεκινήστε με χτύπημα. Εάν το υλικό είναι εύκολο (αλουμίνιο, ορείχαλκος) και η τρύπα είναι διαπερασμένη, το χτύπημα είναι ταχύτερο και φθηνότερο. Μεταβείτε σε φρεζάρισμα κλωστών εάν το υλικό είναι ανοξείδωτο ή τιτάνιο, εάν πρόκειται για τυφλή τρύπα, εάν χρειάζεστε πολλά μεγέθη νημάτων ή εάν μια σπασμένη βρύση θα ήταν καταστροφική (ακριβό μέρος, αργά στη διαδικασία κατεργασίας).

Για εξωτερικά σπειρώματα: Ξεκινήστε με το γύρισμα του νήματος. Είναι το πρότυπο για τους τόρνους CNC. Προσθέστε τη διαμόρφωση ρολού εάν το νήμα χρειάζεται μέγιστη αντοχή σε κόπωση (άξονες κινητήρα, εξαρτήματα ανάρτησης, συνδετήρες υψηλού κύκλου).

Για παραγωγή μεγάλου όγκου: Κερδίζοντας κερδίζετε την ταχύτητα και το κόστος για εύκολα υλικά. Το φρεζάρισμα με νήματα κερδίζει για δύσκολα υλικά όπου η διάρκεια ζωής της βρύσης είναι μικρή (θα περάσετε 500 $ σε βρύσες σε ανοξείδωτο τρέξιμο 10.000 τεμαχίων — ένας μύλος με νήματα $80 χειρίζεται την ίδια δουλειά).

Ένα τελευταίο πράγμα που αιχμαλωτίζει τους ανθρώπους: η διάμετρος της τρύπας έχει μεγαλύτερη σημασία από όσο νομίζετε για τα εσωτερικά νήματα. Η βρύση (ή ο μύλος με κλωστές) δεν κόβει ολόκληρο το προφίλ του νήματος από συμπαγές υλικό. Η τρύπα έχει προανοιχθεί σε μια συγκεκριμένη διάμετρο και το εργαλείο σπειρώματος κόβει μόνο το τελευταίο 30-50% του βάθους του σπειρώματος. Ανοίξτε την τρύπα πολύ μεγάλη και θα έχετε ρηχές κλωστές που ξεκολλάνε. Τρυπήστε το πολύ μικρό και σπάσει η βρύση (ή ο μύλος με κλωστές φλυαρεί). Το σωστό μέγεθος τρυπανιού βρύσης για το M6x1.0 είναι 5,0 mm, όχι 5,1 mm ή 4,9 mm. Αυτή η διαφορά 0,1 mm είναι το περιθώριο μεταξύ ενός καλού νήματος και ενός σπασμένου εξαρτήματος.