Kör keresztmetszetű szerszám-koncepciók: váltólapkás, tömör, vagy mindkettő

Váltólapkás vagy tömör - melyik a jobb tervezésű forgószerszám? Mint a legtöbb technológiai téma esetén, erre a kérdésre sem adható egyértelmű válasz. Azonban, ha mindkét szerszámtípus előnyeit és hátrányait specifikus körülmények között hasonlítjuk össze, az eredmény világos.

Egy váltólapkákkal szerelt szerszám esetén - mely az 1960-as évektől kezdve gyakran használt megoldás az iparban - csak egy elem nyújt forgácsolási teljesítményt, a lapka. A szerszámtest a lapkák rögzítésére szolgál, amelyek a forgácsolandó anyag szempontjából lehetnek különböző tömör keményfém minőségek vagy köbös bór-nitrid (CBN) vagy cermet, stb.), de a szerszámtest a leggyakrabban acélból készül.

A lapkák a forgácsoló felületükben is különbözhetnek a szükséges élgeometria kialakítása érdekében. A munkadarab megmunkálásához legoptimálisabb szerszámot a megfelelő geometriájú és minőségű lapkák szerszámtestbe rögzítésével kapjuk meg. A lapkák gyakran több vágóéllel rendelkeznek. Ha az egyik él elkopik, az a lapka el- vagy megfordításával könnyedén cserélhető. A váltólapkás szerszámok elve a vágóélekhez szükséges minimális, vagyis legköltséghatékonyabb anyagok felhasználásán alapszik.

A lapkák legtöbbször egyedi alakkal rendelkeznek, az ISO geometriák kivételével, amelyek kialakítása porkohászati eljárással történik, mivel e formák, illetve a rendkívül ellenálló vágóél kialakítása bármilyen más módszerrel rendkívül nehéz, vagy lehetetlen.

Ugyanakkor a váltólapkás szerszámoknak egyértelműen vannak hátrányai is. Először is, kevésbé pontosak, mint a tömör keményfém szerszámok. Másodszor, a szerszám átmérője viszonylag nagy kell, hogy maradjon (pl. nem lehet 8-10 mm-nél kisebb). Az átmérő csökkentésével az összes további alkatrész mérete is csökken, beleértve a lapkát, a rögzítő elemeket (általában a csavart), melyek fizikai korlátokkal rendelkeznek. Ráadásul a lapkák vágóéle erős, de nem olyan éles, mint egy tömör keményfém szerszámé. Ezért a lágy anyagok forgácsolásához, mint például réz, ötvözetlen titán vagy alumínium, az éles vágóél kialakításához plusz élköszörülés szükséges.
A köszörült tömör keményfém szerszámok legfontosabb előnye a nagy pontosság, mely általában egy minőségosztállyal magasabb, mint a váltólapkás szerszámoké. A tömör szerszámokban nem lehet lapkát cserélni, viszont újraköszörülhetőek.

Csakúgy, mint a váltólapkás szerszámok esetében a tömör keményfém szerszámoknak is vannak a szerszámköltségből adódó méretbeli korlátjaik. A váltólapkás koncepcióval ellentétben a tömör szerszám hossza vagy átmérője nem lehet túl nagy; ez utóbbi általában nem haladja meg a 25 mm-t. A szerszámok e típusaihoz jelentősen több alapanyag szükséges, és a köszörülésük is sokkal drágább. E jellemzők miatt a szerszámköltség is magasabb, illetve a váltólapkás szerszámokhoz képest a tömör keményfém szerszámok vágóéle élesebb, de kevésbé szívós.

Általában a megmunkált felület méretei döntik el, melyik koncepciót érdemes alkalmazni. Például, egy 3 mm-es furat kifúrása csak tömör keményfém fúróval történhet. A méretbeli jellemzőkön kívül a következő alapelvek segítenek a megfelelő szerszám kiválasztásában.

Nehéz megmunkálásokhoz (általában nagyolásnál és jó felületet nem igénylő elősímításnál), ahol nagy a vágóerő és a teljesítmény-igény váltólapkás szerszámot érdemes alkalmazni. Ha a megmunkálás könnyű forgácsolással történik, mert az alkatrész nagy pontosságot és kimagasló felületminőséget igényel, előnyös tömör keményfém szerszámot alkalmazni.

Ez a logikus, - és hagyományos – elv azonban az utóbbi években lassan változásnak indult. Az egyre termelékenyebb megoldások keresése során, a szerszámtervezés fejlődésével karöltve, új, hatékonyabb forgácsolási stratégiák és továbbfejlesztett szerszámgépek születtek. A modern gépek legtöbbjének már kisebb a teljesítménye, de nagyobb fordulatszámú a főorsójuk, vagyis a számítógép által vezérelt, nagy sebességű megmunkálást kis átmérőjű szerszám végzi, mely a legoptimálisabb pályán halad, folyamatos szerszámterhelés mellett. Ez a hagyományostól nagyobb fordulat, valamint az újraköszörülési és bevonatolási technológiák fejlődése új lendületet adott a tömör keményfém szerszámoknak a nagyoló megmunkálások területén is. Az alapanyagok fejlődése lehetővé tette, hogy keményebb szerszámok születhessenek. Manapság nem ritka, hogy 65 HRc keménységű munkadarabok keménymarása nagy sebességgel tömör keményfém szármarókkal történik.

A szerszámgyártók felismerték, hogy előnyös lenne a tömör és váltólapkás szerszámok jellemzőit egyetlen szerszámban ötvözni. Az ISCAR népszerű MULTI-MASTER és CHAMDRILL szerszámcsaládjai jól példázzák ezeket a hasznos kombinációkat. Mindkét szerszámcsaládra jellemző a tömör keményfém váltófejes megoldás. A 2001-ben bemutatott MULTI-MASTER szerszámcsaládban a keményfém forgácsoló fej különböző szerszámtestekbe rögzíthető, a testek pedig többféle fej befogadására képesek. Ez a „tömör váltófejes” megoldás több mint 40 000 különböző szerszám konfigurációt tesz lehetővé.

Tehát, melyik a jobb megoldás? Az iparban a termelési folyamatok függvényében mindkét forgácsoló szerszámtípus szükséges. A váltólapkás és tömör keményfém vagy „tömör váltófejes” szerszámok aránya a piacon körülbelül 1:1, mely jelzi, hogy a forgácsoló szerszámok fejlődése mindkét irányban ugyanolyan sebességgel halad. De a gyártási technológiák fejlődésével a szerszámokkal – legyen az váltólapkás, vagy tömör - szembeni igények is egyre magasabbak lesznek.

Kép 1 T890-es váltólapka komplex geometriával
Kép 2 Kerámia szármaró
Kép 3 Cserélhető keményfém fejes fúró (középen látható szerszám)