Miten valita oikea kierteityskärki: Tyypit selitettynä

Kierteenvääntöjen tyypit ja niiden sovellukset

Käsikierret: Kallistettu, tulppa ja pohja – milloin kumpaa tahansa käytetään

Kuoriaisvavat sisältävät noin 8–10 kierrosta, jotka muodostuvat asteittain leikatessaan materiaaliin. Ne toimivat parhaiten sokeissa rei'issä aloitettaessa kierre, koska ne keskittyvät luonnostaan käytön aikana. Läpimeneviin reikiin käytetään pistokantavavia. Niissä on tyypillisesti 3–5 kalotteista kierrosta, mikä tekee niistä hyviä suorien läpimenevien sovellusten viimeistelyyn. Kun on kyse todella syvistä sokeista rei'istä, joissa tila on rajoitettu, alustavat vavat tulevat tarpeeseen. Näillä erikoistyökaluilla on vain 1–2 viistettyä kierrosta kärjessä, joten ne pystyvät ulottumaan aivan pohjalle saakka siihen jumiutumatta. Vuoden 2023 koneistusraportti osoitti myös jotain mielenkiintoista. Tehtaat, jotka noudattavat oikeita vavautussarjoja, kohtaavat noin 34 % vähemmän kierrekatoja erityisesti alumiini- ja messinkiosia käsiteltäessä. Tuntuu järkevältä, sillä oikean työkalun käyttö jokaisessa vaiheessa toimii yleisesti paremmin.

Spiraalikärki- ja spiraalilohkotavat: jauhon poiston optimointi

Ominaisuus	Spiraalikärkivavat	Spiraalilohkovavat
Jauhon suunta	Työntää eteenpäin	Puraista ylöspäin
Paras valinta	Läpiviat (teräs/rauta)	Sokeat porakaivot (ruostumaton)
CNC-suorituskyky	15–20 % nopeammat sykliajat	Estää lastun uudelleenleikkaamisen

Spiraalikärkiset viat johdattavat lastut työkalun eteen, mikä tekee niistä optimaaliset läpiviakäyttöön rautapitoisissa materiaaleissa. Sen sijaan spiraalilohkoviassa poistaa lastut ylöspäin estäen tiivistymisen sokeissa porakaivoissa – erityisen tärkeää hitsaisten materiaalien, kuten ruostumattoman teräksen, koneistuksessa.

Kierteitys- ja kierteenviivaviat: suorituskyky ja materiaaliharkinnat

Kierteitysvesi toimii eri tavalla kuin tavalliset leikkausvesit, sillä ne työntävät materiaalin sivuun eivätkä poista sitä. Tämä luo vahvempia kierteitä paremmalla pinnalaadulla, erityisesti pehmeämpien metallien, kuten alumiinin tai messinkin, kanssa, joiden kovuusarvo on alle 35 HRC. Tuloksena olevat kierteet voivat olla noin 20 % vahvempia kuin perinteisillä leikkausmenetelmillä valmistetut, alan testien mukaan. Tilanne muuttuu kuitenkin vaikeammilla materiaaleilla. Karkaistuille teräksille, joiden kovuus Rockwell-asteikolla ylittää 45 HRC, perinteiset leikkausvesit ovat välttämättömiä, koska kierteiden muodostaminen johtaisi ongelmiin, kuten liialliseen vääntömomenttiin tai jopa rikkoutuneisiin työkaluihin. Kun käsitellään titaania, on järkevää siirtyä kuumakäsitellyistä kobolttiteräksestä valmistettuihin vesihin. Nämä erikoistyökalut kestävät noin 40 % pidempään kuin tavalliset nopeateräksestä valmistetut vaihtoehdot ja kestävät paremmin sekä lämmön kertymistä että hankautumista koneen työstöprosesseissa.

Kone- ja CNC-yhteensopivat vesit automaattiseen tuotantoon

CNC-koneisiin tarkoitetut poranterät toimitetaan erittäin tiukilla kärkien toleransseilla noin ±0,01 mm, ja niihin saa myös ne hienot pinnoitteet, kuten TiN tai TiAlN. Nämä pinnoitteet vaikuttavat merkittävästi työkalujen kestoon, ja niillä voidaan suorittaa jopa yli kolminkertaisesti enemmän syklejä verrattuna tavallisiin pinnoittamattomiin teriin korkean tuotantokapasiteetin aikana. Kun pyörimisnopeus ylittää 2 500 kierrosta minuutissa, on valmistuslinjan esimiesten välttämätöntä varmistaa, että akselin pyörimisnopeus ja syöttönopeus ovat täsmälleen sovitettuja toisiinsa. Muuten rikkoutuneet poranterät esiintyvät liian usein, ja kierteet jäävät virheellisiksi, mikä ei ole toivottavaa automatisoidussa valmistusyksikössä, jossa johdonmukaisuus on tärkeintä.

Erikoisporanterät tarkkuuden CNC-kierreporauksen osien valmistajatarpeisiin

Ilmailualan säikeenporautuspyörät säilyttävät keskihajontatoleranssit alle 0,005 mm: ssä, mikä mahdollistaa ±0,01 mm:n paikkatarkkuuden kriittisissä titaanikomponenteissa, kuten turbiinien kotelot. Kärkiteollisuuden valmistajat saavuttavat 92 %:n ensimmäisen läpivientikäyttöasteen yhdistämällä mikrojyvää karbidityökalut mukautuviin CAM-strategioihin, erityisesti monimutkaisiin sisäisiin geometrioihin, joissa vaaditaan tarkkaa kierteitystä.

Kierreporan materiaalin ja suunnittelun yhdistäminen työkappaleen ominaisuuksiin

Kierreporan materiaalin yhteensopivuus metallien ja seosten kanssa

Korkeanopeusteräkset eli HSS-teräkset tarjoavat edelleen hyvää suorituskykyä ja kestävyyttä pehmeämpien materiaalien, kuten alumiinin ja messinkin, kanssa työskenneltäessä. Tämä vastaa ISO 4957:2018 -standardin suosituksia arkityökaluille. Kun taas vaikeammin työstettäviä materiaaleja, kuten ruostumattomia teräksiä tai nikkelipohjaisia superseoksia käsitellään, koboltilisäys HSS-seokseen tekee merkittävää eroa. Lämpönsieto paranee noin 40 %, mikä tarkoittaa vähäisempää työkalujen kulumista pitkien leikkausjaksojen jälkeen. Tehtävissä, joissa käytetään titaania tai erittäin kovia teräksiä, joiden kovuus on 45 HRC tai yli, useimmat ammattilaiset käyttävät hiilikarbidivarsiä. Ne säilyttävät terävänsä paremmin ja kestävät leikkausnopeuksia, jotka ovat noin kolme kertaa tavallisten HSS-työkalujen suorituskykyä.

Vasojen valinta työkappaleen kovuuden ja lujuuden perusteella

Materiaalin kovuus määrää vasojen materiaalin ja geometrian. ASM Internationalin vuoden 2022 ohjeiden mukaan:

• <30 HRC : Käytä tavallisia spiraaliporaushyrrävasoja TiN-pinnoitteella
• 30–45 HRC : Valitse kobolttiteräksestä valmistetut kierteityskalvot muunnetuilla teräkulmilla
• >45 HRC : Käytä kiinteää karbidia mikrorakenteella

Korkean lujuuden seoksissa, kuten Inconel 718:ssa, kierteityskalvot vähentävät leikkausvoimia 62 % verrattuna leikkaaviin kalvoihin, mikä minimoi työkappaleen vääristymisen CNC-kierrejyrsintäoperaatioissa.

Yleisten kierteityskalvojen rikkoutumisten välttäminen materiaalin epäyhteensopivuuden vuoksi

Joistakin tuoreista työkaluistutkimuksista vuodelta 2023 ilmenee, että noin 73 prosenttia kaikista kierreporien murtumista kovetetun teräksen käsittelyn yhteydessä johtuu siitä, että sorvareiden käyttävät edelleen korkealaatuista terästä (HSS) eivätkä vaihda karbidivaihtoehtoihin. Valurautasovelluksissa kierreporat, joiden kierrekulma on noin 10 astetta, vähentävät jauhotulppautumisongelmia perinteisiin suorakaisioihin verrattuna noin 85 prosentilla. Kiertymismurtumisten estämiseksi on tärkeää sovittaa kierreporan vääntömomenttia sen materiaalin kimmomodukseen, jonka arvot löytyvät valmistajan teknisistä taulukoista. Tämä on erityisen tärkeää automaatiojärjestelmissä, joissa operaattorit eivät välttämättä näe jatkuvasti, mitä koneen sisällä tapahtuu.

Kaislan geometria ja jauhon hallinta tehokkaassa kierteityksessä

Miten kaislansuunnittelu vaikuttaa kierreporan tehokkuuteen ja kestoon

Terän muoto vaikuttaa todella paljon sen, kuinka hyvin puristuksia saadaan poistettua, kuinka lämpöä hallitaan ja kuinka kauan kierteitys kestää ennen vaihtamista. Noin 30–40 asteen kulmassa olevat ruuvimaiset lovet auttavat pitämään puristukset liikkeellä reiän läpi, mikä vähentää lämmön kertymistä ja hidastaa työkalun kulumista ajan myötä. Kova-aineiden kanssa työskenneltäessä suorat lovet tarjoavat paremman rakenteellisen tuen, vaikka ne aiheuttavat omia ongelmiaan, sillä käyttäjien on pysähdyttävä usein tyhjentämään syvemmistä rei'istä kertynyt roskamateriaali. Useimmat nykyaikaiset CNC-kierreporausliikkeet käyttävät ruuvimaisia lovettyjä teriä, koska ne kestävät huomattavasti paremmin korkeita kierroslukuja ja säilyttävät melko tiukat toleranssit, yleensä plus- tai miinus 0,001 tuumaa, jopa silloin, kun peräkkäin tehdään useita tuotantoserioita.

Ruuvimaiset lovetetyt terät syvien reikien kierteitykseen CNC-ympäristöissä

Spiraalikouruiset poranterät toimivat erittäin hyvin sokeissa rei'issä, jotka menevät halkaisijaansa syvemmälle kuin kolminkertaisesti, koska ne nostavat puristuot suoraan ylös eivätkä anna niiden kertyä reiän pohjalle. Tämä auttaa estämään ongelmia, kuten uudelleen leikkausta ja jumiutumista, mikä on erityisen tärkeää ilmailuteollisuuden osien valmistuksessa vaikeista materiaaleista, kuten ruostumattomasta teräksestä tai titaanista. Jos jakeita ei poisteta täysin koneistuksen aikana, koko sarjoja kalliita komponentteja joudutaan hävittämään. Monet CNC-koneistajat huomaavatkin tuotantoajan merkittävästi lyhenevän, kun siirrytään käyttämään spiraalikouruisia työkaluja tällaisissa tehtävissä. Ero tulee erityisen selväksi monimutkaisten osien kohdalla, joissa jokainen sekunti ratkaisee ja käyttökatkot maksavat rahaa.

Suorakouruiset ja spiraalipäätyiset poranterät automatisoituissa ja manuaalisissa järjestelmissä

Suoralla uralla varustetut poranterät toimivat parhaiten silloin, kun työstö tehdään käsin hauraille materiaaleille kuten valurauta tai jauhemetalli, koska nämä materiaalit helposti lohkeavat. Toisaalta kierreporanterät, joissa on ruuvimainen kärki, ovat yleisiä automatisoiduissa valmistusjärjestelmissä. Näillä poranterillä on 15 asteen kulma, joka työntää puristuskappaleet eteenpäin sen sijaan, että ne jäävät reikään kiinni, mikä pitää koneet toiminnassa ilman jatkuvia pysäytystriä. Autotehtaat hyötyvät erityisesti tästä järjestelystä, koska se tarkoittaa vähemmän katkoja ja nopeampia tuotantoajoja koko koontilinjoilla.

Kierreporanterien koon lukeminen, porauskaaviot ja alan standardit

Tarkka kierrosten valmistus alkaa koon mittaustapojen ymmärtämisellä ja tunnettujen standardien noudattamisella. Oikean kierreporanterän ja esireiän valinta takaa luotettavuuden sekä prototyyppien että suurten sarjojen CNC-kierretuotannon osalta.

Mittajärjestelmän, murto-osien ja putkikierreiden koko-oppaat

Kun puhutaan metrisistä kierteistä, ne kertovat meille käytännössä kaksi asiaa: reiän halkaisijan ja siitä kuinka kaukana kierrokset ovat toisistaan. Otetaan esimerkiksi M6x1, joka tarkoittaa, että saamme 6 millimetriä leveän kierteen, jossa kukin huippu sijaitsee vain yhden millimetrin päässä seuraavasta. Sitten on murtomittajärjestelmä, joka toimii eri tavalla: siinä mitataan sekä reiän kokoa että sitä, kuinka monta kierrosta mahtuu tuumaan, kuten tapauksessa 1/4-20. Putkissa asiat muuttuvat vielä erikoisemmiksi. Täällä NPT-standardi tulee kyseeseen, ja viistetyt kierrokset auttavat itse asiassa tiivistämään liitosta kun niitä kiristetään asianmukaisesti. Katsottaessa mitä tapahtuu... Kierretyyppi Yleiset koot Kierrosväli/TPI Tyypillinen poran koko Metrinen M6, M8, M10 1,0–1,5 mm 85 % kierroksen syvyys Murtomitta 1/4-20, 3/8-16 16–24 TPI 60–75 % reiän halkaisija Putki (NPT) 1/8-27, 1/4-18 Viistetty Erityispiirustukset

Poraus- ja kierteityskaavioiden oikea käyttö tarkkuustuloksia varten

Porakaaviot määrittävät oikean esiporauskoon – esimerkiksi M6x1 kierteitystä varten käytetään tyypillisesti 5 mm poraa. Virheitä syntyy usein sekoittaessa tuumia ja metrijärjestelmää. Tarkkuuden varmistamiseksi on tarkistettava neljä keskeistä tekijää: työkappaleen materiaalin kovuus, haluttu kierteen täyttöprosentti (yleensä 60–85 %), viisteen tyyppi ja jäähdytteen saatavuus.

Kuinka lukea kierteityksen merkinnät: koko, kierteityksen muoto ja materiaalikoodit

Vakiomerkinnät kierteityksissä välittävät olennaisen tiedon:

• M6x1-6H : Metrinen kierteitys, 6 mm halkaisija, 1 mm kierreaskel, 6H toleranssiluokka
• HSS-Co5 : Kovan nopeuden teräs, jossa 5 %:n kobolttiseos
• GH3 : Kierteinen puristin, oikeakätinen leikkaus, 3-lehtinen konfiguraatio

Valmistajien on varmistettava nämä merkinnät ISO 529- ja ANSI B94.9 -standardeihin nähden estääkseen epäjohdonmukaisuudet, jotka voivat vaarantaa osan eheyden automatisoidussa tuotannossa.

Askel askeleelta -porausvalintaprosessi CNC:lle ja teollisiin sovelluksiin

Aloita sovelluksesta: materiaali, reiän syvyys ja pääsy

Kun tarkastellaan koneistustoimintoja, on aloitettava kolmesta keskeisestä tekijästä: mistä materiaalista on kyse, kuinka syvät kierrokset suhteessa niiden halkaisijaan tarvitsee tehdä ja onko työkohteeseen hyvä pääsy. Korkean lujuuden metalliseokset aiheuttavat erityisiä haasteita, joten monet koneistajat käyttävät leikkaamisen sijaan kierrenmuovaukseen tarkoitettuja kierreporia, koska ne työntävät materiaalin sivuun eivätkä poista sitä, mikä auttaa vähentämään jännityskeskittymiä. Niissä vaikeissa syvissä sokea-rei'issä, joissa jakeumat helposti jäävät kiinni, kierreporat kierukkaisin loviin ovat lähes välttämättömiä, koska ne poistavat roskat huomattavasti tehokkaammin. Viime vuoden Precision Machining -raportin mukaan tehtaat, jotka siirtyivät karbidipohjaisiin kierreporaan, kokeilivat noin neljännes vähemmän kierreporan murtumia, kun työstettiin yli kolme kertaa halkaisijansa syviä kierreitä. Tämä on täysin järkevää, sillä nämä kestävämmät työkalut kestävät paremmin raskaita olosuhteita.

Koneen tyypistä automaatioon: Kierreporan valinnan yhdistäminen CNC-järjestelmiin

Useimmat CNC-kieronporausosien valmistajat keskittyvät erityisesti saavuttamaan kärkien taipumisen alle 6 mikrometriä, ja tyypillisesti käytetään 5–7 leikkuuterää automaattisia syöttöjärjestelmiä käytettäessä. Kärkien on toimittava hyvin myös koneen työkaluvaihtimien kanssa, ja niiden on pystyttävä käsittelemään sisäistä jäähdytysnesteen syöttöä, koska se on erittäin tärkeää ±0,002 tuuman tarkkuuden saavuttamiseksi, vaikka kone toimisi maksiminopeudella. Tutustu viimeisimmän vuoden 2024 CNC-kärkivalintakäsikirjan sisältöön, jos haluat tarkempia tietoja. Sieltä erottuu erityisesti se, kuinka näiden työkalujen yhdistäminen digitaalisiin hallintajärjestelmiin tehostaa huomattavasti johdonmukaisuutta eri koneiden ja käyttäjien välillä.

Tuotantomäärän arviointi: Muovauksen ja leikkaamisen kärkien vertailu suurissa tuotantomäärissä

Suurten ruostumattoman teräksen tuotantomäärien (>5 000 yksikköä) yhteydessä kierretyöstötahnojen työkaluelinkauppa on 40 % pidempi, mutta ne edellyttävät esiporausta, joka on 15–20 % suurempi kuin leikkaavilla tahoilla. Leikkaavat tahnat tarjoavat joustavuutta pienille sarjoille ja prototyypeille, joissa vaihdokset ovat usein tarpeen. Ennakoivia kulumisalgoritmeja hyödyntävät valmistajat raportoivat 18 % alhaisemmista kustannuksista, kun tahnan valinta perustuu vuosittaisiin tuotantoennusteisiin.

UKK

Mitkä ovat artikkelissa mainitut päätyypit tahnnoista?

Artikkelissa käsitellään kevennystahnaa, välitahnaa, pohjatahnaa, kierrekärjetahnaa, kierrelousutahnaa, kierretyöstötahnaa ja kierreleikkaustahnaa.

Miten kierrekärjetahnat ja kierrelousutahnat eroavat toisistaan?

Kierrekärjetahnat työntävät puristetta eteenpäin, mikä tekee niistä parempia läpimeneville rei'ille, kun taas kierrelousutahnat poistavat puristeen ylöspäin, mikä on ihanteellista sokeille rei'ille.

Miksi kierretyöstötahnoja suositellaan pehmeämpien metallien kanssa?

Kierretyöstötahnot työntävät materiaalin sivuun, luoden vahvempia kierretyöstoja, erityisesti hyödyllistä pehmeissä metalleissa, joiden kovuus on alle 35 HRC.

Mitä tekijöitä tulisi arvioida valittaessa kierteitystyökaluja CNC-järjestelmiin?

Tärkeisiin tekijöihin kuuluvat materiaali, reiän syvyys, pääsy, tuotantomäärä ja koneen kyvykkyys, jotta varmistutaan oikean kierteitystyökalun valinnasta.