Вызов и перспективы микроинструментов

Jun 28, 2023

Трудно изготовить режущий инструмент диаметром всего миллиметр или меньше. Использование такого инструмента также является непростой задачей. Но когда обе стороны уравнения делают все правильно, результаты потрясают: крошечные детали, которые невозможно полностью оценить без микроскопа. И заявок становится всё больше.

Уве Генрих, новый менеджер по развитию бизнеса в Mastercut Tool Corp., Сейфит-Харбор, штат Флорида, заметил, что «микроинструменты играют очень важную роль во всех отраслях». Помимо очевидных примеров, таких как печатные платы, медицинские и стоматологические устройства и имплантаты, Генрих указал на оптику — не столько для резки стекла, сколько для изготовления крошечных форм, необходимых для изготовления деталей.

Оливер Рапп, менеджер по исследованиям и разработкам компании Ceratizit Group, базирующейся в Бальцхайме, Германия, сказал, что клиенты Ceratizit используют микроинструменты в основном в медицинской, машиностроительной и ювелирной промышленности. Шерри ДеПерно, президент и генеральный директор компании Advanced Tool Inc., расположенной в Марси, штат Нью-Йорк, сказала, что топливные форсунки и защитные крепления для автомобильной и аэрокосмической промышленности составляют большую часть их рынка микроинструментов.

Брент Бродерик, старший менеджер по стратегическому учету и национальный специалист по продуктам для цельных круглых инструментов в ARCH Cutting Tools, Блумфилд-Хиллз, Мичиган, согласился. Он добавил, что крепежные детали из инконеля и нержавеющей стали также используются в аэрокосмической отрасли. Бродерик также отметил, что концевые фрезы являются наиболее быстрорастущим типом инструментов, поскольку микросверление «почти достигло максимума». Плюс «все больше и больше компаний начинают использовать концевые фрезы в качестве инструмента для сверления». Он объяснил, что для таких деталей, как небольшое отверстие с цековкой, достижения в области инструментальных технологий и станков позволяют врезаться и интерполировать отверстие в сочетании с цековкой, используя специальную концевую фрезу. Генрих добавил, что фрезерование также позволяет получить более точное отверстие, чем сверление. Создание потоков — это, конечно же, еще одна ключевая операция для этих инструментов.

Этот краткий обзор указывает на важнейшую задачу для производителя инструментов: как лучше всего оптимизировать геометрию инструмента и материал для каждого уникального применения, от титана и хромомолибдена в медицинских имплантатах до инконелей в аэрокосмических соплах.

Как объяснил Генрих, «ключевым моментом в механической обработке всегда является понимание характеристик обработки определенного материала. Например, алюминий довольно мягкий, поэтому это должно быть довольно легко. Но характеристики обработки означают, что у вас обычно возникают такие проблемы, как наросты край, где стружка фактически приземляется на часть канавки и со временем теряет остроту режущей кромки». Это ухудшает качество поверхности детали и быстро приводит к поломке инструмента.

Генрих противопоставил это титану с его низким модулем упругости. «У вас сильная вибрация и обычно в три раза больше тепла, потому что тепло не отводится внутри чипа. Поэтому вам нужен чрезвычайно прочный микроинструмент с геометрией, которая снижает вибрацию, и покрытием, которое может экранировать против чрезмерной жары».

Короче говоря, Генрих видит четыре важных параметра в создании высококачественного микроинструмента. Во-первых, необходим геометрический дизайн, учитывающий характеристики обработки заготовки. Во-вторых, необходимо определить наиболее подходящую марку твердого сплава. В-третьих, отшлифуйте инструмент как можно лучше. И, наконец, «завершите это подходящим покрытием». Для зубного имплантата, изготовленного из диоксида циркония, лучшим покрытием является «выращивание кристалла углерода (т.е. алмаза) на карбидной подложке с помощью CVD», добавил он. Приложение для резки металла может иметь совершенно другое PVD-покрытие.

Хотя все основные игроки в этой области имеют стандартные продукты, индивидуализация становится обычным явлением. Бродерик привел пример необходимости вырезать деталь глубиной 0,020 дюйма (0,5 мм). «Мы бы разработали инструмент с длиной резания 25 или 30 тысячных по сравнению со стандартным инструментом с длиной, скажем, два миллиметра. Это потому, что при заданном диаметре инструмент с большей длиной резания будет слабее при прочих равных условиях. А микроинструменты по своей сути «нежны и хрупки», — сказал Бродерик. «Если вы можете сделать инструмент специально для приложения, чаще всего вы можете значительно превзойти стандартный готовый продукт».