Co to jest szlifowanie rowków wiórowych (fluting) w narzędziach skrawających i czym się charakteryzuje?

Artykuł powstał dzięki współpracy i przedstawicielstwu w Polsce f. Riegger Diamantwerkzeuge - wiodącego producenta ściernic diamentowych i CBN do produkcji narzędzi skrawających - tutaj oferta.

Fluting – szlifowanie rowka wiórowego we wiertłach i frezach, kluczowa operacja w produkcji narzędzi skrawających 

W produkcji wierteł i frezów trzpieniowych fluting (szlifowanie rowka wiórowego) jest technologią bazową, która w praktyce decyduje zarówno o osiągach narzędzia, jak i o kosztach jego wytworzenia. To właśnie na etapie wykonania rowków wiórowych powstaje „układ przepływowy” narzędzia: przestrzeń na wiór, powierzchnie prowadzące, geometria natarcia oraz helisa, które w dalszej kolejności determinują stabilność skrawania, efektywność odprowadzania wióra, doprowadzenie chłodziwa oraz jakość obrabianej powierzchni.

Z tego powodu flute grinding jest powszechnie uznawany za najbardziej wymagającą i jednocześnie najbardziej kosztotwórczą operację w procesie wytwarzania narzędzi skrawających.

Czym jest fluting (szlifowanie rowka wiórowego)

Fluting to proces szlifowania, w którym na półfabrykacie narzędzia (np. pręcie z węglika spiekanego lub HSS) wykonuje się rowki wiórowe, najczęściej o przebiegu śrubowym. W ujęciu funkcjonalnym rowek wiórowy nie jest wyłącznie „kanałem” na wiór, lecz precyzyjnie ukształtowanym elementem geometrycznym, który jednocześnie:

• tworzy przestrzeń na wiór (chip space),
• kształtuje powierzchnię natarcia przyszłej krawędzi skrawającej (rake face),
• definiuje kąt skrętu (helix angle) i związany z nim charakter obciążenia oraz „miękkość” pracy narzędzia,
• wpływa na sztywność rdzenia (core thickness) oraz odporność na ugięcia i drgania,
• umożliwia efektywne doprowadzenie chłodziwa i transport wióra w trakcie obróbki.

W praktyce fluting (szlifowanie rowka wiórowego) jest momentem, w którym projekt narzędzia zaczyna przyjmować realną postać geometryczną, a dokładność, chropowatość i stabilność procesu bezpośrednio przekładają się na jakość kolejnych operacji technologicznych.

Co dokładnie powstaje podczas flutingu? Szlifowanie rowków wiórowych na precyzyjnych ściernicach Riegger Diamantwerkzeuge

Operacja szlifowania rowka wiórowego - ściernica 1A1 skręcona pod kątem aby wyszlifować odpowiednią helisę

W zależności od typu narzędzia, w trakcie fluting kontroluje się m.in.:

• profil i głębokość rowka wiórowego (również zmienność wzdłuż osi),
• geometrię powierzchni natarcia – kluczową dla formowania i łamania wióra,
• kąt helisy i jego stabilność na całej długości roboczej,
• grubość rdzenia oraz wynikającą z niej sztywność narzędzia,
• jakość powierzchni (chropowatość, brak przypaleń i mikropęknięć),
• bicie i symetrię, szczególnie istotne dla narzędzi wieloostrzowych.

Wysoka powtarzalność tych parametrów jest możliwa wyłącznie przy zastosowaniu najwyższej klasy ściernic diamentowych i CBN, takich jak rozwiązania oferowane przez Riegger Diamantwerkzeuge – jednego z technologicznych liderów w obszarze fluting.

Zastosowania fluting – gdzie stosuje się szlifowanie rowka wiórowego

Fluting znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie narzędzie musi skutecznie skrawać i niezawodnie usuwać wiór, w szczególności:

• wiertła skrętne (twist drills) – rowki śrubowe o złożonej geometrii, kluczowe przy wierceniu na dużych głębokościach,
• frezy trzpieniowe (end mills) – geometria rowków wpływająca na stabilność i dynamikę frezowania,
• narzędzia specjalne – gdzie rowki pełnią dodatkowe funkcje, np. prowadzenie chłodziwa lub kontrolę wióra.

Choć cel jest podobny, fluting we wiertłach i frezach znacząco się różni pod względem geometrii, obciążeń oraz wymagań wobec stabilności procesu.

Znaczenie fluting dla pracy narzędzia skrawającego - jakość i stabilność wierteł i frezów dzięki wysokiej klasy ściernicom diamentowym i CBN od Riegger Diamantwerkzegue

Z punktu widzenia inżynierii skrawania rowek wiórowy stanowi kluczowe połączenie pomiędzy geometrią ostrza a przepływem wióra. Fluting wpływa bezpośrednio na:

• Odprowadzanie wiórów - nieoptymalna geometria rowka zwiększa ryzyko zakleszczania wióra i niestabilności procesu.
• Temperaturę w strefie skrawania - geometria rowka determinuje skuteczność chłodzenia, co ma kluczowe znaczenie przy obróbce materiałów trudno skrawalnych.
• Siły skrawania i drgania - helisa i rdzeń wpływają na podatność narzędzia na chattering (drgania samowzbudne).
• Trwałość i powtarzalność - nawet niewielkie odchyłki profilu rowka mają bezpośredni wpływ na zużycie ostrzy.

Dlaczego fluting jest jedną z najtrudniejszych operacji w produkcji narzędzi skrawających

Fluting jako proces szlifowania rowków wiórowych w narzędziach skrawających łączy w sobie:

• złożoną geometrię śrubową,
• bardzo wysokie wymagania co do jakości powierzchni,
• konieczność utrzymania profilu ściernicy,
• wysokie obciążenia cieplne,
• wrażliwość na drgania przy smukłych narzędziach.

Ponieważ koszty pracy i maszyn sięgają nawet 90% całkowitych kosztów produkcji, trwałość i wydajność ściernicy – szczególnie w fluting – mają bezpośrednie przełożenie na ekonomikę procesu.

Kluczowe wyzwania w procesie szlifowania rowka wiórowego we wiertłach i frezach

• Obciążenie cieplne - wymaga wydajnych i precyzyjnie ukierunkowanych systemów chłodzenia.
• Zużycie ściernicy i utrzymanie profilu - krytyczne przy ściernicach kształtowych – tutaj jakość spoiwa ma kluczowe znaczenie.
• Wrażliwość na drgania (chattering) - dotyczy zwłaszcza frezów i wierteł o małych średnicach.
• Strategia posuwu i dosuwu - proces może być realizowany w jednym przejściu lub w wielu przejściach – w zależności od celu technologicznego i zastosowanej ściernicy.

Narzędzia ścierne (tarcze ścierne) do flutingu – ściernice diamentowe i CBN najwyższej jakości i trwałości od lidera rynkowego, firmy Riegger Diamantwerkzeuge

W fluting dominują dwa typy ziaren:

• diament (D) – do narzędzi z węglika spiekanego,
• borazon CBN – do narzędzi HSS.

Kluczową rolę odgrywa jednak spoiwo. Spoiwa hybrydowe opracowane przez Riegger Diamantwerkzeuge łączą wysoką trwałość, stabilność profilu i agresywność skrawania, umożliwiając wydajne szlifowanie nawet w jednym przejściu, bez kompromisów jakościowych.

Systemy spoiw w procesie flutingu (szlifowaniu rowka wiórowego)

• Spoiwo żywiczne (resin bond) - charakteryzuje się dobrą zdolnością skrawania, korzystnym efektem „samoostrzenia” i „chłodnym” przebiegiem szlifowania. Jest często wybierane do operacji, gdzie liczy się jakość powierzchni, niskie siły szlifowania i precyzja – w tym do ostrzenia i regeneracji narzędzi.
• Spoiwo hybrydowe (hybrid bond) - łączy zalety spoiw żywicznych i metalicznych: zapewnia wyższą stabilność kształtu, dłuższą trwałość i wysoką wydajność szlifowania. W nowoczesnej produkcji narzędzi spoiwa hybrydowe stały się standardem w operacjach o wysokim obciążeniu i wysokich wymaganiach powtarzalności.

Równowaga zużycia i efekt samoostrzenia „self-sharpening” ściernicy diamentowej lub CBN

Osiągnięcie wysokiej produktywności we flutingu (szlifowaniu rowka wiórowego) wymaga utrzymania właściwej relacji pomiędzy:

• zużyciem ziaren diament/CBN,
• zużyciem spoiwa (odsłanianie nowych, ostrych ziaren),
• koncentracją i typem ziarna,
• właściwościami obrabianego materiału i charakterem wióra.

„Sztuka” polega na tym, aby spoiwo utrzymywało ziarno możliwie długo, ale jednocześnie zużywało się na tyle, by zachować stały wysuw ziarna (grain protrusion). Dzięki temu ściernica pracuje stabilnie, bez nadmiernego wzrostu sił i temperatury.

Kształty ściernic stosowane we flutingu, jakie ściernice wykorzystywane są do szlifowania rowka wiórowego?

Dobór kształtu ściernicy zależy od geometrii narzędzia oraz wymaganego profilu rowka. Najczęściej spotyka się:

• Ściernice diamentowe, ściernice borazonowe CBN 1A1 lub 3A1

• Ściernice diamentowe, ściernice borazonowe CBN 1V1 lub 3V1

• Ściernice diamentowe, ściernice borazonowe CBN 1B1 lub 3B1

• Ściernice diamentowe, ściernice borazonowe CBN 1F1 lub 3F1

• Ściernice diamentowe, ściernice borazonowe CBN free-form bez promienia (radius-free-form).

Parametry skrawania (szlifowania) w szlifowaniu rowków wiórowych w narzędziach skrawających - jakie są zalecane?

Sterowanie posuwem i dosuwem podczas szlifowania rowka wiórowego, jak dobrać odpowiednią strategię?

Aby ograniczyć naprężenia cieplne i mechaniczne, fluting (szlifowanie rowka wiórowego) realizuje  się albo w jednym przejściu (gdy kluczowy jest możliwie krótki czas szlifowania) lub zwykle w wielu przejściach dosuwowych przy umiarkowanych posuwach (wydłużenie trwałości ściernicy). Taki podział obróbki stabilizuje proces, ogranicza skoki temperatury i zmniejsza ryzyko uszkodzeń powierzchni.

W celu ograniczenia obciążeń cieplnych i mechanicznych fluting (szlifowanie rowka wiórowego) prowadzi się typowo wieloma przejściami dosuwowymi przy umiarkowanych posuwach. Takie podejście wspiera stabilność procesu, poprawia jakość powierzchni i zmniejsza ryzyko przypaleń oraz pęknięć. Topowe ściernice diamentowe i CBN do produkcji narzędzi skrawających od naszego partnera f. Riegger Diamantwerkzeuge pozwalają na bezproblemowe szlifowanie rowków wiórowych przy wysokich parametrach w jednym przejściu, poniżej przykładowy film dla freza kulistego fi16.

Na jakich maszynach wykonuje się fluting (szlifowanie rowka wiórowego)

Fluting jest procesem silnie zależnym od kinematyki – zwłaszcza przy rowkach śrubowych. Dlatego przemysłowo stosuje się przede wszystkim szlifierki CNC do produkcji narzędzi (tool grinding machines) – takich jak szlifierki narzędziowe CNC Joerg

To standard w nowoczesnej produkcji narzędzi. Kluczowe cechy w kontekście fluting:

• wieloosiowa kinematyka (zwykle 5 osi lub więcej), umożliwiająca jednoczesną interpolację ruchów,
• wysoka sztywność i stabilność termiczna,
• wrzeciona o odpowiedniej mocy i dynamice,
• zintegrowane systemy pomiarowe, obciągacze (dla ściernic kształtowych) i automatyzacja,
• rozbudowane sterowanie CNC i integracja z CAD/CAM (programowanie geometrii i ścieżek).

Ściernice od naszego partnera i lidera ściernic do produkcji narzędzi skrawających f. Riegger Diamantwerkzeuge pracują m. in. na szlifierkach narzędziowych:

• Szlifierki narzędziowe Joerg
• Szlifierki narzędziowe Anca: ANCA FX, ANCA MX7, ANCA TX
• Szlifierki narzędziowe Deckel / ISOG
• Szlifierki narzędziowe Ewag
• Szlifierki narzędziowe Haas
• Szlifierki narzędziowe Hawema
• Szlifierki narzędziowe Reinecker
• Szlifierki narzędziowe Rollomatic
• Szlifierki narzędziowe Saacke: SAACKE UW1D (UWID), SAACKE UW2D (UWIID), SAACKE UW1F (UWIF)
• Szlifierki narzędziowe Schneeberger
• Szlifierki narzędziowe Schütte
• Szlifierki narzędziowe SMP
• Szlifierki narzędziowe Strausak
• Szlifierki narzędziowe TTB
• Szlifierki narzędziowe Walter: Helitronic Mini Power, Helitronic Mini Automation, Helitronic Power, Helitronic Vision, Helitronic Micro, Helitronic Essential, Helicheck (maszyna pomiarowa)
• Szlifierki narzędziowe Zaro
• Szlifierki narzędziowe Vollmer

Szlifowanie rowka długiego wiertła na szlifierce narzędziowej Joerg, z podtrzymką

Szlifowanie rowka długiego wiertła na szlifierce narzędziowej CNC Joerg, z podtrzymką

Wymagania procesowe względem maszyny (praktyczne konsekwencje), jakie wymagania musi spełniać szlifierka narzędziowa CNC?

Ponieważ fluting jest wrażliwy na ciepło, drgania i utrzymanie profilu, maszyna musi „dowieźć” trzy obszary jednocześnie:

• Geometria i interpolacja – stabilna helisa i profil rowka.
• Energia i odprowadzanie ciepła – wydajne chłodzenie oraz zdolność do pracy przy założonych parametrach.
• Stabilność mechaniczna – tłumienie drgań i stabilne mocowanie narzędzia.
• Kinematyka fluting i sterowanie CNC

W przypadku rowków śrubowych geometria jest wytwarzana przez sprzężenie ruchów: obrotu przedmiotu, posuwu wzdłużnego oraz dosuwu/ustawienia ściernicy. W nowoczesnych maszynach ścieżki są prowadzone w trybie interpolacji wieloosiowej, co pozwala wiernie odtworzyć rowek, zachować stały kąt helisy i zapewnić optymalną „powierzchnię przepływu” dla wióra.

Podsumowanie – fluting jako przewaga technologiczna dzięki ściernicom Riegger 

Fluting (szlifowanie rowka wiórowego) jest fundamentem jakości narzędzia skrawającego. Jakość tej operacji determinuje trwałość, stabilność i powtarzalność pracy narzędzia. Nowoczesne maszyny CNC, zaawansowane systemy chłodzenia oraz topowe ściernice diamentowe i CBN od Riegger Diamantwerkzeuge pozwalają dziś osiągać poziom wydajności i jakości, który jeszcze kilka lat temu był nieosiągalny.

Co w praktyce oznacza „dobra jakość” flutingu? Co pozwala na produkcję najwyższej klasy narzędzi skrawających dzięki szlifowaniu rowków wiórowych?

W produkcji narzędzi skrawających jakość szlifowania rowka wiórowego ocenia się przede wszystkim przez:

• zgodność profilu rowka z założeniami (geometria przepływu wióra),
• stabilność kąta helisy na długości roboczej,
• powtarzalność grubości rdzenia (sztywność narzędzia),
• brak uszkodzeń termicznych (przypalenia, mikropęknięcia),
• brak śladów drgań i akceptowalną chropowatość,
• zgodność bicia i symetrii (istotne dla równomiernego obciążenia ostrzy).

Dopiero na tak wykonanej bazie można bezpiecznie budować kolejne operacje (ostrzenie, geometrie odciążające, ewentualne promienie, przygotowanie pod powłoki), nie „dziedzicząc” błędów z fluting.

Pozostałe posty na blogu o uchwytach i innych produktach do szlifierek narzędziowych:

Systemy mocowania do szlifierek narzędziowych (uchwyty i hydrauliczne i mechaniczne, adaptery, trzpienie) oraz urządzenia do wyważania ściernic diamentowych i CBN od GDS - tutaj. 

GDS AT Robotics również produkuje zrobotyzowane gniazda do zaokrąglania krawędzi skrawającej w narzędziach przy pomocy diamentowych szczotek - tutaj. 

Pozostałe produkty pod kątem produkcji narzędzi skrawających w naszej ofercie:

Szlifierki narzędziowe CNC Joerg - tutaj.

Pręty z węglika spiekanego pełne tutaj i z kanałami tutaj

Specjalne półfabrykaty, półprodukty z węglika spiekanego - tutaj.