Вызов и перспективы микроинструментов

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».