Високоскоростната обработка (HSM) е важна технология, широко използвана в съвременната фрезова технология. Чрез прилагането на технологията за фрезоване HSM е възможно не само да се фрезоват различни меки и твърди материали, но и да се постигне отлична прецизност на детайла. Тази статия описва изискванията на HSM за инструменти и държачи.
1. Изисквания на HSM за режещи инструменти
1. Геометрия
Вибрацията на инструмента пряко влияе върху качеството на повърхността, получена чрез обработка. Поради това е изключително важно да се поддържа еднаква сила на рязане върху инструмента по време на HSM обработка, за да се избегнат вибрации на инструмента.
Влиянието на съседните геометрични характеристики на инструмента върху силата на рязане:
• Добрата концентричност улеснява равномерното разпределение на натоварването върху режещия ръб
• По-голямо припокриване на режещия ръб за равномерни характеристики на силата на рязане (по-голям ъгъл на спиралата и брой канали)
• Къса дължина на рязане за по-добра твърдост (диаметърът на вала е малко намален в сравнение със стръмните стени на машината)
• Най-добро състояние на напречното сечение на сърцевината с минимална концентрация на напрежение в прореза
Материали с висока якост могат да се обработват с помощта на HSM, което означава, че устойчивостта на деформация се увеличава с твърдостта на материала, който ще се обработва. Повишеното натоварване на режещия ръб изисква стабилна конструкция на геометрията на режещия ръб. Въпреки това, повече топлина от триене ще се генерира в свободната зона на повърхността на детайла при висока скорост на рязане, което означава, че ъгълът на хлабина на инструмента трябва да бъде намален. Следователно, увеличаването на стабилността на режещия ръб може да се постигне само чрез намаляване на ъгъла на скосяване. В случаите, когато материалът е много твърд и материалът на инструмента е крехък, това може дори да доведе до отрицателен ъгъл на скосяване.
Прецизно пасващите радиуси са шлифовани на върха на острието, за да се избегнат условия на нагряване до червено или частично счупване на ръба при внезапно нагряване.
Ако се изисква точността на формата на детайла да бъде много висока, радиусът на сферичната част на използвания довършителен инструмент има пряко влияние върху точността на формата на детайла, който ще се обработва. Ето защо, като основно условие, е много важно да се използват инструменти с много тесни допустими отклонения на радиуса (в микронния диапазон) по време на обработката на много деликатни части.
2. Материали и покрития
Материалът на инструмента трябва да е по-твърд от материала, който ще се обработва. Колкото по-голяма е разликата в твърдостта между материала на детайла и материала на инструмента, толкова по-малко е износването на инструмента и толкова по-дълъг е животът на инструмента. Поради високите местни температури е необходимо също така да се гарантира, че материалът на инструмента е устойчив на окисление.
Големите колебания в термичното натоварване и необходимостта от устойчивост на окисляване на материала на инструмента водят до евентуална необходимост от покрития върху телата на инструменти от финозърнест волфрамов карбид.
Изпитани и тествани покривни системи като TiN, TiCN и TiAlCN бързо достигат своите граници в обработката на HSM. Затова са разработени многокомпонентни покривни системи, базирани на нитриди с високо съдържание на алуминий, в комбинация с други елементи като итрий, ванадий или тантал. По-висока производителност може да се постигне и с помощта на нанослоеви структури, CBN и PKD.
2. Изисквания на HSM за държачи на инструменти
Поради високите скорости на шпиндела, необходими при HSM обработката, най-добре е да използвате системите HSK-A и HSK-E за държачи на инструменти. Тъй като фланецът на държача на инструмента е монтиран на главата на шпиндела, държачът на инструмента има определена механична опора в посока Z, така че при по-високи скорости той не се влачи в шпиндела поради увеличените центробежни сили.
Фундаментални грешки може вече да са възникнали във фазата на подготовка на процеса, което прави невъзможно по-малкото вибрации и безопасното управление на процеса. За постигане на стабилна HSM обработка е от съществено значение да балансирате и проверите подравняването на инструмента и монтажа на държача, както се изисква. Ограничението на скоростта на въртене, свързано с небалансираната маса, също трябва да се вземе предвид.
Лошо балансирана или неправилно подравнена система от въртящи се инструменти ще доведе до:
• много лошо качество на повърхността
• много нисък живот на инструмента
• Лоша стабилност и безопасност на процеса
• Възможна повреда на фрезовия шпиндел
Дисбалансът и отклонението от идеалната концентричност, причинени от резки промени в процеса, могат да се видят много ясно на схематичната диаграма по-долу:
Без отклонение в сравнение с перфектната концентричност: по-малка теоретична грапавост
Отклонение от идеалната концентричност: по-голяма теоретична грапавост
Балансната маса има важно влияние върху динамичните характеристики на цялата ротационна система.
Дисбалансът е еквивалентен на въртене на ексцентричен обект. Това ексцентрично тяло може да предизвика центробежна сила, която нараства квадратично със скоростта на въртене. Това означава, че същият дисбаланс предизвиква 441 пъти повече центробежна сила върху шпиндел при 42,000 rpm, отколкото върху шпиндел при 2,000 rpm (212=441). Следователно дисбалансът на разположението на държача на инструмента при високоскоростна обработка има особено изразени неблагоприятни последици.
Прилагайки технологията за затягане на инструменти в HSM, можете да използвате държачи за инструменти с:
• Цангови цанги и
• Редуктори
Алтернативни системи като конектори Weldon не се препоръчват, тъй като имат значителни недостатъци при обработката на HSM.
Благодарение на добрите свойства на амортисьорите на цанговите държачи, които дават добри резултати по време на процеса на грубо обработване, заедно с редуциращите съединения може да се постигне много висока степен на твърдост и повторяемост. Това е от съществено значение за получаване на идеална повърхност на детайла. Използването на редуктори ви позволява да постигнете много прецизна концентричност (по-малко от 0.003 mm отклонение) и висок трансферен въртящ момент.
Проектна структура на различни държачи за редуциращи инструменти: предавателният въртящ момент зависи от конструктивната структура на затягащото оборудване; различни дизайнерски структури, те могат да бъдат много различни.
