Prelucrarea de mare viteză (HSM) este o tehnologie importantă utilizată pe scară largă în tehnologia modernă de frezare. Prin aplicarea tehnologiei de frezare HSM, este posibilă nu numai frezarea diferitelor materiale moi și dure, ci și obținerea unei precizii excelente a piesei de prelucrat. Acest articol descrie cerințele HSM pentru unelte și suporturi.
1. Cerințe HSM pentru sculele de tăiere
1. Geometrie
Vibrația sculei afectează direct calitatea suprafeței obținute prin prelucrare. Prin urmare, este extrem de important să se mențină o forță de tăiere uniformă asupra sculei în timpul finisării HSM pentru a evita vibrațiile sculei.
Influența caracteristicilor geometrice adiacente ale sculei asupra forței de tăiere:
• Concentricitatea bună facilitează distribuirea uniformă a sarcinii pe muchia de tăiere
• Suprapunere mai mare a marginilor de tăiere pentru caracteristici uniforme ale forței de tăiere (unghi mai mare elicei și număr de caneluri)
• Lungime scurtă de tăiere pentru o rigiditate mai bună (diametrul arborelui este puțin redus în comparație cu pereții abrupți ai mașinii)
• Cea mai bună condiție a secțiunii transversale a miezului cu concentrație minimă a tensiunii la crestătură
Materialele de înaltă rezistență pot fi prelucrate folosind HSM, ceea ce înseamnă că rezistența la deformare crește odată cu duritatea materialului de prelucrat. Sarcina crescută pe muchia de tăiere necesită un design stabil al geometriei muchiei de tăiere. Cu toate acestea, se va genera mai multă căldură de frecare în zona liberă a suprafeței piesei de prelucrat la viteză mare de tăiere, ceea ce înseamnă că unghiul de joc al sculei trebuie redus. Prin urmare, creșterea stabilității muchiei de tăiere poate fi obținută doar prin reducerea unghiului de teșire. În cazurile în care materialul este foarte dur și materialul sculei este casant, poate duce chiar la un unghi de teșire negativ.
Razele de fixare precise sunt șlefuite la vârful lamei pentru a evita condițiile de fierbinte roșie sau ruperea parțială a marginilor atunci când este încălzită brusc.
Dacă se cere ca precizia formei piesei de prelucrat să fie foarte mare, raza porțiunii bile a instrumentului de finisare utilizat are un impact direct asupra preciziei formei piesei de prelucrat. Prin urmare, ca condiție de bază, este foarte important să folosiți scule cu toleranțe de rază foarte strânse (în intervalul microni) în timpul finisării pieselor foarte delicate.
2. Materiale și acoperiri
Materialul sculei trebuie să fie mai dur decât materialul de prelucrat. Cu cât diferența de duritate dintre materialul piesei de prelucrat și materialul sculei este mai mare, cu atât uzura sculei este mai mică și durata de viață a sculei este mai mare. Din cauza temperaturilor locale ridicate, este de asemenea necesar să se asigure că materialul sculei este rezistent la oxidare.
Fluctuațiile mari ale încărcăturii termice și necesitatea rezistenței la oxidare a materialului sculei conduc la eventuala nevoie de acoperiri pe corpurile sculelor din carbură de tungsten cu granulație fină.
Sistemele de acoperire încercate și testate, cum ar fi TiN, TiCN și TiAlCN, își ating rapid limitele în procesarea HSM. Prin urmare, au fost dezvoltate sisteme de acoperire multicomponente, pe bază de nitruri cu conținut ridicat de aluminiu, în combinație cu alte elemente precum ytriu, vanadiu sau tantal. Performanțe mai mari pot fi, de asemenea, obținute folosind structuri de nanostraturi, CBN și PKD.
2. Cerințele HSM pentru suporturile de scule
Datorită vitezei mari ale axului necesare în prelucrarea HSM, cel mai bine este să utilizați sistemele de suport de scule HSK-A și HSK-E. Deoarece flanșa suportului de scule este montată pe capul axului, suportul de scule are un suport mecanic definit în direcția Z, astfel încât la viteze mai mari nu este târât în ax din cauza forțelor centrifuge crescute.
Este posibil să fi apărut deja erori fundamentale în faza de pregătire a procesului, făcând imposibilă reducerea vibrațiilor și controlul sigur al procesului. Pentru a obține o prelucrare HSM stabilă, este esențial să echilibrați și să verificați alinierea sculei și a ansamblului suport de scule, după cum este necesar. Trebuie luată în considerare și limita de viteză de rotație asociată cu masa dezechilibrată.
Un sistem de scule rotative prost echilibrat sau nealiniat va avea ca rezultat:
• calitate foarte slabă a suprafeței
• durata de viata a sculei foarte redusa
• Stabilitate și siguranță slabă a procesului
• Posibilă deteriorare a arborelui de frezare
Dezechilibrul și abaterea de la concentricitatea ideală cauzate de schimbările bruște ale procesului pot fi văzute foarte clar în diagrama schematică de mai jos:
Nicio abatere în comparație cu concentricitatea perfectă: rugozitate teoretică mai mică
Abatere de la concentricitatea perfectă: rugozitate teoretică mai mare
Masa de echilibru are o influență importantă asupra performanței dinamice a întregului sistem rotativ.
Dezechilibrul este echivalent cu a avea un obiect excentric care se rotește. Acest corp excentric poate induce o forță centrifugă care crește pătratic cu viteza de rotație. Aceasta înseamnă că același dezechilibru induce de 441 de ori mai multă forță centrifugă pe un ax la 42,000 rpm decât pe un ax la 2,000 rpm (212=441). Prin urmare, un dezechilibru al aranjamentului suportului de scule în prelucrarea de mare viteză are consecințe adverse deosebit de pronunțate.
Aplicând tehnologia de strângere a sculelor în HSM, puteți utiliza suporturi de scule cu:
• clemele şi
• Reductoare
Sistemele alternative, cum ar fi conectorii Weldon, nu sunt recomandate, deoarece au dezavantaje semnificative în procesarea HSM.
Datorită proprietăților bune de amortizare ale suporturilor de scule strânse care dau rezultate bune în timpul procesului de degroșare, împreună cu îmbinările reducătoare se poate obține un grad foarte ridicat de rigiditate și repetabilitate. Acest lucru este esențial pentru a obține o suprafață perfectă a piesei de prelucrat. Utilizarea reductoarelor vă permite să obțineți o concentricitate foarte precisă (abatere mai mică de 0,003 mm) și un cuplu de transfer ridicat.
Structura de proiectare a diferitelor suporturi de scule reducătoare: cuplul de transmisie depinde de structura de proiectare a echipamentului de prindere; structuri de proiectare diferite, acestea pot fi foarte diferite.
