TEAM CUTTING TOOLS
Съдържание

HSC фрезоване (High Speed Cutting) - с висока скорост към успех

HSC фрезоване, т.е. фрезоване с висока скорост, представлява особено голям потенциал в CNC обработката, тъй като обещава по-кратки времена на производствения цикъл, повишаваща се производителност и въпреки това високо качество. В това изложение разглеждаме по отблизо HSC обработката чрез фрезоване и изясняваме следните въпроси:

Предизвикателства при HSC фрезоване

Един от най-големите проблеми при HSC фрезоването е появата на вибрации. Как възникват те? Тъй като всяка система (вал, носач), която е способна да вибрира, има собствена честота, при едно възбуждане (удар, деформация), тя продължава да вибрира, докато не спре вследствие на загуби при затихване (камертон) или при една към момента голяма, но отрицателно насочена честота. Ако обаче отвън се появява възбуждане на равни интервали и тази честота на възбуждане е в приблизително същия честотен диапазон като естественото трептене на системата, тези две честоти се наслагват. Тогава се говори за случай на резонанс → Системата започва да трепти (вибрира).

Какви са последствията от вибрациите по време на фрезоването?

  •  Дълбочината на обработка ap не остава константна → лоша, вълнообразна повърхност
  •  няма постоянна точност на размерите
  •  значително съкращаване на периода на издръжливост
  •  Откъртване на режещите ръбове
  •  възможно разхлабване на закрепването на детайла
  •  голямо натоварване на машинните направляващи и лагерите

Предимства на HSC обработката

  • поради много големия обем на обработка чрез стружкоотнемане, вече не се изисква груба обработка
  • много добра повърхност < 0,001 mm (Ra) → качество на шлифоване
  • намаляване на основното технологично време до 50%
  • обработка без вибрации поради високата собствена честота на инструмента → изключване на вибрации
  • няма изкривяване на детайла поради термични напрежения, понеже топлината се отвежда със стружките
  • много изгодно

диапазоните на скоростта на рязане зависят от материала

стъклопласт

алуминий

бронз, месинг

отливка

титанови сплави

Сплави на никелова основа

  1. Конвенционален диапазон
  2. Преходен диапазон
  3. HSC диапазон

Максимални експлоатационни показатели за минимизиране на опасностите

* Диаметър на инструмента в mm

  1. съгласно GW
  2. съгласно EN ISO 15641

Температура на обработка

мек алуминий

Цветни метали

Бронз

Чугун

Стомана

Отвеждането на температурата със стружката е основен проблем при HSC обработката. Температурното поведение на отделните материали е изобразено в диаграмата по-горе. 

Определяне на оптималните параметри за рязане при HSC фрезоване

В нашия експеримент износването се увеличава скокообразно при скорост на рязане от около 600 m / min. Горната граница при тази поредица от опити за радиусна фреза с Z=2 и Z=4 е скорост на рязане от 580 m / min.

Изборът на ширината на рязане при HSC фрезоване има решителен принос за по-дългия период на издръжливост на инструмента. При HSC фрезоването се показва, че е по-добре да се работи с малко подаване, отколкото подобно на грубото фрезоване да се иска да се постигне възможно най-висока производителност на отнемане на материала. Това се постига не чрез подаването, а чрез максимално постижимата скорост на рязане.

Амортизация - Заслужава ли си да закупите машина с шпиндел с високочестотно задвижване?

Сравнението на амортизацията показва, че въпреки по-високите разходи за придобиване на фреза с високочестотен шпиндел, обработката е много по-евтина, тъй като е по-икономична.

Тъкмо по-малки предприятия, които са насочени към гъвкаво производство на средни по размер детайли, могат да постигнат големи предимства при HSC обработка. При средно спестяване на време от 50%, това също води до икономии на производствени разходи в размер на около 25% -27%.

За отбелязване по темата HSC фрезоване

Понятието HSC фрезоване или свредловане със сигурност трябва да бъде дефиниран по отношение на материала. Очевидно е, че HSC диапазонът за алуминий трябва да бъде в различен обхват на скоростта на рязане, отколкото например за стомани или специални материали. Ограничението на скоростта на рязане тук може да се сравни с конвенционалното фрезоване.

Установено е, че с увеличаване на скоростта на рязане силите на рязане първо силно намаляват, а след това отново рязко се увеличават.

Трябва също да се отбележи, че при свръхвисоки скорости на рязане от около 130 000 m / min износването се увеличава непропорционално. Ако обаче останете в диапазона на скоростта на рязане до приблизително 5000 m / min, износването на задната повърхност в зависимост от материала се увеличава рязко в началото, а след това остава постоянно за известно време.

За отбелязване е също така, че с увеличаване на скоростта на рязане, пасивната сила (силата на реакция към силата на фрезоване) може да бъде намалена до 70%. Това е особено важно при екстремно тънкостенни профили, както и за постигане на повърхност като при шлифоване.

При обработката на алуминий се оказва, че специфичният обем на обработка с рязане има максимум при скорости на рязане от 3100 до 4700 m / min. Увеличеният с около 35% обем на обработка с рязане постига допълнително повърхност със средна стойност на грапавост от 1 μm. Оптималните стойности обаче силно зависят от сплавта.

Правилният инструмент за съответния материал при HSC фрезоване

HSC фрезоване на алуминий

При обработката на алуминий е необходим спирален инструмент с големи камери за стружки. Тук доказва предимството си един 2-режещ зъб със спирален наклон приблизително 45 °. Инструментът трябва да има преден ъгъл на рязане от 15° –20° и напречен заден ъгъл от 10° –12°. Ако се използва машина с по-ниска мощност на шпиндела, малки скорости на подаване или дълбоки жлебове, трябва да се предпочита спирален инструмент с един ръб. При средна скорост на рязане от около 2000 m / min може лесно да се постигне издръжливост на инструмента при дължината на рязане от 500 m.

HSC фрезоване на мед

При обработката на мед и медни сплави трябва да се използват същите инструменти, както при обработката на алуминий. Стойностите на подаване за зъб са между 0,02 и 0,4 mm, в зависимост от състава на сплавта.

Чистата мед трябва да се фрезова само с най-фино шлифован режещ ръб на инструмента, за да се предотврати натрупването на наслойка по режещия ръб.
В този случай фрезоването по посока на подаване е за предпочитане пред насрещното фрезоване. Тук обаче използването на керамични инструменти е предимство, понеже могат да се постигнат до 10 пъти по-високи скорости на рязане.

Стъклопласти

HSC обработката е особено подходяща за обработка на стъклопласти, тъй като силите на рязане рязко намаляват с увеличаване на скоростта на рязане и в зоните на ръба се противодейства с високи стойности на подаване. Чрез отвеждане на енергията на рязане със стружките, основният материал е подложен на минимално топлинно натоварване.

Материали CFK (карбонови влакна) и GFK (фибростъкло)

Трябва по възможност да се обработва с насрещно фрезоване и срещу влакната, а не успоредно на влакната. Задоволителни до добри резултати обаче осигуряват само поликристални диамантени инструменти. Оптималният диапазон на обработка с рязане е около vc = 4500 m / min и vf до 30 m / min. Инструментът трябва да има преден ъгъл на рязане от около 5° и напречен заден ъгъл от 10°.

Материали, съдържащи азбестови влакна

Понеже тук трябва да се прорязват силопроводими влакна, следва да се даде предпочитание на остри режещи ръбове на инструмента с геометрия, подобна на използваната при обработката на леки метали. Най-добрите резултати дават инструменти, които могат да бъдат класифицирани в ISO група K. Оптималният диапазон на обработка е при скорост на рязане от 2000 m / min до 3000 m / min и скорост на подаване от
10m / min до 15m / min.

Стомана

При високоскоростно фрезоване на стомана при скорост на рязане от 750 m/min, може да се постигне издръжливост на инструмента, изразена чрез дължината на рязане, от
20–25 m. Диапазони на скоростта на рязане от 500 m/min до 1500 m / мин може да се постигнат с VHM фрези от ISO клас Р. HSC фрезоването се е доказало особено в производството на матрици и инструменти, където обикновено се произвеждат сложни форми, като се използва технология на фрезоване по редове, най-често със сферична геометрия на рязане.

Тук могат да се постигнат колосални подобрения по отношение на времето и качеството на повърхността, чрез високи скорости на подаване и рязане. Бе установено, че при постоянен преден ъгъл на рязане (0°) с увеличаващ се напречен заден ъгъл и повишаване на скоростта на подаване се постига подобряване на издръжливостта на инструмента.

Оптималният напречен заден ъгъл се е установил на около 12°–20°. Инструментите с прави канали, които са режещи отпред или над центъра, се оказаха оптимални откъм стабилност при производството на инструменти и матрици. Целта е да се постигнат подавания от 0,3 до 0,7 mm, фрезоване по посока на подаване както и
сухо рязане, като скоростта на рязане трябва да бъде между 500 m / min и 1500 m / min.

отливка

Обработката на чугун е възможна с изцяло твърдосплавни инструменти, чийто преден ъгъл на рязане е от 0° до 6° и техният напречен заден ъгъл е 12°. Покритието на инструментите е абсолютно необходимо. Тук трябва особено да се вземе под внимание, че образуването на гребеновидни и напречни пукнатини в слоя да бъде възможно най-малко, посредством меко навлизане респ. излизане в/от материала.

При скорости на рязане от 1000 m / min, обемът отделени стружки за единица време, например при GG 25, може да се увеличи с коефициент 10. Периодът на издръжливост е около 20 m на режещ ръб и повърхността съответства на качеството на шлифоване. Периодът на издръжливост може да бъде увеличен, ако скоростта на подаване е сравнително висока, т.е. ако се избере скорост на подаване прибл. 0,3 до 0,4 mm на зъб.

Графит

При обработката на графит са от предимство не само ниските сили на рязане, но и прахообразният стружков материал. Стружковият материал трябва да се отстрани възможно най-бързо и напълно при обработката, тъй като периодът на издръжливост зависи до голяма степен от извеждането на стружковия прах. За да се противодейства на ефекта на шмиргела, нашите графитни фрези са с диамантено покритие.

Този ултратвърд слой противодейства оптимално на абразивното износване, което от своя страна удължава периода на издръжливост. За подобряване на отвеждането на стружки, трябва да се фрезова по посока на подаването.

HSC срещу конвенционалното фрезоване

Пример

  HSC фрезоване
(червено)
Конвенционално фрезоване (зелено)
Инструмент VHM, 2 зъба Ø 3,0 mm
Задача Канали 3 mm x 700 mm x 6 mm
Брой разрези 3 3
Подаване
за зъб (mm)
0,03 0,03
Обороти (об./мин) 80 000 5000
Скорост на рязане 753 47
Скорост на подаване
(mm/min)
4800 300
Период на издръжливост (m) 25 37
Основно време (s) 25,8 421,8