HSC glodanje, odnosno glodanje velikom brzinom, predstavlja posebno velik potencijal u CNC obradi, jer obećava kraće vrijeme provođenja, povećanu produktivnost, a i dalje visoku kvalitetu. U ovom ćemo članku pobliže razmotriti HSC glodanje i pojasniti sljedeća pitanja:
Jedan od najvećih problema s HSC glodanjem je pojava vibracija. Kako do toga dolazi? Budući da svaki sustav (vratilo, nosač) koji može vibrirati ima vlastitu frekvenciju, on nastavlja vibrirati kad je pobuđen (udar, otklon) dok ne dođe do zastoja zbog gubitka prigušenja (akustične vilice) ili trenutačno jednako velike, negativno usmjerene frekvencije. Ako se, međutim, pobuda javlja izvana u redovitim intervalima i ta je frekvencija pobude također u približno istom frekvencijskom rasponu kao i prirodno osciliranje sustava, ove dvije frekvencije se superponiraju. Tada govorimo o rezonanciji → Sustav počinje oscilirati (vibrirati).
Koje su posljedice vibracija tijekom glodanja?
plastika ojačana vlaknima
Aluminij
Bronca, mesing
Lijev
Legure titanija
Legure na bazi nikla
* Promjer alata u mm
Odvođenje temperature sa strugotinom primarni je problem u HSC obradi. Ponašanje temperature pojedinih materijala opisano je na gore prikazanom dijagramu.
U našem se ispitivanju trošenje naglo povećalo pri brzini rezanja od približno 600 m/min. Prema ovoj seriji ispitivanja, gornja granica za radijusna glodala sa Z = 2 i Z = 4 je brzina rezanja od 580 m/min.
Izbor širine rezanja kod HSC glodanja presudno doprinosi duljem vijeku trajanja alata. Kod HSC glodanja pokazalo se da je bolje raditi s malim isporukama, nego kao kod grubog glodanja željeti postići što veću brzinu uklanjanja. To se ne postiže isporukom, već maksimalno dostižnom brzinom rezanja.
Usporedba amortizacije pokazuje da je unatoč većim troškovima nabave glodalice s visokofrekventnim vretenom, obrada značajno jeftinija jer je ekonomičnija.
Osobito mala poduzeća, koja su usmjerena na fleksibilnu proizvodnju obradaka srednje veličine, mogu iskoristiti velike prednosti HSC obrade. Uz prosječnu uštedu vremena od 50 %, to također dovodi do uštede troškova proizvodnje od oko 25 % -27 %.
Pojam HSC glodanje ili HSC bušenje svakako mora biti definiran u odnosu na materijal. Očito je da HSC područje kod aluminija mora biti u različitom rasponu brzina rezanja nego kod, na primjer, čelika ili specijalnih materijala. Ograničenje brzine rezanja ovdje se može usporediti s konvencionalnim glodanjem.
Utvrđeno je da se s povećanjem brzine rezanja, sile rezanja prvo naglo smanjuju, a zatim opet naglo povećavaju.
Također treba imati na umu da se pri izuzetno velikim brzinama rezanja od približno 130 000 m/min, trošenje nerazmjerno povećava. Međutim, ako ostanete u rasponu brzine rezanja do približno 5000 m/min, trošenje na bočnoj strani naglo se povećava, ovisno o materijalu, a zatim neko vrijeme ostaje konstantno.
Također je vrijedno napomenuti da se pasivna sila (sila reakcije na silu glodala) s povećanjem brzine rezanja može smanjiti i do 70 %. To je osobito važno kod profila ekstremno tankih stijenki, kao i za postizanje površine kao nakon brušenja.
Prilikom obrade aluminija ispada da specifični volumen strojne obrade pokazuje maksimum pri brzinama rezanja od 3100 do 4700 m/min. Otprilike 35 % povećan volumen strojne obrade rezultirao je i površinom sa srednjom vrijednošću hrapavosti od 1 μm. Međutim, optimalne vrijednosti snažno ovise o leguri.
Prilikom obrade aluminija neophodan je spiralizirani alat s velikim prostorom za strugotine. Ovdje se korisnim pokazao dvostruki rezač sa spiralnim nagibom od približno 45°. Alat mora imati kut nagiba od 15° –20° i bočni zazor od 10° –12°. Ako se upotrebljava stroj s manjom snagom vretena, malim posmacima ili dubokim utorima, poželjan je spiralizirani alat s jednom reznom oštricom. Kod prosječne brzine rezanja od približno 2000 m/min, lako se može postići putanja alata od 500 m.
Kod obrade bakra i bakrenih legura upotrebljavaju se isti alati kao i kod obrade aluminija. Vrijednosti posmaka po zubu su između 0,02 i 0,4 mm, ovisno o sastavu legure.
Čisti bakar smije se glodati samo alatom s fino brušenim reznim oštricama kako bi se spriječilo nakupljanje materijala na oštrici.
U ovom je slučaju poželjnije istosmjerno glodanje nego protusmjerno. Međutim, ovdje je prednost upotreba keramičkih alata, jer oni mogu postići i do 10 puta veće brzine rezanja.
Kod obrade plastike ojačane vlaknima, HSC obrada je posebno prikladna, jer se sile rezanja naglo smanjuju s povećanjem brzine rezanja, a laminiranje rubnih zona suprotstavlja se velikim vrijednostima posmaka. Zbog odvođenja energije strojne obrade sa strugotinama, osnovni materijal je podložan minimalnom toplinskom naprezanju.
CFK i GFK materijali
Ako je moguće, treba ga obrađivati protusmjernim glodanjem i prema vlaknu, a ne paralelno s vlaknom. Međutim, samo polikristalni dijamantni alati daju zadovoljavajuće dobre rezultate. Optimalno područje strojne obrade je kod cca vc = 4500 m/min, a kod vf do 30 m/min. Alat mora imati kut nagiba oko 5° i bočni zazor od 10°.
AFK materijal
Budući da je ovdje potrebno presijeći vlakna koja provode silu, poželjni su oštri rubovi za rezanje kod alata i geometrija slična onoj koja se primjenjuje u obradi lakih metala. Najbolje rezultate daju alati koji se mogu svrstati u ISO grupu K. Optimalno područje strojne obrade je pri brzini rezanja od 2000 m/min do 3000 m/min i brzini posmaka od
10 m/min do 15 m/min.
Kod brzog glodanja čelika s brzinom rezanja od 750 m/min može se postići putanja alata od
20–25 m. Rasponi brzine rezanja od 500 m/min do 1500 m/min mogu se postići VHM glodalima ISO klase P. HSC glodanje dokazalo se u izradi kalupa i alata, gdje se složeni oblici obično proizvode postupkom linijskog glodanja sa sfernom geometrijom rezanja.
Ovdje se putem velike brzine posmaka i rezanja mogu postići ogromna poboljšanja vremena i kvalitete površine. Pokazalo se da se uz konstantan kut nagiba (0°) s povećanjem bočnog zazora i povećanjem posmaka postiže poboljšanje putanje alata.
Optimalni kut bočnog zazora stabilizirao se na približno 12° –20°. Alati ravnih utora, koji se režu prije odnosno preko središta, pokazali su se optimalnima pri konstrukciji alata i kalupa zbog stabilnosti. Cilj su posmaci od 0,3 do 0,7 mm, istosmjenro glodanje
i suho rezanje, pri čemu bi brzina rezanja trebala biti između 500 m/min i 1500 m/min.
Obrada lijevanog željeza moguća je pomoću VHM alata, s kutom nagiba od 0° do 6° i bočnim zazorom od 12°. Prevlaka alata je prijeko potrebna. Važno je pomoću mekog ulaska i izlaska iz materijala osigurati da stvaranje grebena i poprečnih pukotina u sloju bude što je moguće manje.
Pri brzinama rezanja od 1000 m/min, intervali uklanjanja, npr. kod GG 25, mogu se povećati za faktor 10. Vijek trajanja je oko 20 m po reznom rubu, a površina odgovara kvaliteti brušenja. Vijek trajanja alata može se povećati ako je posmak relativno visok, tj. odabran je posmak po zubu približno 0,3 do 0,4 mm.
Prilikom obrade grafita, prednost imaju ne samo male sile rezanja, već i praškasti materijal strugotina. Materijal strugotina treba u potpunosti ukloniti iz procesa obrade što je brže moguće, jer vijek trajanja uvelike ovisi o izlazu prašine od strugotina. Kako bi se odolijevala abrazivnom učinku, naša glodala za grafit prevučena su dijamantom.
Ovaj ultratvrdi sloj optimalno odolijeva abrazivnom trošenju, što zauzvrat produljuje vijek trajanja. Za poboljšanje odvodnje strugotina potrebno je primjenjivati istosmjerno glodanje.
Primjer
| HSC glodanje (crveno) |
Konvencionalno glodanje (zeleno) | |
|---|---|---|
| Alat | VHM, 2 zuba Ø 3,0 mm | |
| Zadatak | Utori 3 mm x 700 mm x 6 mm | |
| Broj rezova | 3 | 3 |
| Posmak po zubu (mm) |
0,03 | 0,03 |
| Broj okretaja (o/min) | 80 000 | 5000 |
| Brzina rezanja (m/min) | 753 | 47 |
| Brzina posmaka (mm/min) |
4800 | 300 |
| Vijek trajanja (m) | 25 | 37 |
| Glavno vrijeme (s) | 25,8 | 421,8 |