HSC marás (High Speed Cutting) - nagy sebességgel a siker felé
A HSC, vagyis nagy sebességű marás különösen nagy potenciált jelent a CNC megmunkálásban, mivel rövidebb átfutási időket, nagyobb termelékenységet és jó minőséget ígér. Az alábbi cikkben megvizsgáljuk közelebbről a HSC marást és az alábbi témaköröket:
A HSC marás kihívásai
Az egyik legnagyobb probléma HSC marásnál a rezgés kialakulása. Hogyan történik ez? Minden rezgésre képes rendszernek (tengely, tartó) van egy saját frekvenciája, ezért gerjesztés (ütés, kitérés) hatására mindaddig rezgésben marad, amíg csillapítási veszteség (gondoljunk pl. hangvillára) vagy azonos nagyságú, negatív irányú (ellentétes fázisú) frekvencia következtében meg nem áll. Ha a gerjesztés kívülről, szabályos időközönként történik, és a gerjesztés frekvenciája körülbelül ugyanabban a tartományban van, mint a rendszer saját rezgése, akkor fedésbe kerül a két frekvencia. Ebben az esetben rezonanciáról beszélünk → rezegni (vibrálni) kezd a rendszer.
Mik a rezgés következményei marásnál?
- nem állandó a megmunkálási mélység (ap) → rossz minőségű, hullámos felület
- nem állandó mérettartás
- jelentősen rövidülő éltartam
- a forgácsolóélek kitöredezése
- a munkadarab-befogás lehetséges meglazulása
- erős terhelés a gép megvezetésein és csapágyain
A HSC megmunkálás előnyei
- a nagyon nagy leválasztott forgácsmennyiségnek köszönhetően nincs szükség nagyolásra
- nagyon jó minőségű felületek < 0,001 mm (Ra) → köszörülési minőség
- akár 50%-kal csökkentett főidő
- rezgésmentes megmunkálás a szerszám magas saját frekvenciája következtében → kizárt a rezgés
- nem torzul a munkadarab a hőterheléstől, mert a forgácsokkal együtt távozik a hő
- nagyon kedvező költségű
A forgácsolási sebesség tartománya az anyagtól függ
Szálerősített műanyag
Alumínium
Bronz, sárgaréz
Öntvények
Titánötvözetek
Nikkelalapú ötvözetek
- Hagyományos tartomány
- Átmeneti tartomány
- HSC tartomány
Maximális fordulatszám a veszélyek minimalizálásához
* szerszámátmérő mm-ben
- GW szabvány szerint
- EN ISO 15641 szabvány szerint
Forgácsolási hőmérséklet
Lágy alumínium
Nemvasfém
Bronz
Öntöttvas
Acél
HSC megmunkálásnál elsődleges probléma a hő elvezetése a forgácsokkal. A mellékelt diagramon látható az egyes anyagfajták hőmérsékleti viselkedése.
Az optimális forgácsolási paraméterek meghatározása HSC marásnál
Tesztjeinkben kb. 600 m/min forgácsolási sebességtől ugrásszerűen nőtt a kopás. A tesztsorozatunk eredményei szerint Z=2 és Z=4 fogszámú rádiuszmaróknál a forgácsolási sebesség felső határa 580 m/min.
HSC marásnál a fogásszélesség helyes megválasztása nagyban hozzájárul a hosszabb éltartamhoz. A HSC marás azt mutatja, hogy jobb kis fogásvétellel dolgozni a nagyolómaráshoz hasonló, lehető legnagyobb anyagleválasztás eléréséhez. A nagy leválasztás tehát nem a fogásvétellel, hanem a maximális forgácsolási sebességgel érhető el.
Amortizáció – Érdemes nagyfrekvenciás orsóval rendelkező gépet vásárolni?
Az amortizáció (értékcsökkenési leírás) összehasonlítása azt mutatja, hogy a nagyobb beszerzési költség ellenére végeredményeben lényegesen olcsóbb a nagyfrekvenciás orsóval rendelkező gép, mert gazdaságosabban üzemeltethető.
A közepes méretű alkatrészek rugalmas gyártására szakosodott kisvállalatok különösen nagy előnyöket tudnak elérni a HSC megmunkálással. Az 50%-os átlagos időmegtakarítás 25-27%-os költségmegtakarítást is jelent a gyártásban.
A HSC marás sajátosságai
A HSC marás és HSC fúrás fogalmát mindig adott anyagra vonatkozóan kell meghatározni. Világos, hogy alumínium esetében más lesz a forgácsolási sebesség HSC tartománya, mint pl. acélok vagy különleges anyagok esetében. A forgácsolási sebesség korlátait itt a hagyományos marással kell összehasonlítani.
Látható, hogy a forgácsolási sebesség növekedésével a forgácsolóerő először jelentősen csökken, majd ismét erősen növekszik.
Meg kell jegyezni továbbá, hogy kb. 130.000 m/min forgácsolási sebességnél aránytalan mértékben nő a kopás. Anyagtól függően kb. 5000 m/min forgácsolási sebességig eleinte erősen nő a hátkopás, utána egy ideig állandó marad.
Az is figyelemre méltó, hogy a forgácsolási sebesség növekedésével akár 70%-kal csökkenthető a passzív erőhatás (a maróerővel szembeni reakcióerő). Ez rendkívül vékonyfalú profiloknál és köszörülthöz hasonló felületek eléréséhez fontos.
Alumínium megmunkálásánál 3100 és 4700 m/min közötti forgácsolási sebességnél van az időegység alatt leválasztott forgácsmennyiség maximuma. A kb. 35%-kal nagyobb leválasztott forgácsmennyiség 1 μm-es átlagos érdességgel párosul. Az optimális értékek azonban nagymértékben függnek az adott ötvözettől.
A megfelelő szerszám az adott anyaghoz HSC marásnál
Alumínium HSC marása
Alumínium megmunkálásához nagy forgácsterű, spirális szerszámra van szükség. Itt kétélű, kb. 45°-os spirálemelkedésű maró előnyös. A szerszámnak 15-20°-os homlokszöggel és 10-12°-os hátszöggel kell rendelkeznie. Kisebb orsóteljesítményű gép, kisebb előtolások, illetve mély hornyok esetén egyélű, spirális szerszám részesítendő előnyben. Kb. 2000 m/min átlagos forgácsolási sebességgel könnyen elérhető 500 m éltartam-úthossz.
Vörösréz HSC marása
Réz és rézötvözetek megmunkálásához ugyanazokat a szerszámokat kell használni, mint alumínium forgácsolásához. A fogankénti előtolás értéke az ötvözet összetételétől függően 0,02 és 0,4 mm között lesz.
Tiszta vörösrezet az élrátét-képződés elkerülése érdekében csak finomköszörült élű szerszámmal lehet marni.
Ebben az esetben egyenirányú marás előnyösebb az ellenirányú marásnál. Itt kerámiaszerszámok használata előnyös, mivel ezekkel akár 10-szer nagyobb forgácsolási sebességeket lehet elérni.
Szálerősített műanyagok
A HSC megmunkálás különösen jól alkalmazható szálerősített műanyagok forgácsolásához, mivel a forgácsolási sebesség növelésével jelentősen csökkennek a forgácsolóerők, a nagy előtolási értékek pedig a peremek delaminálódása ellen hatnak. A forgáccsal együtt elvezetett forgácsolási energiának köszönhetően minimális hőterhelés éri az alapanyagot.
CFK és GFK anyagok
Ha lehetséges, ellenirányú marással, a szálakra merőlegesen (nem a szálakkal párhuzamosan) kell végezni a megmunkálást. Kielégítő vagy jó eredményt azonban csak polikristályos gyémánt szerszámokkal lehet elérni. Az optimális forgácsolási tartomány kb. vc = 4500 m/min és vf = max. 30 m/min. A szerszámnak kb. 5°-os homlokszöggel és 10°-os hátszöggel kell rendelkeznie.
AFK anyagok
Itt erősítő szálakat kell átvágni, ezért éles szerszámok és a könnyűfémek megmunkálásában használthoz hasonló geometriák részesítendőek előnyben. A „K” ISO anyagcsoportba sorolt szerszámok adják a legjobb eredményeket. Az optimális forgácsolási tartomány 2000-3000 m/min forgácsolási sebesség és 10-15 m/min előtolási sebesség.
Acél
Acél nagy sebességű marásánál 750 m/min forgácsolási sebességgel 20-25 m éltartam-úthossz érhető el. „P” ISO osztályú tömör keményfém marókkal 500-1500 m/min forgácsolási sebesség érhető el. A HSC marás különösen jól bevált a forma- és szerszámgyártásban, ahol bonyolult formákat készítenek sormarással, általában gömb alakú szerszámmal.
Itt rendkívüli időmegtakarítást és felületiminőség-javulást lehet elérni a nagy előtolási és forgácsolási sebességeknek köszönhetően. Bebizonyosodott, hogy állandó (0°-os) homlokszög esetén növekvő hátszöggel és az előtolás növelésével az éltartam-úthossz javulása érhető el.
Az optimális hátszög 12° és 20° között ingadozik. A szerszám- és formagyártásban stabilitási okokból a középvonal előtt vagy felett forgácsoló, egyenes hornyú szerszámok bizonyultak optimálisnak. Egyenirányú marásnál, illetve száraz megmunkálásnál 0,3 és 0,7 mm közötti fogankénti előtolást lehet megcélozni, a forgácsolási sebesség pedig 500 és 1500 m/min között lehet.
Öntvények
Öntöttvas megmunkálása tömör keményfém szerszámokkal, 0° és 6° közötti homlokszöggel és 12°-os hátszöggel lehetséges. Feltétlenül szükséges a szerszámok bevonatolása. A bevonat fésűs és keresztirányú repedéseinek minimalizálása érdekében ügyelni kell a lágy be- és kilépésre az anyagban.
1000 m/min forgácsolási sebességgel GG 25 anyagban pl. 10-szeresére növelhető az időegység alatt leválasztott forgácsmennyiség. Az éltartam-úthossz élenként kb. 20 m, a felület pedig köszörült minőségnek felel meg. Az éltartam akkor növelhető, ha viszonylag nagy, kb. 0,3-0,4 mm a fogankénti előtolás.
Grafit
Grafit megmunkálásánál nem csak a csekély forgácsolóerő, hanem a porszerű forgácsanyag is előnyös. A forgácsanyagot a lehető leggyorsabban és legnagyobb mértékben el kell távolítani a forgácsolási folyamatból, mivel azt éltartam nagyban függ a forgácspor kihordásától. A csiszolóhatás ellentételezésére grafitmaróink gyémántbevonattal vannak ellátva.
Ez az ultrakemény bevonat optimálisan ellenáll az abrazív kopásnak, ami hosszabb éltartamot eredményez. A jobb forgácselvezetés érdekében egyenirányú marást kell alkalmazni.
HSC vs. hagyományos marás
Példa
| HSC marás (piros) | Hagyományos marás (zöld) | |
|---|---|---|
| Szerszám | Tömör keményfém, 2 fog, Ø 3,0 mm | |
| Feladat | 3 mm x 700 mm x 6 mm-es horony | |
| Fogások száma | 3 | 3 |
| Fogankénti előtolás (mm) | 0,03 | 0,03 |
| Fordulatszám (1/min) | 80.000 | 5.000 |
| Forgácsolási sebesség (m/min) | 753 | 47 |
| Előtolási sebesség (mm/min) | 4.800 | 300 |
| Éltartam (m) | 25 | 37 |
| Főidő (s) | 25,8 | 421,8 |
