Freze HSC (High Speed Cutting) - cu mare viteză spre succes
Frezarea HSC, aşadar frezarea cu viteză ridicată reprezintă un potenţial deosebit de ridicat în prelucrarea CNC, deoarece oferă timpi de ciclu mai reduşi, productivitate crescută şi calitate ridicată. În acest articol ne vom ocupa mai îndeaproape cu prelucrarea prin frezare HSC şi vom clarifica următoarele chestiuni:
Provocări la frezarea HSC
Una dintre marile probleme la frezarea HSC este apariţia vibraţiilor. Cum apar acestea? Dat fiind că orice sistem (arbore, corp de bază) care este capabil să vibreze are o frecvenţă proprie, la intervenţia unui stimul (impact, oscilaţie) el continuă să vibreze până când ajunge la repaus datorită pierderii cauzate de atenuare (diapazon) sau prin direcţionarea unei frecvenţe negative de mărime similară. Însă dacă de la exterior intervine un stimul la intervale regulate iar frecvenţa stimulului se situează într-un interval de frecvenţe aproximativ egal cu vibraţia proprie a sistemului, aceste două frecvenţe se suprapun. Se vorbeşte atunci despre un caz de rezonanţă → Sistemul începe să oscileze (vibreze).
Care sunt urmările vibraţiilor la frezare?
- adâncimea de prelucrare ap nu rămâne constantă → suprafaţă necorespunzătoare, ondulată
- stabilitate dimensională inconstantă
- reducere semnificativă a duratei de viaţă
- spargerea tăişurilor
- eventuală desfacere a prinderii sculei
- puternică solicitare a ghidajelor şi lagărelor maşinii
Avantajele prelucrării HSC
- datorită volumului mare de aşchiere nu mai este necesară degroşarea
- suprafaţă foarte bună < 0,001mm (Ra) → calitatea şlefuirii
- reducerea timpului de prelucrare per unitate cu până la 50%
- prelucrare fără vibraţii datorită frecvenţei proprii ridicate a sculei → excluderea vibraţiilor
- nu apare deformarea sculei din cauza tensiunii termice, deoarece căldura este eliminată cu aşchiile
- preţ foarte avantajos
Intervalele de viteză de aşchiere depind de material
Material plastic armat cu fibre
Aluminiu
Bronz, alamă
Fontă
Aliaje din titan
Aliaje pe bază de nichel
- Interval convenţional
- Interval de trecere
- Interval HSC
Indici de operare maximi pentru minimizarea pericolelor
* diametrul sculei în mm
- conform GW
- conform EN ISO 15641
Temperatura de aşchiere
Aluminiu moale
Neferoase
Bronz
Fontă
Oţel
Evacuarea căldurii cu aşchiile este o problemă principală la prelucrarea HSC. În graficul alăturat este prezentat comportamentul la temperatură al materialelor.
Determinarea parametrilor optimi de aşchiere la frezarea HSC
În testul nostru, la o viteză de aşchiere de cca. 600m/min, uzura creşte rapid. După această serie de încercări, limita superioară pentru frezele cu Z=2 şi Z=4 este o viteză de aşchiere de 580m/min.
Alegerea lăţimii de aşchiere la frezarea HSC contribuie în mod esenţial la obţinerea unei durate mai lungi de viaţă. La frezarea HSC este mai bine să se lucreze cu un avans mai mic decât la frezarea de degroşare, dacă se doreşte atingerea ratei maxime de îndepărtare a materialului. Aceasta este atinsă nu prin avans, ci prin viteza maximă de aşchiere care poate fi atinsă.
Amortizare - rentează achiziţia unei maşini cu arbore cu înaltă frecvenţă?
O comparaţie a amortizării arată că, în ciuda costurilor de achiziţie mai ridicate ale unei maşini de frezat cu arbore cu înaltă frecvenţă, prelucrarea este considerabil mai ieftină şi, ca urmare, mai economică.
Tocmai întreprinderile mici, care sunt axate pe fabricarea flexibilă a unor scule de dimensiuni medii, pot beneficia de ample avantaje prin prelucrarea HSC. La o economie medie de timp de 50%, se ajunge şi la o economie de costuri de fabricaţie de cca. 25%-27%.
De avut în vedere în ceea ce priveşte frezarea HSC
Termenul frezare sau alezare HSC trebuie, cu siguranţă, definit în funcţie de material. Este evident că la aluminiu intervalul HSC trebuie să se situeze într-un alt domeniu al vitezelor de așchiere decât, de ex. pentru oţeluri sau materiale speciale. Delimitarea vitezei de aşchiere se va compara în acest caz cu frezarea convenţională.
Trebuie constatat că, odată cu creşterea vitezei de aşchiere, forţele de aşchiere scad întâi puternic, pentru ca apoi să crească rapid.
De asemenea, trebuie observat că la viteze de aşchiere extrem de mari, de cca. 130.000m/min, uzura creşte disproporţionat de mult. Dacă să se rămâne însă într-un domeniu al vitezei de aşchiere de până la cca. 5000m/min, uzura suprafeţei de degajare creşte întâi puternic, în funcţie de material, pentru ca apoi să rămână constantă o lungă perioadă de timp.
Demn de remarcat este şi faptul că, la creşterea vitezei de aşchiere, este posibilă reducerea forţei anti-penetrare (forţă de reacţie la forţa de frezare) cu până la 70%. Acesta este un lucru deosebit de important în cazul profilurilor cu pereţi extrem de subţiri, precum şi pentru obţinerea unei suprafeţe similare celei şlefuite.
În cazul prelucrării aluminiului se observă că volumul de aşchiere specific prezintă un maximum la viteze de aşchiere de 3100 până la 4700m/min. Volumul de aşchiere mărit cu cca. 35% a adus în plus o suprafaţă cu valoare medie a rugozităţii de 1μm. Valorile optime depind însă puternic de aliaj.
Scula corectă pentru materialul prelucrat la frezarea HSC
Frezare HSC a aluminiului
La prelucrarea aluminiului este necesară o sculă spiralată cu canale mari pentru aşchii. În acest caz se recomandă o sculă cu 2 tăişuri, cu pasul spiralei de cca. 45°. Scula ar trebui să prezinte un unghi de degajare de 15°–20° şi un unghi de aşezare lateral de 10°–12°. Dacă este utilizată o maşină cu putere mai redusă a arborelui, avansuri reduse sau caneluri adânci, este de preferat o sculă spiralată, cu un singur tăiş. În cazul unei viteze medii de aşchiere de cca. 2000m / min poate fi atinsă cu uşurinţă o durabilitate de 500m.
Frezare HSC a cuprului
La prelucrarea cuprului şi a aliajelor din cupru se utilizează aceleaşi scule ca şi în cazul aşchierii aluminiului. Valorile de avans per dinte se situează, în funcţie de compoziţia aliajului, între 0,02 şi 0,4mm.
Cuprul pur trebuie frezat numai cu tăişuri de sculă cu cea mai fină finisare, pentru a împiedica formarea depunerilor pe tăiş.
Frezarea în sensul avansului este de preferat în acest caz faţă de frezarea în sens contrar avansului. Este totuşi preferabilă utilizarea sculelor ceramice, deoarece pot fi atinse viteze de aşchiere de până la 10 ori mai mari.
Materiale plastice armate cu fibre
La aşchierea materialelor plastice armate cu fibre prelucrarea HSC este deosebit de adecvată, deoarece la creşterea vitezei de aşchiere forţele de aşchiere se reduc puternic iar elaminarea zonelor de margine poate fi contracarată cu valori de avans ridicate. Prin eliminarea energiei de aşchiere împreună cu aşchiile, solicitarea termică la care este supus materialul de bază este minimă.
Materiale CFK şi GFK
Se va lucra, pe cât posibil, cu frezare în sens contrar avansului şi în contra fibrelor, nu paralel cu acestea. Rezultate mulţumitoare până la bune se obţin însă numai cu scule cu diamant policristalin. Domeniul de aşchiere optim se situează la cca. vc = 4500m / min şi vf până la 30m / min. Scula trebuie să prezinte un unghi de degajare cca. 5° şi un unghi de aşezare lateral de 10°.
Materiale AFK
Dat fiind că în acest caz trebuie tăiate fibre cu proprietăţi de conducere a forţei, sunt de preferat tăişuri ascuţite ale sculelor şi o geometrie similară celei folosite la prelucrarea metalelor uşoare. Cele mai bune rezultate le oferă sculele care pot fi clasificate în grupa ISO K. Domeniul de aşchiere se situează la o viteză de aşchiere de 2000m / min până la 3000m / min şi o viteză de avans de
10m / min până la 15m / min.
Oţel
La frezarea cu mare viteză a oţelului, cu o viteză de aşchiere de 750m / min, se poate atinge o durabilitate de
20-25m. Intervale ale vitezei de aşchiere de la 500m / min până la 1500m / min pot fi atinse cu certitudine folosind freze din carbură solidă din clasa ISO P. Frezarea HSC şi-a dovedit calităţile în special în construcţia de piese fasonate şi de scule, unde sunt produse forme complicate prin procedura de frezare liniară, de cele mai multe ori cu geometrie sferică a tăişului.
Aici, datorită valorilor mari ale avansurilor şi ale vitezelor de aşchiere, se pot obţine îmbunătăţiri enorme în ceea ce priveşte timpul şi calitatea suprafeţei. S-a descoperit că la un unghi de degajare constant (0°) cu unghi de aşezare lateral care se măreşte şi o creştere a avansului se obţine o îmbunătăţire a durabilităţii.
Valoarea optimă a unghiului de aşezare lateral a variat la cca. 12°–20°. Sculele cu caneluri drepte, care aşchiază în faţă resp. peste centru, s-au dovedit a fi optime pentru construcţia de piese fasonate şi de scule din raţiuni ce ţin de stabilitate. Se poate tinde către valori ale avansului de 0,3 până la 0,7mm, frezare în sensul avansului precum şi
aşchiere uscată, viteza de aşchiere trebuind să se situeze între 500m / min şi 1500m / min.
Fontă
Prelucrarea fontei este posibilă cu scule din carbură solidă, cu unghiul de degajare de 0° până la 6° şi unghiul de aşezare lateral 12°. Acoperirea sculelor este absolut necesară. Trebuie avut în vedere ca formarea fisurilor transversale şi transversale multiple la nivelul stratului să fie menţinută la minimul posibil prin intrarea şi ieşirea lină în, resp. din material.
La viteze de aşchiere de 1000m / min rata de îndepărtare a aşchiilor poate fi mărită de ex. la GG 25 cu factorul 10. Durata de viaţă este aproximativ 20m per tăiş iar suprafaţa corespunde calităţii şlefuirii. Durata de viaţă poate fi mărită dacă se alege un avans relativ mare, adică avans per dinte cca. 0,3 până la 0,4mm.
Grafit
La prelucrarea grafitului sunt preferabile nu doar forţe de aşchiere reduse, ci şi ca materialul aşchiilor să fie sub formă de pulbere. Materialul aşchiilor trebuie eliminat cât mai rapid posibil şi în totalitate din procesul de aşchiere, deoarece durata de viaţă depinde în principal de evacuarea pulberii de aşchii. Pentru contracararea efectului de şmirghel, frezele noastre pentru grafit sunt acoperite cu diamant.
Acest strat ultra-dur contracarează în mod optim uzura cauzată de abraziune, ceea ce duce la prelungirea duratei de viaţă. Pentru a îmbunătăţi evacuarea aşchiilor aşchierea ar trebui realizată prin frezare în sensul avansului.
Frezare HSC vs. frezare convenţională
Exemplu
| Frezare HSC (roşu) |
Frezare convenţională (verde) | |
|---|---|---|
| Sculă | Carbură solidă, 2 dinţi Ø 3,0mm | |
| Sarcină | Caneluri 3mm x 700mm x 6mm | |
| Număr aşchieri | 3 | 3 |
| Avans per dinte (mm) |
0,03 | 0,03 |
| Turaţie (rot./min) | 80.000 | 5.000 |
| Viteză de aşchiere | 753 | 47 |
| Viteză de avans (mm/min) |
4.800 | 300 |
| Durată de viaţă: (m) | 25 | 37 |
| Timp prelucrare per unitate (s) | 25,8 | 421,8 |
