HSC-rezkanje (High Speed Cutting) – z visoko hitrostjo do uspeha
HSC-rezkanje, tj. rezkanje z visoko hitrostjo, predstavlja izjemen potencial pri CNC-obdelavi, saj obljublja krajše obdelovalne čase, višjo storilnost in kljub temu visoko kakovost. V tem prispevku bomo podrobneje pojasnili HSC-obdelavo z rezkanjem in odgovorili na naslednja vprašanja:
Izzivi pri HSC-rezkanju
Ena največjih težav pri HSC-rezkanju je pojav vibracij. Kako te nastanejo? Ker ima vsak sistem (gred, nosilec), ki lahko niha, svojo lastno frekvenco, ta ob zunanjih vplivih (udarcu, upogibanju) niha še tako dolgo, dokler se ne umiri sam od sebe (uglaševalne vilice) ali zaradi kratkotrajno delujoče enake frekvence, ki deluje v nasprotni smeri. Če pa zunanji vplivi delujejo v enakomernih razmikih in je tudi njihova frekvenca v približno enakem frekvenčnem območju, v katerem se pojavlja tudi nihanje sistema, se obe frekvenci prekrivata. V tem primeru govorimo o resonanci → sistem začne nihati (vibrirati).
Kakšne so posledice vibracij pri rezkanju?
- Globina obdelave ap ni enakomerna → slaba, valovita površina
- brez stalne dimenzijske stabilnosti
- občutno krajša življenjska doba
- preboj rezilnega roba
- morebitno zrahljanje vpetja obdelovancev
- velika obremenitev vodil in ležajev stroja
Prednosti HSC-obdelave
- zaradi zelo velikega odvzema volumna materijala ni več potrebe po grobi obdelavi
- zelo dobra površina < 0,001 mm (Ra) → kakovost brušenja
- do 50 % skrajšan glavni čas
- obdelava brez vibracij zaradi visoke lastne frekvence orodja → preprečitev pojava vibracij
- brez deformacij obdelovancev zaradi temperaturne napetosti, saj se toplota odvaja skupaj z odrezki
- izjemno gospodarno
Amortizacija – ali se nakup stroja z visokofrekvenčnim vretenom splača?
Primerjava amortizacije je pokazala, da je obdelava kljub visokim stroškom nakupa rezkalnega stroja z visokofrekvenčnim vretenom cenejša, saj je gospodarnejša.
Predvsem manjšim obratom, ki se osredotočajo na prilagodljivo proizvodnjo srednje velikih obdelovancev, lahko prednosti HSC-obdelave močno koristijo. Pri povprečnem 50-odstotnem prihranku časa lahko obrat prihrani pribl. 25–27 % proizvodnih stroškov.
Pomembne informacije o HSC-rezkanju
Pojem HSC-rezkanje ali tudi vrtanje je treba zagotovo opredeliti glede na material. Razumljivo je, da mora biti rezalna hitrost pri HSC-obdelavi aluminija v drugem območju kot npr. pri obdelavi jekla ali posebnih materialov. Omejitev rezalne hitrosti je v tem primeru mogoče primerjati s standardnim rezkanjem.
Ugotovljeno je bilo, da se rezalne sile pri naraščajoči rezalni hitrosti najprej občutno zmanjšajo, šele nato močno narastejo.
Omembe vredno je tudi, da se obraba nesorazmerno poveča pri zelo visokih rezalnih hitrostih pribl. 130.000 m/min. Če pa rezalna hitrost ostane v območju do pribl. 5000 m/min, se obraba prostih ploskev glede na obdelovani material na začetku močno poveča, nato pa nekaj časa ostane nespremenjena.
Pomnite tudi, da se pasivna sila (reakcijska sila, ki deluje na silo rezkarja) pri zvišani rezalni hitrosti lahko zmanjša za do 70 %. Ta podatek je zlasti pomemben pri izjemno tankostenskih profilih in za zagotavljanje površine, ki je podobna brušeni površini.
Pri obdelavi aluminija se je izkazalo, da je specifični obseg strojne obdelave največji pri rezalnih hitrostih od 3100 do 4700 m/min. Obseg strojne obdelave, povečan za pribl. 35 %, dodatno zagotovi tudi površino s srednjo hrapavostjo 1 μm. Vendar pa so optimalne vrednosti močno odvisne od zlitin.
Pravo orodje za posamezen material pri HSC-rezkanju
HSC-rezkanje aluminija
Pri obdelavi aluminija je treba uporabiti spiralno orodje z velikimi prostori za odrezke. Tukaj priporočamo uporabo rezkarja z 2 reziloma in s pribl. 45-stopinjskim naklonom spirale. Orodje mora imeti cepilni kot 15–20° in stranski prosti kot 10–12°. Če uporabljate stroj z manjšimi zmogljivostmi vretena, manjšim podajanjem ali globljimi utori, priporočamo uporabo spiralnega orodja z enim rezilom. Pri povprečni hitrosti rezanja pribl. 2000 m/min je lažje doseči življenjsko dobo, ki dosega 500 m.
HSC-rezkanje bakra
Pri obdelavi bakra ali bakrovih zlitin je treba uporabiti enaka orodja kot pri strojni obdelavi aluminija. Vrednosti podajanja na zob glede na sestavo zlitine znašajo od 0,02 do 0,4 mm.
Čisti baker rezkajte samo z zelo fino brušenim rezilom orodja, da preprečite prijemanje odrezkov na orodje.
V tem primeru priporočamo uporabo sinhroniziranega teka in ne rezkanje v nasprotni smeri. Tukaj ima prednost uporaba keramičnih orodij, saj lahko zagotovijo do 10-krat višje rezalne hitrosti.
Umetne mase, ojačane z vlakni
HSC-obdelava je še posebej primerna za strojno obdelavo umetnih mas, ojačanih z vlakni, saj se pri zvišani rezalni hitrosti rezalne sile močno zmanjšajo in je mogoče odstopanje površinskega sloja na robnih območjih preprečiti z velikimi vrednostmi podajanja. Z odvajanjem energije, ki nastaja pri strojni obdelavi, skupaj z odrezki, je osnovni material izpostavljen zelo majhnim toplotnim obremenitvam.
Materiali, ojačani s steklenimi ali ogljikovimi vlakni
Te materiale je treba obdelovati z rezkanjem v nasprotni smeri in z rezkanjem proti vlaknom, saj rezkanje vzporedno z vlakni ni priporočljivo. Vendar pa je zadovoljive in celo dobre rezultate mogoče doseči samo s polikristalnim diamantnim orodjem. Optimalno območje za strojno obdelavo znaša pribl. vc = 4500 m/min in vf do 30 m/min. Orodje mora imeti cepilni kot pribl. 5° in stranski prosti kot 10°.
Materiali, ojačani z aramidnimi vlakni
Ker je pri takšni obdelavi treba prerezati vlakna, ki usmerjajo sile, je priporočena uporaba ostrejših rezil in podobne geometrije kot pri obdelavi lahkih kovin. Najboljše rezultate je mogoče doseči z orodji, ki so uvrščena v skupino K po standardu ISO. Optimalno območje strojne obdelave pomeni rezalno hitrost od 2000 m/min do 3000 m/min in hitrost podajanja od
10 m/min do 15 m/min.
Jeklo
Pri visokohitrostnem rezkanju jekla je mogoče z rezalno hitrostjo 750 m/min doseči življenjsko dobo v metrih, ki znaša
20–25 m. Z VHM-rezkarji razreda P po standardu ISO je mogoče doseči območja rezalne hitrosti od 500 m/min do 1500 m/min. HSC-rezkanje se je izkazalo predvsem pri izdelavi kalupov in orodja, pri kateri zapletene oblike med rezkanjem vrstic večinoma omogoča kroglična geometrija rezila.
Tako lahko z večjim podajanjem in višjo rezalno hitrostjo dosežete ogromne prihranke časa in izboljšave kakovosti površine. Izkazalo se je, da je pri nespremenljivem cepilnem kotu (0°) in naraščajočem stranskem prostem kotu ter povečanem podajanju mogoče doseči daljšo življenjsko dobo.
Optimalni stranski prosti kot mora biti pribl. 12–20°. Orodja z ravnimi utori, ki režejo po sredini pred ali pod sabo, so se s svojo stabilnostjo izkazala kot najboljša izbira pri izdelavi kalupov in orodij. Zaželeni so podajanje od 0,3 do 0,7 mm, rezkanje s sinhroniziranim tekom in
suhi rez, pri čemer mora rezalna hitrost znašati med 500 m/min in 1500 m/min.
Litina
Obdelava litega železa je mogoča z VHM-orodji s cepilnim kotom od 0° do 6° in stranskim prostim kotom 12°. Orodja morajo biti obvezno opremljena s prevleko. Pri tem je treba paziti, da bo nastajanje razpok in grebenov v sloju čim manjše, kar dosežete z mehkim vstavljanjem in odstranjevanjem iz obdelovanega materiala.
Pri rezalni hitrosti 1000 m/min je mogoče povečati volumen odrezovanja v časovni enoti, npr. pri materijalu GG 25, ga je mogoče povečati za faktor 10. Življenjska doba v metrih za posamezno rezilo znaša približno 20 m, površina pa ustreza kakovosti brušenja. Življenjsko dobo je mogoče podaljšati, če je podajanje razmeroma veliko, torej izberete podajanje na zob pribl. od 0,3 do 0,4 mm.
Grafit
Pri obdelavi grafita so priporočljive manjše rezalne sile in mokasti odrezki. Odrezke je treba med strojno obdelavo odvajati čim hitreje in v celoti, saj je življenjska doba močno odvisna od izkoristka pri nastajanju zmletih odrezkov. Za zmanjšanje brusnega učinka, so naši rezkarji za grafit opremljeni z diamantno prevleko.
Ta izjemno trd sloj zelo učinkovito preprečuje abrazivno obrabo in posledično podaljša življenjsko dobo orodja. Za izboljšanje odvajanja odrezkov je potrebna strojna obdelava z rezkanjem s sinhroniziranim tekom.
