HSC frezeleme (High Speed Cutting) - Yüksek ilerleme hızıyla başarıya doğru
HSC frezeleme, yani yüksek hızda frezeleme, daha kısa üretim süreleri, daha fazla üretkenlik ve yine de yüksek kalite vaat ettiği için CNC işlemede özellikle büyük bir potansiyel oluşturmaktadır. Bu yazıda HSC frezelemeye daha yakından bakacak ve aşağıdaki sorulara açıklık kavuşturacağız:
HSC frezelemenin zorlukları
HSC frezeleme ile ilgili en büyük sorunlardan biri titreşimlerin oluşmasıdır. Bunlar nasıl ortaya çıkar? Titreşim yeteneğine sahip her sistemin (mil, taşıyıcı) bir özfrekansı olduğundan, (darbe, sapma vb. gibi) uyarılar aldığında, sönümleme kaybı (ayar çatalı) veya aynı anda aynı büyüklükte negatif yönde bir frekans nedeni ile durma noktasına getirilene kadar titreşmeye devam eder. Bununla birlikte, düzenli aralıklarla dışarıdan bir uyarı meydana gelirse ve bu uyarı frekansı, sistemin özfrekansı ile yaklaşık olarak aynı frekans aralığında ise, bu iki frekans üst üste biner. Bu durumda bir rezonans durumundan söz edilir → Sistem salınmaya (titreşmeye) başlar.
Frezeleme sırasındaki titreşimlerin sonuçları nelerdir?
- İşleme derinliği ap sabit kalmaz → kötü, dalgalı yüzey
- Sabit boyutsal doğruluk yok
- Takım ömrünün büyük ölçüde kısalması
- Kesici kenarların kırılması
- İş parçası bağlamasının muhtemel gevşemesi
- Makine kılavuzları ve yatakları üzerinde ağır yüklenme
HSC işlemenin avantajları
- Çok büyük talaşlı işleme hacmi nedeniyle artık kaba işlemeye gerek yoktur
- Çok iyi yüzey kalitesi < 0,001 mm (Ra) → taşlama kalitesi
- Ana işlem süresinde %50'ye varan kısalma
- Aletin yüksek özfrekansı sayesinde titreşimsiz işleme → titreşimlerin engellenmesi
- Isının talaşla taşınması nedeniyle, ısıl gerilim sayesinde iş parçasında çekilme yok
- Uygun fiyatlı
Kesme hızı aralıkları malzemeye bağlıdır
Elyaf takviyeli plastik
Alüminyum
Bronz, pirinç
Dökme demir
Titanyum alaşımları
Nikel bazlı alaşımlar
- Geleneksel aralık
- Geçiş aralığı
- HSC aralığı
Tehlikeleri en aza indirmek için azami işleme sayısı
* mm cinsinden takım çapı
- GW'ye göre
- EN ISO 15641'e göre
Talaş kaldırma sıcaklığı
yumuşak alüminyum
Demir dışı
Bronz
Dökme demir
Çelik
Isının talaşla taşınması HSC işlemede temel bir sorundur. Yukarıdaki şemada malzemelerin sıcaklık davranışları ayrı ayrı açıklanmıştır.
HSC frezeleme için optimum kesme parametrelerinin belirlenmesi
Deneyimizde aşınma, yaklaşık 600 m/dak kesme hızına gelindiğinde aniden artmaktadır. Bu test serisine göre, Z = 2 ve Z = 4 olan yarıçap frezeleri için üst kesme hızı sınırı 580 m/dak'dır.
HSC frezelemede kesme genişliği seçimi, uzun takım ömrüne önemli ölçüde etkide bulunur. HSC frezeleme, kaba frezelemeye benzer şekilde, mümkün olan en yüksek talaş kaldırma performansını elde etmek yerine küçük bir kesme genişliği ile çalışmanın daha iyi sonuç verdiğini göstermektedir. Bu da kesme genişliği ile değil, ulaşılabilen azami kesme hızı ile elde edilir.
Amortisman - Yüksek frekanslı mile sahip bir tezgâh satın almaya değer mi?
Bir amortisman karşılaştırması, yüksek frekanslı mile sahip bir freze tezgâhının daha yüksek edinim maliyetlerine rağmen, işleme maliyetinin çok daha düşük olduğunu, çünkü daha ekonomik olduğunu göstermektedir.
Özellikle, orta büyüklükteki iş parçalarının esnek üretimine yönelik küçük işletmeler, HSC işleme ile büyük avantajlar elde edebilir. Ortalama %50 zaman tasarrufu, yakl. %25 ile %27 aralığında üretim maliyeti tasarrufu sağlar.
HSC frezeleme hakkında dikkate değer gerçekler
HSC frezeleme veya HSC delme teriminin kesinlikle malzemeye göre tanımlanması gerekir. Alüminyum için kullanılan HSC serisinin, örneğin çelikler veya özel malzemeler için olduğundan farklı bir kesme hızı aralığında olması gerektiği açıktır. Burada kesme hızın sınırları geleneksel frezeleme ile karşılaştırılabilir.
Kesme hızı arttıkça kesme kuvvetlerinin önce ani bir şekilde düştüğü, ardından tekrar aniden arttığı görülür.
Yaklaşık 130.000 m/dak seviyesindeki çok yüksek kesme hızlarında aşınmanın orantısız bir şekilde arttığı da dikkate alınmalıdır. Bununla birlikte, kesme hızının yaklaşık 5000 m/dak seviyesine kadar olan aralıkta bulunması halinde, serbest yüzey aşınması malzemeye bağlı olarak keskin bir şekilde artar ve ardından bir süre o seviyede sabit kalır.
Artan kesme hızı ile pasif kuvvetin (frezeleme kuvvetine tepki kuvvetinin) %70'e kadar düşürülebilmesi de dikkat çekicidir. Bu, son derece ince cidarlı profillerde ve taşlama benzeri bir yüzey elde etmek için özellikle önemlidir.
Alüminyum işleme yaparken, özel talaş kaldırma hacminin kesme hızları 3100 m/dak ile 4700 m/dak aralığındayken azami seviyeye çıktığı ortaya çıkmıştır. Talaşlı işleme hacmindeki yaklaşık %35 artış aynı zamanda ortalama pürüzlülük değeri 1 μm olan bir yüzeyle sonuçlanır. Bununla birlikte, optimum değerler büyük ölçüde alaşıma bağlıdır.
HSC frezelemede ilgili malzeme için doğru takım
Alüminyumun HS frezelenmesi
Alüminyumun işlenmesinde, büyük talaş haznelerine sahip spiral bir takım gereklidir. Yaklaşık 45° spiral hatveli 2 kesici ağız burada avantajlıdır. Takımın talaş açısı 15° ile 20° ve yanal boşluk açısı 10° ile 12° aralığında olmalıdır. Daha düşük mil gücüne, küçük ilerleme hızlarına veya derin kanallara sahip bir tezgâhın kullanılması halinde, tek kesici ağızlı spiral bir takım tercih edilmelidir. Yaklaşık 2000 m/dak ortalama kesme hızı ile 500 m toplam takım yolu kolayca elde edilebilir.
Bakırın HS frezelenmesi
Bakır ve bakır alaşımlarının işlenmesinde, alüminyumun işlenmesinde kullanılanlarla aynı takımlar kullanılır. Diş başına ilerleme değerleri alaşımın bileşimine bağlı olarak 0,02 mm ile 0,4 mm arasındadır.
Saf bakır, talaş yığılmasını önlemek için yalnızca ince taşlanmış bir kesici takım ağzı ile frezelenmelidir.
Bu durumda, eş yönlü frezeleme, ters yönlü frezelemeye tercih edilmelidir. Burada, 10 kata kadar daha yüksek kesme hızları ile sürülebilen seramik takımların kullanımı avantajlıdır.
Elyaf takviyeli plastikler
Elyaf takviyeli plastikleri talaşlı işlerken, kesme hızı arttıkça kesme kuvvetlerinin aniden azalması ve yüksek ilerleme hızlarıyla kenar bölgesi delaminasyonuna karşı konması nedeniyle, HSC işleme özellikle uygundur. Talaşla birlikte talaş kaldırma enerjisinin taşınması sayesinde, ana malzeme asgari ısıl yüklenmeye maruz kalır.
Karbon elyaf ve cam elyaf takviyeli plastik malzemeler
Mümkün olduğunca, yukarı kesimde ve elyafa paralel yönde değil, elyafa ters yönde, ters yönlü frezeleme yapılmalıdır. Ancak, tatmin edici ile iyi arasındaki sonuçlar, sadece polikristalin elmas takımlarla alınabilir. Optimum talaş kaldırma yakl. vc = 4500 m/dak ve vf azami 30 m/dak olduğunda elde edilebilir. Takım yakl. 5° talaş açısına ve 10° yanal boşluk açısına sahip olmalıdır.
AFK (aramid elyaf takviyeli plastik) malzemeler
Burada kuvvet ileten elyafın kesilmesi gerektiğinden, keskin takım kesici ağızlar ve hafif metal işlemede kullanılanlara benzer bir geometri tercih edilmelidir. En iyi sonuçlar, ISO K grubu olarak sınıflandırılabilen takımlarla alınabilir. Optimum talaş kaldırma, 2000 m/dak ile 3000 m/dak kesme hızı aralığında ve
10 m/dak ile 15 m/dak ilerleme hızı aralığındadır.
Çelik
Çeliğin yüksek hızda frezelenmesi sırasında, 750 m/dak kesme hızıyla
20 m ile 25 m aralığında toplam takım yolu elde edilebilir. ISO P sınıfı yekpare karbür freze takımları ile 500 m/dak ile 1500 m/dak aralığında kesme hızları elde edilebilir. HSC frezeleme, özellikle karmaşık şekillerin genellikle küresel kesme geometrisi ile yanal frezeleme yöntemi kullanılarak üretildiği kalıp ve takım yapımında kendini kanıtlamıştır.
Burada, yüksek ilerleme ve kesme hızlarıyla muazzam zaman ve yüzey kalitesi iyileştirmeleri elde edilebilir. Sabit kalan talaş açısı (0°) ile artan yanal boşluk açısı ve ilerleme hızının artmasıyla toplam takım yolunda iyileşme olduğu görülmüştür.
Optimum yanal boşluk açısı yaklaşık 12° ile 20° aralığına oturmuştur. Merkezin önünde veya yukarısında kesim yapan düz kanallı takımların, kararlılık nedenlerinden dolayı takım ve kalıp yapımında optimum olduğu kanıtlanmıştır. 0,3 mm ile 0,7 mm ilerleme aralığında, eş yönlü frezelemenin yanı sıra
, kesme hızı 500 m/dak ile 1500 m/dak arlığında olan; kuru kesim hedeflenmelidir.
Dökme demir
Talaş açısı 0° ile 6° aralığında ve yanal boşluk açısı 12° olan yekpare karbür takımlarla dökme demirin işlenmesi mümkündür. Takımların kaplanmış olması mutlaka gereklidir. Malzemeye yumuşak giriş ve çıkış yoluyla, tabakada çıkıntıların ve enine çatlakların oluşumunun mümkün olduğunca küçük tutulması önemlidir.
1000 m/dak kesme hızlarında, dakika başına kaldırılan talaş hacmi, örn. GG 25'de 10 kat arttırılabilir. Takım ömrü kesici ağız başına yaklaşık 20 m olup, yüzey, taşlama kalitesindedir. İlerleme hızı nispeten yüksek, yani diş başına ilerlemenin yaklaşık 0,3 mm ile 0,4 mm aralığında seçilmiş olması halinde, takım ömrü uzatılabilir.
Grafit
Grafiti işlerken, sadece düşük kesme kuvvetleri değil, aynı zamanda toz halindeki talaş malzemesi de avantajlıdır. Takım ömrü büyük ölçüde talaş tozunun çıktısına bağlı olduğundan, talaş malzemesi talaş kaldırma işleminden olabildiğince çabuk ve eksiksiz olarak tahliye edilmelidir. Aşındırıcı etkiye karşı koymak için grafit frezelerimiz elmas kaplıdır.
Bu çok sert kaplama katmanı, yıpratıcı aşınmaya optimum karşı koyar ve bu da takım ömrünü uzatır. Talaş tahliyesini iyileştirmek için eş yönlü frezeleme kullanılmalıdır.
HSC ve geleneksel frezeleme
Örnek
| HSC frezeleme (kırmızı) |
Geleneksel frezeleme (yeşil) | |
|---|---|---|
| Takım | Yekpare karbür, 2 diş Ø 3,0 mm | |
| Görev | Kanal 3 mm x 700 mm x 6 mm | |
| Kesim sayısı | 3 | 3 |
| Diş başına ilerleme (mm) |
0,03 | 0,03 |
| Devir sayısı (devir/dak) | 80.000 | 5.000 |
| Kesme hızı (m / dak) | 753 | 47 |
| İlerleme hızı (mm/dak) |
4.800 | 300 |
| Takım ömrü (m) | 25 | 37 |
| Ana işlem süresi (san) | 25,8 | 421,8 |
