Visokohitrostna obdelava (HSM) je pomembna tehnologija, ki se pogosto uporablja v sodobni tehnologiji rezkanja. Z uporabo tehnologije rezkanja HSM je možno ne samo rezkati različne mehke in trde materiale, ampak tudi doseči odlično natančnost obdelovanca. Ta članek opisuje zahteve HSM za orodja in držala.
1. Zahteve HSM za rezalna orodja
1. Geometrija
Vibracije orodja neposredno vplivajo na kakovost površine, pridobljene z obdelavo. Zato je izjemno pomembno vzdrževati enakomerno rezalno silo na orodju med končno obdelavo HSM, da preprečimo vibracije orodja.
Vpliv sosednjih geometrijskih značilnosti orodja na rezalno silo:
• Dobra koncentričnost omogoča enakomerno porazdelitev obremenitve na rezalni rob
• Večje prekrivanje rezalnih robov za enotne karakteristike rezalne sile (večji kot vijačnice in število žlebov)
• Kratka rezalna dolžina za boljšo togost (premer gredi je nekoliko zmanjšan v primerjavi s strmimi stenami stroja)
• Najboljše stanje prečnega prereza jedra z minimalno koncentracijo napetosti na zarezi
Visoko trdne materiale lahko obdelujemo s HSM, kar pomeni, da odpornost proti deformacijam narašča s trdoto materiala, ki ga obdelujemo. Povečana obremenitev rezalnega roba zahteva stabilno zasnovo geometrije rezalnega roba. Vendar se bo pri visoki rezalni hitrosti v prostem območju površine obdelovanca ustvarilo več toplote zaradi trenja, kar pomeni, da je treba zmanjšati čisti kot orodja. Zato je mogoče povečati stabilnost rezalnega roba le z zmanjšanjem poševnega kota. V primerih, ko je material zelo trd in material orodja krhek, lahko povzroči celo negativni poševni kot.
Natančno prilegajoči radiji so na konici rezila obruseni, da se izognemo vročini ali delnemu zlomu robov ob nenadnem segrevanju.
Če se zahteva, da je natančnost oblike obdelovanca zelo visoka, ima polmer krogličnega dela uporabljenega orodja za končno obdelavo neposreden vpliv na natančnost oblike obdelovanca, ki se obdeluje. Zato je kot osnovni pogoj zelo pomembno, da med končno obdelavo zelo občutljivih delov uporabljamo orodja z zelo majhnimi tolerancami polmera (v območju mikronov).
2. Materiali in premazi
Material orodja mora biti trši od materiala, ki ga obdelujemo. Večja ko je razlika v trdoti med materialom obdelovanca in materialom orodja, manjša je obraba orodja in daljša je življenjska doba orodja. Zaradi visokih lokalnih temperatur je potrebno tudi zagotoviti, da je material orodja odporen proti oksidaciji.
Velika nihanja toplotne obremenitve in potreba po oksidacijski odpornosti materiala orodja vodijo do morebitne potrebe po prevlekah na finozrnatih ohišjih orodij iz volframovega karbida.
Preizkušeni sistemi premazov, kot so TiN, TiCN in TiAlCN, hitro dosežejo svoje meje pri obdelavi HSM. Zato so bili razviti večkomponentni sistemi premazov, ki temeljijo na nitridih z visoko vsebnostjo aluminija, v kombinaciji z drugimi elementi, kot so itrij, vanadij ali tantal. Večjo zmogljivost je mogoče doseči tudi z uporabo nanoplastnih struktur, CBN in PKD.
2. Zahteve HSM za držala orodij
Zaradi visokih vrtljajev vretena, ki so potrebni pri obdelavi HSM, je najbolje uporabiti sisteme držal orodja HSK-A in HSK-E. Ker je prirobnica držala orodja nameščena na glavi vretena, ima držalo orodja definirano mehansko oporo v smeri Z, zato se pri višjih vrtljajih ne vleče v vreteno zaradi povečanih centrifugalnih sil.
Bistvene napake so lahko že nastale v fazi priprave procesa, zaradi česar je manj vibracij in varen nadzor procesa nemogoč. Da bi dosegli stabilno obdelavo HSM, je bistveno uravnotežiti in preveriti poravnavo orodja in držala orodja, kot je potrebno. Upoštevati je treba tudi omejitev hitrosti vrtenja, povezano z neuravnoteženo maso.
Slabo uravnotežen ali neporavnan sistem rotacijskega orodja povzroči:
• zelo slaba kakovost površine
• zelo nizka življenjska doba orodja
• Slaba stabilnost in varnost procesa
• Možna poškodba rezkalnega vretena
Neravnovesje in odstopanje od idealne koncentričnosti, ki ga povzročijo nenadne spremembe v procesu, je zelo jasno razvidno iz spodnjega shematskega diagrama:
Brez odstopanja v primerjavi s popolno koncentričnostjo: manjša teoretična hrapavost
Odstopanje od popolne koncentričnosti: večja teoretična hrapavost
Ravnotežna masa ima pomemben vpliv na dinamično delovanje celotnega rotacijskega sistema.
Neuravnoteženost je enaka vrtenju ekscentričnega predmeta. To ekscentrično telo lahko inducira centrifugalno silo, ki kvadratno narašča s hitrostjo vrtenja. To pomeni, da enako neravnovesje povzroči 441-krat več centrifugalne sile na vretenu pri 42,000 vrt./min kot na vretenu pri 2,000 vrt./min (212=441). Zato ima neuravnoteženost razporeditve držala orodja pri visokohitrostni obdelavi še posebej izrazite škodljive posledice.
Z uporabo tehnologije vpenjanja orodja v HSM lahko uporabljate držala orodja z:
• Vpenjalke in
• Reduktorji
Alternativni sistemi, kot so konektorji Weldon, niso priporočljivi, ker imajo pomembne pomanjkljivosti pri obdelavi HSM.
Zaradi dobrih dušilnih lastnosti vpetih držal orodij, ki dajejo dobre rezultate med postopkom grobega obdelave, je skupaj z redukcijskimi spoji mogoče doseči zelo visoko stopnjo togosti in ponovljivosti. To je bistveno za pridobitev popolne površine obdelovanca. Uporaba reduktorjev vam omogoča, da dosežete zelo natančno koncentričnost (manj kot 0,003 mm odstopanje) in visok prenosni navor.
Konstrukcijska struktura različnih držal reducirnih orodij: prenosni navor je odvisen od konstrukcijske strukture vpenjalne opreme; različne konstrukcijske strukture, so lahko zelo različne.
