High Speed Machining (HSM) je važna tehnologija koja se široko koristi u modernoj tehnologiji glodanja. Primjenom HSM tehnologije glodanja moguće je ne samo glodati razne meke i tvrde materijale, već i postići izvrsnu preciznost obratka. Ovaj članak opisuje HSM zahtjeve za alate i držače.
1. HSM zahtjevi za rezne alate
1. Geometrija
Vibracija alata izravno utječe na kvalitetu površine dobivene strojnom obradom. Stoga je iznimno važno održavati jednoliku silu rezanja na alatu tijekom HSM završne obrade kako bi se izbjegle vibracije alata.
Utjecaj susjednih geometrijskih karakteristika alata na silu rezanja:
• Dobra koncentričnost olakšava ravnomjernu raspodjelu opterećenja na oštricu
• Veće preklapanje rezne oštrice za jednolike karakteristike sile rezanja (veći kut spirale i broj žljebova)
• Kratka duljina rezanja za bolju krutost (promjer osovine je malo smanjen u usporedbi sa strmim stijenkama stroja)
• Najbolje stanje poprečnog presjeka jezgre s minimalnom koncentracijom naprezanja na usjeku
Materijali visoke čvrstoće mogu se obrađivati pomoću HSM-a, što znači da otpornost na deformaciju raste s tvrdoćom materijala koji se obrađuje. Povećano opterećenje reznog ruba zahtijeva stabilnu konstrukciju geometrije reznog ruba. Međutim, više topline uslijed trenja stvarat će se u slobodnom području površine obratka pri velikoj brzini rezanja, što znači da se slobodni kut alata mora smanjiti. Stoga se povećanje stabilnosti oštrice može postići samo smanjenjem kuta skošenja. U slučajevima kada je materijal vrlo tvrd, a materijal alata lomljiv, to čak može rezultirati negativnim kutom skošenja.
Precizno prilagođeni radijusi brušeni su na vrhu oštrice kako bi se izbjegli vrući uvjeti ili djelomično lomljenje ruba pri iznenadnom zagrijavanju.
Ako se zahtijeva da točnost oblika izratka bude vrlo visoka, radijus kuglastog dijela korištenog alata za završnu obradu ima izravan utjecaj na točnost oblika izratka koji se obrađuje. Stoga je, kao osnovni uvjet, vrlo važno koristiti alate s vrlo malim tolerancijama radijusa (u mikronskom rasponu) tijekom završne obrade vrlo osjetljivih dijelova.
2. Materijali i premazi
Materijal alata mora biti tvrđi od materijala koji se obrađuje. Što je veća razlika u tvrdoći između materijala izratka i materijala alata, to je manje trošenje alata i dulji vijek trajanja alata. Zbog visokih lokalnih temperatura također je potrebno osigurati da je materijal alata otporan na oksidaciju.
Velike fluktuacije u toplinskom opterećenju i potreba za otpornošću na oksidaciju materijala alata dovode do eventualne potrebe za premazima na fino zrnatom tijelu alata od volfram karbida.
Isprobani i ispitani sustavi premaza kao što su TiN, TiCN i TiAlCN brzo dosežu svoje granice u HSM obradi. Stoga su razvijeni višekomponentni sustavi premaza koji se temelje na nitridima s visokim sadržajem aluminija, u kombinaciji s drugim elementima kao što su itrij, vanadij ili tantal. Veća učinkovitost također se može postići korištenjem nanoslojnih struktura, CBN i PKD.
2. HSM-ovi zahtjevi za držače alata
Zbog velikih brzina vretena potrebnih za HSM obradu, najbolje je koristiti sustave držača alata HSK-A i HSK-E. Budući da je prirubnica držača alata postavljena na glavu vretena, držač alata ima definiranu mehaničku potporu u Z smjeru, pa se pri većim brzinama ne uvlači u vreteno zbog povećanih centrifugalnih sila.
Temeljne pogreške su se možda već dogodile u fazi pripreme procesa, čineći manje vibracija i sigurno upravljanje procesom nemogućim. Kako bi se postigla stabilna HSM obrada, bitno je uravnotežiti i provjeriti poravnanje sklopa alata i držača alata prema potrebi. Ograničenje brzine vrtnje povezano s neuravnoteženom masom također se mora uzeti u obzir.
Loše uravnotežen ili neporavnat sustav rotirajućih alata rezultirat će:
• vrlo loša kvaliteta površine
• vrlo mali vijek trajanja alata
• Loša stabilnost i sigurnost procesa
• Moguće oštećenje vretena glodalice
Neuravnoteženost i odstupanje od idealne koncentričnosti uzrokovane naglim promjenama u procesu mogu se vrlo jasno vidjeti na shematskom dijagramu ispod:
Bez odstupanja u usporedbi sa savršenom koncentričnošću: manja teorijska hrapavost
Odstupanje od savršene koncentričnosti: veća teorijska hrapavost
Ravnotežna masa ima važan utjecaj na dinamičke performanse cijelog rotacijskog sustava.
Neravnoteža je jednaka rotaciji ekscentričnog objekta. Ovo ekscentrično tijelo može inducirati centrifugalnu silu koja kvadratno raste s brzinom vrtnje. To znači da ista neravnoteža izaziva 441 puta veću centrifugalnu silu na vretenu pri 42,000 o/min nego na vretenu pri 2,000 o/min (212=441). Zbog toga neravnoteža rasporeda držača alata kod brzobrzinske obrade ima posebno izražene štetne posljedice.
Primjenom tehnologije stezanja alata u HSM-u, možete koristiti držače alata sa:
• Stezne čahure i
• Reduktori
Ne preporučuju se alternativni sustavi kao što su Weldon konektori jer imaju značajne nedostatke u HSM obradi.
Zbog dobrih svojstava prigušenja čaurenih držača alata koji daju dobre rezultate tijekom procesa grube obrade, zajedno s redukcijskim spojevima može se postići vrlo visok stupanj krutosti i ponovljivosti. Ovo je bitno za postizanje savršene površine obratka. Korištenje reduktora omogućuje vam postizanje vrlo precizne koncentričnosti (manje od 0.003 mm odstupanja) i visokog prijenosnog momenta.
Struktura konstrukcije različitih držača alata za redukciju: moment prijenosa ovisi o strukturi konstrukcije opreme za stezanje; različite strukture dizajna, mogu biti vrlo različite.
