High Speed Machining (HSM) je važna tehnologija koja se široko koristi u modernoj tehnologiji glodanja. Primjenom HSM tehnologije glodanja moguće je ne samo glodati različite meke i tvrde materijale, već i postići izvrsnu preciznost obradaka. Ovaj članak opisuje HSM zahtjeve za alate i držače.
1. HSM zahtjevi za rezne alate
1. Geometrija
Vibracije alata direktno utiču na kvalitet površine dobijen obradom. Stoga je izuzetno važno održavati ujednačenu silu rezanja na alatu tokom HSM završne obrade kako bi se izbjegle vibracije alata.
Utjecaj susjednih geometrijskih karakteristika alata na silu rezanja:
• Dobra koncentričnost olakšava ravnomjernu raspodjelu opterećenja na reznoj ivici
• Veće preklapanje reznih ivica za ujednačene karakteristike sile rezanja (veći ugao spirale i broj žlebova)
• Kratka dužina sečenja za bolju krutost (prečnik osovine je malo smanjen u poređenju sa strmim zidovima mašine)
• Najbolje stanje poprečnog presjeka jezgre s minimalnom koncentracijom naprezanja na zarezu
Materijali visoke čvrstoće mogu se obraditi pomoću HSM-a, što znači da otpornost na deformaciju raste s tvrdoćom materijala koji se obrađuje. Povećano opterećenje na reznoj ivici zahteva stabilan dizajn geometrije rezne ivice. Međutim, više topline trenja će se stvoriti u slobodnom području površine obratka pri velikoj brzini rezanja, što znači da se kut zazora alata mora smanjiti. Stoga se povećanje stabilnosti rezne ivice može postići samo smanjenjem ugla kosine. U slučajevima kada je materijal vrlo tvrd, a materijal alata krhak, može čak rezultirati negativnim kutom iskošenja.
Radijusi koji se precizno uklapaju su brušeni na vrhu oštrice kako bi se izbjeglo vruće stanje ili djelomični lom ivica kada se naglo zagrije.
Ako se zahtijeva da preciznost oblika obratka bude vrlo visoka, polumjer kugličnog dijela alata za završnu obradu koji se koristi ima direktan utjecaj na točnost oblika radnog komada koji se obrađuje. Stoga je, kao osnovni uslov, veoma važno koristiti alate sa vrlo malim tolerancijama radijusa (u mikronskom opsegu) prilikom završne obrade veoma delikatnih delova.
2. Materijali i premazi
Materijal alata mora biti tvrđi od materijala koji se obrađuje. Što je veća razlika u tvrdoći između materijala obratka i materijala alata, to je manje trošenje alata i duži vijek trajanja alata. Zbog visokih lokalnih temperatura, također je potrebno osigurati da je materijal alata otporan na oksidaciju.
Velike fluktuacije u termičkom opterećenju i potreba za otpornošću na oksidaciju materijala alata dovode do eventualne potrebe za premazima na tijelima alata od fino zrnastog volfram karbida.
Isprobani i testirani sistemi premaza kao što su TiN, TiCN i TiAlCN brzo dostižu svoje granice u HSM obradi. Zbog toga su razvijeni višekomponentni sistemi premaza na bazi nitrida sa visokim sadržajem aluminijuma, u kombinaciji sa drugim elementima kao što su itrijum, vanadijum ili tantal. Veće performanse se također mogu postići korištenjem nanoslojnih struktura, CBN i PKD.
2. HSM-ovi zahtjevi za držače alata
Zbog velikih brzina vretena koje su potrebne u HSM obradi, najbolje je koristiti sisteme držača alata HSK-A i HSK-E. Budući da je prirubnica držača alata montirana na glavu vretena, držač alata ima definiran mehanički oslonac u Z smjeru, tako da se pri većim brzinama ne uvlači u vreteno zbog povećanih centrifugalnih sila.
Fundamentalne greške su se možda već dogodile u fazi pripreme procesa, što onemogućuje manje vibracija i sigurnu kontrolu procesa. Da bi se postigla stabilna HSM obrada, bitno je balansirati i provjeriti poravnanje sklopa alata i držača alata prema potrebi. Ograničenje brzine rotacije povezano s neuravnoteženom masom također se mora uzeti u obzir.
Loše izbalansiran ili neusklađen sistem rotirajućih alata rezultiraće:
• vrlo loš kvalitet površine
• vrlo mali vijek trajanja alata
• Loša stabilnost i sigurnost procesa
• Moguća oštećenja vretena za glodanje
Neuravnoteženost i odstupanje od idealne koncentričnosti uzrokovano naglim promjenama u procesu može se vrlo jasno vidjeti na donjem šematskom dijagramu:
Nema odstupanja u odnosu na savršenu koncentričnost: manja teorijska hrapavost
Odstupanje od savršene koncentričnosti: veća teorijska hrapavost
Balansna masa ima važan uticaj na dinamičke performanse čitavog rotacionog sistema.
Neravnoteža je ekvivalentna rotiranju ekscentričnog objekta. Ovo ekscentrično tijelo može inducirati centrifugalnu silu koja raste kvadratno sa brzinom rotacije. 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). Stoga, neuravnoteženost rasporeda držača alata u brzoj obradi ima posebno izražene štetne posljedice.
Primjenom tehnologije stezanja alata u HSM-u možete koristiti držače alata sa:
• Stezne čahure i
• Reduktori
Alternativni sistemi kao što su Weldon konektori se ne preporučuju jer imaju značajne nedostatke u HSM obradi.
Zbog dobrih svojstava prigušenja držača alata sa steznim čahurama koji daju dobre rezultate tokom procesa grube obrade, zajedno sa redukcijskim spojevima može se postići vrlo visok stepen krutosti i ponovljivosti. Ovo je neophodno za postizanje savršene površine radnog komada. Korištenje reduktora vam omogućava da postignete vrlo preciznu koncentričnost (manje od 0.003 mm odstupanja) i veliki prijenosni moment.
Projektna struktura različitih držača alata za redukciju: prijenosni moment ovisi o konstrukcijskoj strukturi opreme za stezanje; različite strukture dizajna, mogu biti vrlo različite.
