Didelio greičio apdirbimas (HSM) yra svarbi technologija, plačiai naudojama šiuolaikinėje frezavimo technologijoje. Taikant HSM frezavimo technologiją galima ne tik frezuoti įvairias minkštas ir kietas medžiagas, bet ir pasiekti puikų ruošinio tikslumą. Šiame straipsnyje aprašomi HSM reikalavimai įrankiams ir laikikliams.
1. HSM reikalavimai pjovimo įrankiams
1. Geometrija
Įrankio vibracija tiesiogiai veikia paviršiaus kokybę, gaunamą apdirbant. Todėl labai svarbu išlaikyti vienodą įrankio pjovimo jėgą atliekant HSM apdailą, kad būtų išvengta įrankio vibracijos.
Gretimų geometrinių įrankio charakteristikų įtaka pjovimo jėgai:
• Geras koncentriškumas leidžia tolygiai paskirstyti apkrovą pjovimo briaunoje
• Didesnis pjovimo briaunos persidengimas, kad būtų vienodos pjovimo jėgos charakteristikos (didesnis spiralės kampas ir griovelių skaičius)
• Trumpas pjovimo ilgis, užtikrinantis didesnį standumą (veleno skersmuo šiek tiek sumažintas, palyginti su stačiomis mašinos sienelėmis)
• Geriausia šerdies skerspjūvio būklė su minimalia įtempių koncentracija įpjovoje
Didelio stiprumo medžiagos gali būti apdirbamos naudojant HSM, o tai reiškia, kad atsparumas deformacijai didėja didėjant apdirbamos medžiagos kietumui. Dėl padidėjusios pjovimo briaunos apkrovos reikia stabilios pjovimo briaunos geometrijos konstrukcijos. Tačiau esant dideliam pjovimo greičiui, laisvoje ruošinio paviršiaus srityje susidarys daugiau trinties šilumos, o tai reiškia, kad įrankio prošvaisa turi būti sumažinta. Todėl padidinti pjovimo briaunos stabilumą galima tik sumažinus pasvirimo kampą. Tais atvejais, kai medžiaga yra labai kieta, o įrankio medžiaga trapi, tai netgi gali sukelti neigiamą pasvirimo kampą.
Tiksliai tinkantys spinduliai yra šlifuojami prie ašmenų galo, kad būtų išvengta karšto karščio arba dalinio krašto lūžimo staigaus įkaitimo metu.
Jei reikalaujama, kad ruošinio formos tikslumas būtų labai didelis, naudojamo apdailos įrankio rutulinės dalies spindulys turi tiesioginės įtakos apdirbamo ruošinio formos tikslumui. Todėl, kaip pagrindinė sąlyga, labai svarbu naudoti įrankius, kurių spindulio nuokrypis yra labai mažas (mikronų diapazone), apdailinant labai subtilias dalis.
2. Medžiagos ir dangos
Įrankio medžiaga turi būti kietesnė nei apdirbama medžiaga. Kuo didesnis ruošinio medžiagos ir įrankio medžiagos kietumo skirtumas, tuo mažesnis įrankio susidėvėjimas ir ilgesnis įrankio tarnavimo laikas. Dėl aukštos vietinės temperatūros taip pat būtina užtikrinti, kad įrankio medžiaga būtų atspari oksidacijai.
Dėl didelių šiluminės apkrovos svyravimų ir įrankio medžiagos atsparumo oksidacijai poreikis gali būti padengtas smulkiagrūdžiu volframo karbido įrankių korpusu.
Išbandytos ir patikrintos dangų sistemos, tokios kaip TiN, TiCN ir TiAlCN, greitai pasiekia savo HSM apdorojimo ribas. Todėl buvo sukurtos daugiakomponentės dangų sistemos, kurių pagrindą sudaro nitridai, kuriuose yra daug aliuminio, kartu su kitais elementais, tokiais kaip itris, vanadis ar tantalas. Didesnį našumą taip pat galima pasiekti naudojant nanosluoksnių struktūras, CBN ir PKD.
2. HSM reikalavimai įrankių laikikliams
Dėl didelio suklio apsisukimų, reikalingų HSM apdirbimui, geriausia naudoti HSK-A ir HSK-E įrankių laikiklio sistemas. Kadangi įrankio laikiklio flanšas yra sumontuotas ant veleno galvutės, įrankio laikiklis turi apibrėžtą mechaninę atramą Z kryptimi, todėl esant didesniam greičiui jis nėra įtrauktas į veleną dėl padidėjusių išcentrinių jėgų.
Esminės klaidos galėjo įvykti jau proceso paruošimo etape, todėl mažesnė vibracija ir saugus proceso valdymas tapo neįmanomas. Norint pasiekti stabilų HSM apdirbimą, būtina subalansuoti ir pagal poreikį patikrinti įrankio ir įrankio laikiklio mazgo išlygiavimą. Taip pat reikia atsižvelgti į sukimosi greičio apribojimą, susijusį su nesubalansuota mase.
Prastai subalansuota arba netinkamai sureguliuota sukamųjų įrankių sistema gali sukelti:
• labai prasta paviršiaus kokybė
• labai mažas įrankio tarnavimo laikas
• Prastas proceso stabilumas ir sauga
• Galimas frezavimo veleno pažeidimas
Disbalansas ir nukrypimas nuo idealaus koncentriškumo, kurį sukelia staigūs proceso pokyčiai, gali būti labai aiškiai matomi toliau pateiktoje schemoje:
Nėra nukrypimų, palyginti su tobulu koncentriškumu: mažesnis teorinis šiurkštumas
Nuokrypis nuo tobulo koncentriškumo: didesnis teorinis šiurkštumas
Pusiausvyros masė turi didelę įtaką visos besisukančios sistemos dinaminiam veikimui.
Disbalansas prilygsta ekscentriško objekto sukimui. Šis ekscentrinis korpusas gali sukelti išcentrinę jėgą, kuri didėja kvadratiškai didėjant sukimosi greičiui. Tai reiškia, kad tas pats disbalansas sukliui, esant 42,000 aps./min., sukelia 441 kartą didesnę išcentrinę jėgą nei sukliui esant 2,000 aps./min. (212=441). Todėl įrankio laikiklio išdėstymo disbalansas apdirbant dideliu greičiu turi ypač ryškių neigiamų pasekmių.
Taikydami įrankių suspaudimo technologiją HSM, galite naudoti įrankių laikiklius su:
• Įvorės ir
• Reduktoriai
Alternatyvios sistemos, tokios kaip Weldon jungtys, nerekomenduojamos, nes jos turi didelių HSM apdorojimo trūkumų.
Dėl gerų sulenktų įrankių laikiklių slopinimo savybių, kurios duoda gerus rezultatus grublėto apdorojimo metu, kartu su redukuojančiomis jungtimis galima pasiekti labai aukštą standumo ir pakartojamumo laipsnį. Tai būtina norint gauti nepriekaištingą ruošinio paviršių. Reduktorių naudojimas leidžia pasiekti labai tikslų koncentriškumą (mažesnį nei 0,003 mm nuokrypį) ir didelį perdavimo sukimo momentą.
Įvairių redukcinių įrankių laikiklių konstrukcinė struktūra: perdavimo sukimo momentas priklauso nuo suspaudimo įrangos konstrukcijos struktūros; skirtingos konstrukcijos struktūros, jos gali būti labai skirtingos.
