High Speed Machining (HSM) on oluline tehnoloogia, mida kasutatakse laialdaselt kaasaegses freestehnoloogias. HSM freestehnoloogiat rakendades on võimalik mitte ainult freesida erinevaid pehmeid ja kõvasid materjale, vaid saavutada ka suurepärast tooriku täpsust. Selles artiklis kirjeldatakse HSM-i nõudeid tööriistadele ja hoidikutele.
1. HSM nõuded lõikeriistadele
1. Geomeetria
Tööriista vibratsioon mõjutab otseselt töötlemisel saadud pinna kvaliteeti. Seetõttu on äärmiselt oluline säilitada tööriistal HSM-viimistluse ajal ühtlane lõikejõud, et vältida tööriista vibratsiooni.
Tööriista külgnevate geomeetriliste omaduste mõju lõikejõule:
• Hea kontsentrilisus hõlbustab koormuse ühtlast jaotumist lõikeserval
• Suurem lõikeservade kattumine ühtlaste lõikejõu karakteristikute tagamiseks (suurem spiraalinurk ja soonte arv)
• Lühike lõikepikkus parema jäikuse tagamiseks (võlli läbimõõt on pisut vähendatud võrreldes järskude masinaseintega)
• Parim südamiku ristlõike seisund minimaalse pingekontsentratsiooniga sälgus
Kõrgtugevaid materjale saab töödelda HSM-iga, mis tähendab, et vastupidavus deformatsioonile suureneb töödeldava materjali kõvadusega. Lõikeserva suurenenud koormus nõuab lõikeserva geomeetria stabiilset kujundust. Suure lõikekiiruse korral tekib aga tooriku pinna vabas piirkonnas rohkem hõõrdesoojust, mis tähendab, et tööriista kliirensnurka tuleb vähendada. Seetõttu saab lõikeserva stabiilsust suurendada ainult kaldenurga vähendamisega. Kui materjal on väga kõva ja tööriista materjal on rabe, võib tulemuseks olla isegi negatiivne kaldenurk.
Täpselt sobivad raadiused lihvitakse tera otsas, et vältida kuumaid tingimusi või osalist serva purunemist äkilisel kuumutamisel.
Kui töödeldava detaili kuju täpsus peab olema väga kõrge, mõjutab kasutatava viimistlustööriista kuuliosa raadius otseselt töödeldava tooriku kuju täpsust. Seetõttu on põhitingimusena väga oluline kasutada väga õrnade detailide viimistlemisel väga kitsa raadiuse tolerantsiga (mikronivahemikus) tööriistu.
2. Materjalid ja katted
Tööriista materjal peab olema töödeldavast materjalist kõvem. Mida suurem on tooriku materjali ja tööriista materjali kõvaduse erinevus, seda väiksem on tööriista kulumine ja pikem tööiga. Kõrgete kohalike temperatuuride tõttu on vaja ka tagada, et tööriista materjal oleks oksüdatsioonikindel.
Suured kõikumised termilises koormuses ja tööriista materjali oksüdatsioonikindluse vajadus toovad kaasa vajaduse peeneteralise volframkarbiidist tööriistakehade katmiseks.
Proovitud ja testitud kattesüsteemid, nagu TiN, TiCN ja TiAlCN, saavutavad kiiresti oma piirid HSM-i töötlemisel. Seetõttu on välja töötatud mitmekomponendilised kattesüsteemid, mis põhinevad suure alumiiniumisisaldusega nitriididel kombineerituna teiste elementidega nagu ütrium, vanaadium või tantaal. Suuremat jõudlust saab saavutada ka nanokihi struktuuride, CBN ja PKD abil.
2. HSM-i nõuded tööriistahoidikutele
HSM-i töötlemisel vajalike suurte spindli kiiruste tõttu on kõige parem kasutada HSK-A ja HSK-E tööriistahoidikusüsteeme. Kuna tööriistahoidiku äärik on paigaldatud spindlipeale, on tööriistahoidikul Z-suunas kindlaksmääratud mehaaniline tugi, mistõttu suurematel kiirustel ei tõmba see tsentrifugaaljõudude suurenemise tõttu spindlisse.
Põhilised vead võivad olla juba protsessi ettevalmistamise etapis ilmnenud, muutes väiksema vibratsiooni ja protsessi ohutu juhtimise võimatuks. Stabiilse HSM-töötluse saavutamiseks on oluline tasakaalustada ja kontrollida tööriista ja tööriistahoidiku koostu joondamist vastavalt vajadusele. Arvestada tuleb ka tasakaalustamata massiga seotud pöörlemiskiiruse piiranguga.
Halvasti tasakaalustatud või valesti joondatud pöörlevate tööriistade süsteem põhjustab:
• väga halb pinnakvaliteet
• väga madal tööriista kasutusiga
• Kehv protsessi stabiilsus ja ohutus
• Freesvõlli võimalik kahjustus
Protsessi järskude muutuste põhjustatud tasakaalustamatus ja kõrvalekalle ideaalsest kontsentrilisusest on väga selgelt näha alloleval skemaatilisel diagrammil:
Võrreldes täiusliku kontsentrilisusega pole kõrvalekaldeid: väiksem teoreetiline karedus
Hälve täiuslikust kontsentrilisusest: suurem teoreetiline karedus
Tasakaalu massil on oluline mõju kogu pöörleva süsteemi dünaamilisele jõudlusele.
Tasakaalustamatus on samaväärne ekstsentrilise objekti pöörlemisega. See ekstsentriline keha võib esile kutsuda tsentrifugaaljõu, mis suureneb pöörlemiskiirusega nelinurkselt. See tähendab, et sama tasakaalustamatus tekitab spindlile 441 korda suurema tsentrifugaaljõu kiirusel 42,000 pööret minutis kui spindlil kiirusel 2,000 pööret minutis (212=441). Seetõttu on tööriistahoidiku paigutuse tasakaalustamatusel kiirel töötlemisel eriti märgatavad negatiivsed tagajärjed.
Rakendades HSM-is tööriistade kinnitustehnoloogiat, saate kasutada tööriistahoidikuid koos:
• Tangid ja
• Reduktorid
Alternatiivseid süsteeme, nagu Weldoni pistikud, ei soovitata kasutada, kuna neil on HSM-i töötlemisel olulisi puudusi.
Tänu tangidega tööriistahoidikute headele summutusomadustele, mis annavad häid tulemusi töötlemisprotsessi ajal, koos redutseerivate liigenditega on võimalik saavutada väga kõrge jäikus ja korratavus. See on vajalik töödeldava detaili täiusliku pinna saamiseks. Reduktorite kasutamine võimaldab saavutada väga täpse kontsentrilisuse (hälbe alla 0,003 mm) ja suure ülekandemomendi.
Erinevate redutseerivate tööriistahoidikute konstruktsioon: ülekande pöördemoment sõltub kinnitusseadme konstruktsioonist; erinevad disainistruktuurid, võivad need olla väga erinevad.
