High Speed Machining (HSM) on tärkeä tekniikka, jota käytetään laajalti nykyaikaisessa jyrsintätekniikassa. HSM-jyrsintätekniikkaa soveltamalla on mahdollista paitsi jyrsiä erilaisia pehmeitä ja kovia materiaaleja, myös saavuttaa erinomainen työkappaleen tarkkuus. Tässä artikkelissa kuvataan HSM-vaatimukset työkaluille ja pidikkeille.
1. HSM-vaatimukset leikkuutyökaluille
1. Geometria
Työkalun tärinä vaikuttaa suoraan koneistuksen avulla saatuun pinnan laatuun. Siksi on erittäin tärkeää säilyttää tasainen leikkausvoima työkalussa HSM-viimeistelyn aikana työkalun tärinän välttämiseksi.
Työkalun viereisten geometristen ominaisuuksien vaikutus leikkausvoimaan:
• Hyvä samankeskisyys mahdollistaa tasaisen kuorman jakautumisen leikkuuterällä
• Suurempi leikkuureunojen päällekkäisyys tasaisten leikkausvoimaominaisuuksien saavuttamiseksi (suurempi kierrekulma ja urien määrä)
• Lyhyt leikkauspituus parantaa jäykkyyttä (akselin halkaisija on pienentynyt hieman koneen jyrkkiin seiniin verrattuna)
• Paras ytimen poikkileikkauskunnossa minimaalinen jännityspitoisuus lovessa
Lujat materiaalit voidaan käsitellä HSM:llä, mikä tarkoittaa, että muodonmuutoskestävyys kasvaa käsiteltävän materiaalin kovuuden myötä. Leikkaussärmän lisääntynyt kuormitus edellyttää terän geometrian vakaata suunnittelua. Suurella leikkausnopeudella työkappaleen pinnan vapaalle alueelle muodostuu kuitenkin enemmän kitkalämpöä, mikä tarkoittaa, että työkalun välyskulmaa on pienennettävä. Siksi leikkuureunan vakauden lisääminen voidaan saavuttaa vain pienentämällä viistekulmaa. Tapauksissa, joissa materiaali on erittäin kovaa ja työkalumateriaali hauras, se voi johtaa jopa negatiiviseen viistekulmaan.
Terän kärjessä on hiottu tarkasti sopivat säteet, jotta vältetään kuumat olosuhteet tai osittainen reunamurtuminen äkillisen kuumentamisen yhteydessä.
Jos työkappaleen muototarkkuuden vaaditaan olevan erittäin korkea, käytetyn viimeistelytyökalun kuulaosan säde vaikuttaa suoraan työstettävän työkappaleen muototarkkuuteen. Siksi perusehtona on erittäin tärkeää käyttää työkaluja, joilla on erittäin tiukat sädetoleranssit (mikronin alueella) erittäin herkkien osien viimeistelyssä.
2. Materiaalit ja pinnoitteet
Työkalumateriaalin tulee olla kovempaa kuin työstettävä materiaali. Mitä suurempi kovuusero työkappaleen materiaalin ja työkalun materiaalin välillä on, sitä vähemmän työkalu kuluu ja sitä pidempi on työkalun käyttöikä. Korkeiden paikallisten lämpötilojen vuoksi on myös tarpeen varmistaa, että työkalumateriaali kestää hapettumista.
Suuret lämpökuormituksen vaihtelut ja työkalumateriaalin hapettumisenkestävyyden tarve johtavat mahdolliseen pinnoitteen tarpeeseen hienorakeisiin volframikarbidityökalujen runkoihin.
Testatut ja testatut pinnoitusjärjestelmät, kuten TiN, TiCN ja TiAlCN, saavuttavat nopeasti rajansa HSM-käsittelyssä. Siksi on kehitetty monikomponenttisia pinnoitusjärjestelmiä, jotka perustuvat korkean alumiinipitoisuuden omaaviin nitrideihin yhdistettynä muihin alkuaineisiin, kuten yttriumiin, vanadiiniin tai tantaaliin. Parempi suorituskyky voidaan saavuttaa myös nanokerrosrakenteilla, CBN:llä ja PKD:llä.
2. HSM:n vaatimukset työkalunpitimille
HSM-koneistuksessa vaadittavien suurten karanopeuksien vuoksi on parasta käyttää HSK-A- ja HSK-E-työkalunpidinjärjestelmiä. Koska työkalunpitimen laippa on asennettu karapäähän, työkalunpitimessä on määritelty mekaaninen tuki Z-suunnassa, joten suuremmilla nopeuksilla se ei vedä karaan lisääntyneiden keskipakovoimien vuoksi.
Perusteellisia virheitä on saatettu tapahtua jo prosessin valmisteluvaiheessa, mikä teki vähäisen tärinän ja turvallisen prosessinhallinnan mahdottomaksi. Vakaan HSM-koneistuksen saavuttamiseksi on välttämätöntä tasapainottaa ja tarkistaa työkalun ja työkalunpitimen kokoonpano tarvittaessa. Myös epätasapainoiseen massaan liittyvä pyörimisnopeusrajoitus on otettava huomioon.
Huonosti tasapainotettu tai väärin kohdistettu pyörivä työkalujärjestelmä johtaa:
• erittäin huono pinnanlaatu
• erittäin lyhyt työkalun käyttöikä
• Huono prosessin vakaus ja turvallisuus
• Mahdollinen jyrsintäkaran vaurioituminen
Prosessin äkillisten muutosten aiheuttama epätasapaino ja poikkeama ideaalisesta samankeskisyydestä näkyy hyvin selvästi alla olevassa kaaviossa:
Ei poikkeamaa täydelliseen samankeskisyyteen verrattuna: pienempi teoreettinen karheus
Poikkeama täydellisestä samankeskisyydestä: suurempi teoreettinen karheus
Tasapainolla on tärkeä vaikutus koko pyörivän järjestelmän dynaamiseen suorituskykyyn.
Epätasapaino vastaa epäkeskisen esineen pyörimistä. Tämä epäkesko kappale voi aiheuttaa keskipakovoiman, joka kasvaa neliöllisesti pyörimisnopeuden mukana. Tämä tarkoittaa, että sama epätasapaino aiheuttaa 441 kertaa enemmän keskipakovoimaa karaan nopeudella 42,000 rpm kuin karaan nopeudella 2,000 rpm (212=441). Siksi työkalunpidinjärjestelyn epätasapainolla nopeassa koneistuksessa on erityisen voimakkaita haitallisia seurauksia.
Käyttämällä työkalun kiinnitystekniikkaa HSM:ssä voit käyttää työkalunpitimiä seuraavien kanssa:
• Holkit ja
• Supistimet
Vaihtoehtoisia järjestelmiä, kuten Weldon-liittimiä, ei suositella, koska niillä on merkittäviä haittoja HSM-käsittelyssä.
Rouhintatyön aikana hyviä tuloksia tuottavien holkkiteräisten työkalunpitimien hyvien vaimennusominaisuuksien ansiosta yhdessä supistusliitosten kanssa voidaan saavuttaa erittäin korkea jäykkyys ja toistettavuus. Tämä on välttämätöntä täydellisen työkappaleen pinnan saamiseksi. Supistimen avulla voit saavuttaa erittäin tarkan samankeskisyyden (alle 0,003 mm poikkeama) ja suuren siirtomomentin.
Erilaisten pienennystyökalun pidikkeiden suunnittelurakenne: voimansiirron vääntömomentti riippuu kiinnityslaitteiston suunnittelurakenteesta; erilaisia suunnittelurakenteita, ne voivat olla hyvin erilaisia.
