A nagysebességű megmunkálás (HSM) egy fontos technológia, amelyet széles körben használnak a modern marási technológiában. A HSM marási technológia alkalmazásával nem csak a különböző lágy és kemény anyagok marása, hanem kiváló munkadarab-pontosság is elérhető. Ez a cikk a szerszámokra és a tartókra vonatkozó HSM-követelményeket ismerteti.
1. HSM követelmények a vágószerszámokra
1. Geometria
A szerszám vibrációja közvetlenül befolyásolja a megmunkálással nyert felület minőségét. Ezért rendkívül fontos az egyenletes forgácsolóerő fenntartása a szerszámon a HSM simítás során, hogy elkerüljük a szerszám vibrációját.
A szerszám szomszédos geometriai jellemzőinek hatása a forgácsolóerőre:
• A jó koncentrikusság elősegíti az egyenletes terheléseloszlást a vágóélen
• Nagyobb vágóél-átfedés az egyenletes forgácsolóerő-jellemzők érdekében (nagyobb spirálszög és hornyok száma)
• Rövid vágási hossz a jobb merevség érdekében (a tengely átmérője kissé kisebb a meredek gépfalakhoz képest)
• A legjobb magkeresztmetszeti állapot minimális feszültségkoncentrációval a bevágásnál
A nagy szilárdságú anyagokat HSM segítségével lehet feldolgozni, ami azt jelenti, hogy az alakváltozással szembeni ellenállás a megmunkálandó anyag keménységével nő. A vágóél megnövekedett terhelése megköveteli a vágóél geometriájának stabil kialakítását. Nagy vágási sebesség mellett azonban több súrlódási hő keletkezik a munkadarab felületének szabad területén, ami azt jelenti, hogy csökkenteni kell a szerszám hézagszögét. Ezért a vágóél stabilitásának növelése csak a ferdeszög csökkentésével érhető el. Azokban az esetekben, amikor az anyag nagyon kemény és a szerszám anyaga rideg, ez akár negatív ferdeszöget is eredményezhet.
Pontosan illeszkedő sugarak vannak köszörülve a fűrészlap hegyén, hogy elkerüljék a vörös meleg állapotot vagy a részleges éltörést hirtelen felmelegedéskor.
Ha a munkadarab alakpontosságának nagyon nagynak kell lennie, akkor a használt simítószerszám gömbrészének sugara közvetlen hatással van a megmunkálandó munkadarab alakpontosságára. Ezért alapfeltételként nagyon fontos a nagyon szűk sugártűréssel rendelkező szerszámok használata (mikron tartományban) a nagyon kényes részek megmunkálásakor.
2. Anyagok és bevonatok
A szerszám anyagának keményebbnek kell lennie, mint a megmunkálandó anyag. Minél nagyobb a keménységkülönbség a munkadarab anyaga és a szerszám anyaga között, annál kisebb a szerszámkopás és annál hosszabb a szerszám élettartama. A magas helyi hőmérséklet miatt gondoskodni kell arról is, hogy a szerszám anyaga ellenálljon az oxidációnak.
A hőterhelés nagy ingadozása és a szerszám anyagának oxidációállóságának szükségessége a finomszemcsés volfrám-karbid szerszámtestek esetleges bevonatának szükségességéhez vezet.
A kipróbált és tesztelt bevonatrendszerek, mint például a TiN, TiCN és TiAlCN, gyorsan elérik határaikat a HSM feldolgozásban. Ezért többkomponensű bevonatrendszereket fejlesztettek ki, amelyek magas alumíniumtartalmú nitrideken alapulnak, más elemekkel, például ittriummal, vanádiummal vagy tantállal kombinálva. Nagyobb teljesítmény érhető el nanoréteg szerkezetek, CBN és PKD használatával is.
2. A HSM szerszámtartókra vonatkozó követelményei
A HSM megmunkálásnál megkövetelt nagy orsófordulatszámok miatt a legjobb a HSK-A és HSK-E szerszámbefogó rendszer alkalmazása. Mivel a szerszámtartó karima az orsófejre van felszerelve, a szerszámtartó Z irányban meghatározott mechanikai támasztékkal rendelkezik, így nagyobb fordulatszámon a megnövekedett centrifugális erők miatt nem húzódik be az orsóba.
Alapvető hibák már a folyamat-előkészítési fázisban előfordulhattak, ami lehetetlenné teszi a kisebb vibrációt és a biztonságos folyamatszabályozást. A stabil HSM megmunkálás eléréséhez elengedhetetlen a szerszám és a szerszámtartó szerelvény kiegyensúlyozása és beállításának ellenőrzése. Figyelembe kell venni a kiegyensúlyozatlan tömeghez kapcsolódó fordulatszám-korlátot is.
A rosszul kiegyensúlyozott vagy rosszul beállított forgószerszámrendszer a következőket eredményezi:
• nagyon rossz felületi minőség
• nagyon alacsony éltartam
• Rossz folyamatstabilitás és -biztonság
• A maróorsó esetleges sérülése
A folyamat hirtelen változásai által okozott kiegyensúlyozatlanság és az ideális koncentrikusságtól való eltérés nagyon jól látható az alábbi sematikus diagramon:
Nincs eltérés a tökéletes koncentrikussághoz képest: kisebb az elméleti érdesség
Eltérés a tökéletes koncentricitástól: nagyobb elméleti érdesség
A kiegyensúlyozó tömeg nagymértékben befolyásolja az egész forgórendszer dinamikus teljesítményét.
A kiegyensúlyozatlanság egyenértékű egy excentrikus tárgy forgásával. Ez az excentrikus test centrifugális erőt tud előidézni, amely a forgási sebességgel négyzetesen növekszik. Ez azt jelenti, hogy ugyanaz a kiegyensúlyozatlanság 441-szer akkora centrifugális erőt indukál egy orsón 42,000 ford./percnél, mint egy 2,000 ford./percnél (212=441). Ezért a szerszámtartó elrendezésének kiegyensúlyozatlansága a nagysebességű megmunkálásnál különösen súlyos káros következményekkel jár.
A szerszámbefogási technológiát a HSM-ben alkalmazva a szerszámtartókat a következőkkel használhatja:
• Befogók és
• Szűkítők
Alternatív rendszerek, mint például a Weldon csatlakozók nem ajánlottak, mivel jelentős hátrányaik vannak a HSM feldolgozásban.
A nagyolási folyamat során jó eredményt adó befogószerszámtartók jó csillapítási tulajdonságainak köszönhetően a redukáló hézagokkal együtt nagyon magas fokú merevség és ismételhetőség érhető el. Ez elengedhetetlen a tökéletes munkadarab felület eléréséhez. A szűkítők használatával nagyon precíz koncentrikusság (kisebb, mint 0,003 mm eltérés) és nagy átviteli nyomaték érhető el.
Különféle redukálószerszámtartók tervezési felépítése: az átviteli nyomaték a befogóberendezés tervezési felépítésétől függ; különböző tervezési struktúrák, nagyon eltérőek lehetnek.
